8266

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А.П. Помазов

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ И КАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лабораторным работам по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» для обучающихся по направлению 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Промышленное и гражданское строительство

Нижний Новгород

2023

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А.П. Помазов

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ И КАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лабораторным работам по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» для обучающихся по направлению 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Промышленное и гражданское строительство

Нижний Новгород ННГАСУ

2023

УДК 624 (075.8)

Помазов, А.П. Железобетонные и каменные конструкции : учебнометодическое пособие / А.П. Помазов ; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2023. – 33 с. : ил. – Текст : электронный.

Приведены рекомендации по подготовке к лабораторным работам. Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лабораторным работам по учебной дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» по направлению 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Промышленное и гражданское строительство.

© А.П. Помазов, 2023 © ННГАСУ, 2023.

4

Введение

Настоящие Методические указания «Лабораторные работы по железобетонным конструкциям» составлены для студентов, изучающих общий курс железобетонных и каменных конструкций.

Приведены следующие лабораторные работы:

Лабораторная работа №1-4 «Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению»;

Лабораторная работа №5-8 «Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по наклонному сечению».

Данные работы являются важной составной частью учебного процесса, и подкрепляют теоретические знания, изложенные в нормативной и учебной литературе по дисциплине «Железобетонные конструкции», знакомят с практическим опытом расчета и испытания реальных конструктивных элементов. Определение фактических деформаций и напряжений в бетоне и арматуре испытываемых элементов в процессе их нагружения позволяет проверить экспериментальным путем теоретические положения, принятые в расчетах железобетонных конструкций.

Основными задачами лабораторных работ являются:

Исследование прочностных и деформативных характеристик материалов балки – бетона и арматуры;

Ознакомление с силовым оборудованием, контрольно-измерительными приборами, методикой их установки и испытание конструкции до разрушения;

Выполнение теоретического расчета прочности, трещиностойкости и деформативности железобетонной балки по фактическим прочностным характеристикам бетона и арматуры;

Определение фактической несущей способности при разрушении по нормальному сечению и наклонной трещине, определение момента образования трещин и прогиба железобетонной балки путем ее испытания статической нагрузкой;

Исследование процесса деформирования и разрушения конструкции;

Оценка результатов испытаний балок в соответствии с ГОСТ 8829-2018. Лабораторные работы выполняет подгруппа студентов в течение 6 часов.

Отчет по работе составляет каждый студент, заполняя специальный журнал, который с необходимыми расчетами предъявляется преподавателю. После проверки знаний студента преподаватель подписывает журнал.

5

Лабораторная работа №1-4 «Испытание железобетонной балки на изгиб

с разрушением по нормальному сечению»

Целью лабораторной работы «Испытание железобетонной балки на изгиб с разрушением по нормальному сечению» является исследование напряженно-деформированного состояния изгибаемого элемента при возрастающей нагрузке и установление момента разрушения по нормальному сечению.

Основные этапы работы:

1.Определение прочностных характеристик бетона на момент испытания;

2.Определение основных механических характеристик арматуры;

3.Теоретический расчет балки с определением разрушающего момента – ; момента образования трещин – ; момента в стадии эксплуатации – ; ширины раскрытия трещин

ипрогиба в этой стадии – и ;

4.Испытание балки ступенями до разрушения с установлением опытных моментов ,

и с фиксацией и развитием трещин при возрастании нагрузки, прогибов средней части балки в стадии эксплуатации и перед разрушением;

5. Фиксация процесса разрушения и предельной разрушающей нагрузки; 6. Обработка показаний приборов, вычисление относительных деформаций арматуры и

бетона, напряжений в арматуре; 7. Построение графиков зависимости относительных деформаций арматуры и бетона,

напряжений в арматуре и прогибов от нагрузки; 8. Сравнение опытных величин и теоретических параметров, вычисленных по

действующим нормам проектирования; 9. Выводы на основании анализа результатов испытаний.

1 Определение прочности бетона

Основным показателем качества бетона при проектировании конструкции является класс бетона по прочности на сжатие. Этот параметр прочности бетона определяется с обеспеченностью 95% при осевом сжатии контрольных кубов с размером ребра 150 мм, испытанных через 28 дней хранения при температуре 20±2 и влажности 90…95%.

Прочность бетона определяется по стандартным кубам с ребром 150 мм. Они изготовляются одновременно с балками, содержатся в одинаковых с ними условиях и испытываются в день проведения лабораторной работы. Допускается проверка прочности бетона в балке неразрушающим способом с помощью молотка Кашкарова.

Испытания кубов осуществляется на гидравлическом прессе. Перед испытанием измеряются стороны кубов – a, b и h. Образец помещается в прессе так, чтобы сжимающая сила передавалась со скоростью 0,4-0,6 Н/мм2 в секунду и была параллельна слоям укладки, так как сопротивление куба в направлении уплотнения (перпендикулярно укладке бетона) будет несколько больше.

Кроме определения прочности бетона на сжатие по кубам, допускается определять прочность бетона в конструкциях с помощью неразрушающих методов приборами механического действия, например, отрыва и скалывания, упругого отскока бойка, ударного отпечатка, пластической деформации и т.д.

Наиболее удобным и простым из этих методов является метод пластической деформации с использованием эталонного молотка Н.П. Кашкарова (НИИМосстроя).

6

Эталонный молоток оснащен стальным стержнем из гладкой арматурной стали класса А240 диаметром 10…12 мм.

Эталонный молоток устанавливают в заданные точки поверхности конструкции и наносят удары обычным слесарным молотком по корпусу прибора. При этом на поверхности бетона и эталонном стержне получаются два отпечатка, отношение величин которых не зависит от силы удара. После каждого испытания эталонный стержень передвигают в стакане молотка на 10…12 мм. На поверхности бетона расстояние между отпечатками должно быть 30…50 мм. Диаметры отпечатков на бетоне должен быть в пределах 0,3…0,7 диаметра шарика, на стержне – более 2,5 мм.

Измерения отпечатков проводят с помощью специальной угловой стальной линейки с ценой деления 1 мм.

На участке поверхности конструкции наносится сечения ударов с такой силой, чтобы получить достаточно крупные, удобные для измерения отпечатки.

Прочность бетона ( ̅) на участке конструкции определяется по градуировочной зависимости « ̅ → ⁄ » по серии отпечатков – n = 5…10 шт. Вычисляют средние значения – ∑ ⁄ и ∑ ⁄ , затем находят соотношение ∑ ⁄∑ , по которому, пользуясь тарировочной кривой (прил. Б), находят соответствующую прочность бетона.

Призменная прочность ( ̅ ) и начальный модуль упругости бетона ( ) принимаются по результатам испытаний образцов-призм.

Значения призменной прочности бетона и прочность бетона при осевом растяженииможно определить по приближенным формулам:

где = 0,75 … 0,85. Рекомендуется принять 0,80;̅ – средняя кубиковая прочность бетона, МПа.

2 Определение механических характеристик арматуры

Всоответствии с ГОСТ 12004-81 «Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение» исследование физико-механических свойств стержневой арматуры диаметром от 6 до 80 мм (периодического профиля и гладкой) должно проводиться на натурных контрольных образцах при диаметре от 6 до 25 или на обточенных, если диаметр арматуры больше 25 мм.

ВГОСТе 12004-81 регламентированы методы определения основных механических и деформационных свойств арматурных сталей:

для мягких сталей – предел текучести (физический) – ,, МПа;

для твердых сталей – условный предел текучести – 0,2, МПа, напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% от длины участка образца;

временное сопротивление – в, МПа;

относительное удлинение после разрыва – , %.

Врассматриваемой работе балка армирована стержневой арматурой периодического профиля класса А400 диаметром 10 мм.

Величина физического предела текучести , определяется для нее путем испытания

трех образцов-коротышей длиной не менее 200 мм. Перед испытанием определяется площадь поперечного сечения арматуры .

Начальную площадь поперечного сечения необработанных образцов арматуры (мм2) периодического профиля (класса А400 и т.д.) вычисляют по формуле:

8

3 Характеристика балки и методика проведения испытания

Испытание балки выполняется на гидравлическом прессе мощностью 250 кН с ценой деления 0,5 кН.

Балка имеет прямоугольное сечение: = 80 мм, = 160 мм; длину 1900 мм и пролет 1600 мм. Расстояние между двумя сосредоточенными грузами 800 мм и от груза до опоры – 400 мм.

Опытный образец устанавливается растянутой зоной вверх, а нагрузка прикладывается снизу через распределительную траверсу. В местах передачи нагрузки, а также на опорах балки устанавливаются цилиндрические шарниры, при этом одна опора шарнирно неподвижная, вторая – шарнирно подвижная. В этом случае исключается влияние распора.

Балка армирована плоским каркасом (рис. 3), состоящим из рабочего стержня 10 мм класса А400, монтажного стержня 6 А240 и поперечных стержней 6 А240, приваренных через 75 мм на приопорных участках, где действует поперечная сила, и через 450 мм – в середине пролета в зоне чистого изгиба. Каркас выполнен таким образом, чтобы разрушение балки произошло вследствие достижения рабочей арматурой предела текучести.

Для измерения деформаций растяжения рабочей арматуры и сжатия бетона в зоне чистого изгиба балки устанавливаются по два тензометра рычажного типа.

Тензометры Т-1 и Т-2 с базой20 мм устанавливаются на арматуре, а тензометры Т-3 и Т-4

– с базой 50 мм на сжатой грани бетона.

Так как сталь является упругим материалом и подчиняется закону Гука, то в арматуре по замеренным деформациям можно сразу определять напряжения.

В бетоне, являющемся упругопластическим материалом, нельзя сразу после измерения деформаций определять напряжения, так как неизвестна зависимость деформаций бетона от нагрузки, то есть изменение модуля упругости с ростом напряжений. Указанная функция = ( ⁄ ) определяется из испытаний на сжатие стандартных бетонных призм размером 150х150х600 мм. Однако, ввиду сложности аналитического выражения для действительного модуля деформаций бетона, переменного на каждом уровне нагрузки и зависящего от многих факторов, напряжения в бетоне определяются только в момент разрушения конструкции по приближенному секущему модулю деформаций.

Прогиб балки измеряется с помощью индикаторов или прогибомеров, которые устанавливаются в середине пролета и у опор.

Индикаторы на опорах необходимы для учета возможной податливости опор. Схема установки на балке измерительных приборов показана на рис. 4.

Рис. 3 Схема армирования балки

9

Рис. 4 Схема испытания балки и расстановки приборов 1 – железобетонная балка; 2 – траверса;

3 – гидродомкрат с насосной станцией – гидравлический пресс мощностью 250 кН; 4 – индикаторы часового типа: И-1 – для измерения прогиба в середине пролета; И-2,И-3 – для измерения возможного смещения опор;

5 – тензометры Т-1,Т-2 для измерения деформаций рабочей арматуры; 6 – тензометры Т-3,Т-4 для измерения деформаций бетона сжатой зоны

Перед испытанием прикладывается пробная нагрузка на балку в пределах 5-8% от ожидаемой разрушающей с целью выявления исправности, а также правильности установки приборов, особенно тензометров. При обнаруженной неисправности в установке производится соответственно замена или перестановка приборов и снова дается пробная нагрузка.

Нагружение балок обычно производится ступенями, составляющими 5…10% от разрушающей нагрузки. До появления трещин и перед разрушением размер ступени нагрузки уменьшается в два раза, чтобы точнее зафиксировать момент образования трещин и разрушающий момент .

Ступенчатое нагружение балки дает возможность проследить за изменением деформаций с ростом нагрузки. Каждая последующая ступень нагрузки в лабораторных работах прикладывается после выдержки 3…5 мин, в течение которых снимаются отсчеты по приборам, производится зарисовка новых и фиксация развития ранее появившихся трещин, измеряется ширина их раскрытия.

Появление трещин в балке определяют путем визуального осмотра после каждой ступени нагрузки. Для лучшей видимости трещин поверхность балки перед испытанием иногда белится жидким известковым раствором.

Осмотр поверхности производится с помощью лупы с четырехкратным или большим увеличением. Обнаруженные трещины зарисовывают карандашом на боковых поверхностях балки, а концы их помечают порядковым номером ступени нагрузки или величиной ее на данной ступени. После испытания трещины наносят на развертку поверхности балки.

Измерение деформаций удлинения рабочей арматуры и укорочений сжатой грани бетона балки осуществляется с помощью тензометров рычажного типа. Применение этих приборов в испытаниях железобетонных элементов объясняется простотой их конструкции, высокой надежностью показаний и достаточной точностью измерений.

Принцип работы тензометров основан на кинематическом взаимодействии двух рычагов, причем их плечи подобраны так, что цена одного миллиметрового деления шкалы равна 0,001 мм. Относительная деформация для подсчета величины напряжений получается путем деления