Разделы сайта:

Главная

История бетона

Состав бетона

Водонепроницаемый бетон

Монолитный бетон

Электропроводный бетон

Железобетон

Полимербетон

Добавки в бетон

Материалы для бетонной смеси

Специальные цементы

Заполнители бетона

Производство цемента

Бетон и железобетон

Н.И.КАРПЕНКО, д-р техн. наук, проф., академик РААСН (НИИЖБ), К построению общих критериев деформирования и разрушения железобетонных элементов

Напряжения в элементе являются составными, состоящими из напряжений в бетоне и приведенных напряжений в арматуре. В результате связь между напряжениями и деформациями принимает вид (при наличии начальных напряжений:

Полагается, что когда главные растягивающие напряжения в бетоне достигают предельных значений, найденных по условиям прочности, в нем образуются трещины. Вывод физических соотношений, устанавливающих связи между напряжениями и деформациями в железобетонном элементе с трещинами, является наиболее важным в цепочке теоретических построений. При этом учитываются следующие факторы:

углы наклона трещин к арматуре и схемы их пересечения трещин (различают три схемы трещин, приведенные на рис. 3);

раскрытие трещин асг и сдвиг их берегов д (рис. 4);

жесткость арматуры при осевых деформациях (рис. 4,6) под действием напряжений в арматуре в зоне трещины с учетом влияния на деформации сил сцепления арматуры с полосами и блоками бетона между трещинами (рис. 4,в);

жесткость арматуры при тангенциальных перемещениях ее относительно берегов трещин под действием касательных напряжений в арматуре в зоне трещины с учетом податливости бетонного основания у берегов трещины (рис. 4,г);

жесткость бетона между трещинами при продольных (вдоль трещин) и сдвиговых (по нормали к трещинами) деформаций под действием соответствующих нормальных и касательных напряжений и снижение этих жесткостей для схем пересекающихся трещин (рис. 36,в);

жесткость остаточных бетонных связей зацепления берегов трещин при их сдвигах (обычно учитываются в случае малой ширины раскрытия трещин);

нарушение совместности осевых деформаций арматуры и бетона между трещинами при сохранении условий совместности перемещений арматуры и бетона в центре полос или блоков бетона между трещинами (в точке А рис. 3,в).

Напряжения в арматуре в трещинах определяются двояким способом - через средние деформации элемента (по схемам рис. 3 - рис. 8) или непосредственно через нормальные и касательные напряжения в элементе [6, 8] (по схемам рис. 9 - рис. 10). При этом трещины в общем случае располагаются наклонно к направлениям арматуры. Естественно, напряжения, представленные на рис. 9а и рис. 96, в действительности совмещены на гранях одного тетраэдра (они разделяются лишь для удобства выкладок). Указанные схемы служат также для вывода критериев прочности (6)-(7).

Указанные выше предпосылки не укладывались в традиционные пути построения физических соотношений, используемых в композитных материалах, и требовали новых подходов. Фактически необходимо было в малом элементе среды (условно в точке) иметь одновременно два вида напряжений в каждом компоненте (большие напряжения в арматуре в трещинах и практически равные нулю напряжения в бетоне, и одновременно значительно меньшие напряжения в арматуре на площадках, нормальных к трещинам, и, наоборот, большие по модулю напряжения в бетоне на этих площадках). В работах автора статьи эта проблема была решена на пути использования несимметричных тензоров напряжений для компонент арматуры и бетона (вводятся 9 компонент вместо 6 без соблюдения условия парности касательных величин). Лишь в сумме симметричные компоненты становятся симметричными (с соблюдением парности касательных напряжений).

Физические зависимости сначала устанавливаются в локальных координатах n, m, I, нормальных к трещинам, а затем переводятся в глобальную систему х, у, z. Как и прежде, каждое направление армирования задается коэффициентом армирования fisl и таблицей направляющих косинусов относительно локальной си- стемы п, m, I (рис. 5,а). Количество арматуры, пересекающей грани единичного куба, показано на рис. 5,6. Напряжения по граням такого элемента (рис. 6) формируются по-разному. На площадках-трещинах действуют нормальные и касательные напряжения в арматуре в зоне трещины, а на других площадках учитываются только средние напряжения сг™. Общие напряжения (рис. 7,а) получаются суммированием напряжений в бетоне (рис. 7,6) и в арматуре (рис. 7,в). Проецируя усилия, приложенные к граням элемента (см. рис. 6), на оси п, m, I, получим составляющие общих напряжений. Например, нормальные относительных деформаций бетона между трещинами {sbr, ybkr, yl,.k) Деформации от раскрытия трещин и возможного сдвига их берегов определяются по схемам, показанным на рис. 8. Эти деформации составляют девятикомпонентный вектор-столбец, они также образуют несимметричный тензор второго ранга:

Таким образом, деформирование железобетона подобно деформированию физически нелинейного анизотропного материала с общим случаем анизотропии.

Представленные модели НИИЖБ были проверены при расчете многих опытных конструкций в работах бывших аспирантов и докторантов НИИЖБ (ныне докторов и кандидатов технических наук): А.Л. Гуревича, Л И. Ярина, B.C. Кукунаева, Т.А. Балана, А.Н. Петрова (расчет стен, плит, фрагментов зданий МКЭ и МКР), С.Ф. Клованича (расчет моделей реакторов при термосиловых воздействиях сосудов высокого давления), А.Я. Джанкулаева (расчет толстых плит) и др. Они также использованы при расчете и проектировании многих зданий из монолитного железобетона в г. Москве и других городах, а также отдельных конструкций (большеразмерных монолитных плит, стен и ядер жесткости, фундаментных плит и др.).

Таким образом, современное состояние механики железобетона в сочетании с уровнем развития численных методов, особенно МКЭ, а также с развитием вычислительной техники позволяет утверждать о реальных возможностях перехода к расчетам различных железобетонных конструкций и сооружений с учетом физической нелинейности на уровне промышленных компьютерных программ.