К.А.ПИРАДОВ, д-р техн. наук (НИИЖБ. Московский государственный открытый ун-т), Т.Л. МАМАЕВ, канд. техн. наук (НИИЖБ), Учет фактора времени при расчете железобетонных элементов методами механики разрушения
Бетон и железобетон используются в сооружениях и конструкциях, предназначенных для длительных сроков эксплуатации. Это предопределено особенностями и спецификой их ремонта и повторного использования. С этих позиций долговечность бетонных и железобетонных конструкций необходимо оценивать на стадиях их проектирования, изготовления элементов и возведения в зависимости от условий эксплуатации в зданиях и сооружениях с разнообразными режимами силовых, тепловых и коррозионных воздействий.
Расчет конструкций по их долговечности и ее нормирование - это веяние времени. Заданная долговечность должна стать единственным требованием заказчика к качеству как железобетонного изделия, так и всего сооружения в целом. То есть долговечность должна стать расчетной характеристикой конструкции: в паспорте элемента, отпускаемого заводом железобетонных изделий потребителю, необходимо указывать его гарантированный срок службы, в зависимости от которого и будет назначаться цена продукции.
Железобетон - материал, наличие трещин в котором обусловлено сущностью его работы по нагрузкой. Трещины в изгибаемых железобетонных конструкциях образуются и развиваются как в растянутой, так и в сжатой частях сечения, существенно влияя на несущую способность, на долговечность и на деформативность элементов. Кроме того, в структуре бетона еще до приложения внешней нагрузки имеются дефекты, причем размеры таких дефектов неодинаковы. Поэтому существующие методы расчета, основанные на теории прочности бетона, не могут описать разрушение конструкции - растянутый во времени процесс накопления повреждений в структурах бетона и стали. К тому же величина прочности бетона возрастает во времени, что делает ее неприемлемым параметром при расчетах несущей способности конструкции во времени. Процессы деструкции бетона, стали и железобетона в целом возможно описать с помощью законов и параметров механики разрушения. Поэтому на смену прочности, как основной нормируемой характеристики бетона и стали приходит энергия, затрачиваемая на разрушение их структуры, и критический коэффициент интенсивности напряжений бетона (К() и железобетона (К[-). Для бетона величина Кг определяется согласно ГОСТ 29167-91 [1] для отрывных трещин и по методике [2] для сдвиговых, Для железобетона
Рассмотрим процесс разрушения железобетонного изгибаемого элемента на предельной стадии его деформирования. В таком элементе образуются следующие типы трещин (рис. 1): нормального отрыва (v) в растянутой части сечения; сдвига (h). параллельные продольной оси элемента в сжатой части сечения; сдвигово-отрывные (i), наклоненные к продольной оси элемента, движение которых вверх является результатом нормального отрыва, а отклонение от вертикали - поперечного сдвига. Тогда в момент восприятия максимального внешнего момента Мшах расчетная схема нормального сечения будет иметь вид, показанный на рис. 2, На этой стадии трещины нормального отрыва Г достигают максимальной длины, но интенсивно растут сдвиговые трещины. Они растут и в длину, и в ширину на стадии понижения несущей способности, достигая в конце концов критической длины и отслаивая от сжатой части сечения пласт бетона, который полностью выключается из работы элемента. В оставшейся по высоте сжатой части сечения образуется новая горизонтальная трещина, то есть процесс разрушения сжатого бетона распространяется как вдоль пролета элемента, так и по высоте его сечения
На стадии восприятия максимального момента Мтах запишем уравнения равновесия, где учтем его уменьшение во времени при изменении параметров трещин отрыва и сдвига, а также релаксацию критических КИН бетона:
Увеличивающийся спрос строительной отрасли на разработку расчетов-прогнозов долговечности железобетонных элементов в ответственных сооружениях создает уверенность в том, что в XXI веке прогноз долговечности - срока службы бетона и железобетона будет неотъемлемой частью проекта строящихся объектов и страхового заключения о риске, рабочим материалом служб мониторинга эксплуатации зданий и сооружений.
Бетон и железобетон, 2001 №3