Три стадии напряженно деформированного состояния (НДС) железобетонных конструкций

Рассмотрим работу балки в зоне чистого изгиба.

I стадия НДС

В начале I стадии НДС напряжения в бетоне и арматуре носят преимущественно упругий характер (рис А), зависимость между напряжениями и деформациями – линейная, эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон сечения – треугольные. С увеличением нагрузки на элемент в бетоне растянутой зоны развиваются неупругие деформации (рис Б), эпюра напряжений становится криволинейной, напряжения приближаются к пределу прочности бетона при растяжении . Этим характеризуется конец I стадии НДС. В этот момент нагрузка достигает 10-15% от разрушающей. При дальнейшем увеличении нагрузки в бетоне растянутой зоны образуются трещины (II стадия НДС).

I стадия НДС

· Трещины в растянутой зоне бетона отсутствуют;

· Деформации в сжатом бетоне, сжатой и растянутой арматуре носят упругий характер (бетон и арматура работают совместно по всей длине балки).

Стадия I положена в основу расчета конструкций по образованию трещин.

В этом случае рассматривается приведенная эпюра напряжений.

Эпюра напряжений в растянутой зоне принимается прямоугольной с ординатой Высота сжатой зоны бетона х определяется расстоянием от нейтральной оси, проходящей через нулевое значение эпюры напряжений до верха сжатой зоны.

II стадия НДС

II стадия начинается с момента появления трещин и заканчивается по достижению ими предельных значений. Это соответствует увеличению нагрузки до 60-65% от величины разрушающей. С определенным шагом по длине элемента возникают вертикальные трещины. В интервалах между трещинами сцепление арматуры с бетоном сохраняется, и по мере удаления от краев трещины растягивающие напряжения в бетоне увеличиваются, а в арматуре уменьшаются. С дальнейшим увеличением нагрузки в бетоне сжатой зоны возникают неупругие деформации, эпюра нормальных напряжений искривляется, а ордината максимального напряжения перемещается с края сечения в его глубину. Большая часть растянутой зоны бетона исключается из работы. Растягивающие усилия воспринимает арматура и небольшой участок бетона. Раскрытие трещин и напряжение в арматуре вызывают увеличение деформации растянутой зоны, при этом происходит смещение нейтральной оси вверх.

II стадия НДС

· В растянутой зоне бетона появляются трещины;

· Деформации в сжатом бетоне носят упруго-пластический характер;

· Растягивающие напряжения воспринимает арматура и участок бетона над трещиной.

II стадия НДС соответствует эксплуатационному состоянию и поэтому принята в основу расчетов по деформациям и ширине раскрытия трещин.

Напряжения в бетоне растянутой зоны не учитываются.С достаточной степенью точности в сжатой зоне эпюра напряжений рассматривается треугольной. Растягивающие напряжения воспринимаются арматурой.

III стадия НДС (Стадия разрушения) 1 случай

С дальнейшим увеличением нагрузки напряжения в арматуре достигают физического (условного) предела текучести, напряжения в бетоне сжатой зоны под влиянием нарастающего прогиба элемента и сокращения высоты сжатой зоны также достигают значений временного сопротивления сжатию. Разрушение железобетонного элемента начинается с арматуры растянутой зоны и заканчивается раздроблением бетона сжатой зоны. Такое разрушение носит пластический характер.

III стадия НДС (Стадия разрушения) 1 случай ()

· Разрушение начинается с растянутой арматуры и заканчивается раздроблением сжатого бетона;

· Характер разрушения пластический;

· Полностью используется несущая способность арматуры.

III стадия НДС 1 случай положена в основу расчета изгибаемого элемента по прочности.

Криволинейная эпюра напряжений в сжатом бетоне приводится к прямоугольной, высота сжатой зоны х₃.

III стадия НДС (Стадия разрушения) 2 случай

2 случай III стадии НДС возможен в элементах с избыточным армированием. Разрушение происходит по бетону сжатой зоны. Стадия II переходит в стадию III внезапно. Разрушение переармированных элементов всегда носит хрупкий характер при неполном использовании растянутой арматуры.

III стадия НДС (Стадия разрушения) 2 случай ()

· Разрушение начинается с сжатого бетона;

· Характер разрушения хрупкий, мгновенный;

· Прочность растянутой арматуры полностью не используется;

· Коэффициент армирования элемента .

В практике проектирования второй случай III стадии НДС не допускается!