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 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

Выносливость железобетонных конструкций при действии поперечных сил

-- [ Страница 5 ] --

Как показывает анализ экспериментальных данных, усталостная прочность и предел выносливости железобетонных изгибаемых элементов в зоне действия поперечных сил выше нагрузки образования наклонных трещин в растянутой зоне элемента при кратковременном статическом нагружении, т.е. железобетонные изгибаемые конструкции успешно сопротивляются многократно повторяющимся циклическим нагрузкам и при наличии нормальных и наклонных трещин в зоне действия поперечных сил. В связи с этим, при разработке расчетной модели для оценки усталостной прочности или выносливости железобетонных изгибаемых элементов при действии поперечных сил необходимо учитывать наличие трещин в растянутой зоне, так как образование и развитие наклонных трещин кардинальным образом меняет качество напряженно-деформированного состояния, особенно в элементах с большим пролетом среза.

Условием образования трещин в растянутой зоне изгибаемых элементов на рассматриваемых траекториях является достижение главными растягивающими напряжениями предела прочности бетона при плоском напряженном состоянии "сжатие-растяжение", если трещины образуются уже при первом нагружении, или усталостной прочности бетона при плоском напряженном состоянии, если трещины образуются после определенного количества циклов нагружения. В элементах с большим пролетом среза (), в зоне действия поперечных сил, вначале образуются нормальные трещины, а затем они, искривляясь по траектории главных сжимающих напряжений, превращаются в наклонные трещины. При увеличении количества циклов нагружения одна из таких наклонных трещин начинает развиваться более интенсивно и становится критической. Траекторию главных сжимающих напряжений, вдоль которой происходит образование и развитие начального участка критической наклонной трещины, можно описать уравнением , где – определяются из граничных условий. Анализ характера образования и развития усталостных трещин, усталостного разрушения балок, напряженно-деформированного состояния в зоне действия поперечных сил при циклическом нагружении, а также термограмм экспериментальных балок, полученных в процессе усталостных испытаний (рис.8) позволяет выдвинуть следующую гипотезу дальнейшего развития критической наклонной трещины и разработать модель усталостного разрушения железобетонных изгибаемых элементов с большим пролетом среза. Задолго до образования нормальных и наклонных трещин в глубине пролета среза, тем более до формирования и развития критической наклонной трещины, в нормальном сечении в конце пролета среза, где действует максимальный момент, образуется нормальная трещина (сечение 1-1 на Рис.9). К моменту образования остальных трещин в зоне действия поперечных сил эта нормальная трещина в конце пролета среза развивается на большую высоту, и растянутая зона бетона практически полностью исключается из работы; эпюра искривляется, увеличивается полнота эпюры и в верхней части эпюры начинает образовываться пластический участок; уменьшение высоты нетреснутой части бетона в этом нормальном сечении приводит к увеличению полноты эпюры касательных напряжений и к резкому увеличению максимального значения касательных напряжений . Поэтому в пределах пластического участка сжатой зоны резко увеличивается равнодействующая нормальных и касательных усилий, где – площадь пластического участка сжатой зоны в нормальном сечении с трещиной в конце пролета среза. Под воздействием усилия в сжатой зоне, действующего в пределах ограниченной грузовой площади , в направлении действия этого усилия возникает наклонный сжимающий силовой поток под углом к продольной оси элемента. Характер распределения напряжений внутри этого наклонного сжимающего силового потока такой же, как при местном сжатии. Как было изложено выше, при местном сжатии под грузовой площадкой небольшой ширины образуется клин уплотнения, который находится в условиях двухосного сжатия. Под воздействием клина уплотнения, в средней части сжимающего силового потока, возникает плоское напряженное состояние "растяжение–сжатие". При циклическом нагружении, еще до образования критической наклонной трещины, внутри наклонного сжимающего силового потока, от микропор в теле бетона или усадочных микротрещин по линии действия растягивающих напряжений зарождаются и развиваются усталостные микротрещины отрыва, а затем они объединяются в макротрещину отрыва cd под углом к продольной оси элемента. Наиболее характерной особенностью развития трещин нормального отрыва, развивающихся вдоль линии действия сжимающих усилий, является стремление любой, даже первоначально наклонной к линии действия сжимающего усилия, трещины выравнивать свою траекторию в направлении сжатия. Учитывая это можно выдвинуть гипотезу о том, что из всех наклонных трещин, образованных в зоне действия поперечных сил в растянутой зоне, при первом нагружении или при увеличении количества циклов нагружения, критической становится та наклонная трещина, которая попадает в зону влияния наклонного сжимающего силового потока, образованного от действия равнодействующей усилий в сжатой зоне в пределах пластического участка . Только этим можно объяснить, что критической становится, как правило, крайняя наклонная трещина (ближайшая к опоре), которая образуется и развивается вдоль менее напряженной траектории главных сжимающих напряжений; дальнейшее развитие критической наклонной трещины и более интенсивное ее раскрытие по сравнению с остальными наклонными трещинами; резкое увеличение нормальных напряжений в продольной арматуре в месте пересечения с критической наклонной трещиной (выравнивание продольных усилий).

В этой связи модель усталостного сопротивления железобетонных изгибаемых элементов с большим пролетом среза можно представить как на рис. 9. На основе этой модели, после образования и развития критической наклонной трещины при увеличении количества циклов нагружения усталостное разрушение железобетонного элемента по наклонному сечению происходит либо по сжатой зоне либо в результате усталостного разрыва наиболее нагруженных стержней поперечной арматуры, пересекающихся с начальным участком критической наклонной трещины, либо по растянутой зоне из-за усталостного разрыва продольной арматуры или из-за нарушения анкеровки продольной арматуры.

В связи с этим для обеспечения работоспособности элемента при циклическом нагружении необходимо соблюдение следующих условий выносливости

,,,, (12)

где - текущие главные сжимающие напряжения в сжатой зоне над критической наклонной трещиной в направлении действия равнодействующей продольных и поперечных сил в бетоне в пределах пластического участка сжатой зоны; - предел выносливости (объективная прочность) сжатой зоны над критической наклонной трещиной (бетона (или железобетона) при местном сжатии в направлении главных сжимающих напряжений) на момент времени t; текущие максимальное напряжение в наиболее нагруженных стержнях поперечной арматуры на момент времени t в месте пересечения с начальным участком критической наклонной трещины в растянутой зоне; предел выносливости стержней поперечной арматуры при осевом нагружении на момент времени t; текущее осевое напряжение в продольной арматуре на момент времени t; текущие (максимальные) растягивающие напряжения в наиболее нагруженных волокнах продольной арматуры в месте пересечения с наклонной трещиной на момент времени t; предел выносливости продольной арматуры в условиях плоского напряженного состояния на момент времени t; предел выносливости анкеровки продольной арматуры на момент времени t.

Действие многократно повторяющейся нагрузки вследствие развития деформаций виброползучести сжатого бетона в направлениях действия напряжений, сопровождается возникновением и развитием дополнительного (остаточного) напряженного состояния, что приводит к непрерывному изменению напряженно-деформированного состояния в приопорной зоне изгибаемого элемента. Поэтому при оценке выносливости элементов необходимо иметь представление о напряженно-деформированном состоянии в бетоне и арматуре на всех стадиях нагружения. В целях упрощения оценки напряженно-деформированного состояния железобетонных элементов в процессе циклического нагружения, действие многократно повторяющейся нагрузки целесообразно разделить на два этапа и поэтому работу элемента удобно разделить также на два этапа. Первый этап отражает напряженное состояние конструкции при первом цикле (N=1) нагружения до максимальной нагрузки цикла Pmax. Второй этап отражает напряженное состояние элементов в процессе всего циклического нагружения при N >1. На этой стадии отражается весь процесс непрерывного изменения напряженно-деформированного состояния элементов из-за интенсивного развития деформаций виброползучести сжатого бетона в стесненных условиях.

В обобщенном виде текущие напряжения в бетоне и арматуре и их коэффициенты асимметрии цикла представляем в виде

, (13)

, (14)

где , - начальные напряжения в бетоне или в арматуре при первом нагружении, - дополнительные (остаточные) напряжения в бетоне или в арматуре, возникающие вследствие накопления деформаций виброползучести бетона в стесненных условиях. Начальные напряжения при первом нагружении определяем из условий равновесия внешних и внутренних усилий на основе модели усталостного сопротивления элемента, а дополнительные напряжения , возникающие в процессе циклического нагружения начиная со второго цикла нагружения определяем на основе деформационных зависимостей для нормального сечения (1-1) в конце пролета среза и наклонного сечения (2-2), проходящего по критической наклонной трещине (рис. 9).

Усталостное разрушение по сжатой зоне над критической наклонной трещиной происходит под действием равнодействующей поперечных и продольных сил в бетоне сжатой зоны, возникающих в пределах пластического участка, в нормальном сечении 1-1, проходящем через нормальную трещину в конце пролета среза. В связи с тем, что напряженно-деформированное состояние в сжатой зоне над критической наклонной трещиной (внутри наклонного сжимающего силового потока) и характер усталостного разрушения сжатой зоны аналогичны напряженно-деформированному состоянию и характеру усталостного разрушения в плосконапряженных элементах при действии местной нагрузки, то уравнение для определения объективной усталостной прочности сжатой зоны над критической наклонной трещиной на рассматриваемый момент времени получаем аналогичным образом как и уравнения объективной прочности бетона и железобетона (4) и (5):

. (15)

Предел выносливости продольной арматуры в месте пересечения с критической наклонной трещиной в условиях плоского напряженного состояния определяем по (9) и (10). Предел выносливости анкеровки продольной арматуры за критической наклонной трещиной определяем по (11). Предел выносливости стержней поперечной арматуры при осевом нагружении определяем по (9) и (10) принимая при этом.

Усталостные испытания железобетонных балок прямоугольного сечения с пролетом среза позволяют установить следующую картину образования и развития трещин и характер усталостного разрушения в зоне действия поперечных сил. Поскольку элементы со средним пролетом среза находятся на границе элементов с малым пролетом среза и элементов с большим пролетом среза, то в работе и в механизме усталостного разрушения при средних пролетах среза проявляются особенности как первых так и вторых, т.е. на характер образования и развития трещин в зоне действия поперечных сил и усталостного разрушения таких элементов оказывают влияние как внутренние силовые факторы, действующие в рассматриваемых по длине пролета среза элемента сечениях (моменты и поперечные силы), так и местные возмущения напряженного состояния и концентрации напряжений в определенных зонах, связанных с точками приложения сосредоточенных внешних сил. Поэтому при средних пролетах среза усталостное разрушение происходит с образованием критической наклонной трещины (рис. 10), но на разрушение оказывают влияние также и местные возмущения напряженного состояния и концентрации напряжений в определенных зонах, связанных с точками приложения сосредоточенных внешних сил. Критическая наклонная трещина образуется на расстоянии от растянутой грани и развивается в направлениях к опоре и к грузу. В растянутой зоне она развивается вдоль линии 2 – 2 (Рис.11), соединяющей внутреннюю границу опорной пластины с внешней границей грузовой пластины и полностью пересекает ее (до внутренней кромки опорной пластины). При своем развитии в направлении к грузу, критическая наклонная трещина, после того, как приближается до точки О, пересечения линий 3 - 3 и 2 – 2, меняет свое направление и продолжает развиваться вдоль оси 3 – 3 наклонного сжимающего потока, образующегося между точками приложения опорной реакции и сосредоточенной нагрузки, т.е ориентируется вдоль наклонного сжимающего силового потока. В то же время внутри самого сжимающего силового потока по линии действия растягивающих напряжений образуется и развивается трещина отрыва вдоль оси 3 – 3 потока, которая затем сливается с начальным участком (ОО2) критической трещины. Очевидно, что образование, развитие и раскрытие критической трещины в растянутой зоне (участок ОО2) связаны с плоским поворотом и сдвигом наклонного сечения 2 – 2, а ее развитие и раскрытие в сжатой зоне (cd) – с образованием и развитием микротрещин отрыва по линии действия растягивающих напряжений (Рис.11) в зоне «растяжение-сжатие» внутри наклонного сжимающего силового потока, образованного под действием силы , а затем, их слиянием в макротрещину и дальнейшим развитием и раскрытием этой макротрещины отрыва. Характер распределения напряжений внутри наклонного сжимающего силового потока такой же, как при смятии.

В этой связи модель усталостного сопротивления железобетонных изгибаемых элементов со средним пролетом среза можно представить как на рис. 11. На основе этой модели, после образования и развития критической наклонной трещины при увеличении количества циклов нагружения усталостное разрушение железобетонного элемента по наклонному сечению происходит либо по сжатой зоне, либо в результате усталостного разрыва наиболее нагруженных стержней поперечной арматуры, пересекающихся с начальным участком критической наклонной трещины, либо по растянутой зоне из-за усталостного разрыва продольной арматуры или из-за нарушения анкеровки продольной арматуры. Поэтому для обеспечения работоспособности элемента при циклическом нагружении необходимо соблюдение следующих условий выносливости

,,, , (16)

где - текущие главные сжимающие напряжения в сжатой зоне над критической наклонной трещиной в направлении действия усилия; - предел выносливости (объективная прочность) сжатой зоны над критической наклонной трещиной (бетона (или железобетона) при местном сжатии в направлении главных сжимающих напряжений) на рассматриваемый момент времени ; текущие максимальное напряжение в наиболее нагруженных стержнях поперечной арматуры на момент времени t в месте пересечения с начальным участком критической наклонной трещины в растянутой зоне; предел выносливости стержней поперечной арматуры при осевом нагружении на рассматриваемый момент времени ; текущее осевое напряжение в продольной арматуре на момент времени t; текущие (максимальные) растягивающие напряжения в наиболее нагруженных волокнах продольной арматуры в месте пересечения с наклонной трещиной на рассматриваемый момент времени ; предел выносливости продольной арматуры в условиях плоского напряженного состояния на рассматриваемый момент времени ; предел выносливости анкеровки продольной арматуры на рассматриваемый момент времени .



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 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.