автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Методика определения деформации бетона при неодноосных напряженных состояниях с учетом приобретаемой анизотропии вследствие внутреннего трещинообразования



ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕДЬСКИИ ПРОНСШО-КОНСТРУКТОРСКИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА (НИИ2Б)

На правах рукописи

ЧЕПИЗУБОВ Игорь Геннадьевич

УДК 624.075.23:6241.022

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ БЕТОНА ПРИ НЕОДНООСНЫХ НАПРЯЖЕННЫХ СОСТОЯНИЯХ С УЧЕТОМ ПРИОБРЕТАВШИ АНИЗОТРОПИИ ВСЛЕДСТВИЕ ВНУТРЕННЕГО ТРЕЩИН00БРА30ВАНИЯ

Специальность: 05."23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

' АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

государственный ордена трудового красного знамени

научно-исследовательский про ехтно-конструкторский и .технологический институт бетона и железобетона (ниижб)

На правах рукописи

ЧЕПИЗУБОВ Игорь Геннадьевич

УДК 624.075.23:624.022

иетодика определения деформации бетона при неодноосных напряженных состояниях с учетом приобретаемой анизотропии вследствие внутреннего трещинообразования

Специальность: 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

' автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в Государственном Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторском в технологическом институте бетона и железобетона (НИИЖБ) Госстроя ..РФ.

доктор технических наукг профессор

Н.И. Карпенко доктор технических наук, профессор О.Н.Малашкин

V

кандидат технических наук Г.А.Тюшш

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ НИС Гидропроект им. С.Я.Кука

Защита диссертации состоится 11 ноября 1993 г. в 14 часов на заседании специализированного Совета К 033.03.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Государственном Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона (НИШЕ) Госстроя РФ по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская, д. б.

. Совет направляет Вам для ознакомления данный реферат и просит Ваши отзывы и замечания в 2-х экземплярах, заверенные печать», направить со выше указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан 10 октября 1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ

Т.А.Кузьмич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Бетонные элементы, работающие в условиях неодноосного напряженного состояния (плоского и объемного) встречается в различных бетонных и железобетонных конструкциях (плитах, стенах, фундаментах, защитных оболочках, платформах и др.). В связи с этим проблема определения деформаций и прочности таких бетонных элементов имеет кок теоретическое, так и важное практическое значение. Однако, несмотря на выполненные исследования я полученные, особенно в последнее время, результаты проблема остается недостаточно разработанной. Ограниченными являются исследования в части изучения деформативности бетонных элементов при плоских и объемных напряжениях, недостаточно данных по ползучести бетона в указанных условиях, особенно с замером всех трех кошонент главных деформаций. Исследователи указывают на влияние характера внутреннего трещинообразования на деформации п прочность, однэко этому фактору, особенно в последнее время, уделяется мало внимания. Здесь актуальным является поиск новых методгес проведения экспериментальных исследований по изучению влияния внутренних дефектов (трещин). К такой методике можно отнести методику акустической эмиссии на основе новой аппаратуры.

В связи с этим целью работы явилось изучение деформаций бетопа при кратковременных и длительно действующих неодноосных напряжениях совместно с регистрацией образования н развития внутренних дефектов в структуре бетона на основе метода акустической эмиссии я развитие па этой экспериментальной основе орто-троплой деформационной модели бетона.

Автор защищает:

- результаты экспериментальных исследований деформаций и прочности бетопа при кратковременных и длительно действующих

неодноосных напряжениях в сочетании с регистрацией образования к развития внутренних дефектов (трещин) по методу акустической эмиссии (на базе новой аппаратуры);

- единый алгоритм определения деформаций бетона при различных объемных напряженных состояниях с прослеживанием всех стадий деформирования вплоть до разрушения образцов (выхода на поверхность прочности);

- выявленное на основе экспериментов влияние соотношений главных напряжений и режима их приложения на интенсивность и характер развития внутренних дефектов, вследствие этого, на приобретаемую анизотропию:

- предложения по уточнению связей между напряжениями и деформациями для бетона при неодноосных кратковременных и длительно действующих напряжениях.

Научную новизну работы составляют:

- результаты экспериментальных исследований деформаций и' прочности бетона при кратковременных и длительно действующих неодносных напряжениях в сочетании с данными по образованию и накоплению внутренних дефектов (трещин) в структуре бетона.

- уточненные зависимости по определению параметров жесткос-тных коэффициентов физических соотношений, характеризующих неодинаковость (анизотропию) деформирования бетона по главным направлениям;

- выявленое на основе экспериментов влияние соотношений главных напряжений и режима их приложения на интенсивность и характер развития внутренних дефектов вследствие этого, на приобретаемую анизотропию;

- предложения по учету в физических соотношениях эффекта уплотнения структуры бетона в начальной стадии приложения сжимающих напряжений (эффект начального зажатия);

- предложения по уточнении методики определения предельных (соответствующих выходу напряжений на поверхность прочности) деформация в виде номограмм и аналитической зависимости;

- конструирование алгоритма по определению деформаций в сочетании с общей методикой определения уровней напряжений по их приращениям.

Достоверность результатов работы подтверждается согласованностью экспериментальных н расчетных данных. •

Практическое значение работы состоит в том, что проведенные исследования позволили развить существующую методику определения деформаций бетонного элемента с учетом анизотропии материала, сделав тем самым его единым для различных напряженных состояний.

Ьнедрение результатов исследования:

предложения по уточнению параметров деформационных соотношений вкличены в 4 раздел Пособия по автоматизированному расчету конструкций защитных оболочек АЗС;

составлены рекомендации по усилении конструкций Смоленской

АЭС;

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и одобрены на XII международной конференцию! молодых ученых и специалистов /г.Иркутск, 1990г./.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в двух печатных работах.

Обьем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литература, содержит 153 стр. машино-1 писного текста, включая 7 таблиц, 43 рисунка.

Работа выполнена в лаборатории N22 механики железобетона НИИЖБ Минстроя РФ под руководством доктора технических наук, профессора Карпенко Н.И.

Содержание работы Вопросам обоснования и выбора основных физических соотноше-еиЯ для бетона посвящены отдельные экспериментальные и теоретические работы, как в нашей стране, так и за рубежом.

Как свидетельствуют результаты экспериментов, проведенных на установках различного типа при трехосном и плоском напряженных состояниях, для бетона характерны нелинейные зависимости между компонентам}! напряжений и компонентами деформаций. Причем па зависимости существенно влияет вид напряженного состояния, то есть соотношения меаду главными напряжениями а^, а2, а^. Особенно заметно это влияние па рассмотрении связей между инвариантами напряжешю-деформировашюго состояния: октаэдрическим нормальным напряжением оо и средней деформацией со; октаэдрическим касательным напряжением т0 и сдвигом на октаэдрических площадках *0, и влияния на эту связь параметра Лоде-Надаи по напряжениям

Современные концепции на математическое описание основных физических соотношений для бетона можно следуя с определенной условностью разбить на три направления.

К первому направлению относятся исследования, которые базируются на предложении, что бетон работает по направлениям главных напряжений о1, аг, аз или по направлениям главных деформаций С2' сэ' 1сак ортотропный материал. Оси ортотрошш совпадают с направлениями оа, оэ или е1, еа, еэ.

Данный подход получил наиболее полное развитие в работах Н.И.Карпенко. Т.А.Валена, и других авторов. Среди зарубежных исследований этого нвпрвления отметим работы Х.Тенера. П.Фазио, С.Целинского. П.Робинса, Ф.Конга. С.Сидолина. В рамках модели ортотроппого материала основные физические соотношения для бетона. находящегося в трехосном напряженном состоянии представляются в виде .

V (1)

где ee- (Cj, et, сэ, т,/2, 72/2, i3/2)T - вектор относительных дефориаций;

ов- i^, а , оз. т2/2, t3/2)T - вектор напряжений в

бетоне (причем в осях ортотропии, совпадающими с направлениями главных нормальных напряжений, г гэ- 0);

С - матрица податливости бетона.

Математические модели бетона, предложенные Карпенко Н.И. и Балана Т.А. реализованы в конечно-элементных и конечно-разностных программах по расчету плоских железобетонных конструкций.

Второе направление характеризуют исследования, в которых используются гипотезы теории малых упруго-пластических деформаций, предложенной и развитой A.A. Илюшиным . Эта теория для простого нагружения учитывает подобие и коаксиальность девиато-ров' напряжений и деформаций,- т.е.

с - 6 с " ( а - б а ) (2)

ij ijo Zu ij ijo

где etj, otJ- соответственно компоненты тензора деформаций и Тензора напряжений:

в - символ Кронекера; у - параметр пластичности: Сь- начальный модуль сдвига.

Классическая формулировка Ильюшина A.A. предполагает я уравнении (2) линейную связь между ад и с0, а также единую кривую деформирования в соотношении г - rQ. Проведенные автором исследования показали, что в представленном виде (2) для бетона теория малых упругопластических деформаций имеет весьма ограниченное применение и требует по крайней мере, существенной модификации.

Третье направление в развитии теории деформирования бетона

- б -

базируется на предпосылках теории течения. Необходимость привлечения аппарата теории течения вызвана тем, что имеющиеся программы численных расчетов железобетонных конструкция базируются, Лак правило, на гипотезах нелинейной упругости, которые не дают возможности правильно моделировать эффекты разгрузки материала, находящегося в зонах упругопластического деформирования и трещи-нообразования. Кроме того, образование трещин в бетоне приводит к изменению в отдельных зонах конструкций пропорций ыежду напряжениями и деформациями, установившихся при простом нагружении конструкции до образования трещин. Таким образом, даже в условиях простого активного нагружения (с точки зрения изменения внешних сил) возможно появление зон деформирования материала по законам непропорционального нагружения.

На основе теории течения делаются попытки расчета конструкций в режимах сложных и повторно-переменных нагружений, однако для бетона такое направление еще находится на начальной стадии становления, и исследования в данном направлении находятся в стадии становления и являются единичными.

Изучением прочности бетонных образцов занимались многие исследователи: Берг 0.Я., БичП.М., Веригин К.П., Гениев Г. А., Гвоздев A.A., Давиденков H.H..Зайцев D.B., Касимов Р.Г., Кудрявцев A.A.. Кулманов А.К., Малашкин D.H., Смирнов A.B., Ставро-гин А.Н., Пак А.П.. Яшин A.B., Аюсройд, Беккер, Бремер, Брандза-ег, Бертаччи, Гаиюн, Гарднер, Гломб, Кобаяши, Коянаги, Купфер, Кришнасвами, Ыилэ. Ньюмен, Нильсон, Ошггц, Рихарт, Рейниус, Рва, Слейт, Стегбэуэр, Шредер, Хильсдорф, Хоббс, Фумагалли, Феппль, Цюмерман, Янсон.

Однако в большинстве случаев авторов интересовал вопрос о разрушающей нагрузке без обращения внимания на анализ процесса разрушения с точки зрения накопления и развития внутренних тре-

чин ( за исключением начальных работ учеников О.Я.Берга и работ вшолненых В.Н.Малаикиным и его учениками) и увязки процесса разрушения с процессом деформирования.

В рамках экспериментальной части диссертационной работы было изготовлено две серии опытных образцов, различающихся по плотности и прочности. Все серии опытных образцов были обеспечены достаточным количеством контрольных образцов на которых определяли основные прочностные характеристики материала. При проведении испытаний при плоских напряженных состояниях использовали специально разработанные для этого методику и оборудование с устранением эффекта трения по опорным граням образцов.

Для исследования процесса внутреннего трещинообразования в райках диссертационной работы была использована специальная акустическо-эмиссионная (А.Э) аппаратура. С ее помощью можно было проследить за процессами, происходящими внутри бетопа. Для регистрации параметров АЭ в ■ процессе исследований применялся серийно выпускаемый акустико-змиссионный прибор АФ-15.

Акустико-зютссионный прибор АФ-15 регистрирует несколько параметров АЭ: активность акустической эмиссии (количество импульсов АЭ, зарегестрированных в период измерения), амплитуды сигнала АЭ, скорость счета АЭ, линейные координаты источников АЭ. Основные технические показатели прибора АФ-15 приведены в табл. <. .1.

Таблица Р..1

Характеристика показателей Количество

Рабчая полоса частот Плотность собственных иумов, приведенных ко входу предусилителл Максимальный козфяциент усиления 20___ 2000 кГц 0.07 ыкВ/кГц 100 В

Вывод параметров АЭ возможно осуществлять как в аналоговой.

так и в цифровой форме. Для вывода информации в аналоговой форме использовался двухкоординатный самописец. Вывод значений параметров АЭ в цифровой форме осуществлялся при помощи цифропичати Щ 68000 К. Для вычисления деформаций применялся комплект тензомет-рической аппаратуры СИИТ-3. В состав комплекта входил блок дистанционного релейного переключения, блок индикации к цифропе-чать.

В основу методики обработки ' результатов экспериментальных исследований положен принцип анализа временных рядов с изменением накопленных признаков в процессе изменения воздействующих факторов во времени. В связи с тем, что последовательность контролируемых параметров для многокомпонентных физических структур статстического порядка носит случайный (вероятностный) характер, для их анализа применен статистический подход. На основании проведенных экспериментальных исследований и полученных результатов сделаны предложения но уточнению анизотропной модели реформирования и разрушения.

Результаты испытаний, представление на рис. 1, показывают, что сопротивление тяжелого бетона простому пропорциональному двухосному сжатию значительно больше, чем одноосному. Так, сопротивление бетона прочностью И - 62.5 Ша повысилось на 14% при соотношении напряжений оэ/о2- 1:0.5, а для бетона прочностью И -32.8 МПа этот прирост составил 19%. При равномерном двухосном сжатии у обоих бетонов прирост прочности составил 192 и 21% соответственно.

Проведенные испытания образцов позволили получить для каждой серии тяжелого бетона начальную предельную поверхность разрушения при двухосном сжатии. Она явилась исходной информацией для уточнения уровня нагружения опытпых образцов при длительном одноосеом и двухоспом сжатии. А также в результате замера дефор-

Рис.1. Сопротивление бетона двухосному сжатию, (а) прочностью И-зг.вМПа и (б) прочностью й-62.5МПа.

наций была получена общая картина деформирования указанных бетонов при двухосном сжатии.

В соответствии с методикой описанной ранее, измеряли деформации образцов по трем взаимно перпендикулярным направлениям главных осей - , е2, е3, по которым на всех ступенях эагруже-ния определяли объемную относительную деформацию.

Для того, чтобы иметь полную картину деформирования бетона под нагрузкой при двухосном сжатии, отдельные опытные образцы одной прочности испытывали при различных видах сочетаний главных нормальных напряжений. Шли выбраны наиболее,характерные области этого напряженного состояния..

С целью обобщения основных результатов испытания бетона по деформациям при двухосном сжатии на рис. 2 приведены графики изменения их характерных значений в зависимости от уровня нагру-жения и соотношения главных напряжений соответственно для прочности И - 62.5 МПа и И - 32.8 МПа. По оси ординат на рис. 2 отложены величины главных деформаций в направлении незагруженной оси образца, а по оси абсцисс - величны главных деформаций опытного образца в направлении двух других загруженных осей. Причем за положительные приняты деформации растяжения.

Каждой точке, -обозначенной на рис. 2 одним символом, соответствует то напряженное состояние и уровень нагружения, прк котором были получены соответствующие деформации.

Приведенные на рис. 2 графики позволяют судить не только о деформациях, но и о структурных изменениях материала. Так траектории перемещения точек соотношения напряжений в зависимости от уровня нагружения п показывают степень влияния того или иного главного нормального напряжения на процесс микроразрушений, развитие пластики в материале, процессы уплотнения и разуплотнения. Кроме того, из графика на рис. 2 можно наблюдать изменение

: ь/ * * / » \.о \ь 1 \ * 1

с7 » » * 4 __-6.9 / ' N * $ \ * 1 0 // «1 / /

ы ^-ло У / \ / / г .■7 й ■

аьЛ .. IV,' 1 У У» I* V/

й'

О

Рис.2. Диаграммы изменения деформаций е1, с2 и с3 при двухосном сжатии, (а) прочностьа К»32.в'ЯТа и (б) прочностью 11=62. 5МПа.

характера разрушения бетона от хрупкого при одноосном напряженном состоянии к состоянию текучести, особенно при близости по величине двух сжимающих главных напряжений. О структурных изменениях в бетоне можно также судить по объемным деформациям, представленным на рис. 3. Процесс уплотнения в бетоне происходит тем интенсивнее, чем больше соотношение сжимающих напряжений.

Положение верхней границы трещинообразования видно из рис. 3, и зависит от соотношения главных нормальных.напряжений.'Пунктирной линией на рис. 3 показано начало процесса дилатации при различных напряженных состояниях.

Итак, при двухосном сжатии с увеличением второго сжимающего напряжения граница разуплотнения смещается с уровня п - 0.9 для бетона прочностью И » 62.5 МПа и п » 0.85 для И - 32.8 МПа при одноосном сжатии к уровню п ' 0.95 и п 1 0.9 соответственно при двухосном равномерном сжатии. Эти исследования показали,' что внутреннее трещинообразование происходит ориентировано (в зависимости от соотношения главных напряжений), что, в свою очередь, сказывается на изменении физико-механических характеристик бетона по разным направлениям. По нормали к площадкам образования внутренних трещин модуль деформации снижается больше чем вдоль ориентации этих трещин. Представим результаты-некоторых экспериментальных исследований подтверждающих указанные выводы.

Так, например, при равномерном двухосном сжатии спектр акустических импульсов, предсталяющих собой стационарный временной ряд примерно в два раза меньше, чем аналогичный параметр при одноосном сжатии. Частотные спектры замеряли на каждом этапе загружения. Каждый раз после увеличения нагрузки по одной из осей нагружения спектр возрастал, но при добавлении второго сжимаю згр напряжения этот спектр уменьшался в 1.5-2 раза, что показывает на стабилизацию внутреннего напряженного состояния.

б).

Рис.3. Объемные деформации бетона прочность!) (а) К-32.8ИПа и (С) прочностью й»62.5МПа при двухосном и одноосном снатти.

Интегрированная периодограмма также в 1.5-2 раза меньше, чем при одноосном сжатии. Тоже можно сказать и об амплитуде, но ее относительное уменьшение еще более существенно: в 3-4 раза. Из этого можно сделать вывод, что при наличии второго сжимающего напряжения происходит замедление процесса трещинообразования. При сравнении процесса трещинообразования бетона прочностью И - 62.5 МПа и Л - 32.8 МПа видно, что у менее прочного бетона этот процесс протекает интенсивнее. Полученные результаты подтверждаются и тензометрическими данными.

Из всего выше сказанного следует, что описанные физические процессы укладываются в рамки ортотропной модели бетона, однако сама модель требовала уточнения в части расчетных параметров.

При .проведении .экспериментальных работ при плоском напряженном состоянии было замечено наличие начального эффекта зажатия внутренних трещин в бетонном образце. Наличие этого эффекта было подтверждений тензометрическими данными.

Наличие этого эффекта существенно для конструкций массивных фундаментов под производственное оборудование рассчитанных на небольшие, уровни напряжений. Как видно из графиков, деформации в бетоне на малых уровнях изменяются в другом диапазоне и пренебрежение этим эффектом приводит к искажению картины деформирования при малых нагрузках.

Было исследовано несколько вариантов модификации анизотропной модели. Наиболее приемлемым оказался вариант, согласно которому деформации бетона представлялись в виде сушы двух типов деформаций: отдельно от звжатия е^ и остальных деформаций с*,; еч1+ е^- общие деформации. В случае одноосного сжатия а а а (' . .л

е- е + с* ---Ё— + _ь---ь_ _!_ + _!_ I (3)

где и ~ коэффициент изменения модуля зажатия; и - коэффициент я ь

изменения модуля деформации бетона без учета эффекта начального, зажатия (т.е. а традиционной постановке). Обозначим

1

1

1

тогда е - — * ч

(4)

(5)

iS v ь ь

гдо у*- коэффициент изменения секущего модуля деформицнй. Как

® I

ив трудно заметить сема диаграмма "о - с" в виде (5) пе иэмэия-ется,' изменяется лзшь функция и^ которая заменяется на и*.

В тгапгшой постановка и более обцио уравнения анизотропной модели пе изменяется, а лишь коэффициенты » загоняются на и* ,

Ь1 ,, ы

где по аналог™ с (4) ,

1

1

1

(6)

Ы <1 I ы

здесь индекс 1 указывает па направления главных напряжений (1 -2. 3).

Кроме определения параметров и в работе стояла задача построения рационального алгоритма по определению основных параметров ортотропнсЯ модели в виде

1

т

1/1»

S»J kl ' 1/1». .

Ж1 J

(-1» /» ){-!> / V ) 1 Я1 J Ь1 ' 1 *1 J Ы'

1/U

ь,> "а

Ь 1 • "з.

(Т)

Решение этой задачи усложнялось тем, что параметры ок|, 1>яи и являются, в свою очередь, сложными функциями главных, напряжений яяя деформаций, кроме того их определение зависит от exet« напряжений (в виде "трехосного сжатия", "сжатия-растяжения", "трехосного растяжения"). Это нашло отражение в разработке алгоритма определения деформаций с использованием секущих модуле»1

+■

ортотропной модели для различных видов напряженного состояния. Общая блок-схема формирования матрицы податливости я вычисления деформаций представлена ниже.

В качестве основной методики расчета деформаций бетона с

учетом ползучести была также принята орготропная модель деформирования бетона Н.И.Карпенко с использованием диаграмм изохрон. Эта идея, требовала развития и экспериментального подтверждения.

Представим развитие этой методики на случай неодноосного сжатия. Диаграммами-изохронами опишем ступенчатые режимы многоосного сжатия , когда напряжения прикладываются в течении непродолжительного отрезка времени и в последующем выдерживаются постоянными в течении времени (где возраст бетона к

моменту нагружения. Такой режим нагружения будем называть жестким. Обозначим относительные деформации по главным напряжениям

через £((1Ло), е ид), ез(1Д). К диаграммам- изохронвм преоб-. разуем связи между глапгад.ш напряжениями- деформациями (физические соотношения), предложенные применительно к краковременпым иагружепиям. В результате:

Г «,«.4)1

1

1

(-У ("О

(8)

.где уьэ(г.*0) ~ коэ№щиент изменения секущего модуля деформации бетона в диаграиле-йзохроне, построенной для времени и-го) по направлению действия главного нормзлыюго напряжения; и>Л1I(X,Xо) - коэффициент поперечных деформаций для времени (1-1) ' по трем главнкм направлениям (они принимаются различными, чем отличают данную ортотропную модель от изотропной).

Выполненный анализ представленных выше экспериментальных -даюга показал, что в качество базовых могут бить приняты зависимости подобия по определению 11 "к,/*»^' входящие в эти зависимости переменные следует корректировать . £ целью учета патекания деформаций ползучести во времени.

Для реализации предложенных зависимостей связи "напряжение-деформации" при длительном одно-, двух- и трехосном сжатии была составлена программа на ПЭВМ, результаты расчета •которй представлены не рис.4 сплошной линией.

На рис.4 представлены осредненные опытные зависимости ползучести по тр'ям осям деформирования и объемные деформации ползучести.

При одноосном сжатии обрззцз заметив зависимость, как продольных, так и поперечных деформаций, о-г уровня нагружлм-:, :< вымо уровень тем больше и деформации похзучестя.

п).

6).

в). '

-

• •

; 1 < 1 1

г»*

—5 * » • » I •

'с. Г

ггтг ггг-г

гв »■» г »"» » » » г «..с.

е.

; £ а ж (

* 111 1 ( 1 1

1 11 V » > » г > » » т

1 — с.

«в» 1 г <" *

рт» пг -Л*

^ц у е.

I

а

Ркс.4. Деформации бетона при длительном вагрухевшс

а), бетона прочностью К=23.9МПа. соотношение напряжений 1:1;

б), бетона прочностью Я—43.5МП&, соотоошевве вапряхсвив 1:1;

в), бетона прочностью П-=4Д.5МПа. соотнсшепис капряж. 1:0.5.

прочностью И-23.96МПа при rj-0.2 продольные деформации изменялись, в диапазоне 40-55.5*10"', а поперечные от 13-20*10**. Значение объемных деформация составляло 25-30*10"®. Для уровня нагружения rj-О.З значения деформаций составили: продольные 55-75.2*10"®, поперечные 10.06-20.59*10"®, объемные 45.9-55.5*10"®. У образцов прочностью R-43.25MTIa при уровне п-0.3 продольные деформации изменялись от 40-45*10"®, поперечные в интервале 10.9-15.22*10"', объемные 20.7-25,4*10"*.

В условиях двухосного неравномерного сжатия у образцов с ■прочностью R-23.96MTIa при уровне нагружения rj«0.2 продольные

J

деформации составили 50.6-55.8*10"®, поперечные равнялись 10.4-15.9»10"в, объемные 55.3-63.7*10"*. При уровне ^агружения п-0.3 и прочностью Н-43.25МПа значения деформаций измёнялись в интервале 49.9-57.4*10"" прдольные, 16.4-23.4*10"® попере'чные, 41.11-47.41*10"® объемные.

При равномерном обжатии- образцов прочностью R«23.96Mna ' -продольные, поперечные и объемные деформации образцов составили 60.8-78.5*10"', 26.6-39.6*10"®, 55.2-57.5*10*"соответственно. Уровень составил rj - 0.3.

Деформации образцов прочностью Н-43.25МПа изменялись в следующих диапазонах: продольные 36-41*10"', поперечные 8-18.4*10"', объемные 57.4-64.9*10*®. Уровень нагружения равнялся п - 0.3.Из всех вышеперечисленных данных можно сделать следующие выводы:

а). Несмотря на отноосительно не высокий уровень нагрузки сохраняется устойчивая тенденция ползучести деформаций' опытных образцов.

б). Увеличение уровня нагружения значительно ' влияет на деформации ползучести, как для бетопоп прочностью R-23.96МПа так и для бетонов прочностью R-43.25Mna.

в). В условиях двухосного неравномерного сжатия при уровне нагружения п-0.2 (11-23.96МПа) происходит уменьшение продольных деформаций на 10%, а поперечных и объемных деформаций на 30% по сравнению с деформациями ползучести прл одноосном сжатии образца и уровне нагружения п-0.2. При прочности образцов 11-43.25МПа и уровне о*0.3 уменьшение деформаций ползучести происходит аналогично.

г). При равномерном обжатии образцов прочностью R-23.96i.ffIa и уровне нагружения п-0.3 происходит уменьшение продольных деформаций на 202 по сравнению с продольными деформациями.неравномерного обжатия . и уменьшение на 202 по сравнению с одноосным сжатием при уровне п-0.3. Поперечные деформации наоборот увели-

V

чиваютсяна 40% по сравнению с одноосным сжатием и остаются практически на уровне с деформациями ползучести при неравномерном обжатии. Объемные деформации, по сравнению с объемными деформациями одноосного сжатия увеличиваются на 202 и практически равны с объемными деформациями при неравномерном облатки. Аналогичная картина просматривается и на образцах прочностью 11-43.25МПа.

Таким образом при неравномерном обжатии образца происходит некоторое уменьшение всех деформаций, продольных, поперечных, объемных ( в сравнении с одноосным сжатием ). а при равноиерном обкатки происходит уменьшение продольных деформаций, а в поперечном направлении деформации увеличиваются (в сравнении с одноосным сжатием).

Установлено, что в условиях установившейся ползучести имеет место изменение объема, что обусловленно действием второго инварианта тензора напряжений.

■Таким образом, предложенная методика определения деформаций ползучести с помощью диэграюл-изохрон в условиях одно-, двух- и

трехосного сжатия может быть принята за основу. Дальнейшее ее уточнение и обобщение на другие виды напряженного состояния требует проведения новых экспериментальных и теоретических исследований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В процессе увеличения напряжений при плоском сжатии бетонных образцов происходит изменение деформативных свойств бетона приобретается анизотропия по главным направлениям вследствие образования внутренних трещин определенной ориентации.. Это

"явление подтвёрздаеся как результатами полученных в диссертации тензометрическкх измерений так и данными замеров по методу акустической эмиссии. „

2. Наиболее полно указанные факторы отражает а¿изотропная модель деформирования бетона. На основе проведенных экспериментальных исследований уточнены параметры указанной модели характеризующие изменение деформативных характеристик (секущего моду-* ля продольной деформации и трех коэффициентов поперечной деформации) по направлениям в условиях плоского сжатия.

3. Особенно,существенно приобретаемая анизотропия проявляется в стадиях, близких к разрушению. Этот фактор учитывается в формулах по определению предельных деформаций по трем главным направлениям. На основе проведенных исследований уточнены две методики определения предельных деформаций: одна, основанная на построении некоторых поверхностей предельных деформаций, а вторая на основе физических соотношений с уточненными значениями модулей, соответствующих выходу напряжений на поверхность прочности.

4. При определении модулей деформации также следует учитывать не только относительные уровни напряжений, но и соотао&»»(>> между главными напряжениями. Эффект влияния соотноаетп'.й * ь.ых

напряжений и последовательности, ступеней приложения главных напряжений подтверждается результатами акустической эмиссия.

5. Важной характеристикой поведения бетонных элементов оря плоской и объемном сжатии являются объемные деформации. Однако в испытаниях при плоском напряженном состоянии, особенно в опытах на длительное приложение нагрузки, необходимыми замерами для определения объемных деформаций, как правило, исследователя пренебрегали. В данной работе этот пробел исправлен и дан1 дета-. льный анализ изменения объемных деформаций. Показано, что положение точки перелома на графике изменения объемных деформаций характеризующей переход от уменьшения обьема к началу его увеличения (вторая параметрическая точка по О.Я.Бергу) зависит от соотношения гланых напряжений, что, видимо, и сказывается на изменении прочности. Рассмотрены также графики изменения объемных деформаций во времени.

6. Деформации ползучести бетона при плоском напряженном состоянии при простой ползучести и ползучести при возрастающих (по модулю) режимах приложения напряжений удобно вычислять по методу диаграмм-изохрон. Эта методика удобна тем, что позволяет единообразно подходить к определению общих деформаций как при кратковременном, так и длительном действии нагрузки. В работо дано развитие этой ранее разработанной методики на случай плоского напряжения. Методика апробирована на основе экспериментальных исследованияй.

7. При включении методики расчета деформаций в современные программы расчета на ЭВМ вэжное значение приобретает рациональная компановка расчетного алгоритма. В результате проведенного исследования установлено, что при компановке алгоритма удобно разделясь 'все напряженные состояния на два вида: "трехосного-сжатия" и "наличия хотя бы одного растягивающего

напряжения". Модули деформации изменяется в зависимости от уров-*-ня напряжений, которые зависят от режима изменения напряжений. Разработан вспомогательный алгоритм поиска уровней, включающий различные виды напряженного состояния. Указанные предпосылки положены в основу разработанного в работе общего алгоритма определения деформаций бетона по ортотропной модели.

Основные соложения диссертационной работы наши отражение в двух научных публикациях. '

. Поляков A.B., Чепизубов И.Г. Прочность и деформации бетонов "при неодноосных напряженных состояниях // Материалы XXII Международной конференция в области бетона и. железобетона (16-23 мая 1990 г.). г. Иркутск-90.- М.: Стройиздат, 1991.- С.270-272.

Могунов В.А., Чепизубов И.Г. К определению напряженно-деформированного состояния стержневых железобетонных конструкций в задачах прикладной теории изгиба. // Известия ВУЗов, строительство к архитектура. П., N8, 1991г., С.56-58.

Подписан к печати 28.09.93. Тираж 100 зкз. Заказ N ■•-'''-*■ Отпечатано в типографии Сельэнергопроакта