Студентка 5 курса 9 группы ИГЭС
Научный руководитель – д-р техн. наук, проф.
ВЛИЯНИЕ СЖАТОЙ ЗОНЫ БЕТОНА НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Расчет железобетонных элементов по нормальным сечениям во всех случаях производится из уравнений равновесия моментов и продольных сил, действующих в нормальном сечении, от внешних нагрузок и от усилий в сжатой зоне бетона и растянутой арматуре.
Напряжения в бетоне и арматуре определяются из диаграмм деформирования бетона и арматуры, связывающих напряжения с деформациями, и условия распределения деформаций по нормальному сечению.
Диаграмма сжатия бетона представляет собой кривую, отражающую вид напряженного состояния и предысторию нагружения и дает возможность оценить состояние материала на каждой стадии его нагружения [1]. Форма кривой ? - ? существенно зависит от того, сохраняется ли постоянной в течение испытания скорость деформирования ( d
/dt = const) или скорость подачи нагрузки ( d
/dt = const).
а) при постоянной скорости деформирования.
б) при постоянной скорости подачи нагрузки.
Рис.1. Диаграмма сжатия бетона
При испытании образца с контролем скорости деформирования на кривой обнаруживается нисходящий участок. Достижение максимума напряжений не приводит к исчерпанию несущей способности и при дальнейшем нарастании деформаций наблюдается падение напряжений, а при постоянной скорости подачи нагрузки достижение максимума напряжений приводит к исчерпанию несущей способности бетона и нисходящий участок кривой ? - ? отсутствует [2].
Исходя из диаграмм деформирования сжатия бетона, получаем эпюру напряжений в сжатой зоне бетона.
Расчетная эпюра напряжений (в сжатой зоне изгибаемых элементов) с развитием новых видом расчетов потерпела значительные изменения.
На рис.2 представлены некоторые из применившихся за историю развития железобетона расчетные эпюры напряжений сжатой зоны изгибаемых элементов(треугольные, прямоугольные, параболические и комбинированные эпюры). 
Рис.2. Расчетные эпюры напряжений сжатой зоны железобетона при изгибе.
Все предложения по использовании эпюры в сжатой зоне для расчета прочности нормальных сечений можно разделить на 2 группы. К первой группе, не учитывающих изменение формы эпюры от прочности бетонов и их видов. Ко второй группе относятся предложения, учитывающее изменения деформативности бетонов в зависимости от прочности бетона.
Вариант 1. Расчет прочности нормального сечения приближенный метод, который заключается в приравнивании усилия в бетоне сжатой зоны при криволинейной эпюре напряжений к усилию при прямоугольной[2,3, 4].
Рис.3 а) криволинейная эпюра, б) прямоугольная эпюра,
в) прямоугольная эпюра(СП63.13330.2012)
- усилие в сжатой зоне при прямоугольной эпюре напряжений по формуле СП 63.13330.2012[4]
- усилие в сжатой зоне при криволинейной эпюре.
Приравниваем уравнения и находим коэффициент полноты эпюры ?, а по нему определяем значение предельной деформативности бетона 
, а затем определяется величина предельного момента[1,2]. При рекомендуемом подходе к определению предельного момента величина усилия в сжатом бетоне остается такой ж, как при расчете с прямоугольной эпюрой напряжений, но меняется величина плеча внутренней пары.
Высота сжатой зоны 
определяется из уравнения равновесия:
где 
является функцией одной переменной.
Уравнения решается на ЭВМ. Разработанный метод распространяется на различные формы поперечного сечения.
В общем виде несущая способность нормальных сечений различной формы определяется по формуле:
где 
- расстояние от усилия 
до нейтральной оси.
По приближенному способу были рассчитаны балки. Результаты расчета имеют удовлетворительную сходимость опытных и теоретических значений предельного момента; отклонение составило 9%.
Вариант 2. Расчет прочности нормальных сечений уточненный вариант. Основан на использовании действительной диаграммы ?=f(?b), полученной для сжатой зоны изгибаемого элемента при неоднородном деформировании. На диаграмме ?b - ?b можно выделить четыре узловые точки 
,
,
,
. Для описания связи напряжений с деформациями применяется 4-х звенная сплайн функция [5, 6].
Рис.4. Аппроксимация диаграммы ?b - ?b
Рис.5.Расчетные схемы деформации, напряжений и усилий в нормальном сечении элемента.
Уравнение равновесия проекций внутренних усилий:
.
Уравнение равновесия моментов:
.
По уточненномуварианту были рассчитаны балки небольшого размера и плиты при меньших классах прочности бетона. Результаты расчетаимеют удовлетворительную сходимость опытных и теоретических значений предельного момента; отклонение составило 7%.
Для гражданских зданий отклонение моментов составляющее при расчете не существенно, а вот для элементов массивного строительства, где расходуется примерно 2/3 общего объема «железобетонной» продукции, экономически выгоднее рассчитывать по криволинейной диаграмме.
БИБЛЕОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
1. Оценка прочности изгибаемых элементов железобетонных конструкций с учетом особенностей экспериментальной диаграммы напряжений деформаций сжатой зоны бетона.-Москва-1999г.
2. , Совершенствовании методов расчета железобетонных конструкций и снижение их металлоемкости. – Ставропольское книжное изд.,1987-С.152.
3. Метод расчета прочности нормальных сечений изгибаемых элементов на основе аналитических диаграмм деформирования материалов Сб. науч. тр. РИСИ// Совершенствование методов расчета железобетона, 1988 – с94-105.
4. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.
5. , , Некоторые положения по описанию диаграммы деформирования бетона при загружении. Известие вузов. Строительство, 1984 - №2 – С.23-27.
6. , Оценка несущей способности и жесткости монолитных железобетонных плит с дефектами. Материалы 15-ой научно-методической конференции ВИТУ – Санкт-Петербург – 2001г.
