Экспериментальные исследования физических причин разрушения бетона в конструкциях под воздействием различных нагрузок

• Автор: Орлов, Сергей Львович
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил

Введение
Железобетон на протяжении последнего столетия является одним из основных строительных материалов в мире. Большинство несущих конструкций зданий и сооружений в России выполнены из тяжелого железобетона. Массовое применение этого строительного материала привело к тому, что появилось большое количество ученых, изучавших технологию изготовления конструкций, разрабатывающих методы их расчета при различных силовых и иных воздействиях, исследующих поведение материала во времени. Было выявлено, что в процессе эксплуатации железобетонных конструкций меняются прочностные и деформационные свойства материала. Причем эти изменения оказывают как положительное, так и отрицательное влияние на надежность зданий и сооружений. На происходящие изменения в материале влияют многочисленные факторы, в том числе реологические его свойства, интенсивность и характер силовых воздействий, параметры эксплуатационной среды. Без понимания физических процессов, происходящих в бетоне при силовых воздействиях трудно обеспечить сохранение необходимой надежности конструкций во времени.


Используя соотношения л и и выражение 1. Если предположить, что при переходе от ступени к ступени 7 нарушается сплошность материала, то можно записать следующее и , и . Ае 0. Тогда изменение коэффициента при переходе от ступени к п составит лп 1 0. В то же время коэффициент у на той же ступени возрастает вдвое уп 2уп, . Полученная в ранее проведенных экспериментальных исследованиях зависимость у сг, где а сжимающее напряжение в бетоне имеет характер, представленный на рис. На представленном графике следует выделить два критериальных напряжения и Щ Первое соответствует
а
Рисунок 1. Наличие указанных критериальных напряжений подтверждается и характером изменения скорости ультразвука в поперечном, относительно сжатия, направлении. По мере сжатия, скорость ультразвука возрастает до значения напряжений т Я, затем она начинает снижаться, и при а Яхт становится ниже начальной при о 0. Таким образом, нарушение сплошности бетона при сжатии задолго до его разрушения не вызывают сомнений. Однако возникает вопрос какие внутренние силовые процессы в сжатом теле вызывают микроразрывы, приводящие к образованию трещин, параллельных направлению сжимающих напряжений Ниже приводится предлагаемая автором диссертации физическая концепция разрушения бетона при различных по характеру силовых воздействиях. Бетон представляет собой сложный конгломерат, состоящий из элементов различной жесткости, объединенных в единое целое цементным камнем. Соединяющий жесткие элементы цементный камень обладает двумя противоположными свойствами усадкой и ползучестью. Известно, что при равномерной усадке вокруг жесткого тела возникает поле растягивающих напряжение, интенсивность которого снижается по мере отдаления от жесткого тела. Величина напряжений тем выше, чем больше модуль упругости тела. В противовес усадке ползучесть, т. Чем меньше разница между мерой усадки и мерой ползучести, тем ниже уровень напряжений в цементном камне. Поскольку цементный камень обволакивает жесткие включения песок, щебень резко отличающиеся по своим размерам и форме, в нем возникает хаотическое поле внутренних напряжений, пики которого имеют случайный размер и направление. Таким образом, к моменту загружения бетона внешней нагрузкой, в нем уже имеется поле внутренних напряжений, возникших при твердении цементного клея и образовании цементного камня. В условиях одноосного
напряженного состояния возникающие в бетоне от внешнего силового воздействия напряжения распределяются между элементами конгломерата неравномерно. Более напряженными элементами оказываются обладающие большей жесткостью. Из теории упругости известно, что при одноосном сжатии тела с жесткими включениями вокруг этого жесткого включения возникает неоднородное поле напряжений. При этом раскалывающий эффект от жесткого включения приводит к возникновению растягивающих напряжений, ориентированных перпендикулярно к направлению сжатия. При правильной форме включения, поддающейся математическому описанию, параметры возникающего поля напряжений поддаются расчету, однако, поскольку бетон представляет совокупность различных по размеру элементов неправильной формы и неодинаковой жесткости теоретическое определение напряжений практически невозможно. Некоторое представление о неоднородности напряженного состояния на поверхности бетонной призмы можно получить по результатам исследования деформаций методом фотоупругости рис. Эти деформации относятся к точкам, расположенным на оси граней призмы. Среднее значение поперечных деформаций пт, измеренное на базе 0 мм, остается при этом практически постоянным. Физический процесс, происходящий в бетоне при его одноосном нагружении в свете вышесказанного, можно представить следующим образом с момента приложения постепенно возрастающей нагрузки в отдельных достаточно многочисленных точках контактов цементного камня с жестким заполнителем происходит суммирование внутренних напряжений от усадки с напряжениями от внешней нагрузки. Напряжения разного знака, суммируясь, снижают экстремальные значения поля напряжений.