способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки
Классы МПК: | G01M5/00 Исследование упругих свойств конструкций или сооружений, например мостов, крыльев самолетов |
Автор(ы): | Уткин В.С., Погодин Д.А. |
Патентообладатель(и): | Вологодский государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-10-04 публикация патента:
10.07.2002 |
Изобретение относится к строительству и применимо для железобетонных строительных конструкций типа балки в растянутой зоне бетона. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения несущей способности эксплуатируемых конструкций за счет учета жесткости опорных закреплений элементов. Это достигается тем, что исследуемую конструкцию деформируют постоянной нагрузкой 5-10 раз, измеряют и вычисляют средние значения относительных деформаций в растянутой арматуре и сжатой зоне бетона, с помощью которых графически определяют изгибающие моменты на опорных концах, на основании которых теоретически определяется жесткость опорных закреплений. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, по которому исследуемую конструкцию деформируют постоянной сосредоточенной нагрузкой, приложенной в одном и том же месте, 5-10 раз, измеряют и вычисляют средние значения деформаций![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184122/949.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184216/967.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184216/967.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-30t.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-31t.gif)
где Мi - изгибающий момент в i-том сечении;
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-32t.gif)
Е - модуль упругости материала арматуры;
Аi - площадь сечения рабочей арматуры в одном из i-ных сечений,
а величину опорных моментов получают, откладывая от осевой линии конструкции от исследуемых сечений найденные значения изгибающих моментов, проводят прямую через их вершины до пересечения с перпендикулярами, восстановленными к осевой линии конструкции на опорных концах, измеряют их, находят величину опорных моментов и жесткость опорных закреплений определяют теоретически в виде отношения моментов М и угловых перемещений
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184045/981.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-33t.gif)
причем величина экспериментальной нагрузки принимается равной не более 20% от предельной, вычисляемой по теории предельных состояний (по первой группе) для обеспечения работы бетона в первой упругой стадии.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к экспериментально-теоретическому определению жесткости опорных закреплений железобетонной конструкции типа балки без трещин в растянутой зоне бетона. Для определения жесткости С узловых закреплений необходимо знать значение изгибающих моментов М и углов поворота![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184045/981.gif)
C = M/
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184045/981.gif)
Для определения углов поворота используют клинометры, приборы, которыми измеряют углы поворота сечений или отдельных элементов конструкций. Известен способ определения угла поворота рычажным клинометром (см. "Испытание конструкций и сооружений" Д.Е. Долидзе. М.: В/Ш. 1975, с.42), при котором в требуемом сечении жестко крепят горизонтально или вертикально рычаг. На рычаге выбирают две точки на определенном расстоянии друг от друга и при помощи индикаторов часового типа измеряют их перемещение и находят тангенс угла поворота, а так же сам угол. Недостатком этого способа является то, что невозможно определить угол поворота в сечении конструкции непосредственно в опорном закреплении, а только в сечениях на некотором расстоянии от опорного закрепления. Для получения более точного измерения необходимо находить угол поворота непосредственно в опорном закреплении. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ (см. "Обследование и испытание сооружений" под редакцией О.В. Лужина М.: с/и, 1987, с. 161), заключающийся в том, что конструкция нагружается экспериментальной нагрузкой несколько раз, измеряется прогиб в середине прогибомером и углы поворота двумя клинометрами, проводится математическая обработка результатов измерений. Определяются теоретически опорные моменты и жесткость опорного закрепления. Недостатком этого способа является невозможность определения угла поворота непосредственно в опорном закреплении конструкции. Целью предлагаемого изобретения является повышение точности определения несущей способности эксплуатируемых конструкций за счет учета жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки. Цель достигается следующим образом. В экспериментально-теоретическом способе определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балок исследуемую конструкцию деформируют постоянной сосредоточенной нагрузкой, приложенной в одном и том же месте, 5-10 раз, измеряют и вычисляют средние значения относительных деформаций
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184122/949.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184216/967.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184216/967.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-2t.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-3t.gif)
где Мi - изгибающий момент в i-том сечении;
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-4t.gif)
Е - модуль упругости материала арматуры;
Ai - площадь сечения рабочей арматуры в одном из i-тых сечений,
а величину опорных моментов получают, откладывая от осевой линии конструкции от исследуемых сечений найденные значения изгибающих моментов, проводят прямую через их вершины до пересечения с перпендикулярами, восстановленными к осевой линии конструкции на опорных концах, измеряют их, находят величину опорных моментов и далее жесткость опорных закреплений определяют теоретически в виде отношения моментов М и угловых перемещений
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184045/981.gif)
C = M/
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184045/981.gif)
причем величина экспериментальной нагрузки принимается равной не более 20% от предельной, вычисляемой по теории предельных состояний (по первой группе) для обеспечения работы бетона в первой упругой стадии. Сущность способа рассмотрим на примере железобетонной балки. На чертеже представлены:
фиг.1,а - сечение железобетонной балки;
фиг.1,б - эпюра деформаций бетона
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-5t.gif)
фиг.2,а - уточненная расчетная схема железобетонной балки;
фиг.2,б - фактическая эпюра моментов;
фиг.3,а - эпюра единичного момента
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-6t.gif)
фиг.3,б - эпюра единичного момента
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-7t.gif)
Fэ - экспериментальная нагрузка;
1; 2; 3; 4 - сечения, в которых устанавливаются измерители деформаций в арматуре и в бетоне;
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-8t.gif)
l - пролет балки;
d - расстояние от точки приложения силы (т. С) до левой опоры. В сечениях 1; 2; 3; 4 после разгрузки элемента, в двух местах слева и справа от нагрузки Fэ, для установки измерителей деформаций рабочей арматуры удаляют защитный слой бетона. В тех же сечениях устанавливают средства измерения деформаций бетона в сжатой зоне в четырех точках на попарно одинаковой высоте: по две слева и справа от нагрузки Fэ, как показано на фиг. 1, а,
где a - высота защитного слоя бетона;
ho - расчетная высота сечения;
т.1;2;3;4 - точки установки измерителей деформаций в первом сечении;
тр. - измеритель деформаций в арматуре;
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-9t.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184122/949.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184013/945.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184122/949.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-10t.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-11t.gif)
где
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-12t.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-13t.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-14t.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184216/967.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-15t.gif)
ho=h-a
В каждом сечении находят расстояние от "центра тяжести" эпюры
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-16t.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184216/967.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184216/967.gif)
Значения изгибающих моментов в исследуемых сечениях балки находят из выражения
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-17t.gif)
где Mi - величина изгибающего момента в i-том сечении;
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184017/963.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184017/963.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184122/949.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-18t.gif)
Е - модуль упругости материала арматуры;
Ai - площадь сечения рабочей арматуры в i-том сечении. По найденным значением Мi строят эпюру изгибающих моментов, представляя их в виде ординат, отложенных от базисной линии в исследуемых сечениях. Проводят прямые через вершины этих ординат до пересечения с перпендикулярами, восстановленными к базисной линии на опорных концах. Измеряя эти перпендикуляры, находят изгибающие моменты на опорных концах, как представлено на фиг. 2,б,
где МA - фактический изгибающий момент на опоре А, полученный с помощью построения;
МB - фактический изгибающий момент на опоре В, полученный с помощью построения;
M1 - фактический изгибающий момент в сечении 1;
М2 - фактический изгибающий момент в сечении 2;
М3 - фактический изгибающий момент в сечении 3;
М4 - фактический изгибающий момент в сечении 4;
Мc - фактический изгибающий момент в m.С. Величина постоянной, сосредоточенной, приложенной в одном и том же месте нагрузки принимается равной не более 20% от предельной, вычисляемой по теории предельных состояний (по первой группе) для обеспечения работы бетона в первой стадии, когда существует линейная зависимость между напряжением
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184017/963.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184122/949.gif)
Число нагружений n выбрано 5-10 раз, так как при n<5 значение деформаций заметно статистически меняется, а при n>10 статистических изменений значения деформаций практически нет. По значениям моментов МA и МB и углов поворота
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-19t.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-20t.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-21t.gif)
Аналогично на опоре В:
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-22t.gif)
где Мф - фактическая эпюра моментов (см. фиг.2,а);
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-23t.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-24t.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-25t.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-26t.gif)
EI - жесткость сечения конструкции. При кратковременном действии нагрузки жесткость железобетонного сечения равна жесткости приведенного сечения В, которая для большинства бетонов согласно (см. "Железобетонные конструкции. Общий курс." В.Н. Байков М., с/и 1991 г.,с. 766) находится по формуле
В=0,85EoIred,
где Е0 - начальный модуль упругости бетона;
Ired - момент инерции приведенного сечения относительно оси, проходящей через центр тяжести приведенного сечения, определяется по формуле
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-27t.gif)
где у0=Sred/Ared, Sred =
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184040/8721.gif)
где Ai - площадь части поперечного сечения балки, удобного для вычисления;
уi - расстояние от центра тяжести i-той части сечения до оси, совпадающей с нижней кромкой сечения балки. Значения жесткости опорных закреплений:
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-28t.gif)
![способ экспериментально-теоретического определения жесткости опорных закреплений железобетонных конструкций типа балки, патент № 2184947](/images/patents/286/2184947/2184947-29t.gif)
Класс G01M5/00 Исследование упругих свойств конструкций или сооружений, например мостов, крыльев самолетов