Стадии напряженного состояния железобетонных элементов

Из многочисленных опытов по изучению работы железобетон­ных элементов известно, что в процессе возрастания нагрузки на­пряженное состояние сечения элемента проходит через несколько качественно различных стадий.

В начале загружения, как это следует из зависимости между напряжениями и деформациями бетона при одноосном напряжен­ном состоянии, железобетонный элемент работает практически в упругой стадии.

Оба материала (арматура и бетон) участвуют в восприятии усилий в растянутой зоне. Закон распределения нормальных на­пряжений в бетоне по высоте сечения весьма близок к линейно­му. Такое напряженное состояние сечения соответствует стадии 1.

С ростом нагрузки зависимость между на­пряжениями и дефор­мациями все более от­личается от линейной, а, следовательно, и эпюра напряжений в сечении принимает криволинейное очерта­ние. Наступает момент, когда напряжения в крайних волокнах рас­тянутой зоны достига­ют значений, соответ­ствующих предельной растяжимости бетона. Это напряженное со­стояние принято назы­вать стадией 1а.

Дальнейший рост нагрузки связан с появлением и развитием трещин в растянутой зоне, в результате чего значительная часть бетона этой зоны из работы сечения исключается. Наступает ста­дия 2.

Последняя стадия напряженного состояния — стадия 3 — на­ступает, когда напряжения в арматуре достигают предела текуче­сти или разрушается сжатая зона бетона. При наступлении преде­ла текучести арматура, а, следовательно, и железобетонный элемент в целом получает большие пластические деформации, исключаю­щие возможность дальнейшей эксплуатации конструкции. Поэтому третью стадию напряженного состояния можно рассматривать как стадию разрушения элемента.

Положение нейтральной оси в различных стадиях различно. С ростом нагрузки она перемещается по направлению к сжатой грани.

При внецентренном сжатии или внецентренном растяжении эле­мента общие картины напряженного состояния сечений на различ­ных стадиях работы элемента будут иметь примерно тот же вид, что и при чистом изгибе. Положение нейтральной оси при таких загружениях будет зависеть от эксцентриситета приложения на­грузки.

До настоящего времени не исследовал полностью вопрос об уча­стии в работе элемента растянутой зоны бетона при наличии в ней трещин. Если в сечении с трещиной растянутый бетон на части вы­соты сечения, соответствующей протяженности трещины, из работы выключился, то на участке между трещинами бетон находится в напряженном состоянии (при условии сохранения сцепления его с арматурой), а, следовательно, он оказывает влияние на работу все­го элемента.

Более сложным и сравнительно малоизученным является вопрос о работе железобетонных элементов при плоском и объемном напряженных состояниях. Здесь также можно выделить стадии соот­ветствующие упругим деформациям бетона, неупругим деформаци­ям, работе бетона с трещинами, а также стадию разрушения, Од­нако получить достаточно точную картину сложного напряженного состояния в элементах мостовых конструкций при пластических деформациях бетона, особенно после раскрытия трещин — задача очень трудная по многим причинам: в настоящее время нет достаточно обоснованной и подтвержденной экспериментально теории прочности бетона при сложных напряженных состояниях нагруже­ние мостовых конструкций не является простым и т. п. По этим же причинам затруднительно теоретически определить и стадию разрушения.

Вид эпюры напряжений в бетоне зависит от скорости приложе­ния нагрузки. При «мгновенном» приложении нагрузки эпюра нор­мальных напряжений в сжатой зоне бетона близка к треугольной вплоть до разрушения, так как при таком загружении зависимость, между напряжениями и деформациями бетона можно считать линейной. От скорости приложения нагрузки зависит и наступление стадии разрушения.