автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Выносливость железобетонных конструкций при режимном многократно повторяющемся циклическом нагружении и изменяющихся реологических свойства бетона

ГОССТРОЯ и

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА. ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ • НАТЧНО-ИЗСЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕКТНО-КОНСТРЛСТОРСКИЙ И ' ТЕХНОЛОГИЯМ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА "НИИЕБ"

На правах рукописи УДК 624.012.35/45.01.46.639.433

ЫИРСАЯПОВ И чзар Талгатович

ВЫНОСЛИВОСТЬ. ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ШШШ МНОГОКРАТНО ПШТОРЯЩЕМСЯ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ И 1ШЕНЯЩИХСЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ БЕТОНА

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции,

здания а сооружения

Автореферат диссертация на соискание ученой степени . доктора технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в Государственном Ордена Трудового. Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторском и тех-. нологическом институте бетона и железобетона Госстроя Н>.'

Научный консультант

доктор технических наук, профессор A.C. Залесов

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Г.К. Хайдуков доктор технических наук, профессор Г.И. Попов доктор технических наук, профессор С.Б.-Смирнов

Ведущая организация - ЦНИИпромзданий. Госстроя РФ.

Защита состоится UJ-D^Ji 1993 г. в М часов на

заседании специализированного Совета Д.033.03.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук в Государственном Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона Госстроя К по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская ул., д.6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан 1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук

Актуальность теш. Промышленные, энергетические* транспортные здания и сооружения наряду с разнообразным! статическими воздействиями подвергаются воздействию различного рода циклических нагрузок. Происхождение, характер п уровень этих нагрузок разнообразны и в ряде случаев они являются основными, определяющими прочность и долговечность конструкций и сооружений в целом, что требует наиболее точного их определения и учета при проектировании зданий и сооружений.

Имеющаяся в последние годы тенденция увеличения мощностей машин и оборудования, гидроагрегатов, паротурбогенераторов, центрифуг и т.д. цри одновременном уменьшении собственной массы конструкций за счет применения высокопрочных бетонов и сталей вызывает возрастание доли динамических нагрузок, что приводит к необходимости выполнения обширных исследований по динамике сооружений. •

Одной из специфических задач при проектировании сооружений из железобетона; в процессе эксплуатации которых необходимо учитывать влияние динамических нагрузок, является расчет на выносливость. Расчет на выносливость производится в предположении упругой работы бехона. Выносливость конструкции считается обеспеченной, если напряжения от многократно повторяющихся циклических

• нагрузок, возникающие в бетоне и арматуре, не превышают расчетных сопротивлений', умноженных на коэффициенты условий работы бетона ^ и арматуры ^ , ^ .

Такой подход к расчету на выносливость, сохраняемый у^е (Г 25 лет, находится в противоречии с реальным характером неупругой работы железобетонных элементов и не в состоянии в должной сте-

• пени учитывать изменение режима нагрузка ни и специфику работы железобетонных конструкций при эксплуатационных циклических нагрузках, и, следовательно, не гарантирует получение надежных и,

одновременно, экономичных решений.

Уточнение расчетных зависимостей методики существующих норм или других эмпирических и полуэмпирических зависимостей с помощью экспериментальных коэффициентов, учитывающих те или иные особенности железобетонных конструкций, является малоперспектнв-так как вызывает большие затруднения в силу большого числа факторов, влияющих на выносливость железобетонных элементов по нормальному сечению.

Б связи с этим назрела нес'ходимость в создании единой методики расчета на выносливость, учитывающей особенности изменения напряженно- деформированного состояния сечений и реальные режимы деформирования бетона и арматуры в составе железобетонных изгибаемых элементов при различных режимах циклического нагруже-ния. В этом случае в явном виде учитываются все основные факторы, влияющие на сопротивление железобетонных элементов действию многократно-повторяющихся циклических нагрузок, что приводит к вскрытию неиспользованных резервов их несущей способности, повышению их надежности и долговечности.

Пелъго 1шссег)та1пюкной заботы является разработка теории усталостной прочности и новых методов расчета выносливости нормальных сечений стержневых железобетонных изгибаемых элементов с учетом физической нелинейности бетона и режимов много1фатно повторяющегося циклического нагружения.

Задачи работы:

- изучить особенности напряженно-деформированного состояния нормальных сечений стержневых железобетонных изгибаемых элементов с учетом физической нелинейности бетона и режимов циклического нагружения и разработать общие аналитические уравнения, учитывающие их поведение на всех стадиях деформирования ;

- разработать общие аналитические уравнения изменения усталостной прочности и деформаций бетона и арматуры о учетом их реальных реаЕыов деформирования в составе конструкции и режимов циклического нагруяения;

-.провести эксперименталыше исследования выносливости железобетонных изгибаемых балочных элементов при стационарных и неста-даонарных резинах циклического нагружения ;

- разработать методы опенки выносливости нормальных сечений стераневых яелезобетонных изгибаемых элементов при различных реяиках многократно повторяющегося шхклЕческого нагругения ;

- выполнить проверку точности предлагаемых методов расчета на выносливость путем сравнения теоретических результатов с данными выполненных и существующих экспериментов.

. ДВТОТ) зяэдртят;

- общую методику расчета выносливости нормальных сечений стержневых железобетонных изгибаемых элементов при различных режимах циклического нагруления с учетом одновременного изменения напряженно- деформированного состояния сечений, прочностных и деформатпвных- свойств и реапмов деформирования материалов в составе конструкции ;

- аналитические зависимости для описания изменения деформаций

и прочности бетона при различных режимах многократно повторяющегося циклического нагружения;

- аналитические зависимости для описания изменения прочности, стальной. арматуры при различных режимах многократно повторяющегося циклического нагружения ; .

- методику трансформирования диаграмм деформирования бетона и арматуры для учета циклического нагруления и его режимов, а так-' же влияния предыстории нагружения на прочностные и дефоркативкке свойства бетона;

- штекерный нот од расчета на выносливость нормальных сеченпй отер:;шевшс железобетонных изгибаемых элементов ' о ученом аналитических диаграмм деформирования материалов п регшмов нагру-дения ;

- упрощенные методы (метод расчета по предельным напряжениям

: метод расчета по предельным усилиям) раочота стераяэвых ае- • лезобетонных изгибаемых элементов на выносливость по нормальному сечению, основанные на использовании трансформированных про-, делов выносливости батона и аршгуры ;

- результаты экспериментальных исследований выносливости железобетонных изгибаемых баночных элементов и бетонных призм при стационарных и нестационарных реяшлах циклического нагруаения;

- результаты проверки точности и надеяностп предлагаемых методов расчета выносливости различными экспериментальными данными,

Натчнуго новизну заботы подставляю?:

- общпе уравнения механического состояния бетона саатой зоны и продольной растянутой арматуры в нормальных сечениях стераневых делезобетонных изгибаемых элементах с учетом неупругих свойств бетона, реальных реяпмов деформирования материалов в составе конструкции и режимов циклического нагрунения ;

- общий метод расчета выносливости нормальных сечений- стержневых железобетонных изгибаешх элементов при различных реззшах циклического нагрунения о учетом одновременного изменения напряженно -Деформированного состояния сечений, физико-механкчео-ких свойств и резшмов дефоршрования материалов в составе конструкции ;

- теоретические основы сопротивления бетона усталостному разру-■ шеншо при циклическом сглтии ;

- общие аналитические зависимости для описания процесса изменения прочности и деформаций бетона при стационарных и несташю-

тарных редиках циклического нагруаекпя с учетом образования к развития мжро- и макротрещкн ;

- общие аналитические зависимости для описания изменения прочности стальной арматуры в составе стержневого железобетонного изгибаемого элемента при стационарных к нестационарных режимах циклического нагрукения;

- методика трансформирования диаграмм деформирования бетона и арматуры для учета циклического нагружения и его режимов ;

- упрощенные аналитические зависимости для описания изменения прочности бетона и арматуры гии режимном циклическом нагруже-шш ;

- упрощенные аналитические зависаюсти для описания деформаций 'виброползучести бетона при стационарных с нестационарных циклических кагрунениях ;

- инженерный метод расчета стержневых железобетонных изг^аемых элементов на выносливость по нормальному сечению с учетом аналитических диаграмм деформирования бетона и арматуры, реальных режимов деформирования материалов в составе конструкции и режимов циклического нагрукения ;

- упрощенные методы расчета стержневых железобетонных изгибаемых элементов на выносливость по нормальному сечению, основанные на использовании трансформированных пределов выносливости

•

бетона и арматуры и учитывающие изменение напряжений и коэффициентов асимметрии никла напряжений в бетоне сжатой зоны и растянутой продольной арматуре ;

- новые экспериментальные данные о характере разрушения и выносливости изгибаемых железобетонных балочных элементов к бе- ' тонных призм, деформаций бетона сжатой зоны и растянутой арма-гуры при различных режимах циклического нагружения.

Практическое значение к внедрение гезтльтатов. Практическое значение работы заключается в том, что в результате выполненных исследований разработаны методы расчета стержневых железобетонных изгибаемых элементов на выносливость по нормальному сечению при стационарных и нестационарных режи-чах циклического нагрукения, позволяющие повысить, надежность, а в ряде случаев - расчетнуы несущую способность, и за счет этого получить более экономичные их конструктивные решения.

Указанные методы расчета или их отдельные положения включены:

- в рекомендации по расчету железобетонных конструкций ("Рекомендации по расчету сборно-монолитных железобетонных конструкций на выносливость по нормальному сечению", "Рекомендации по расчету и конструированию сборно-монолитных железобетонных элементов стен и перекрытий сооружений АЗС") ;

- в нормативную литературу в виде раздела проекта новых норм по железобетонным конструкциям, касающихся расчетов выносливости нормальных сечений.

Теоретические основы работы и предложенные методы расчета использованы при разработке двух.учебных пособий для студентов, аспирантов и инженерно-технических работников проектных и науч-•о-исследовательских организаций:

- Выносливость сборно-монолитных железобетонных конструкций. Иваново, 1990. - 92с. ;

- Выносливость железобетонных конструкций при.режимном нагруже-кии. Иеэново, 1993. - 88с.

Анптобадия заботы и публикации. Основные положения диссер-• таиии опубликованы в более 40 научных статьях, в двух учебных пособиях и в двух рекомендациях по расчету сборно-монолитных железобетонных конструкций.

Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях Ивановского ИЗИ с 1984 года, Казанского ИСИ в 1989-93г.г.; на Всесоюзном координационном совещании "Учет физической и геометрической нелинейности в расчетах железобетонных стержневых статически неопределимых конструкций", г.Ростов-на-Дону, 1985г.; на Всесоюзном научно-техническом.совещании "Предельные состояния бетонных и железобетонных, конструкций энергетических сооружений", г.Нарва, май 1986г.; на Всесоюзном координационном совещании "Повышение надежности энергетических сооружений при динамических воздействиях", г.Москва, май 1987г.; на Всесоюзном координационном совещании "Работа бетона и железобетона с различными видами армирования на выносливость при многократно повторяющихся нагрузках", г.Львов, октябрь 1987г. ; на.объединенной сессии национальных комитетов ОИП и. ЕКБ, г.Ново-полоцк, октябрь IS9Ir. ; на научно-техническом Совете ШМЕБ, г.Москва, декабрь 1991г. ; на ZXI7 Международной конференция по бетону п железобетону "Кавказ-92", Доыбай, апрель 1992г.

Структура я объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глаз, общих выводов, списка литературы из 499 наименований. Общий объем диссертации 714 страниц, из них рисунки — на 115 страницах я таблицы - на 28 страницах.

Диссертационная работа выполнялась на кафедре "Строителыше конструкции" Ивановского ИСИ и в лаборатории теории железобетона ШП-ЕБ Госстроя РЗ в 1984-1993г.г. при консультации докторов технических наук, профессоров А.С.Эалесова и Л.П.Кириллова. Научь^З консультант в докторантура ШП-ЕБ --док?.техн.наук, профессор А.С.Залесов.

В экспериментальных исследованиях под руководством автора принимали участие студенты-дипломники А.А.Абрамов, А.А.Анохин, Д.Т.Ахунов, С.В.Каргаев, В.А.Куприянов, Н.А.Куртов.

Состояние вопроса.

Прочность и напряженно -деформированное состояние стержневых железобетонных изгибаемых элементов при многократно повторяющихся циклических нагружениях, определяются выносливостью и деформативностьа бетона и арматуры, зависит от условий их совместной работы в составе конструкции, а также параметров и режимов нагрузки. Изучением этих вопросов в разные годы занимались А.И. Абашидзе, В.Д. Алтухов, Ю.М. Баженов, Т.И. Баранова, И.К. Белобров, О.Я. Берг, В,М. Ьондаренко, Ю.С. Волков, А.А.Гвоздев, Г.М. Городшцкий, И.М. Грушко, A.A. Давидович, Г.К. Евграфов, А.И. ILeshob-Дятлов, Т.С. Каранфилов, Ю.Н. Кардовский, Н.С. Карпухин, В.Г. Кваша, А.П. Кириллов, <Ь.К. Клименко, В.П.Ко-невсккй, В.А. Критов, Ю.С. Кулытан, В.В. Левчич, Р.Л. Маилян, Л.Р, Ыаилян, И.А. Матаров, К.В. Михайлов, С.А. Мусатов, Г.Н.Лисенко, A.B. Парадов, Г.И. Попов, Ю.В. Самбор, В.М. Селоков, В.К. Скатынский, C.U. Скоробогатов, И.Б. Соколов, Г.Б. Терехова, Т.Г. Фролов, A.B. Харченко, Ю.П. Хромец, ВЛ. Чирков, П.В. Абелес, А. Матток, П. Каар, Д.Верна, К.Кеслер, Т.Стелсон и многие другие.

Основное внимание исследовантелей уделялось вопросам выносливости и напряженно-деформированного состояния нормального сечения стершевых изгибаемых элементов, выносливости бетона и арматуры, а также деформатпвности бетона при стационарных режимах циклического нагружения. В процессе этих исследований накоплен огромный экспериментальный материал по данному воцросу, предложен ряд практических методов расчета на выносливость. Предложенные методы расчета отражают те ила иные особенности поведения железобетонных конструкций при многократно повторяющемся циклическом нагружены: и не в состоянии оценивать выносливость нормальных сечений с учетом изменения напряженно-деформированного

состояния, прочностных к декорматпвкнх свойств, реальных режимов деформирования материалов в составе кокатрукшш.

В меньшей степени псследовакн проблемы выносливости железобетона, бетона и арматуры при нестационарных решшах циклического нагружения. Эти вопросы, в основном с позиций гипотезы линейного суммирования повреждений, рассматривались. в работах А.П.Кириллова, АД*.Ниш, В.П.Чиркова, Е.Н.Щербакова, Р.Мамаяа-нова, Ф.К.Клименко, Р.И.Ыелькика. Анализ результатов существующих исследований показывает, что практически всегда наблюдается отклонение опытных и теоретических значений ресурса, причем, чем больше мера нестационарности нагрузки, тем отклонение больше. Особенно значительные отклонения выявлены при исследовании материалов, обладающих свойством ползучести.

•Комплексное решение вопроса выносливости нормальных сечений яелезобетонных конструкций тесно связано с акаллтичес-ш,I описанием процесса изменения усталостной прочности бетона и арматуры, а такие изменения деформаций бетона при различных режимах циклического нахрузекпя. Яри циклическом с-татии бетона разрушение и нелинейные деформации Еиброползучестп характеризуются образованием и развитием микро- и макротрещин. После образования продольных шкротрещик.усталости, дальнейшее сопротивление бетона разрушению и деформированию зависит от способности сопротивляться развитию микро- и макротрепн. Поэтому для аналитического описания процесса изменения прочности бетона при различных р^лшах циклического нагруясония привлечены методы механики ррч-рушения и теории трещин.

Исследованию применимости методов механики разрушения к бетону и цементному камню, определению величины сопротивления бетонов развитию трещин посвящены работы Л.А.Алимова, Ю.Ы.Баженова, П.К.Васильева, Г.Н.Горчакова, Е.А.Гузеева, В.М.Ентова,

В.З.Жукова, Ю.В.Зайцева, К.Л.Ковяера, Р.Ушакова, А.П.Пака, В.К.Пащенко, Е.Н.Пересыпкина, А.Б.Шрадова, С.Б.Смирнова, Л.П.Трапезнпкова, В.К.Шевченко, Е.Н.Щврбакова, М.М.Холмянского, В.И.Ягуста, С.Я.Яреш и многих других. В цроведенных исследованиях установлены основные закономерности сопротивления бетона зазЕчтию трещин, приведены модели поведения бетона с 'трещинами прп статическом однократном кагруженшг. Однако, практически отсутствуют исследования сопротивления бетона развитию трещин при многократно повторяющемся пнклг^еском нагружении.

В последнее время при проектировании железобетонных конструкций большое внимание уделяется вопросу,непосредственного использования в расчетах аналитических зависимостей " 6" - в ", связывающих между собой напряжения и деформация бетона и арматуры, что позволяет более точно учитывать особенности работы материалов в составе конструкций с оценивать напряженно-деформированное состояние на всех стадиях. Большой вклад в разработку и развитие таких методов расчета прп кратковременном нагружении внесли В.К.Байкоа, В.М. Бондарекко, Д.И.Васильев, А.А.Гвоздев, A.B. Геммерлпнг, Г.А. Гениев, Ю.П. Гуща, Е.Е.Карпенко, Л.Л.Леш, Л.Р.Ыаиляк, В.К.Ыитасов, Т.А.и!ухамедкев, Д.Л.Паныппн, Н.Н.Поиов, Г.П.Попов, Б.С.Расторгуев, Р.С.Сашсаровскпй, Е.Н.Скяа-днев, Ы.М.Холмянскиё, Е.А.Чистяков,Г;Н.ШорщЕев и многие другие.

Для описания диаграмм деформирования бетона щи однократном одноосном сжатии предложено большое число аналитических зависимостей (В.Н.Байков, А.Бамбура, В.Я.БачинскиЁ, Г.А.Гениев, А.В.Голышев, С.В.Горбатов, Ю.П.Гуща, П.Ф.Дроздов, Ю.И.Жкдонис, Ю.А.Пващекко, Н.И.Карпенко, Р.О.Красновский, П.А.Лукаи, Н.Г.Ыат-ков, В.В.Михайлов, В.МЛГлтасов, Т.А.'Зухамедяев, Л.Л.Паныпин,

A.Б.Пирадов, Т.Г.Соломенцев, С.Ю.Цейтлин, Г.Н.Шоршнев, А.В.Япин,

B.Е./сук и другие )

Имеется много .предложений аналитическому описании диаграммы деформирования арматуры при однократном одноосном растяжении. Известны рекомендации В.Н.Еайкова, Ю.П.Гущи, С.АЛладатяка, П.Н.Ганаги, Н.И.Карпенко, Л.РЛ.лиляна, Т.А.Ь'ухамедиева и др.

В то же время практически отсутствуют исследования по опенке многошпсловой выносливости железобетонных конструкций с применением диаграмм деформирования материалов.

Изучение состояния вопроса позволило обосновать направления дальнейшего развития исследований.

Содержание раооты.

В процессе многократно повторяющегося циклического нагру-жения происходит непрерывное изменение напряженно-деформированного состояния изгибаемых железобетонных элементов. При этом, не зависало от режима внешнего циклического нагру^ения, условия де-формкрованця бетона сжатой зоны нестационарны, напряжения и коэффициенты асимметрии цикла напряжений меняются по достаточно сложному закону. Поэтому оценка выносливости бетона в этих условиях' обычными методами приводит к существенным погрешностям, так как кривая усталости, несущая важную информацию о работоспособности бетона при стационарных режимах, не дает закономерности изменения усталостной прочности при нестационарных режимах.

Для аналитического описания процесса изменения усталостной прочности бетона привлечет метода механики разрушения.

При циклическом сжатии бетона усталостное разрушение и нелинейные деформации виброползучести характеризуются образованием и развитием-трещин нормального разрыва. После образования продольных мккротрещин усталости дальнейшее сопротивление бетона разрушению зависит от способности бетона сопротивляться развитию микро- и макротрещин.

Критерий усталостного разрушения бетона представляется в

№ > , '(I)

где Л^ (££) - объективная ( остаточная ) прочность в момент времени ) ;

лш

Щ - максимальные напряжения пикла от внешней нагрузки в этот не момент времени. Используя полученные в диссертации аналитические модели развития усталостных микро- и макротрещин и рассматривая предложенную Л.Обертом, И.А.Рохлиным и Б.С.Соколовым схему разрушения бетона при одноосном однократном сжатии, разработано акалитичес-. кое уравнение ( объективной ) усталостной прочности бетона в сжимающем силовом потоке в зависимости от реяима циклического каг-ружения, прочностных и деформатквных свойств материала

1Шт4^1^-^ (2>

где си- ширина сжатой полосы ;

Щ(А/) - критический коэффициент интенсивности напряжений бетона в рассматриваемый момент времени для заданного режима пи- . юшческого кагружекия;

¿(^Т) - суммарная длина условной магистральной махротрещины •рассматриваемый момент времени ;

¿а, - критическая длина условной магистральной трещины '; УС// - функция, учитывающая геометрические формы образца и схему загружения трещины ;

с^ - угол внутреннего трения бетона. Как видно из ( 2 ) . объективная прочность бетона в сжи-• мающем силовом потоке при циклическом нагружении имеет переменную величину в зависимости от длины магистральной трещины и величины критического коэффициента интенсивности напряжений. В дис-

серташп: получены аналитические уравнения для вычисленья суммарной длины уоловкой магистральной трещины ¿(¿-/С) ' и критического коэффициента интенсивности напряжений для различных режимов циклического нагружения. Вычисленные по (2) прочностные показатели бетона удовлетворительно согласуются с опытными значениями усталостной прочности.

Деформации-вкбвоползтчести бетона представляются в виде суммы линейной н нелинейной составляющих

^ = (3)

где ¿^ (//) - линейная часть деформаций виброползучести ;

¿¿¿у) - нелинейная часть деформаций виброползучести.

Линейная часть пеоормапий виброползучести проявляется в виде быстрокатекающей ползучести в каждом цикле нагружения, и ее величина в. пределах одного цикла уменьшается с увеличением количества циклов нагружения.

Уравнение линейной части деформаций впброползучестк представляется в виде

6Ш'С^б^^р-С/^б^О'!), (4)

где • С^Т) - мера простой ползучести ;

А/ - количество циклов кагруженкя ;

. - максимальные и минимальные напряжения цикла со-

ответственно ;

- коэффициент асимметрии цикла напряжений ;

, ^ , (С(Т) - корректирующие коэффициенты ;

а.ш(1 -£).к(г).

Нелинейная часть деформаций виброподзучестп проявляется вследствие образования и развития микро- и макротрещин, и она зависит от суммарной длины условной магистральной трещины к критического коэффициента интенсивности напряжений Ау (Ю .

При анализе разштия трещин усталости с позиций механики

разрушения следует различать два периода: период заровдения и период распространения трещины. Поэтому при описании нелинейной части деформаций виброползучести необходимо выделить начальную и основную стадии развития.

В начальной стадии закономерности развития нелинейных деформаций виброползучести описываются законами развития- микротре-•щин, и уравнение деформаций имеет вид

77» , и

г

(6>

где ^ - контурный интеграл Черепанова-Райса ;

~ &УЕКПЕЯ»- зависящая от полярных координат ве^-шны

трещины ;

2т - безразмерный коэффициент ;

К^ - относительный цредел выносливости бетона при стационарной циклической нагрузке ;

пуИр) - коэффициент структурного упрочнения бетона; <£е - предельные деформации бетона на растяжение ;

- энергия предварительного пластического деформирования материала в вершине трещины ; •

< ¿н - напряжения и деформаши в вершине трещины ; ^г - коэффициент внутреннего трения бетона ; 171^- коэффициенты кубического сплайна;

- продолжительность первой стадии в циклах ; продолжительность инкубационного периода в циклах ;

М - //инк •

Основная стадия развития нелинейной части деформаций виброползучести соответствует стадии развития макротрещин в бетоне и описывается закономерностями развития макротрещин в ортотропном материале. Тогда уравнение нелинейных деформаций виброползучести на этой стадии имеет вид

№

л е?

в,

(1>

(6)

где ¡Сг , £> - коэффициенты интенсивности напряжений нормального отрыва и продольного сдвига соответственно ; .

$(6) , %(б) . . ^/{ф - - функции полярных коорди-

нат трещиш;

А/ - общее количество циклов нагружения ;

- суммарная длина условной магистральной трещины в конце , первого этапа;

дИ/ = N - ;

^ 7>$г 1+р

Вычисленные по (4) ... (6) деформации бетона удовлетворительно согласуются с опытными значениями деформаций вибро-ползучестп.

Изменение няттяжекного состояния железобетонного изгибаемого элемента к механических свойств арматурной стали при действии многократно повторяющихся циклических нагрузок может привести к разрушению по продольной рабочей арматуре. Б этом случае для опенки выносливости железобетонного элемента в целом необходимо уметь оценивать выносливость растянутой арматуры с

* учетом влияния бетона сжатой зоны. Поскольку в процессе действия многократно повторяющихся циклических нагрузок напряжения и коэффициента асимметрии цикла напряжений в арматуре меняются от цикла к циклу в зависимости от закономерности изменения деформаций Еиброползучести в бетоне сжатой зоны, то для более точной оценки выносливости железобетонной конструкции составлено аналитическое уравнение, описывающее процесс изменения усталостной прочности стальной арматуры при различных режимах циклического нагружения. Процесс многоплановой усталости условно разделяется на две основные стадии: 1 - стадия зарождения усталостной магистральной трещины, И - стадия развития магистральной трещины до разрушения арматурного.стержня.

Ка стадии зарождения магистральной усталостной трещины происходит интенсивное пластическое деформирование стали в локальных объемах, что приводит к значительным замкнутым-петлям гистерезиса, площадь которых равна энергии, рассеянной в течении одного цикла нагружения. После исчерпания пластического ресурса, в локальных пластически деформированных объемах образуются мик-' роскопические трещины, одна из которых может перерасти в магистральную трещину.

Вторая стадия характеризует развитие магистральной трещи-

• кы до критических размеров. Механизмы накопления повреждений на этих стадиях различны, что требует привлечения разных моделей: дая опенки долговечности в каздом случае".

Уравнение усталостной прочности стальной арматура в составе железобетонного изгибаемого элемента -при многократно повторяющемся циклическом нагруаении разрабатывалось с привлечением методов механики разрушения и . имеет вид

------------------—г~ ' к '

где ~ суммарная длина магистральной макротрещкны уста-

лости в рассматриваемый момент времени ;

Ьф(^) - критический коэффициент интенсивности напряжений арматурной сталг при циклическом нагружены:;

1 + (-

здесь 6"и. - временное сопротивление стали на разрыв ;

л /7

¿£ - пластические деформации материала.

Вычисленные по (7) прочностные показатели арматуры удовлетворительно согласуются с опытными значениями усталостной прочности,

Ба основе аналитических уравнений, описывающих разрушение бетона л арматуры, получены условия усталостной прочности нор-мальншс сечений стершевых железобетонных изгибаемых элементов ' для стационарных и нестационарных режимов циклического нагруже-ния.

По общепринятым положения!,I выносливость железобетонных 'конструкций будет обеспечена, если напряжения, действующие в бе-тснэ и арматуре, на превышают соответствующих пределов выносливости. Предлагаемый общий метод расчета выносливости ведется в соответствии с классической схемой расчета выносливости, а именно:

- определяются напряжения и коэффициенты асимметрии никла напряге кий в бетоне сжатой зоны и продольной растянутой арматуре ;

- вычисляются усталостная прочность бетона сжатой зоны и усталостная прочность продольной растянутой арматуры с учетом их реальных режимов деформирования в составе конструкции г режимов вн-инего циклического кагружения;

- проверяются условия выносливости, т.е. напряжения сравниваются с объективными (уоталостныш) прочностями материалов.

В общем случае текущие значения напряжений в бетоне сжатой зоны и в продольной растянутой арматуре представляются в виде:

/пах тел ' & _ «дг

; (8) . <9 >

где - начальные максимальные напряжения ник-

ла в бетоне сжатой зоны и растянутой арматуре на 1-ом этапе /блоке/ кагружекця ;

г О- дополнительные напряжения в бетоьа сжатой зоны и растянутой арматуре вследствие проявления виброползучести бетона сжатой зоны в связанных условиях ;

, - приращение начальных напряжений в бетоне

сжатой зоны е растянутой арматуре при переходе от одного блока к другому.

Текущие значения коэффициентов асимметрии цикла напряжений в рассматривавши момент времени £ представляются в виде

ом. «Гу^^-:!.6:^.... сю>

^ . ( п >

( 12 )

где gM¿ - коэффициент асцшетриц внешней нагрузки на i -тог» блоке нагружения.

Объективные( усталостные) прочности и n'stttf

вычисляются по (2) и (7) с учетом реальных режимов деформирования материалов в составе конструкции, описываемых уравнениями (8) ... (II) .

Условие выносливости пишется в виде

Для обоснования гщтрте,,. положенных в основу расчетных моделей по оценке выносливости нормальных сечений при различных режимах циклического нагруженкя, а также для проверки точности и надежности инженерных методов расчета, автором были проведены экспериментальные исследования. В качестве опытных образцов использовались железобетонные балки прямоугольного сечения размером 12x21x165 см. Всего было изготовлено и испытано 48 балок, распределенных на 6 серий. В пределах серий образцы отличались количеством продольной'арматуры в растянутой зоне, прочностью бетона п режимом циклического нагружения, на котором пспытывались балки. Количество рабочей аркатуры назначалось с таким расчетом, чтобы можно было изучить перераспределение усп-.лпй по высоте сочзшш, а также влияния деформативности бетона сжатой зоны на выносливость и напря^анно-деформированное состо-яыш нормальных сечений железобетонных балок в широком диапазоне изменения циклических напряжений.

В основном, все образцы, испытанные статической и многократно повторяющейся циклической нагрузкой, разрушились по нормальному сечению в зоне чистого изгиба от раздробления бетона сжатой зоны. При многократно повторяющемся циклическом нагруже-нии независ;э.:о от режима, как и при статическом нагружешц!,

разрушение по сжатой зоне вызывается постепенным разрыхлением структуры бетона вследствие образования п развития продольных микро- и макротрещин, что подтверждает правильность принятых гипотез и результатов теоретически:: исследований, полученных во второй главе диссертант;.

Анализируя схемы развития усталостных продольных трещин в бетоне сжатой зоны, необходимо выделить отличительные характерные особенности при режимных циклических нагружениях, которые также подтверждают результат' теоретических исследований, полученных во второй главе. При режимном циклическом нагружении закономерности развития усталостных продольных трещин завпсили от вида блочного нагружекия. В пределах каздого блока развитие продольных трещин в бетоне сжатой зоны было аналогично развитию трещин при стационарном циклическом нагружении. Отличия наблю-' дались при переходе от одного блока к другому. Если при переходе от одного блока к другому повышался уровень нагрузки, то трещины после перехода развивались интенсивнее, чем при ста ионар-ном нагружены: (особенно в начальной стадии ), затем развитие трещин стабилизируется и происходит также, как и при стационарном нагружении.

Цри понижающихся режимах блочного кагружения, после перехода к блоку с более низким уровнем нагрузки, какое-то время трещина не развивается, кроме того, происходит некоторое уменьшение ширины раскрытия. Затем, по истечении некоторого количества циклов нагружепия, названного во второй главе "временем задержки", начинается медленное развитие трещин. Характер развития продольных трещин согласуется с характером развития деформаций, так как они взаимосвязаны и косвенно характеризуют изменение прочности материала при циклическом нагружении.

При действии многократно повторяющихся циклических натру-

зок, независимо от режима циклического кагру^енпя, во всех ис-штанных балках' происходило увеличение деформаций бетона сжатой зоны. Результаты проведенных исследований показывают,"что при стационарных режимах нагруженпя деформации с различной интенсивностью развивались на всем пр-тяжении испытаний. Необходимо отметить, что наиболее интенсивное развитие деформаций происходило в начальный период. При нестационарных режимах многократно повторяющегося циклического нагружения, в пределах каждого блока, во всех испытание балках происходило изменение деформаций бетона сжатой зоны. Деформации с различной интенсивностью раз" вивались на всем протяжении испытаний. Наиболее интенсивное раз-вйтие деформаций происходило в первом блоке в начальный период нагружения ( до 10-Ю3 шкло'в) , п закономерности развития деформаций в этом блоке были такие же, как и при стационарном режиме. При переходах на более' высокий уровень нагрузки наблюдался скачок полных деформаций. Затем, внутри второго блока начп-. кается плавное развитее деформаций по мере увеличения количества циклов нагружения аналогично развитию деформаций на второй стадии первого блока. При переходе к другим блокам вышеописанные закономерности повторялись.

В случае перехода в блок с более низкам уровнем нагрузки в момент уменьшения нагрузки происходит скачкообразное уменьшение полных деформаций за счет упругой составляющей. Затем какое-то время происходит пли дальнейшее уменьшение деформаций по мере увеличения количества циклов нагруяення, илп деформации полностью стабилизируются. Продолжительность этого дериода и характер развития деформаций после уменьшения нагрузки зависят от величины скачка нагрузки ц количества циклов нагружения в рассматриваемом блоке. Природа этого явления была раскрыта во второй главе диссертации и объясняется эсфектсм задеплс: разви-

""'я микро- макротрещга после перехода на более низкий 'уровень нагрузки.

Результаты проведенных исследований показывают, что независимо от режима многократно повторяющегося циклического нагру-жения происходит увеличение двфорыашй продольной растянутой арматуры по мере увеличения количества циклов нагружения. Характер их изменения аналогичен изменению деформаций бетона сжатой зоны. В диссертации экспериментальный материал лредставлен в виде графиков выносливости, деформаций бетона и арматуры, схем развития трещин и разрушения, фотографий испытанных образцов.

Для изучения выносливости п дег?отжатпвностк бетона .при . разлкч!шх режимах циклического нагружения, а также для сравнения предельных деформаций бетона при статическом и различных режимах циклического нагружения были проведены экспериментальные ' исследования девяти серий бетонных призы. В пределах серий образцы отличались прочностью бетона и режимом циклического нагружения. В диссертации результаты экспериментальных исследований представлены в виде таблиц, графиков выносливости и деформаций бетона.

Для 1гсант"чесгспх •расчетов выносливости нормальных сечений стержневых железобетонных элементов предлагаются инженерше методы, базирующиеся на теоретических результатах разделов 2...4 диссертации. При этом деформации ЕИброползучестк, модуль упругости и пределы выносливости материалов вычисляются по упрощенным формулам к моменту времени £ , соответствующему эксплуатационному количеству циклов нагружений.

В целяй упрощения процесса вычислений уравнения, описывающие процесс развития деформаций виброползучести, приведены к виду, удобному для практических расчетов. При этом раздельно выделяются линейная и нелинейная части.

Линейная часть деформаций виброползучести вычисляется по формуле

mat.

<5/4 («) = 6g (¿А)- С (#), ( 13 )

где (i,tt)- максимальные напряжения цикла;

С^(£,Z)- предельная мера ползучести бетона, загруженного • в возрасте Г ;

роста линейной части деформаций виброползучести.

Для упрощения процесса вычисления нелинейной части деформаций виброползучести установлена приближенная функция изменения длины условно магистральной трещины

2.5 , ----------i----------

где • Ai - количество циклов нагруяения в рассматриваемом этапе ;

- количество пиклов нагруженкя, в течении которых влияние трещин на прочность материала несущественно ;

К- - корректирующая функция, учитывающая влияние уровня нагружения и прочности на скорость развития трещины в материале.

Тогда нелинейная часть деформаций виброползучести вычисляется по формуле __

fyjvh °'566 <о'\ ( 15 )

Уравнение деформаций виброползучести в упрощенной постановке имеет вид

max. .

С) = (") 'fa <") = С ft 9 ■ % (i И+

+ о,$бб ■ ( к )

Аналитические зависимости для описания деформаций вибро-нолзучести цри режимном циклическом нагружении получаются путем трансформирования зависимости . (16) . При вычислении деформаций

виброползучеста в случае режимных нагружений учитывается влияние уровня максимальной нагрузки шкла предыдущего блока на относительные деформашш при последующем кагружении после смены режима. Уравнения развития деформаций виброползучести при режимном нагружении имеют вид:

- последовательно повышающийся режим

I I г>/пах-

0,Ж%ЛПо3]; (17)

- последовательно понижающийся режим •

В,, Вь, Д. , - коэффициенты, учитывающие обратную

ползучесть после перехода на блок с более низким уровнем нагрузки ;

% (¿о) - максимальные напряжения шала на ¿ -том блоке на-^ужбкия ;

то же, на ¿ - 1 блоке кагруженкя ;

С ~ тел

В практических расчетах в случав стационарного нагружения предел аносливостк бетона вычисляется по известной зависимости

КА - коэффициент динамического упрочнения бетона ;

V П&

Я^ххр- абсолютный предел выносливости бетона ;

Лё,ир~ "радел выносливости бетона в момент времени £ соответствующий количеству ппклов нагружения М .

Аналитические зависимости для описания изменения прочности при режимном циклическом нагруженпп получаются путем трансформирования зависимости (19) . При вычислении предела выносливости в случае режимных нагруженкй необходимо учитывать влияние уровня максимальной нагрузки цикла предыдущего блока на прочность- цри последующем нагружении после смены режима. В пре-^ делах каждого блока, на которые разбивается нестационарное на-грукение, изменение усталостной прочности описывается по тем же - формулам, что и при стационарном циклическом нагружении, но со-ответствующшк , , и с учетом изменения прочности в

предыдущих блоках. В пределах начального блока, независимо от последовательности блоков нагружения, изменение усталостной прочности описывается уравнением (19) . В каждом последующем блоке происходит дальнейшее уменьшение прочности, но исходной прочностью' для каждого из них является усталостная прочность в конце предыдущего блока. Бынсслизость бетона в пределах первого блока вычисляется по форлуле (19) , а в последующих блоках -в зависимости от режима - по уравнениям:

- последовательно повышающийся режим

4,^ - ир;(20)

- последовательно понижающийся режим

где П^ - выносливость бетона в конце предыдущего блока ;

/К - количество циклов нагружения, в течение, которых

не происходит снижение усталостной прочности ;

М - количество, шклов нагрукенпя на рассматриваемом блоке

нагруаения;

. г? мГ

Мс- долговечность бетона в циклах при заданных параметрах циклического нагружения без учета накопленных ьа предыдущем этапе повреждений;

Птл: стационарных режимах многократно повторяющегося циклического нагтуженкя предел выносливости арлатуры вычисляется по формуле

где Аг^, - коэффициент динамического упрочнения арматурной стали.

Аналитические зависимости духа описания изменения прочности арматуры при режимном циклическом нагрукекии получаются путем трансформирования зависимости (22)

Выносливость арматуры в пределах первого блока, независимо от режима, вычисляется по формуле (22) , а в последующих

• /V¿¡_ - то же, с учетом накопленных На предыдущем этапе повреждений . ■

блоках:

- при последовательно повышающемся режиме

- при последовательно понижающемся режиме

где - выносливость аркатуры в копна предыдущего блока;

TL^tip - предел выносливости арматуры на базе 2«10ьпиклов ; л Ks - гГункиия, учитывающая влияние повреждений,- накопленных на предыдущем блоке, на выносливость в рассматриваемом блоке.'

Обшая гасчетная модель для пасчета выносливости нормальных сечений железобетонных стержневых элементов разрабатывалась на основе аналитических диаграмм деформирования бетона и арматуры. Исходя из гипотезы плоских сечений и трансформированных зависимостей " - ¿6 " и " 65 - <5j " по соответствующим деформациям определяются напряжения в бетоне и арматуре. 'По напряжени-•ям в бетоне и напряжениям в арматуре S"si определяются внутренние усилия в сечении для любого рассматриваемого цикла

К = ~ 6"4)4 " J Й* ; (25)

J/x=]щ fa(ccfiSMzdx ^(¿Я(26)

О в

где 6g(<$g) » Ys(6s) - зависимости "напряжение-деформация" бетона и арматуры ;

¿¿(х)- закон изменения деформаций по высоте сечения; i(x.) - йункция изменения ширины поперечного сечения по высоте ;

СС - высота'сжатой зоны для рассматриваемого никла. Выносливость железобетонной конструкции на всех стадиях нагружения оценивают, исходя из условия

, ( 27 )

где JUl"*1 - изгибающий момент от максимального значения цикла внешней нагрузки в рассматриваемом блоке ; лЛ/s

- дополнительный изгибающий момент вследствие возникновения и развития' остаточных деформапий в арматуре ;

л JH$ - дополнительный изгибающий момент вследствие возник-

ковения дополнительных напряжений в бетоне сжатой зоны.

Уравнения(25..»27) справедливы для всех стадий напряженно-деформированного состояния элемента, включая и стадию усталостного разрушения. Выносливость нормального сечения считается обеспеченной при удовлетворении условия (27) .

Для описания диаграмм деформирования бетона при циклическом нагруженик в качестве исходных использованы диаграммы " (Г -

- <5 " для случая однократного кратковременного статического нагружения. За исходную базовую функцию приняты зависимости ЦКБ-ФИЛ и Н.И.Карпенко, Т.А.Мухамедиева, А.Н.Петрова. Кроме криволинейных диаграмм деформирования бетона в целях упрощения расчета рассматривалась также и кусочно-линейная диаграмма

Аналитические зависимости для описания диаграмм деформирования бетона при стационарном многократно повторяющемся циклическом нагружении получаются путем трансформирования исходных диаграмм при кратковременном статическом нагружении. Трансформированная диаграмма по виду принимгэтся аналогичной исходной диаграмме с учетом следующих дополнительных положений (рис,1) :

- в качестве параметров основной узловой точки диаграммы принимаются напряжения в бетоне, равные пределу выносливости

и деформации, отвечающие деформациям в вершине диаграммы при статическом нагружении -и? - »

- дая дополнительной узловой точки, определяющей границы диаграммы, деформации принимаются равными предельным деформациям при статическом нагружении ¿$>ху>в 6&и , а напряжения вычисляются по базовым зависимостям ;

- координаты начала диаграмм принимаются переменными, а именно -смещенными на величину, равную деформациям виброползучести в рассматриваемый момент времени Вр1 (М) \

Pao. I ' К доЬтроеншэ трансформированной диаграммы деформирования бетона при циклическом кагруяения

в координатах "б-<£" и

- } ж'ол наклона диаграмм принимается с учетом иаазЕзкз .кодуля упругости бетона при циклическом нагружении.

Исхода из вышеизложенного можно заключить, что каждый никл нагружения реализуется со своей диаграммой деформирования с учетом влияния предыдущих циклов (рис.2 ).

Аналитические зависимости для описания диаграмм деформи-' рования бетона при режимном циклическом нагружении получаются путем трансформирования зависимостей для стационарного циклического нагружения. При описании режимных диаграмм деформирования бг. :она учитывается влияние уровня максимальной нагрузки цикла предыдущего блока на прочность, начальный модуль упругости и относительные деформации в вершине диаграммы при последующем нагружении после смены режима. В пределах каждого блока, на которые разбивается нестационарное нагружение, изменение диаграммы деформирования описывается по тем же формулам, что и при стационарном циклическом нагружении, ко соответствующими для каждого

блока ^ . ^61 2 с Учетом изменения прочности и деформатив-ности в предыдущих блоках.

Пг?п многопиклевом нагружена-;. независимо от режима, напряжения в продольной растянутой, арматуре меньше предела текучести (физического или условного) . Поэтому при расчетах используется только участок упругой работы материала. Тогда напряжения в арматуре на любой стадии нагружения будут равны

Необходимо добавить, что на всех стадиях нагружения.дефор-маиии в арматуре не должны превышать предельных деформаций пт." заданном режиме и количестве циклов нагружения, т.е.

= <5

( 28 )

( 29 У

где Л^ ^ - предел выносливости аркатуры при заданном режиме и количестве циклов нагрунения.

Достоверность предлагаемого метода расчета проверена сравнением результатов расчета с результатами экспериментальных исследований железобетонных балок (более 120 образцов ) , отличающихся классом бетона, содержанием продольной арматуры, параметрами и режимом циклического нагружения. Сравнения показали хорошую сходимость результатов.

Для инженерной оценки выносливости нормальных! сечений железобетонных изгибаемых элементов кроме диаграмн'ого метода разработан также метод расчета по напряжениям, учитывающий как из- . менение напряженного состояния, так и изменение прочностных

I

свойств материалов. При этом эпюра напряжений принимается тра-пешальной, изменение напряжений учитывается функциями накопления напряжений и . Трудоемкость вычислительной работа существенно меньше по сравнению с диаграмным методом, в тоже время расчет является более наглядным и позволяет анализировать изменение всех основных параметров.

Расчет производится на основе следующих предпосылок:

- связь между напряжениями и деформациями сжатого бетона,--а также между напряжениями и деформация!™ аппроксимируется кусочно-линейными функциями ;

- в качестве расчетного принимается сечение со средней высотой сжатой зоны ОС. , соответствующей средним деформациям ;

- для средних деформаций бетона сжатой зоны и растянутой арматуры считается справедливым л^«ейный закон распределения деформаций по высоте сечения;

- коэффициенты асимметрии цикла напряжений в бетоне сжатой зоны и в продольной растянутой арматуре определяются по текущим напряжении.! ;

- ;1ределы выносливости бетона и арматуры определяются по уравнениям усталостной прочности.

Выносливость железобетонных конструкций оценивают, исходя из условий

max л

нъ У ( зо)

6, (tc) < . j? 5 J Hes ^

где Ц*_, "Яс^а - пределы выносливости бетона и арматуры,

о, ьу о, иу

рччисляются в зависимости от фактических значений , ^ и режимов нагружения.

Сравнение результатов расчета по предлагаемому методу с результата!,и экспериментальных исследований показали хорошую сходимость.

В ияде случаев возникает необходимость в приближенной (прикидочкой) оценке выносливости железобетонных конструкций, не прибегая к сложным расчетам. Для этого использован один из наиболее простых методов расчета прочности железобетонных конструкций - метод предельного равновесия, трансформированный для случая циклического нагружения. Здесь сохраняется структура расчетных формул метода предельного равновесия. Однако, вместо расчетных сопротивлений вводятся условные (трансформированные) пределы выносливости материалов с учетом изменения как напряжений, так и коэффициентов асимметрии цикла напряжений, а также несоответствия форш эпюры напряжений в бетоне сжатой зоны к фактической. , '

Трансформированные пределы выносливости материалов вычисляются по формулам

К'в, -ар = 0,85 • И^ър—ту-- ; ( .31 )

где //<г3 , - функши накопления напряжений в бетоне сжатой зоны и растянутой арматуре, вычисляются по приведенным в дис- ' серташи формулам;

^ и?' пРеЯ0ЛЫ выносливости бетона и арматуры при

осевом приложении нагрузки, вычисляются по уравнениям усталостной прочности с учетом физических значений коэффициентов асимметрии цикла напряжений и режимов нагружения.

Достоверность предлагаемых расчетных уравнений проверена сравнением результатов расчета с результатами экспериментальных исследований. Сравнения показали хорошую сходимость.

ОБЩИЕ ЙЫЗОДи

1. Одной из специфических задач при проектировании сооружений из железобетона, в процессе эксплуатации которых необходимо учитывать влияние динамических нагрузок, является расчет на выносливость. В действующих нормах проектирования расчет на выносливость производится в предположении упругой работы бетона без учета влияния физической линейности бетона, а также режимов циклического нагрудения, что приводит к искажению картины напря-женно-деформироЕанного состояния при циклическом нагружении и, как следствие, к перерасходу материалов, а в некоторых случаях-к снижению надежности конструкций. В связи с этим назрела необходимость в разработке общей модели деформирования железобетона при циклическом нагружении с учетом физической нелнне£яости и режимов нагружения. •

2. Разработаны теоретические основы сопротивления бетона усталостному разрушению при. циклическом сяатш, согласно которым разрушение и нелинейное деформирование материала характерпзуе'

ся образованием и развитием микро- к макротрещин, инициаторами которых являются дефекты структуры в виде пор или пустот и технологические ( усадочные ) ыикротрещины. В диссертации приведены аналитические уравнения развития микро- и макротрещин для различных стадий, исходя из законов линейной и нелинейной механики разрушения с учетом физической нелинейности материала, взаимодействия трещин и режимов циклического нагружения. Получены аналитические уравнения для описания интегральной характеристики бетона сопротивляться развитию усталостных трещин - кри-1 ческого коэффициента интенсивности напряжений.

3. Получены общие аналитические зависимости для описания изменения прочности бетона при циклическом сжатии с учетом прочностных и деформативных свойств материала, количества циклов нагружения, параметров и режимов циклического нагружения.

4. Предложены единые аналитические зависимости для описания изменения деформаций виброползучесш бетона при различных режимах циклического нагружения. При этом деформации виброползучести представляются в виде суммы линейной " нелинейной составляющих. Линейная часть деформаций виброползучести проявляется в виде быстронатекающей ползучести в каждом цикле нагружения. Нелинейная часть деформаций виброползучести проявляется вследствие образования и развития микро- и макротрещин.

5. Получены общие аналитические зависимости для описания изменения прочности стальной арматуры в составе стержневого железобетонного изгибаемого элемента при стационарных и нестационарных режимах циклического нагружения. Усталостное разрушение рассматривается как.непрерывный процесс зарождения и развития микро- и макротрещин. Процесс ыногошкловой усталости условно разделан на две основные стадах- стадия зарождения усталостной магистральной трещины и стадля развития магистральной трещины до

азрушення арматурного стержня. Для оценки усталостной прочнос-и на этих стадиях привлечены методы нелинейной и линейкой меха-ики разрушения соответственно. Предложенные аналитические зави-икости использованы при разработке уравнений выносливости для нкенерных методов расчета.

¡. Разработан общий метод расчета выносливости нормальных сече-ий стержневых железобетонных изгибаемых элементов при различ-ах ражимах циклического нагружения, учитывающий действительное :апряженно-деформированное состояние сечений. Напряжения и ко-ффипиенты асимметрии цикла напряжений в бетоне сжатой зоны и родольной растянутой арматуре вычисляются с учетом их измене-

ия в процессе циклического нагружения вследствие проявления

i

I

кброползучеста бетона сжатой зоны в связанных условиях. В дис-ертапкн приведены уравнения механического состояния бетона жатой зоны и продольной арматуры в нормальных сечениях стерж-¡евых железобетонных изгибаемых элементов с учетом неупругих ¡войств бетона, реальных режимов деформирования материалов в юставе конструкции и режимов циклического нагружения. Кзложен-;ая методика расчета позволяет с еысокой точностью оценить на-[ряженно-дефорлированное состояние и выносливость кор.альных ¡ечений стержневых железобетонных изгибаемых элементов на всех ;тадиях режимного циклического нагружения.

'. В практических расчетах оценку выносливости нормальных сече-Ей стержневых железобетонных изгибаемых элементов пелесообраз-ю производить на основе исходных и трансформированных диаграмм сформирования бетона и арматуры. Такой подход позволяет с едп-шх позиций расчитывать конструкции на прочность дрикратковре-юнных статических, а также при различных режимах .циклического гагружения.

¡. В диссертации предложена методика трансформирования исходных

диаграш дефоршровашш бетона и арматуры для учета циклкчес-кого нагружения и его режимов. Полученные аналитические зависимости для описания трансформированных диаграш деформирования бетона и арматуры при стационарных и нестационарных режимах циклического нагружения в компактной форме учитывают наблюдаемое в экспериментах влияние уровня максимальной нагрузки цикла предыдущего блока на прочность, начальный модуль упругости иг относительные деформации при последующем нагружении после смены режима. Использование предложенных способов трансформирования исходных диаграмм деформирования материалов позволяет более точно оиенивать выносливость нормальных сечений стержневых железобетонных изгибаемых элементов при различных режимах циклического нагружения.

.9. Получены упрощенные аналитические зависимости для описания изменения прочности бетона и деформаций виброползучести при стационарных и нестационарных режимах циклического нагружения. Упрощённые зависимости получаются из общих аналитических уравнений усталостной прочности и дефорь,ацкй, и корректно отражают наблюдаемые в экспериментах особенности изменения прочности и деформаций при циклическом нагружены:. Предложенные упрощенные формулы позволяют существенно сократить трудоемкость вычислений при достаточно высокой точности расчетов, и они использованы при разработке трансформированных диаграмм деформирования материалов при циклическом нагружении.

10. Выполнены обширные экспериментальные исследования выносливости железобетонных балок и бетонных призм с целью обоснования гипотез, положенных в основу расчетных .моделей по оценке выносливости нормальных сечений при различных режимах циклического нагружения, а также для проверю! точности и надежности инженерных методов расчета. Результаты исследований показали, что при

ногократно повторяющемся циклическом нагру^ешш, независимо от ежима, разрушение по сжатой зоне вызывается постепенным разры-декпем структуры бетона вследствие образования и развития про-;ольных микро- и макротрещин, что подтверждает правильность рннятых гипотез й результатов т .эротических исследований, поученных во второй главе диссертации.

Црп действии многократно повторяющихся циклических нагру-10К, независимо от режима, происходит изменение деформаций бо-■она сжатой зоны к продольной растянутой арматуры. Деформации I различной интенсивностью развиваются на всем протяжении испы-•аний, наиболее заметные изменения происходят в начальный перл-

ад загружения. Увеличение общих деформаций происходит, в осков-1

гам, в результате проявления* виброползучести бетона сжатой зоны, [, как следствие, накопление остаточной части. Полученные ро-ультаты подтверадают правильность принятых гипотез и теорети-иесхах результатов, полученных в третьей и четвертой главах диссертации, а в ряде случаев позволяют принять допущения, значп-'ельно упрощающие инженерные раоч<ги.

11. Для инженерной опенки выносливости кор-^альных сечений жэле-¡обетонншс изгибаемых элементов предложен метод расчета ко'кап-женЕям, учитывающий как изменение напряженного состояния, так

I изменение прочностных свойств материалов в составе конструкции. Ррудоемкостъ вычислительной работы существенно пеньке по сравнена с диаграмма! кетодш, а тоге время расчет является более наглядным л позволяет анализировать изменение всех основных параметров.

12. Для приближенной опвкке выносливости нормальных сечений стержневых железобетонных кзгабаешх элементов целесообразно ис-гользоЕать метод предельного равновесия, трансформированный • для иучая циклического нагружения. При этом следует сохранять стру-

к.урУ расчетных формул метода предельного равновесия, а трансформированные пределы выносливости материалов с высокой точностью можно определить по предложенным в диссертации зависимостям.

13. Результаты расчетов по всем предложенный методам удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. Их достовер- > ностъ и надежность подтверждаются данными испытаний 120 железобетонных балок, отличающихся размерами, прочностью бетона, содержанием арматуры, параметрами и режимом циклического-нагруже- . ш.

14. Предлагаемые методы расчета выносливости нормальных сечений стержневых железобетонных изгибаемых элементов при различных режимах многократно повторяющегося циклического нагруяения представляют нсвое перспективное направление в теории железобетона и решают крупную научную проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение.

Универсальность и физическая обоснованность исходных предпосылок позволяет развивать основные положения, работы в решении таких вопросов, как разработки методики малоцикЛовой выносливости малоарлированных конструкций, методики опешод/внецеитренно-сжатых элементов, методики оценки трещиностойкости и деформатив-ности железобетонных стержневых конструкций, методики оценки выносливости, трещиностойкости а деформативности сборно-монолитных конструкций при режимных нагружениях, методики расчета железобетонных конструкций на сейсмические воздействия. -

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. И.Т.Мирсаяпов. Выносливость норлалышх сечений сборно-монолитных железобетонных изгибаемых элементов // Совершенствование • научных исследований, ускоренно внедрения достижений научных ис-

следований, ускорение внедрения достижений науки и техники в проекты с целью повышения эффективности строительства и эксплуатации ГЭС, ГАЗС, АЭС. - Тезисы докладов и сообщений 1У научно-технического совещания Гидропроекта. Москва, 1982. часть 3.1У.- г -с.62.

2. А.П.Кириллов, И.Т.Мирсаяпов. экспериментальные исследования выносливости нормальных сечений сборно-монолитных железобетонных изгибаемых элементов при действии многократно повторной нагрузки // Совершенствование научных исследований, ускорение внедрения достижений научных исследований, ускорение, внедрения достижений науки и техники в проекты с целью повышения эффективности строительства и эксплуатации ГЭС ГАЗС, АЭС. - Тезисы докладов и сообщений 1У научно-технического совещания Гидропроекта. Москва, 1982. часть 3.1У. - с.63.

3. Кириллов А.Л., Мирсаяпов И. Г. Влияние виброползучести на коэффициент асимметрии цикла напряжений // Бетон и железобетон. -1983. - й 9. - С.31-32.

4. Кириллов А.П., Мирсаяпов И.Т. Рекомендации по расчету сборно-монолитных железобетонных конструкций на выносливость по нормальному сечению. - М.: Гидропроект, 1984. - 30с.

5. Кириллов А.П., Мирсаяпов И.Т. Влияние виброползучести на выносливость железобетонных конструкций // Бетон и железобетон. --1986. - :£ 1. - С.45-46.

6. Мирсаяпов И.Т. Применение теории квазихрупкого разрушения к оценке' выносливости бетона с учетом ползучести и предыстории за-гружения // Инженерные и социально-экономические проблемы ускорения научно-техническогб прогресса в строительстве и задачи подготовки специалистов. - Тезисы докладов областной научно-технической конференции. .Иваново, 1986. - С.90.

7. Ыирсаяпов И.Т. Упрочнение бетона после образования микротрэ-щин // Научно-технические и социально-экономические проблемы развития строительного комплекса в ХП пятилетке и совершенствование процесса подготовки специалистов. - Тезисы докладов областной научно-технической конференции. Иваново, 1987. - С.94.

8. Кириллов А.П., Мирсаяпов И.Т. Выносливость сборно-монолитных конструкций с бессварными стыками // Бетон ч железобетон, -- 1987. - JS 7. - C.6-S.

9..Мирсаяпов И.Т. Выносливость железобетонных конструкций при нестационарных режимах нагружения // Работа бетона и железобетона с различными видами армирования на выносливость цри многократно повторяющихся нагрузках. - Тезисы докладов Всесоюзного координационного совещания. Львов, 1987. - С.40.

10. Ыирсаяпов И.Т. Расчет железобетонных конструкций на выносливость с учетом виброползучести бетона // Работа бетона и железобетона с различными видами армирования на выносливость цри многократко повторяющихся нагрузках. - Тезисы докладов Всесоюзного координационного совещания, Львов, хЭ87. - С.41.

11. Кириллов А.П., Ыирсаяпов И.Т. Оценка выносливости железобетонных конструкций с учетом ползучести бетона и сложных режимов нагружения. Ивановский инж.-отроит.ин-т. Иваново, 1987. 36с. Деп. в ВИНИТИ 03.12.87 » 8495-В87.

12. Кириллов А.П., Черняк Т.В., Ыирсаяпов И.Т. и др. Рвкоыен^ч-ши по расчету и конструированию сборно-монолитные железобетонных элементов стен и перекрытий сооружений АЭС. - U.: 1988. МО Атомэнергопроект. - 49с.

13. Мирсаяпов И.Т. Прогнозирование ресурса бетона при нестационарных нагружениях // Социально-экономические, научно-технические проблемы перестройки строительства и подготовки инженеров-строителей. - Тезисы докладов шестой областной научно-техничес-

кой конференции по итогам научно-исследовательских работ института. Иваново, 1988. - С.137г

14. Кириллов А.П., Мирсаяпов И.Т. Выносливость сборно-монолитных конструкций при многократном циклическом нагружении// Извес- '' тия ВУЗов. Строительство и архитектура. - 1989. - 1Ь 5. - С. 94-99. .

15. Кириллов А.П., Мирсаяпов И.Т. Совершенствование методики расчета на выносливость по нормальному сечению // Бетон и железобетон. - 1989. - № 8. - С. 16-17.

16. Кириллов А.П., Мирсаяпов И.Т.. Влияние вкброползучести на -выносливость железобетонных конструкций // Повышение надежности

энергетических сооружений при динамических воздействиях. - Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. - Ленинград.: Энергоатомиэдат, 1989. - С.50-55.

17. 1лирсаяпов И.Т. Уравнение объективной прочности бетона при сложных режимах циклического нагружения. Иванов.инж.-строит, ин-т. Иваново, 1990. 40с. Деп. в ЕИНЕГИ 02.07.1990. S 3709-В90.

18. Мирсаяпов И.Т. Усталостная прочность продольной рабочей арматуры железобетонных изгибаемых элементов. Иванов.инж.-строит, ин-т. Иваново, 1990. 24с. Деп. в ШИПИ 02.07.1990. Д 3707.-В90.

19. Кириллов А.П., Мирсаяпов'И.Т., Мирсаяпов Ильшат. Выносливость сб орко-монолптных железобетонных конструкций. Учебное пособие. Иванов.хим.-техн.ин-т, Иванов.инж.-строит.ин-т. Иваново, 1990. - 92с.

20. Мирсаяпов И.Т. Модель изменения прочности бетона с распределенными макротрещинами // 43 Республиканская научная конференция. - Тезисы докладов. Казань, 1991. - С.40. ' •

21. Мирсаяпов И.Т. Выносливость железобетонных конструкций при режимном нагружении // 43.Республиканская научная конференция. -Тезисы докладов. Казань, 1991. - С.44.

2Мирсаяпов И.Т. Критический коэффициент интенсивности напряжений бетона цри режимном циклическом нагружении П Теория и практика капитального строительства и подготовка инженерных ка- . дров. - Тематический сборник докладов девятой областной научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ института. - Иваново, 1991. - С.71-74.

23. Мирсаяпов И.Т. Расчет прогибов железобетонных ■ изгибаемых элементов при циклическом нагружении // Проблемы строительства в новых условиях. - Тезисы докладов десятой областной научно-технической конференции. Иваново, 1992. - С.56.

24. Мирсаяпов И.Т. Выносливость и треииностойкость железобетонных балок при режимном циклическом нагруженш // 44 Республиканская научная конференция по итогам научных исследований и внедрению их в производство. - Тезисы докладов. Казань, 1992. -

С.42.

25. Мирсаяпов И.Т. Оценка выносливости и деформативности бетона при переменных режимах // Материалы XX1У Международной конференции по бетону и железобетону. Москва, 1992. - С.312-313.

26. Мирсаяпов И.Т. Учет повторных нагрузок в нормативных документах // Бетон и железобетон. - 1992. - й 10. - С.4-7.

27. Мирсаяпов И.Т. Выносливость и деформации железобетонных балок при блочном нестационарном циклическом нагружении. Иванов, инж.-строит.ин-т. Иваново, 1992. 17с. Деп, во ЕНИИК1Ш. Библио--графи зкий указатель депонированных рукописей, выпуск 3, 199«,. й 11273.

28. Мирсаяпов У Т. Оценка выносливости изгибаемых железобетонных элементов 'с учетом аналитических диаграмм деформирования материалов и режимов нагружения. Иванов.инж.-строит.кн-т. Иваново, 1992. 16с. Деп. во ЕНКИНГШ, Библиографический указатель депонированных рукописей, выл.З, 1992. И 11272.