Метод определения критического коэффициента интенсивности напряжения бетона эксплуатируемых железобетонных конструкций

• Автор: Круциляк, Михаил Михайлович
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 140 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Г лава 1 Обзор теорий трещиностойкости и долговечности бетона

1.1 Энергетический подход к разрушению материалов

1.2. Критерий предельных напряжений

1.3 Деформационный критерии разрушения

1.4 Кинетический критерий разрушения

1.5 Методы и схемы проведения испытаний для определения Kic

1.6 Влияние различных факторов на Kic и Gic

1.7 Методики и критерии определения ресурса работы материала
1.8 Цель работы. Постановка задач
Глава 2 Методика проведения испытаний
2.1 Описание образцов
2.2 Методика проведения испытания
2.3 Моделирование физического эксперимента с помощью метода конечных элементов
Глава 3 Результаты испытаний и моделирования
3.1 Результаты испытаний на трехточечный изгиб
3.2 Результаты испытаний при отломе углового сегмента
3.3 Результаты испытаний при отломе углового сегмента с арматурой
3.4 Факторный анализ полученных данных
3.5 Регрессионная обработка полученных данных
3.6 Факторы, влияющие на определение ККИН при отломе углового сегмента..
3.7 Выводы по главе
Глава 4 Оценка долговечности эксплуатируемых железобетонных
элементов на основе определения характеристик трещиностойкости
ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ
Приложение
Список используемых источников
ВВЕДЕНИЕ
Несмотря на то, что бетон и железобетон являются основными строительными материалами, до настоящего времени не существует законченной теории их деформирования и разрушения. Сложность проблемы обусловлена многокомпонентно-стью бетона, влиянием свойств составляющих его материалов, поэтому важным является выбор критериев, которые могли бы комплексно охарактеризовать основные параметры бетона. В связи с этим многие важные вопросы расчета бетонных и железобетонных конструкций решаются с использованием эмпирических или полуэм-пирических зависимостей [27].
Известно, что явление разрушения бетона и железобетона представляет собой сложный многоступенчатый процесс появления, роста и развития трещин. Отсюда возникает необходимость изучения бетона и железобетона с позиций механики разрушения, которая в широком смысле этого понятия включает в себя ту часть науки о прочности материалов и конструкций, которая связана с изучением несущей способности тела с учетом начального распределения трещин, а также с изучением различных закономерностей их развития.
Одна из важных задач, возникающих при проектировании бетонных и железобетонных конструкций связана с учетом влияния трещин на работу конструкции. При этом чаще всего бывает необходимо либо определить размеры ожидаемых трещин, либо оценить несущую способность конструкции, имеющей трещины. В экспериментальной механике разрушения определяют следующие основные силовые - в терминах коэффициентов интенсивности напряжений (К), энергетические - в терминах удельные энергозатраты (6) и джей-интеграл (7), характеристики трещиностойкости. Критический коэффициент интенсивности напряжений К1с (МПа-М1/2) обычно одна из основных механических характеристик конструкционных материалов; Использование понятия критического коэффициента интенсивности напряжений предполагает, что материал везде, кроме малой области вблизи устья трещины, является линейно упругим, однородным и изотропным.
Целью механики разрушения является выяснение условий разрушения тел раз-

личной формы, работающих под действием заданных нагрузок в определенных внешних условиях. Механика разрушения содержит, таким образом, два направления:
1. Построение континуальных моделей разрушения на основе экспериментальных данных и общих теоретических соображений.
2. Решение с помощью этих моделей соответствующих задач.
В железобетонных элементах трещины могут быть вызваны условиями твердения и усадки бетона, предварительным внецентренным обжатием при изготовлении, перенапряжением материалов при эксплуатации в результате перегрузки, осадки опор и т.д. Трещины в растянутых зонах элементов, незаметные на глаз, появляются даже в безукоризненно выполненных железобетонных конструкциях. Образование их обусловлено малой растяжимостью бетона, неспособного следовать за значительными удлинениями арматуры при высоких рабочих напряжениях.
Механика разрушения неоднородных тел исследована гораздо меньше, чем в случае однородных (квазиоднородных) материалов. Особенно это относится к такому существенно неоднородному материалу, как бетон. Бетон, рассматриваемый на уровне макроструктуры [26], имеет ряд особенностей, не позволяющих непосредственно перенести на него некоторые положения, полученные для однородных материалов. Поэтому для анализа развития трещин в бетоне привлекаются некоторые дополнительные гипотезы [53].
Важным моментом механики разрушения является формулировка критерия локального разрушения. Анализ показывает, что классические методы расчета деталей по упругому и пластическому состояниям в ряде случаев не обеспечивают разрушений, имеющихся дефектов [52]. Такое положение привело к необходимости разработки теории, которая- позволила бы применять результаты, полученные при испытании образцов, к проектированию конструкций и точно предсказывать связи между разрушающими напряжениями и размером дефекта. Попытки решения этой проблемы показали, что сущность теории и используемые критерии в большей мере зависят от величины общей деформации, предшествующей разрушению, как натурной конструкции, так и образцов. Задача состоит в том, чтобы ввести характеристики

15,30 и 50 % при ширине надреза соответственно 1,2 и 4 мм.
5) Влияние водоцементного отношения: в [79] получено, что с увеличением В/Ц значение К1с уменьшается для цементного камня и мелкозернистого бетона, а для крупнозернистого бетона от В/Ц не зависит. Однако К!с и <7 для крупнозернистого бетона существенно уменьшаются с увеличением В/Ц. Для цементного камня мелкозернистого и частично обычного бетона оценивается большинством исследователей однозначно — уменьшение ВЦ придает цементному камню и бетону более прочную структуру, повышает их прочность и сопротивление развитию трещины, выраженное значением Кю и величиной удельной плотности поверхностной энергии. Примечательно, что опытные кривые имеют особенно крутой подъем при ВЦ < 0,5. В связи с этим обращают на себя внимание результаты, полученные В. Г. Скрамтаевым, согласно которым прочность цементного камня определяется его пористостью, причем наиболее ярко зависимость прочности от пористости выражена именно при малых значениях ВЦ
6) Влияние возраста цементного камня и бетона в момент испытаний на К.|С непосредственно связано со снижением пористости и увеличением прочности цементного камня в процессе его гидратации, вначале К,с растет примерно пропорционально прочности. Вместе с тем после 14 ... 28 сут рост К1с практически останавливается. Более того, необходимо считаться и с возможным снижением значений К|С в достаточно зрелом возрасте за счет увеличения хрупкости цементного камня. Сводка результатов, полученных различными исследователями по К!с и у для цементного камня, мелкозернистого бетона в зависимости от возраста в момент испытаний, а также и от величины ВЦ. В то же время К1с для бетона по данным некоторых исследований обнаруживает тенденцию к непрерывному росту во времени.
7) Влияние содержания- воздушных пор' в цементном камне и бетоне на К]С имеет ту же природу, что и влияние водоцементного отношения — К1с снижается-при увеличении содержания воздушных пор. Так, при увеличении содержания воздушных пор от 2 до 8 % К[С снижалась на 23 %, при введении в цементный камень воздуха или пустотелых полимерных частиц в количестве до 8 % значения К1с снижались на 17 %.