Прочность коротких железобетонных колонн при кручении
В работе [1] была получена формула по оценке прочности железобетонных элементов прямоугольного сечения при кручении.
Дальнейшие исследования показали, что формула после внесения необходимых корректив может быть распространена на расчет прочности элементов коробчатого, кольцевого, круглого, таврового и двутаврового сечений. Наличие такой формулы позволило разработать на основе метода графиков взаимодействия методику оценки прочности железобетонных элементов, подвергнутых совместному действию кручения с изгибом [2].
На практике встречаются элементы, которые могут испытывать сжатие с кручением, например, опоры ЛЭП при одностороннем обрыве проводов, и поведение таких элементов представляет определенный интерес.
Предполагается, что при совместном действии сжатия с кручением предельная область будет ограничена теми же линиями, что и при изгибе с кручением [2].
Для проверки этой версии были использованы опытные данные, полученные в работе [3], которая посвящена изучению поведения железобетонных элементов, подвергнутых сжатию с кручением. Было изготовлено и испытано 25 образцов коротких колонн прямоугольного сечения размером 14x19x98 см. Все элементы были армированы четырьмя продольными стержнями диаметром 9,5 мм с пределом текучести ст5 = 330 МПа. Поперечная арматура в виде замкнутых хомутов располагалась с шагом 7,6 см. Для изготовления хомутов была использована арматурная сталь диаметром 6,2 мм с пределом текучести csw = 246 МПа. Опытные образцы были изготовлены из тяжелого бетона классов В47...В58. В день испытания для каждого опытного образца определялась прочность бетона.
Испытания проводили на специальной опытной установке, позволяющей осуществлять независимое загружение сжатия и кручения.
Три опытных образцов были испытаны на сжатие, четыре - на кручение, остальные - на сжатие с кручением при соотношении разрушающих силовых факторов Рти /ТРи, меняющемся от 0,3 до 1,25.
Для образцов, испытанных на сжатие, в предположении отсутствия влияния продольного изгиба было осуществлено сравнение опытной разрушающей силы Ри с расчетной, полученной по формуле
Оказалось, что среднее значение отношения Ри IP составило 1,09 при максимальных отклонениях - 2...+19%.
Для образцов, подвергнутых сжатию с кручением, кроме отношений Рти /Р, которые изменились от 0,1 до 0,77, были определены значения Три / Т, где величина несущей способности на кручение Т определялась по формуле, предложенной в работе [1]. Анализ этих расчетов показал, что сжатие существенно повышает несущую способность элемента на кручение.
При кручении образуется блочно - стержневая система, в которой бетонные блоки работают на сжатие, а продольная и поперечная арматура испытывают растяжение. В этом случае сжатие вдоль оси элемента, как и продольная арматура, препятствует продольным деформациям системы. Это позволяет влияние сжатия учесть путем введения величины сжимающей силы Рти в формулу, по которой определяется силовая интенсивность продольного армирования
Сравнение опытных данных с расчетными, полученными по формулам (3), (4) и (5), показало, что их отношения составили -11 ...+33% при среднем значении 1,04, что можно признать вполне приемлемым.
Выводы
1. Осевое сжатие существенно повышает несущую способность железобетонного элемента на кручение.
2. Предельная область при сжатии с кручением имеет ту же форму, что и при изгибе с кручением.
Бетон и железобетон, 2003 №2