Режимы разрушения в бетонных балках: разрушение при изгибе и сдвиге - Строительство и ремонт

Режимы разрушения в железобетонных балках делятся на два основных типа: разрушение при изгибе и разрушение при сдвиге. Первое происходит, когда приложенная нагрузка превышает изгибную способность материалов балки, а второе возникает из-за недостатка сопротивления сдвигу между различными материалами балки.

Эти режимы разрушения далее подразделяются на различные виды разрушения; первое подразделяется на разрушение при растяжении, разрушение при сжатии и сбалансированное разрушение, в то время как разрушение при сдвиге подразделяется на разрушение при сдвиге при растяжении и разрушение при сдвиге при сжатии. Природа и механизм этих режимов разрушения различны.

Некоторые из них являются предпочтительными с точки зрения проектирования, но есть и другие, которых необходимо избегать, чтобы предотвратить серьезные обрушения конструкций. Например, разрушение бетона и сдвиговые режимы разрушения являются нежелательными, поскольку они возникают внезапно и без предупреждения.

Режимы разрушения при сдвиге

1. Разрушение при диагональном растяжении
2. Разрушение при сдвиговом сжатии
3. Разрушение при сдвиге (истинный сдвиг)
4. Нарушение анкерного крепления

Отказы при изгибе

Этот режим разрушения возникает, когда нагрузка на балку превышает ее способность к изгибу. Прочность балки на сдвиг должна быть больше, чем прочность на изгиб, иначе разрушение при сдвиге произойдет раньше, чем разрушение при изгибе. Отказ при изгибе делится на три типа, которые рассмотрены ниже.

1. Разрушение при растяжении при изгибе

Разрушение при растяжении при изгибе начинается с выхода стальной арматуры и последующего разрушения бетона на стороне сжатия балки. Оно происходит, когда балка недостаточно армирована; коэффициент армирования в балке ниже, чем коэффициент сбалансированного армирования согласно ACI 318-14.

Признаками этого типа разрушения является развитие трещин на стороне растяжения балки, которые далее распространяются на сторону сжатия. Эти трещины в основном вертикальные и расположены в средней трети балки. Большой прогиб – еще один признак разрушения при растяжении при изгибе.

В целом, разрушение при растяжении при изгибе происходит постепенно, т.е. это вязкое разрушение, и оно является желательным видом разрушения при проектировании балок.

Разрушение при изгибе в балке

2. Разрушение при изгибном сжатии

Разрушение при изгибном сжатии начинается с разрушения бетона со стороны сжатия и последующей деформации стали со стороны растяжения балки. Оно происходит, когда балка чрезмерно армирована, что означает, что коэффициент армирования балки превышает сбалансированный коэффициент армирования согласно ACI 318-14.

Этот тип разрушения является внезапным и не дает предупреждения, т.е. хрупкое разрушение. Поэтому оно нежелательно с точки зрения проектирования железобетона.

Этот тип разрушения можно предотвратить, избегая чрезмерного усиления бетонной балки или увеличивая прочность бетона на сжатие путем введения стальной арматуры со стороны сжатия или увеличения геометрии балки.

Разрушение при сжатии при изгибе

3. Сбалансированное разрушение

Это тип разрушения, при котором одновременно происходит разрушение бетона и растяжение стали. Оно происходит, когда количество стали в балке равно сбалансированному коэффициенту армирования согласно ACI 318-14.

Режимы разрушения при сдвиге

Разрушение при сдвиге происходит, когда прочность балки на сдвиг ниже прочности при изгибе, а сдвигающая сила превышает способность к сдвигу различных материалов балки. Сдвиговая нагрузка – это сила, которая стремится вызвать разрушение материала при скольжении по плоскости, параллельной направлению силы.

Этот тип разрушения происходит внезапно и без предупреждения, т.е. хрупкое разрушение. Эффективное отношение пролета к глубине балки и ее размер являются важными параметрами для определения типа разрушения при сдвиге.

Разрушение при сдвиге является нежелательным видом разрушения, и обычно для предотвращения разрушения при сдвиге в балке устанавливаются стяжки. Механизм сдвигового разрушения характеризуется сдвигом вдоль трещины в балке без сдвигового усиления и выходом стяжек в балке со сдвиговым усилением. Он классифицируется по следующим формам:

1. Диагональное разрушение при растяжении

Диагональное разрушение при растяжении начинается с развития вертикальной трещины (изгибной трещины) в нижней части балки из-за растягивающего напряжения при изгибе. Затем, по мере увеличения нагрузки на балку, эта трещина увеличивается по ширине и длине и изгибается в диагональном направлении по мере продвижения к верхней части балки по направлению к точке нагрузки. После этого наступает последняя стадия разрушения при сдвиговом растяжении, которая представляет собой внезапное разрушение бетона при сдвиге.

Этот способ разрушения характерен для балок с низким или отсутствующим армированием полотна. Диагональное разрушение при растяжении обычно происходит в балках с отношением сдвига к глубине (a/d) больше 2, но может произойти и при меньших значениях a/d.

Развитие трещин при диагональном растяжении

2. Разрушение при сдвиговом сжатии

Разрушение при сдвиговом сжатии начинается с появления и развития трещин в поперечном сечении балки. Затем эти трещины распространяются и проникают в зону сжатия балки, и последняя стадия разрушения наступает при превышении прочности бетона на сжатие.

Дробление бетона происходит в вершине диагональной трещины в зоне вокруг точки приложения нагрузки. На рис. 4 показано развитие трещин в месте разрушения при сдвиговом сжатии в балке.

Отказ при сдвиговом сжатии в основном связан с большим количеством сдвиговой арматуры. Наконец, разрушение при сдвиговом сжатии может произойти в балках с отношением пролета к глубине менее четырех.

Разрушение балки при сдвиговом сжатии

3. Разрушение при сдвиге (истинный сдвиг)

Когда отношение пролета к глубине балки меньше единицы, можно ожидать разрушения при секущем сдвиге. Обычно такой тип балок называют глубокими балками, в которых нагрузка непосредственно передается на опоры, а прочность на сдвиг намного выше, чем в обычных изгибаемых балках.

Иногда вместо разрушения при сдвиге может произойти разрушение при сжатии в области, прилегающей к опорам.

Истинное разрушение при сдвиге или разрушение при секущем сдвиге

4. Разрушение анкерного крепления

Разрушение анкерного крепления – это раскалывание бетона вдоль продольной арматуры (до разрушения при сжатии) из-за небольших диагональных трещин. Оно происходит, когда основная арматура не закреплена должным образом за пределами трещины.

Читайте далее: