Badanie stanów granicznych zginanego elementu żelbetowego.doc

(207 KB) Pobierz
Zginanie

Paweł Sadowski                             sem. 5  gr. 6 ; R.A. 2001/02

 

ĆWICZEIA LABORATORYJNE NR 3

 

„ Badanie stanów granicznych zginanego elementu żelbetowego”

 

1.1            Charakterystyka cech badania

 

W czasie badania belkę żelbetową poddano trzem fazom obciążenia i w każdej pomierzono odkształcenia stali, betonu, ugięcie oraz szerokość rozwarcia rys. Na podstawie wyników badań można określić stan graniczny nośności, stan graniczny odkształceń, stan graniczny zarysowania oraz porównać wielkości doświadczalne z obliczeniowymi.

 

1.2            Charakterystyka metody badania

 

Belkę poddano zginaniu w trzech fazach :

-          faza 0  : obciążenie ciężarem własnym oraz trawersem o ciężarze 0.1 kN

-          faza 1  : obciążenie użytkowe 7.5 kN

-          faza 2  : obciążenie użytkowe 15 kN

-          faza 3  : obciążenie użytkowe 17.5 kN

Następnie belkę zniszczono ( siła niszcząca wyniosła 24 kN ).  Odkształcenia stali zbrojeniowej pomierzono za pomocą tensometrów elektrooporowych naklejonych na pręty zbrojenia głównego. Czujniki mają bazę 20 mm, oporność 120 omów oraz stałą k=2.25. Pomiaru odkształceń dokonano mostkiem tensometrycznym ZKTR typ T-1. Odkształcenia betonu pomierzono w środkowym obszarze belki za pomocą czujników nasadowych Demec o bazie pomiarowej 100 mm. Ugięcia belki pomierzono za pomocą czujników zegarowych. Szerokość rys pomierzono za  pomocą mikroskopu Brinella z dokładnością do 0.01 mm. Badanie przeprowadzono na swobodnie podpartej belce o wymiarach 8x14x120 cm.

 

2. Przedstawienie wyników badania

 

Wytrzymałość gwarantowana betonu wg PN-B-03264 fc,cubeG = fci,min/1.15, gdzie fci,min to najmniejsza wartość wytrzymałości w badanej serii n próbek.

fc,cubeG = fci,min/1.15 = 16.22/1.15 = 14.1 MPa

Wytrzymałość charakterystyczna:               fck = 0.8 · fc,cubeG= 0.8 ·14.1 = 11.28 MPa

 

Moduł sprężystości :                Ecm = 9.5 ( fck + 8 ) 1/3 = 9.5 ( 11.28 + 8 ) 1/3  = 25.474 * 103  MPa

 

Wytrzymałość charakterystyczna stali na rozciąganie ftk = 234 MPa, charakterystyczna granica plastyczności (ustalona poprzez interpolację) fyk = 198 MPa.

Wielkości stałe dla belki:

·         szerokość belki b = 8 cm

·         wysokość belki h = 14 cm

·         wysokość użyteczna belki d =13.0 cm

·         rozpiętość teoretyczna l= 100 cm

·         beton B 20

·         przekrój zbrojenia 3 f7 As1=1.15 cm2

·         stopień zbrojenia belki r = As/bd = 1.15/(8·13) = 0.011

 

 

2.1 Stan graniczny nośności

Moment  zginający od ciężaru własnego:

 

- Objętość belki:                            V = b h l = 0.08·0.14·1.2 = 0.01344 m3

- Ciężar belki:                            G = r V = 25.0 · 0.01344 = 0.336 kN

- Obciążenie na 1 mb:              q = G/l = 0.336/1.2 = 0.28 kN/m

- przyjęto lo = 100 cm = 1m

- maksymalne momenty dla poszczególnych faz obciążenia :

faza 0 :                                     

faza 1 :                                     

faza 2 :                                     

faza 3 :                                     

zniszczenie :                            

 

Określenie nośności badanego przekroju

Wypadkowa siła rozciągająca w zbrojeniu w chwili zniszczenia:

As1 · fyk = 1.15 · 203 · 10 – 1 = 23.34 kN

 

Wysokość strefy ściskanej: xeff = ( As1 · fyk )/ ( fck · b) =23.34 / ( 11.28 · 10 – 1 · 8 ) = 2.59 cm

 

Nośność rozpatrywanego przekroju:

Msk = ( As1 · fyk ) ( d - x/2 ) = 23.34·( 0.13 – 0.0259/2 ) = 2.73 kNm

 

2.2 Stan graniczny ugięcia

 

Ugięcie elementu zginanego wg PN-B-03264:

gdzie:

ak – współczynnik zależny od rozkładu momentu zginającego, wyznaczony wg zasad mechaniki budowli

Msd – maksymalny moment zginający wywołany rozpatrywanym obciążeniem

B – sztywność przekroju, w którym osiąga się moment  Msd

Sztywność elementów niezarysowanych przy obciążeniu krótkotrwałym

Sztywność elementów zarysowanych przy obciążeniu krótkotrwałym

b1 = 0.5 (pręty gładkie)

b2 = 1.0 (jednokrotne obciążenie krótkotrwałe)

Ecm -  wartość średnia siecznego modułu Young’a betonu  (Ecm = 25474 MPa = 25474000kN/m2

Es – wartość modułu sprężystości stali  

Es = 200000 MPa = 200000000 kN/m2 

r = 0.011

Charakterystyka przekroju niezarysowanego:

   II = 0.000014976 m4

 

Charakterystyka przekroju zarysowanego:

Element zarysowany (faza II) - beton nie przenosi naprężeń rozciągających, a przy ściskaniu zachowuje się jak materiał sprężysty.

 

Mcr – moment rysujący

fctm – średnia wytrzymałość betonu na rozciąganie

Wc – wskaźnik wytrzymałości przekroju

fctm = 1.58 MPa  (ustalona przez interpolację) Wc =  (b×h3 )/6 = (0.08× 0.133 )/6 = 0.0000293 m3

Mcr = 1580 × 0.0000293  = 0.046294 kNm

 

Sztywność elementu niezarysowanego

B = Ecm  II = 25474000 × 0.000014976 = 381.5 kN m2

 

Ugięcia :

 

Faza 0 - obciążenie ciężarem własnym i ciężarem trawersu, element niezarysowany

           M0 = 0.0517 kNm

   

 

Faza 1 - obciążenie ciężarem własnym, ciężarem trawersu i siłą 7.5 kN, element zarysowany

 

     M1 = 1.3017 kNm

   

   

 

Faza 2 - obciążenie ciężarem własnym, ciężarem trawersu i siłą 15 kN, element zarysowany

 

     M2 = 2,5517 kNm

   

   

 

Faza 3 - obciążenie ciężarem własnym, ciężarem trawersu i siłą 17.5 kN, element zarysowany

 

     M3 = 2,9684 kNm

   

   

 

Faza zniszczenia - obciążenie ciężarem własnym, ciężarem trawersu i siłą 24 kN

 

     Mn = 4,0517 kNm

  

   

 

Porównanie wyników  ugięć belki z badań i ugięć obliczonych wg PN-B-03264

 

Faza obciążenia

Moment [ kN m ]

Ugięcie [ mm ]

Wg PN-B-03264

Wg pomiarów z badań

1

1.718

0.559

0.58

2

2.552

1.171

1.67

3

2.968

1.362

2.07

 

2.3 Stan zarysowania

 

Szerokość rys prostopadłych do osi elementu wk

wk = b × srm × esm                     

b - współczynnik wyrażający stosunek obliczeniowej szerokości rysy do szerokości średniej  ( tu b = 1.7)

srm – średni końcowy rozstaw rys

esm – średnie odkształcenie zbrojenia rozciąganego

  k1 = 1.6 (pręty gładkie)

  k2 = 0.5 (zginanie)

F = 7 mm

rr – efektywny stopień zbrojenia As / Act,eff

As = 1.15 cm 2 = 0.000115 m 2     Act,eff =   20 cm 2                                      

rr = 1.15/20 = 0.0575

srm = 50 + 0.25 × 1.6 ×0.5 × ( 7 / 0.0575 ) = 74.35 mm

ss – naprężenie w zbrojeniu rozciąganym obliczone dla przekroju przez rysę

ssr  – naprężenie w zbrojeniu rozciąganym obliczone dla przekroju przez rysę, dla obciążenia powodującego zarysowanie

b1 = 0.5 ( pręty gładkie )

b2 = 1.0 ( jednokrotne obciążenie krótkotrwałe )

x = 0.80  ( rl = 1.10 %)  d = 13 cm   As1 = 1.15 cm2

...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin