» » Результаты теоретических исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

Результаты теоретических исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

16.04.2016

Судя по данным табл. 3.9, в панелях без полевого армирования увеличение контурной арматуры с 2Ø14A-III до 4Ø14 A-III вызвало повышение несущей способности конструкций более чем на 30%. Введение полевой арматуры в виде сеток с ячейками 100х100 и 50х50 мм из проволоки Ø5Вр-I увеличило дополнительно несущую способность панелей соответственно на 15 и 25%.
Результаты теоретических исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

Обратим внимание, что на полевое армирование сеткой с ячейками 50X50 мм потребовалось приведенного металла в 4 раза больше, чем на двойное увеличение контурного армирования, а повышение несущей способности конструкции в последнем случае было большим. Это указывает на большую эффективность контурной арматуры по сравнению с полевой. На рисунке 3.28 представлены эпюры нормальных напряжений в опорных сечениях панелей. Как видим, наиболее правомочной их аппроксимацией является треугольник.
Результаты теоретических исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

Хотя установление траектории критической трещины по расчетным сведениям о трещинообразовании в панелях сопряжено с определенными трудностями, все же можно заключить, что точка с нулевыми напряжениями σу совпадает с вершиной наклонной трещины. На участке опорного сечения длиной hо—х нормальные напряжения σу или очень малы или вообще не фиксируются.
Результаты теоретических исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

Эпюры касательных напряжений в горизонтальных опорных сечениях панелей имеют криволинейное очертание (рис. 3.29). При относительно высоких уровнях нагрузки Q напряжения τху фиксируются по всей площади сечения. Ho мере приближения к стадии разрушения длина участка, на котором они проявляются, уменьшается, но остается все же больше высоты сжатой зоны X. В стадии разрушения касательные напряжения достигают максимума там, где нормальные напряжения составляют примерно 0,4σу(max) (см. табл. 3.9).
Наилучшим образом эпюра τху в опорном сечении панели в стадии разрушения аппроксимируется двумя параболами, сопрягающимися на нормали, проходящей через вершину критической наклонной трещины. Результаты счета показывают, что в предельном состоянии конструкции отношение максимальных значений касательных напряжений к нормальным (τху(max)/σу(max)) в сжатой зоне панелей колебалось в диапазоне 0,335/0,368. Правда, с изменением разбивочной схемы на конечные элементы это отношение уменьшилось (см. табл. 3.9).
На рисунке 3.30 в качестве примера показана динамика трещинообразования в двух рассчитанных панелях. Как убедимся в дальнейшем, теоретическая картина развития трещин в панелях в главном согласуется с соответствующими экспериментальными съемками. Первые трещины, почти горизонтальные, возникают в нижней части растянутой полки панели. С ростом горизонтальной нагрузки они захватывают более высокие участки, изгибаясь в сторону опорного сечения конструкции.
Результаты теоретических исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

При нагрузке, составляющей 70—80% от разрушающей, проявляется наклонная трещина от верха панели до опорного сечения, которую можно рассматривать как критическую. С дальнейшим ростом горизонтальной нагрузки наклонные трещины распространяются по большей части площади панели. При этом крутизна вновь образующихся трещин неуклонно увеличивается. В стадии, близкой к предельному состоянию, в поле панели можно выделить две зоны без трещин. Одна из них имеет треугольную форму и примыкает к сжатой полке панели, другая — располагается между двумя пучками трещин, сходящимися в сжатой зоне конструкции. Позднее появление пучка трещин между сплошными зонами поля панели, видимо, связано с концентрацией на этом участке сжимающих напряжений, обусловленной выключением из работы на сжатие большей части панели вследствие активного трещинообразования. Напомним, что появление вертикальных или круто наклонных трещин в сжатой части панели в завершающей стадии работы под нагрузкой отмечалось и другими исследователями.
Результаты теоретических исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

Рисунок 3.31 дает представление о распределении напряжений в стержнях контурной арматуры. Наибольшие напряженной по их длине отмечаются у опорного сечения. Заметим, что с увеличением нагрузки Q трансформация эпюр в сжатой арматуре происходит довольно плавно, в то время как для эпюр напряжений в растянутой арматуре характерны резкие изломы, которые следует рассматривать как результат появления трещин в растянутой зоне конструкции.
Максимальные напряжения σ's(mах) в сжатой арматуре на 10—20% превышают значения, найденные из выражения σ's(mах) = nσу(mах).
Обратим внимание, что в стадии разрушения напряжения в стержнях S в месте пересечения их наклонной трещиной в среднем на 20% меньше напряжений в этих же стержнях в опорном сечении (см. табл. 3.9 и рис. 3.31,б). Это обстоятельство необходимо учесть при разработке расчетной модели стены.
О характере распределения напряжений в горизонтальных и вертикальных стержнях полевого армирования дают представление рисунки 3.32 и 3.33.
Результаты теоретических исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

Первое, что привлекает внимание при их рассмотрении — это существенное превышение значений напряжений σy в вертикальных стержнях над напряжениями σх в горизонтальных стержнях в одних и тех же точках поля панели. Эта информация представляет очевидный интерес для дифференцированной оценки эффективности полевых стержней разного направления. Заметим, что геометрическая характеристика поля рассчитанных панелей составила 0,59, т. е. входила в круг значений, наиболее часто встречающихся на практике (β = 1/0,45 при полном диапазоне; 1/0,2 для стен с технологическими швами).
Более детальный анализ эпюр напряжений, представленных на рисунках 3.32 и 3.33, показывает, что как в вертикальных, так и в горизонтальных стержнях полевой арматуры напряжения на различных стадиях работы конструкции под нагрузкой распределяются явно неравномерно как по длине стержней, так и по фронту их размещения. Причем с изменением уровня нагрузки Q и развитием трещин по полю панели напряжения в отдельных сечениях арматурных стержней меняют знак.
В стадии разрушения довольно сложная картина распределения напряжений σу и σх по горизонтальным и вертикальным сечениям поля панелей существенно упрощается с переходом к наклонным сечениям, одно из которых может рассматриваться как траектория критической трещины. Эпюра напряжений σу по длине диагонального сечения имеет вид треугольника, а в более круто наклоненных сечениях напряжения распределяются практически равномерно. Для напряжений σх также имеет место выравнивание эпюр по наклонным сечениям, но в меньшей степени, чем эпюр σу.
Результаты теоретических исследований плоско-напряженного состояния стеновых панелей

Рассмотренные в настоящем разделе сведения о напряженном состоянии бетона и арматуры панелей, работающих в условиях сложного загружения вертикальной и горизонтальной нагрузками, несомненно, представляют интерес для познания характера поведения таких конструкций на разных стадиях работы, в том числе и в стадии разрушения. Необходимы они и для разработки расчетной модели стек.
Однако преувеличивать значимость этих сведений и возводить примененный метод расчета конструкций в ранг универсального средства исследования их напряженно-деформированного состояния не следует! He следует, потому, что, как мы могли убедиться даже на примере нескольких решенных задач, многие важные результаты при расчете по МКЭ определяются не однозначно, а варьируются в зависимости от параметров разбивочной сетки на конечные элементы. В первую очередь это относится к несущей способности конструкции и значениям максимальных нормальных и касательных напряжений, в определении которых не все ясно. Добавим, что расчет конструкций с использованием МКЭ в нелинейной постановке дает преувеличенное трещинообразование, не отражающее работу бетона на участках между трещинами. Варьируя разбивочной сеткой, можно существенно изменять расстояния между трещинами. Важным моментом для разработки аналитического метода расчета стен является определение траектории критической трещины. С помощью МКЭ эту задачу пока решить можно лишь сугубо приближенно. Очевидные трудности возникают при изучении с помощью МКЭ напряженного состояния переходных сечений (в местах изменения толщин, появление отверстий и т. п.), в частности опорных сечений стен зданий.
Из сказанного вытекает, что теоретические и экспериментальные исследования плоскостных железобетонных конструкций должны дополнять друг друга, давая в сумме достоверную информацию о характере работы конструкций в различных силовых ситуациях.