авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

Выносливость железобетонных конструкций при действии поперечных сил

-- [ Страница 3 ] --

В этой связи, в результате проведенных экспериментальных и теоретических исследований разработана методика расчета выносливости железобетонных элементов при действии поперечных сил при различных пролетах среза применительно для каждой группы указанной классификации. Эта методика расчета, в отличие от методики норм, базируется на физических моделях усталостного сопротивления железобетонных элементов действию поперечных сил, разработанных в диссертации в результате проведенных исследований, которые дают ясное представление о работе элемента в процессе циклического нагружения, действующих внутренних усилиях и природе их возникновения, характере деформирования и причинах усталостного разрушения. Построение расчетного аппарата осуществляется с учетом реального напряженно-деформированного состояния элементов, учета всех внутренних усилий и влияния наиболее значимых факторов на их усталостное сопротивление. Расчет выносливости ведется по классической схеме: на основе физических моделей определяются действующие внутренние усилия и напряжения; определяются пределы выносливости бетона, арматуры и анкеровки арматуры; проверяются условия выносливости. Напряжения и коэффициенты асимметрии цикла напряжений в бетоне и арматуре, в отличие от методики норм, определяются с учетом их изменения в процессе циклического нагружения вследствие развития деформаций виброползучести сжатого бетона в стесненных условиях. Пределы выносливости (объективная усталостная прочность при циклическом нагружении) бетона и арматуры определяются из соответствующих критериев усталостной прочности с учетом образования и развития усталостных микро- и макротрещин трещин, неупругих свойств бетона, реальных режимов деформирования бетона и арматуры в составе конструкции. Поэтому при проектировании учитываются режимы реального деформирования бетона и арматуры в составе железобетонного элемента, особенности напряженно-деформированного состояния железобетонных изгибаемых элементов в зоне действия поперечных сил при различных пролетах среза и его изменение в процессе циклического нагружения и как следствие в явном виде учитываются все основные факторы, влияющие на усталостное сопротивление железобетонных конструкций при действии поперечных сил.

Несмотря на многочисленные теоретические и экспериментальные исследования сопротивления бетона и железобетона при местном действии статической нагрузки, совершенно отсутствуют исследования, как теоретические так и экспериментальные, поведения бетона и железобетона при местном действии многократно повторяющихся нагрузок. Основные закономерности в процессах образования, развития усталостных трещин в процессе циклического нагружения, а также вид, характер и форма усталостного разрушения элементов и их зависимость от конструктивных особенностей элемента и других факторов не исследованы. Отечественные нормы никаких рекомендаций по оценке выносливости бетонных и железобетонных элементов при местном циклическом сжатии не дают. Поэтому нет ни какой информации о характере усталостного сопротивления бетона и железобетона действию местной циклической нагрузки (при нулевом пролете среза) и совершенно отсутствуют какие-либо рекомендации по оценке их выносливости.

Опираясь на анализ и обобщение многочисленных теоретических и экспериментальных исследований сопротивления бетонных и железобетонных элементов при местном статическом сжатии, проведенных В.Г.Донченко, Л.Н.Зайцевым, А.С.Залесовым, В.Г.Квашей, В.К.Керасом, С.К.Нийоги, Л.Обертом, И.А.Рохлиным, В.Н.Сахаровым, Б.С.Соколовым, А.В.Старчевским, И.С.Ульбиевой, М.М.Холмянским и др., а также учитывая результаты проведенных автором экспериментальных исследований зон концентрации напряжений, характера образования и развития усталостных трещин в элементах при циклическом сжатии, усталостного разрушения элементов, процесс усталостного разрушения и физическую модель усталостного сопротивления бетона при местном циклическом сжатии можно описать следующим образом.

При местном сжатии бетонного элемента между грузовыми площадками образуется взаимонаправленный сжимающий силовой поток, ограниченный размерами грузовых площадок. Внутри этого сжимающего силового потока напряженное состояние является неоднородным, так как при приложении внешней циклической нагрузки на плоский элемент, под грузовыми площадками ограниченной ширины, из-за наличия трения между грузовой площадкой и поверхностью бетона, образуются уплотненные объемы в виде клина (рис. 1) с гранями, наклоненными к плоскости передачи нагрузки под углом, равным углу внутреннего сдвига бетона и внутри самого клина формируется напряженное состояние «сжатие - сжатие» (). Перемещение клина как твердого тела и его «заклинивание» окружающего бетона вызывает возникновение распора, следовательно, раскалывающих (растягивающих) напряжений между вершинами клиньев уплотнения, а вдоль граней клиньев – реализуется условие чистого сдвига и возникают касательные напряжения ; в результате давления этих клиньев уплотнения как твердого тела на окружающий бетон возникают также сжимающие напряжения и поэтому в средней зоне между вершинами клиньев уплотнения в элементах с размерами и по результатам исследований Б.С.Соколова образуется ядро сжатия шириной меньше длины грузовых площадок .

При циклическом сжатии бетона усталостное разрушение и нелинейные деформации виброползучести характеризуются образованием и развитием трещин нормального разрыва. В начальной стадии нагружения после превышения средними макронапряжениями сжатия начального уровня образования микротрещин в бетонных элементах возникают микроскопические трещины усталости. С увеличением уровня нагрузки или количества циклов нагружения преимущественное развитие получают микротрещины отрыва в средней части бетонного элемента между вершинами клиньев уплотнения, которые затем объединяются между собой, образуя усталостные макротрещины, направленные параллельно или с небольшим наклоном к направлению действия внешних сжимающих сил. Когда суммарная длина усталостной макротрещины отрыва достигает критической длины , начинается динамическое развитие магистральной макротрещины отрыва, что при определенных условиях приводит к окончательному разрушению (долому) сжатого бетонного элемента. Исследование поверхностей разрушения бетонных элементов свидетельствует, что долом происходит за счет сдвига по наклонным плоскостям под грузовыми площадками. При этом от основной массы отделяется объем в виде клина, т.е. «клин уплотнения». Поверхность клина неровная. Внутри и вне клина бетон не разрушен.

В этой связи критерий усталостного разрушения бетона при местном циклическом сжатии можно представить в виде , где - объективная (остаточная) прочность бетона в сжимающем силовом потоке при циклическом нагружении на момент времени ; - максимальные сжимающие напряжения цикла от внешней нагрузки на момент времени .

Таким образом, в результате давления клиньев на окружающий бетон и «заклинивания» окружающего бетона между вершинами клиньев возникает напряженное состояние «растяжение - сжатие», внутри клина – «сжатие - сжатие», а вдоль граней клиньев – реализуется условие чистого сдвига.

При этом с одной стороны, вплоть до усталостного разрушения все составляющие напряженного состояния остаются меньше расчетных сопротивлений бетона при однократном статическом нагружении, т.е. ;; , а с другой стороны даже при внешней стационарной циклической нагрузке () напряженное состояние и в бетонных и в железобетонных элементах нестационарное, т.е. при многократно повторяющихся нагружениях происходит непрерывное изменение напряженно-деформированного состояния элементов внутри сжимающего силового потока, образованного между площадками загружения. Причиной этого является интенсивное развитие деформаций виброползучести в сжатом бетоне вдоль оси сжимающего силового потока.

На основе кинематической модели сжатия С.М.Крылова, Л.Н.Зайцева, И.С.Ульбиевой модель деформирования бетона при местном сжатии многократно повторяющейся нагрузкой можно представить как на рис. 2. Согласно этой модели, в результате интенсивного развития деформаций виброползучести сжатого бетона происходит перемещение клиньев уплотнения в вертикальном направлении на величину (1)

При вертикальном перемещении клина вдоль оси сжимающего силового потока

на величину поперечное перемещение в бетоне в средней зоне составляет

, (2) а сдвиг бетона вдоль граней клиньев уплотнения -

. (3)

Поперечное перемещение в средней зоне вызывает возникновение дополнительных растягивающих напряжений в бетоне, а сдвиг вдоль граней клиньев – дополнительных касательных напряжений в бетоне. С увеличением количества циклов нагружения возрастают деформации виброползучести бетона, в свою очередь, они вызывают увеличение остаточных растягивающих напряжений в бетоне и остаточных касательных напряжений в бетоне. При этом эти дополнительные (остаточные) напряжения и распределяются достаточно равномерно. Остаточные напряжения и имеют тот же знак, что и начальные напряжения и при первом нагружении до максимального уровня циклической нагрузки . При совместном рассмотрении эпюр распределения начальных и дополнительных напряжений становится очевидным, что суммарные напряжения и с увеличением количества циклов N, постоянно увеличиваются. При этом очевидно, что происходит увеличение как максимальных значений напряжений и так и полноты эпюр распределения этих напряжений. Увеличение напряжений происходит как при минимуме, так и при максимуме внешней нагрузки поэтому фактические коэффициенты асимметрии цикла напряжений в бетоне и не совпадают с коэффициентом асимметрии цикла внешней нагрузки . По мере увеличения количества циклов нагружения всегда и . Поэтому даже при стационарном внешнем циклическом нагружении (), с увеличением количества циклов нагружения, происходит непрерывное увеличение максимальных раскалывающих и касательных напряжений и в бетоне и их коэффициентов асимметрии цикла и , т.е. режимы деформирования бетонного элемента при местном сжатии в направлениях действия напряжений и нестационарны, независимо от режима циклического нагружения.

В этой связи, на основе модели раскалывания И.А.Рохлина и модели раскалывания А.С.Залесова, В.Н.Сахарова, А.В.Старчевского и с учетом (1) - (3) и рис. 2 распределение текущих напряжений при многократно повторяющихся нагрузках для бетонных элементов с размерами и представляем как на Рис.3, на основе модели сжатия Б.С.Соколова распределение текущих напряжений при

многократно повторяющихся нагрузках для бетонных элементов с размерами и представляем как на Рис.4.

Как видно из анализа напряженно-деформированного состояния плоских элементов при местном циклическом сжатии, механизма работы и усталостного разрушения элемента, вертикальному перемещению клиньев уплотнения оказывает сопротивление окружающий бетон и в связи с этим в них возникают определенные усилия. Поскольку после образования продольных микротрещин усталости дальнейшее сопротивление бетона разрушению зависит от способности бетона сопротивляться развитию усталостных микро- и макротрещин, то для аналитического описания процесса усталостного разрушения и изменения усталостной прочности бетона привлекаются методы механики разрушения. При этом для оценки объективной (остаточной) прочности при циклическом нагружении (предела выносливости) бетонного элемента при местном сжатии необходимо составить условия равновесия усилий для сжатого элемента на момент времени : для бетонного элемента с размерами и (рис. 3) условия равновесия вертикальных и горизонтальных усилий для полуклина АВО, условие равновесия горизонтальных усилий для вертикального сечения ОО; а в элементах с размерами и (рис. 4) в результате давления клиньев уплотнения как твердого тела на окружающий бетон возникают также сжимающие напряжения , а следовательно в ядре сжатия действует сжимающее усилие в бетоне , которое учитываем при составлении предыдущих условий равновесия. Учитывая, что распределение максимальных текущих напряжений ; и в процессе циклического нагружения является равномерными и учитывая геометрические размеры моделей сжатия после несложных преобразований имеем аналитическое уравнение объективной (остаточной) прочности бетона в сжимающем силовом потоке при циклическом нагружении на рассматриваемый момент времени

, (4)

где и - для бетонных элементов с размерами и , а также для бетонных элементов с размерами ; и - для бетонных элементов с размерами и ; - длина растянутой зоны; , ,.

Как видно из (4), предел выносливости (объективная усталостная прочность) бетона при местном циклическом сжатии зависит от критического коэффициента интенсивности напряжений бетона при циклическом нагружении на рассматриваемый момент времени , от длины усталостной трещины отрыва внутри сжимающего силового потока на рассматриваемый момент времени и деформативных свойств бетона, а также зависит от угла внутреннего сдвига бетона , соотношения размеров элемента и соотношения ширины грузовых площадок и высоты элемента . Таким образом, поскольку критический коэффициент интенсивности напряжений бетона при циклическом нагружении и длина усталостной трещины отрыва внутри сжимающего силового потока уменьшаются, а неупругие деформации бетона с увеличением количества циклов нагружения увеличиваются, то объективная прочность бетона имеет переменную величину.

Наличие арматуры отражается на характере развития трещин отрыва, на характере работы и усталостного разрушения сжатой полосы, а следовательно и на величине объективной прочности при местном циклическом сжатии.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.