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 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |

Выносливость железобетонных конструкций при действии поперечных сил

-- [ Страница 4 ] --

В результате совместной работы арматуры и бетона многократно повторяющееся нагружение вследствие виброползучести сжатого бетона приводит к возникновению и накапливанию в арматуре дополнительных (остаточных) напряжений. Накопление остаточных напряжений в бетоне и арматуре, совпадающих по знаку с начальными напряжениями, приводит к увеличению текущих напряжений в бетоне и арматуре и их коэффициентов асимметрии цикла. Даже при стационарном внешнем циклическом нагружении (), с увеличением количества циклов нагружения, происходит непрерывное увеличение максимальных напряжений и их коэффициентов асимметрии цикла в вертикальной сжатой арматуре , максимальных напряжений и их коэффициентов асимметрии цикла в горизонтальной арматуре , находящейся в средней зоне между вершинами клиньев уплотнения, а также максимальных касательных напряжений и их коэффициентов асимметрии в бетоне вдоль граней клиньев уплотнения и нагельных усилий в горизонтальной арматуре , пересекающих плоскости сдвига вдоль граней объемов уплотнения и максимальных касательных напряженийв них и их коэффициентов асимметрии, т.е. режимы деформирования арматуры и бетона в составе железобетонного элемента при местном сжатии нестационарны, независимо от режима циклического нагружения.

Основой формирования модели усталостного сопротивления железобетонного элемента при местном сжатии служит модель усталостного сопротивления бетонного элемента. Поэтому принимаем, что их геометрические параметры и принципы построения совпадают. Принимаем также распределение напряжений в бетоне железобетонного элемента как при первом нагружении, так и в процессе циклического нагружения и схему деформирования бетона такими же, как и в бетонных элементах (рис.2–4). Вертикальному перемещению клиньев уплотнения в железобетонных элементах оказывает сопротивление окружающий бетон, горизонтальная и вертикальная арматура и в этой связи, в отличие от бетонных элементов, в указанных выше условиях равновесия для полуклина АВО и для вертикального сечения ОО (рис. 3– 4) дополнительно учитываем усилия в арматуре . В результате имеем аналитическое уравнение объективной прочности железобетона в сжимающем силовом потоке при циклическом нагружении на рассматриваемый момент времени

, (5)

где , смотри пояснения к (4); - для железобетонных элементов с размерами и , а также для железобетонных элементов с размерами ; - для железобетонных элементов с размерами и ;; и - текущие напряжения в горизонтальной растянутой арматуре и её шаг.

Для обеспечения выносливости бетонных и железобетонных элементов с нулевым пролетом среза (), т.е. при местном сжатии, необходимо определять сжимающие напряжения , возникающие в пределах сжимающего силового потока и ограничивать пределом выносливости бетона (или железобетона) при местном сжатии для заданного режима циклического нагружения, т.е. в пределах сжимающего силового необходимо соблюдать условие выносливости

. (6)

Поскольку развитие деформаций виброползучести в сжатом бетоне в направлении действия напряжений происходит в свободных условиях и ничто не препятствует их развитию, то можно принимать и поэтому текущие сжимающие напряжения принимаем равными начальным сжимающим напряжениям при первом загружении и определяем из условий равновесия на основе модели усталостного сопротивления, а коэффициент асимметрии цикла напряжений равен коэффициенту асимметрии цикла внешней нагрузки, т.е. . Пределы выносливости определяются по (4) или (5).

Особенностью работы «длинных» железобетонных изгибаемых элементов при малых пролетах среза < 1,2h0 является образование локальных полос напряжений, связанных с точками приложения сосредоточенных внешних усилий, в пределах которых и происходит усталостное разрушение (рис.5). Эта главная особенность работы обычных железобетонных балок с малым пролетом среза объединяет их с «короткими» (высокими) элементами. В обоих случаях эта особенность проявляется при небольших значениях относительного расстояния между действующими на элемент усилиями.

Т.И.Баранова, А.С.Залесов, Б.С.Соколов и др. считают, что для практических расчетов коротких элементов наиболее простым решением задачи представляется создание расчетной модели в виде каркасно-стержневой системы (КСС), состоящей из наклонных сжатых полос и растянутых арматурных поясов, замыкающихся в местах приложения внешних нагрузок и опорных реакций. Каркасно-стержневой аналог широко применяется в практике проектирования железобетонных конструкций за рубежом. За последние 30 лет в нашей стране были выполнены многочисленные экспериментальные и теоретические исследования по созданию расчетных моделей коротких элементов при статическом нагружении в виде каркасно-стержневой системы. Проверка на большом экспериментальном материале, выполненная различными авторами показала хорошую работоспособность таких моделей при статическом нагружении.

Создание расчетных моделей коротких железобетонных элементов в виде каркасно-стержневой системы в нашей стране началось благодаря работам Т.И.Барановой, благодаря которым утвердился также термин «короткие железобетонные элементы». Принцип построения расчетной модели заключается в определении наклонных потоков сжимающих напряжений и горизонтального потока растягивающих напряжений, пересечение которых образует систему, которая условно называется каркасно-стержневой моделью коротких элементов. Основными факторами, определяющими расчетные наклонные полосы, являются размеры грузовых и опорных площадок , под которыми формируются потоки сжимающих напряжений. Чем меньше размеры площадок, тем выше плотность траекторий. Таким образом, опорные и грузовые площадки формируют наклонную полосу и определяют ее ширину поверху и понизу. Угол наклона потока главных сжимающих напряжений приближается к углу наклона линии, соединяющей центры приложения опорной силы и силы нагружения.

Анализ характера образования и развития усталостных трещин в зоне действия поперечных сил экспериментальных балок (рис.5), их напряженно-деформированного состояния, а также термограмм и термографического фильма, полученных с помощью тепловизора в процессе усталостных испытаний, показывает, что каркасно-стержневой аналог элемента достаточно корректно отражает характер работы, особенности напряженно-деформированного состояния «длинных» железобетонных изгибаемых элементов с малым пролетом среза< 1,2h0, характер образования и развития трещин в приопорной зоне и усталостного разрушения этих элементов в зоне действия поперечных сил при циклическом нагружении и поэтому она вполне приемлема для оценки выносливости таких элементов при действии поперечных сил.

Учитывая результаты усталостных испытаний элементов с малым пролетом среза, проведенных автором, на основе существующих расчетных моделей коротких элементов для статического нагружения Т.И.Барановой, Б.С.Соколова, А.С. Залесова, В.Н.Сахарова, А.В.Старчевского и норм ЕКБ-ФИП, каркасно-стержневую модель усталостного сопротивления «длинных» железобетонных изгибаемых элементов действию поперечных сил при малых пролетах среза можно представить как на рис. 6. Моделируя работу приопорной зоны железобетонного элемента при малых пролетах среза каркасно-стержневым аналогом элемента можно постулировать, что усталостная прочность изгибаемого элемента в зоне действия поперечных сил при малых пролетах среза определяется выносливостью каждого элемента КСС: наклонных сжатых полос и продольной растянутой арматуры. Результаты экспериментальных исследований показывают, что при многократно повторяющихся нагрузках в железобетонных изгибаемых элементах с малым пролетом среза () усталостное разрушение в зоне действия поперечных сил при многократно повторяющихся нагружениях действительно происходит либо по наклонной сжатой полосе между опорной и грузовой площадками либо по растянутой зоне элемента. Усталостное разрушение по растянутой зоне происходит в результате усталостного разрыва продольной арматуры в месте пересечения с наклонной трещиной или в результате нарушения анкеровки арматуры за наклонной трещиной. Поэтому для обеспечения выносливости таких элементов необходимо определять напряжения внутри наклонного сжимающего силового потока и в продольной арматуре в месте пересечения с наклонной трещиной и действующие напряжения ограничивать значениями объективной прочности при циклическом нагружении (пределов выносливости) бетона, арматуры и их сцепления между собой, т.е. для обеспечения долговечности таких железобетонных элементов необходимо соблюдать условия выносливости

, , , (7)

где - сжимающие напряжения в наклонном сжимающем силовом потоке; - текущие (максимальные) растягивающие напряжения в наиболее нагруженных волокнах продольной арматуры в месте пересечения с наклонной трещиной; - текущие (максимальные) осевые растягивающие напряжения в продольной арматуре в месте пересечения с наклонной трещиной; - предел выносливости бетона или железобетона при местном сжатии; - предел выносливости продольной арматуры в условиях плоского напряженного состояния; - предел выносливости анкеровки продольной арматуры.

Как показывают экспериментальные исследования, напряженно-деформированное состояние внутри наклонного сжимающего силового потока аналогично напряженно-деформированному состоянию в плосконапряженных элементах при действии местной нагрузки. Поэтому для оценки усталостной прочности наклонной сжатой полосы можно применить модель усталостного разрушения при сжатии и уравнения объективной (остаточной) прочности бетона и железобетона при циклическом нагружении. В этой связи, если ось «1» направить вдоль продольной оси наклонного сжимающего силового потока, а ось «2» - в ортогональном направлении и принять те же обозначения что и в элементах с нулевым пролетом среза напряженное состояние внутри наклонного сжимающего силового потока можно представить как на рис. 7.

Поскольку развитие деформаций виброползучести в сжатом бетоне в направлении действия напряжений, как и при местном сжатии, происходит в свободных условиях и ничто не препятствует их развитию, то можно принимать ; ;, , а и очень просто определяются при первом загружении из условий равновесия на основе модели усталостного сопротивления.

В связи с тем, что напряженно-деформированное состояние внутри наклонной сжатой полосы и характер усталостного разрушения в пределах полосы аналогичны напряженно-деформированному состоянию и характеру усталостного разрушения в плосконапряженных элементах при действии местной нагрузки, то уравнение для определения объективной усталостной прочности (предела выносливости) наклонной сжатой полосы на рассматриваемый момент времени получаем аналогичным образом как и уравнения объективной прочности бетона и железобетона (4) и (5):

, (8)

где - коэффициент интенсивности напряжений, характеризующий сдерживающее влияние поперечной арматуры на развитие трещины внутри наклонного сжимающего потока; - угол наклона сжатой полосы; , - для железобетонных элементов с размерами грузовых площадок ; , - для железобетонных элементов с размерами грузовых площадок ; в элементах без поперечной арматуры .

Процесс многоцикловой усталости арматуры характеризуется образованием и развитием усталостных трещин в ней. Зарождение усталостных микротрещин происходит в результате интенсивного пластического деформирования арматурной стали в локальных объемах концентрации напряжений в арматуре, основным источником которых является периодический профиль арматуры. Это приводит к значительным замкнутым петлям гистерезиса, площадь которых равна энергии, рассеянной в течение одного цикла нагружения. После исчерпания пластического ресурса в этих локальных пластически деформированных объемах образуются микротрещины, одна из которых может перерасти в магистральную трещину. При дальнейшем увеличении количества циклов нагружения происходит развитие магистральной трещины до критических размеров. В этой связи для аналитического описания процесса усталостного разрушения и изменения усталостной прочности стальной арматуры в составе железобетонного элемента при многократно повторяющихся нагрузках привлекаются методы механики разрушения. Предел выносливости (объективную прочность) продольной арматуры на рассматриваемый момент времени в месте пересечения с наклонной трещиной в условиях плоского напряженного состояния определяем как

, (9)

, (10)

где , - нормальные напряжения в наиболее нагруженных волокнах и касательные напряжения в продольной арматуре месте пересечения с наклонной трещиной; - длина усталостной трещины в арматуре на рассматриваемый момент времени ; - критический коэффициент интенсивности напряжений арматуры при циклическом нагружении на рассматриваемый момент времени ; - временное сопротивление стали разрыву; - остаточный пластический ресурс стали.

Процесс многоцикловой усталости анкеровки арматуры характеризуется образованием и развитием усталостных трещин в контактной зоне между арматурой и бетоном. Если уровень напряжений сцепления арматуры с бетоном высок, и они оказываются больше предела выносливости сцепления, т.е. выполняется условие , то происходит зарождение и развитие несквозных усталостных трещин в контактной зоне между арматурой и бетоном. Как показывают исследования Б. Бромса, И. Гото, Н.И.Карпенко, В.Хана, М.М.Холмянского эти несквозные, внутренние трещины являются конусообразными. Эти конусообразные трещины начинают свое развитие под выступами арматуры и проникают в толщу бетона. Образование этих конусообразных трещин связано с работой бетона под выступами арматуры на смятие. Поэтому объективную усталостную прочность бетона под выступами, а, следовательно, и силы зацепления выступов арматуры нужно определить как функцию длины конусообразной трещины , которая постоянно увеличивается с увеличением количества циклов нагружения. Поэтому для аналитического описания процесса усталостного разрушения контактной зоны и изменения усталостной прочности анкеровки продольной арматуры при многократно повторяющихся нагрузках привлекаются методы механики разрушения. Предел выносливости (объективную прочность) анкеровки продольной арматуры на рассматриваемый момент времени определяем как

, (11)

где ; - диаметр стержня; ,,- соответственно высота выступов, шаг выступов и угол наклона выступов арматуры; а – защитный слой бетона; - длина заделки арматуры и пластического участка заделки; - угол клина под выступами арматуры; - длина усталостной трещины в бетоне под выступами арматуры на рассматриваемый момент времени .

В процессе циклического нагружения под воздействием больших напряжений смятия в бетоне под выступами арматуры интенсивно развиваются деформации виброползучести. С увеличением количества циклов нагружения N, вследствие виброползучести окружающего бетона под выступами арматуры, происходит увеличение приращения перемещений на загруженном конце и внутри заделки , а это в свою очередь приводит к перераспределению усилий зацепления с более нагруженных выступов у конца заделки на выступы, расположенные в глубине заделки, т.е. происходит перераспределение напряжений сцепления по длине заделки. При этом увеличение количества циклов нагружения приводит к непрерывному увеличению длины пластического участка и поэтому происходит увеличение полноты эпюры напряжений сцепления.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 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.