Лабораторная работа № 4 «Испытания балки на прочность по нормальному сечению».

Испытание балки в лабораторных условиях обычно производится при схеме нагрузки, позволяющей получить так называемую "зону чистого изгиба", то есть на части длины балки отсутствую т поперечные силы (рис.2.3)

Рис. 2.3

Конструкция лабораторной балки несколько упрощена по сравнению с реальными (натурными), и может варьироваться. Один из таких вариантов дан на рис. 2.4

Рис. 2.4

В качестве испытываемой будет балка определенной конструкции. Руководитель работы совместно со студентами на основании обмеров должны установить ее истинные размеры, данные по каркасу К-1, и выявить основные параметры, необходимые для расчета (табл. 2.1).

Таблица 4.1

h, см	ho, см	b, см	l, см	As, см²	Rs, МПа	Rb, МПа	Rbt, МПа	Sω,см	Asω, см²	Rsω,МПа	Es, МПа	Eв, МПа
10	8.5	6	110	60	0.26	0.75	0.21	2.5	2	285	15.2	0.22

Проведение работы помимо цели, обозначенной в ее названии, позволяет установить при необходимости следующие величины:

1. Прогиб балки на любом этапе загружения. Прогиб устанавливается регистрирующими приборами в виде прогибомера или индикатора часового типа.

2. Момент образования первых трещин М_crc. Их наличие устанавливается визуально, ширина раскрытия замеряется микроскопом Бринелля (J.A. Brinell).

3. Продольные, поперечные и наклонные деформации бетона в любой зоне постановкой механических приборов или датчиков омического сопротивления. Какие из перечисленных параметров будут устанавливаться, определяет руководитель работ. Он же знакомит студентов с конструкцией и принципом работы приборов и правилами их установки, а также схемой установки приборов в зависимости от поставленных задач (рис. 2.5).

Схема расстановки приборов

Т1 – Т4 – деформометры любого вида с базой 100 мм;

П1 –прогибомер.

Рис. 2.5

Порядок проведения испытаний.

1. Установка балки в проектное положение.

2. Установка приборов и нагрузочных устройств.

3. Пробное обжатие балки нагрузкой, равной 0,05P^U, где P^U – ожидаемая разгружающая нагрузка из предварительно сделанного теоретического расчета.

4. Поэтапное нагружение балки. Величина ступени назначается в пределах 0,1P^U, выдержка на каждой ступени по продолжительности должна быть достаточной для снятия показаний приборов.

5. На этапе 0,8P^U следует снять приборы во избежание их поломки.

6. Довести балку до разрушения.

7. Все показания приборов заносятся в журнал лабораторной работы (прил. 2).

Примечание: в прил. 2 дан образец таблицы – приборов может быть больше.

4.1 Теоретический расчет балки.

На основании имеющихся данных (табл. 2.1) производится расчет балки, причем это можно делать как до испытаний (то есть до получения опытных значений), так и после.

В результате расчетов можно выявить теоретические значения следующих величин:

1. Теоретический разрушающий момент М^т_max.

2. Момент образования трещин М^т_crc.

3. Прогиб в середине пролета абсолютный f_т или относительный f_т /l.

4. Ширину раскрытия трещин а^т_crc.

При определении перечисленных величин подразумевается кратковременное действие нагрузки и упрощенный метод расчета, вписывающийся в нормы СНиП 2.03.01- 84*

Определение теоретических величин.

4.1.1 Определение разрушающего момента М^Т_max.

М^Т_max = R_в·b·x (ho – 0,5x)

За критерий разрушения можно принимать либо физическое разрушение балки, либо максимальное значение прогиба , либо максимальное значение ширины раскрытия трещины a_{crc lim} = 0,3 мм.

Последовательность решения:

Определение высоты сжатой зоны (рис.2.6).

Рис. 2.6

Оптимальное значение х = 0,35ho.

При отсутствии данных о прочности бетона R_b ее можно принять:

R_b = R(0,77 – 0,001R), но не менее 0,72R, где

R – кубиковая прочность по данным лабораторной работы № 1, при бетоне того же состава. R_b может быть установлен иным путем.

4.1.2 Определение момента образования трещин. М_crc.

_, где R_{bt, ser} = 1,5 R_bt,

R_bt = (0,1÷0,18)B,

(без учета арматуры).

4.1.3 Определение прогиба f^T.

Полный прогиб допускается вычислять (с учетом деформаций сдвига) при работе элемента с трещинами по формуле:

, где k = 1,5 (при наличии трещин), здесь:

f_m – прогиб элемента без трещин.

;

E_b – по данным работы № 1.

при схеме нагрузки по рис. 2.7 величина S = 0,1;

Рис. 2.7

4.1.4 Определение ширины раскрытия трещин а^т_crc.

Согласно СНиП 2.03.01-84 ширину раскрытия трещин можно определить по упрощенной импирической формуле:

при δ = 1 (изгибаемый элемент);

= 1 (кратковременная нагрузка);

η =1 (периодический профиль);

; при μ % = до 1 % = 0,01.

d – диаметр арматуры, мм.

При приведенных выше величинах коэффициентов формула упрощается до вида

(при μ величиной отличной от 0,01 величина a_crc будет другой);

E_S – по данным работы № 1

.

Z_b = ho – 0,5x; Величина х вычислена ранее (п.2.2) при расчетной нагрузке, что практически приемлемо и при ее расчете при нормативных значениях.