Деформирование и прочность обычного тяжелого бетона при сложном напряженном состоянии

• Автор: Жиренков, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 205 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Анализ литературных данных
1.1. Экспериментальные исследования при трехосном сжатии
1.2. Анализ теорий (гипотез) прочности
1.3. Методика экспериментов при объемном напряженном состоянии
1.4. Выводы по главе 1. цель и задачи исследования
ГЛАВА 2. Методика исследований
2.1. Конструкция и основные характеристики устновки
2.2. Метрологическое исследование установки
2.3. Методика эксперимента
2.4. Выводы по Главе
ГЛАВА 3. Прочность при одноосном и трехосном напряженном состоянии
3.1. Одноосное напряженное состояние
3.2. Трехосное напряженное состояние
3.3. Сравнение экспериментальных значений прочности с определенными по предлагаемым в литературных источниках зависимостям
3.4. Выводы по Главе
ГЛАВА 4. Деформирование при пропорциональном и
непропорциональном нагружении
4.1. Общий характер деформирования и методика обработки результатов испытаний
4.2. Диаграммы деформирования и их характеристики
4.3. Выводы по главе
ГЛАВА 5. Практическое приложение полученных результатов к проектированию
5.1. Методика эксперимента с трубобетонными образцами
5.2. Напряженно-деформированное состояние трубобетонных образцов
5.3. Выводы по главе
Общие выводы по диссертации
Литература
Приложение-акт внедрения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В практике современного строительства бетон является одним из основных строительных материалов, используемых при возведении несущих конструкций гражданских, промышленных, транспортных, энергетических, гидротехнических сооружений и сооружений специального назначения. В основной массе несущих бетонных и железобетонных конструкций бетой работает в условиях сложного плоского или объемного напряженного состояния. Надежность, безопасность и экономичность строительных конструкций в значительной степени определяются степенью соответствия расчетных моделей действительным условиям работы и фактическим механическим свойствам материала.
С точки зрения механики деформируемого твердого тела обычный тяжелый цементный бетон следует рассматривать как существенно неоднородный искусственный материал. При этом под воздействием внешних сил он изменяет свою макро- и микроструктуру, которая из первоначально изотропной становится анизотропной к стадии разрушения.
Макроструктура обычного тяжелого цементного бетона* представляет собой конгломерат, состоящий из нескольких компонентов. К ним относятся крупный и мелкий заполнитель (естественные каменные материалы), связывающий их цементный камень (искусственный каменный материал), воздушные поры, частично заполненные водой, и начальные микротрещины, проходящие по границам крупного заполнителя, также частично заполненные водой. При этом компоненты макро- и микроструктуры бетона обладают разными по виду и значению прочностные и деформационными характеристиками.
Технология изготовления бетона направлена на получение изотропного по макромеханическим характеристикам материала. Однако по мере роста внешних усилий происходит изменение его макро- и микроструктуры: возникают, раскрываются по ширине и растут по длине, сначала микро, а затем макротрещины [13, 64]. Эта особенность бетона привела к необходимости введения
для него дополнительных структурно-механических характеристик, таких как границы микротрещинообразования.
При изменении соотношения внешних усилий и направления их действия изменяется структура поля микро- и макротрещин, что обуславливает появление анизотропии макромеханических свойств материала.
При расчете бетонных и железобетонных конструкций по предельным состояниям необходимо учитывать изменение его механических свойств при переходе от стадии эксплуатации, когда бетон сохраняет свою первоначальную микро- и макроструктуру, к стадии разрушения, когда эта структура в значительной степени изменяется.
Актуальность работы состоит в том, что в настоящее время при расчете строительных конструкций с использованием современных компьютерных программ, основанных на методе конечных элементов, в расчет необходимо вводить комплекс деформационных характеристик материала, а также учитывать изменение их значений в процессе нагружения. Однако не только в справочной, но и в научной литературе найти подобную информацию для бетона, работающего в условиях объемного напряженного состояния практически невозможно.
Цель работы. Основной целью настоящей работы являлось экспериментальное изучение влияния трехосного сжатия на прочностные и деформационные характеристики обычного тяжелого цементного бетона при пропорциональном и непропорциональном нагружении. При этом решались следующие задачи.
1) Путем анализа известных гипотез прочности выбрать те, которые были разработаны применительно к бетону, имеют достаточно простой математический аппарат, отражающий зависимости, получаемые при проведении эксперимента.
2) Разработать методику проведения эксперимента, обеспечивающую получение достоверных данных о прочностных и деформационных характеристиках бетона в условиях трехосного сжатия.

рения подразделяют на абсолютные и относительные [129]. К абсолютным относят методы, основанные на уравновешивании давления жидкости, газа или квазигидростатической среды грузами или силоизмерительными (динамометрическими) устройствами (поршневые, ртутные, водяные и т.п. манометры). Их используют при измерении гидростатического давления до 30 ООО кгс/см2 и квазигидростатического до 100 000 кгс/см2. Относительные методы основаны на использовании различного рода преобразователей давления в электрические, магнитные и другие величины. Они позволяют измерять давления до 10 000 кгс/см2 с погрешностью не хуже О.ОЗч-ОЛ % от верхнего предела измерений [129].
При измерении осевых усилий вне установки, как правило, применяли стандартизованные методы и средства измерения, в том числе силоизмерители стандартныех испытательных машин [74, 107, 145, 181, 204] и динамометры [26, 106, 130, 157, 208, 215, 224]. Погрешность измерения силы, как правило, была не хуже (1н-2)% от измеряемого усилия (без учета погрешностей, возникающих в цепи нагружения). В установках цилиндр-поршень силоизмерители, как правило, размещали в зоне высокого давления между поршнем и образцом [12, 31, 32, 147, 148, 188, 197]. В многопуансонных установках силоизмерители размещали между пуансоном и образцом [129]. Однако их использовали только для градуировки установки.
1.3.7. Измерение деформаций
Деформации измеряли путем измерения перемещений нагружающих элементов установок, а также с помощью тензорезисторов, электромеханических тензометров, устанавливаемых на образец, или тензометрических элементов, закладываемых внутрь образца. Перемещение нагружающих элементов установок, как правило, измеряли с помощью индикаторных головок [18, 38, 74, 106, 128, 137, 112], электромеханических [225] и реостатных датчиков [127, 140, 163]. Для измерения пластических деформаций измеряли длину образца (или часть его длины) до и после испытаний [152] или наносили на образец пе-