Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Ахвердов И.Н. Моделирование напряженного состояния бетона и железобетона

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

27.10.2023

Размер:

19.18 Mб

Скачать

☆

1 / 241 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 > Следующая >>>

И. H . А Х В Е Р Д О В , А. Е. С М О Л Ь С К И Й ,

В. В. С К О Ч Е Л Я С

МОДЕЛИРОВАНИЕ

НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

П о д о б щ е й р е д а к ц и е й члена-корреспондента АН БССР, доктора технических наук, профессора И. Н. АХВЕРДОВА

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА И ТЕХНИКА» М И Н С К 1973

А 95

УДК 691 : 539.4 : 620.18

37/0	Г ©с. публичная
	к а у ч н о - т ѳ х к и	.е кая
	библиотека	С С С Р
	ЭКЗЕМПЛЯР
	ЧИТАЛЬНОГО	ЗЛЛА

И.H. А X в е р д о в, А. Е. С м о л ь с к и и, В. В. С к о ч е-

ля с. Моделирование напряженного состояния бетона и

железобетона. Минск, «Наука и техника», 1973, стр. 232.

В книге обобщен отечественный и зарубежный опыт модельных исследований напряженного состояния бетона и железобетонных конструкций. Изложены принципы по добия и методология проведения экспериментов при по мощи поляризационно-оптических установок. Рассмотре ны вопросы подбора модельных материалов, конструиро вания и технологии изготовления самих моделей. Приведены аналитические зависимости, описывающие ре зультаты экспериментальных исследований, и сформули рованы основные положения по дальнейшему развитию модельных исследований структурно неоднородных ком позиционных материалов.

Таблиц 12, иллюстраций 67, библиография — 171 на звание.

Книга рассчитана на научных работников,	инжене
ров-строителей и технологов, а также студентов	старших

курсов инженерно-строительного и технологического про филей.

0329-67 А М316-73 101-73

С) Издательство «Наука и техника», 1973 г.

ВВЕДЕНИЕ

В зависимости от вида заполнителей и технологиче ских особенностей бетонам присущи различные физико -


механические			свойства,	которые		необходимо		учитывать
при расчете		их составов, чтобы обеспечить соответствие
свойств бетона з а д а н н ы м инженерным							требованиям к а к
по прочности,			т а к и по	деформативности . Эта з а д а ч а
может	быть	в	какой-то	мере	решена		в к а ж д о м		частном
случае	при	помощи эмпирических				зависимостей.
Структура			бетона на	микро -		и м а к р о у р о в н е			весьма
неоднородна			(гетерогенна),		и это	з а т р у д н я е т		исследова
ние его	механизма д е ф о р м и р о в а н и я и						разрушения . П о

этому наибольшее распространение получили феномено


логические		концепции		при	описании			н а п р я ж е н н о г о
(деформированного) состояния						бетона.
Следует		отметить,	что		развитие теории				прочности
большинства конструкционных м а т е р и а л о в									ш л о по		пути
использования предпосылок					механики			континуума,			т. е.
принятия	гипотезы о		сплошности				и однородности			иссле
дуемой	среды. Этому		способствовало					наличие		хорошо
р а з р а б о т а н н о г о и математически						обоснованного а п п а р а т а
теории упругости и пластичности.							Естественно,			что ис
пользование этих теорий				д л я	объяснения явлений					д е ф о р
мирования		и р а з р у ш е н и я		бетона			закономерно и на				опре

деленном этапе развития науки о бетоне и железобетоне позволило с достаточной точностью производить необхо

ди м ы е расчеты.

Од н а к о не всегда математически обоснованная мето дология исследования определяет точность и объектив ность полученных с ее помощью результатов . Р е ш а ю щ и м

ф а к т о р о м

в этом

случае

с л у ж и т

степень

соответствия

исходных

предпосылок

теории

фактическим

свойствам

м а т е р и а л а .

Справедливость

этого

з а м е ч а н и я

очевидна

д л я бетона.

Анализ

показывает, что к бетону неприменим

прин

цип

сплошности д л я

построения

теории

прочности,

рав

ной

мере это относится

и к принципу

механики

контину

ума . Об этом свидетельствуют

результаты сопоставления

опытных

данных

теоретическими,

вычисленными

на

основании

феноменологических

теорий.

В ряде

случаев

р а с х о ж д е н и я

м е ж д у

ними

достигают

50%.

Фиксируя л и ш ь

ф о р м а л ь н у ю

следственную

связь

явлений,

феноменологические

теории

не

р а с к р ы в а ю т

физической сущности процесса и, следовательно, не

могут

с л у ж и т ь основой

д л я

обобщения

обширного

эксперимен

тального

м а т е р и а л а

целенаправленного

изменения

механических

х а р а к т е р и с т и к

бетона.

Р е ш и т ь

эту

з а д а ч у

м о ж н о

л и ш ь

на

основе

расчетного

а п п а р а т а

физической

теории

прочности.

Одним

из

путей

совершенствованию

физических

представлений

прочности

бетона

могут

с л у ж и т ь

мо

д е л ь н ы е исследования . Они позволяют проследить кине

тику	д е ф о р м и р о в а н и я	и р а з р у ш е н и я бетона. В частности,
д л я	этих целей может	быть применен поляризационно -
оптический метод.

Применение поляризационно-оптического метода д л я исследования напряженного состояния бетона и железо бетона связано не только с получением соответствующих модельных материалов, но и с определением условий по добия при деформировании и разрушении реального тела и его аналога . Предпосылки механики континуума и ста тистической теории, основанной на гипотезе Грифитса о существовании местного дефекта структуры, позволяют

найти критерии подобия	модельного	м а т е р и а л а без	учета
структурных особенностей оригинала . Вместе с тем			д л я
большего п р и б л и ж е н и я	модели к	натуре необходимо,

чтобы условия подобия учитывали связь м е ж д у его физи

ко-механическими	свойствами	и п а р а м е т р а м и	структуры.
Следует заметить,	что бетон	и железобетон	я в л я ю т с я

наиболее х а р а к т е р н ы м и представителями семейства не однородных тел, а поэтому методика моделирования их механических свойств, вероятно, может быть использова на и д л я других гетерогенных материалов .

В качестве объекта исследований используется двух-


компонентная			модель,	в которой м а т р и ц а и			включения
н а д е л е н ы		свойствами,			эквивалентными		цементному
камню	и	заполнителю .			П р е д п о л а г а е т с я ,	что	при соблю
дении	условий		подобия		распределение	н а п р я ж е н и й		и
х а р а к т е р р а з р у ш е н и я				модели под нагрузкой			соответст
вуют натуре.			Это дает		возможность	представить		не

только качественную картину явлений, но и описать их


математически, используя положения			физики		твердого
тела,	термодинамики	и других отраслей		науки. Анало
гично	решается з а д а ч а	о н а п р я ж е н н о м	состоянии			желе
зобетона, д л я чего объектом модельных				исследований
м о ж е т	с л у ж и т ь т а к ж е	двухкомпонентное		твердое		тело,
состоящее из матрицы,		имитирующей	бетон, и		включе
ний, п р е д с т а в л я ю щ и х а р м а т у р н ы е стержни . При					соответ

ствующем подборе моделирующих м а т е р и а л о в и соблю

дении

условий

подобия

удается

получать результаты,

хорошо

согласующиеся

работой

железобетоннсп

конструкции.

Явные преимущества методов модельных исследова

ний

перед

другими

способствуют

привлечению

их в

С С С Р

и за р у б е ж о м

к решению сложных задач

области

н а п р я ж е н н о г о состояния

бетона

железобетона .

Учиты

вая это, в книге обобщены

наиболее

интересные

работы

по моделированию свойств

бетона и железобетона, опуб

л и к о в а н н ы е

технической

литературе,

приведены

р е з у л ь т а т ы исследования

авторов

этой

области

*. П р и

этом значительное внимание уделено вопросам

подбора

модельных

м а т е р и а л о в

технологии

изготовления са

мих

моделей,

т а к

как от этих

факторов

в основном зави

сят

методология

исследований

и степень

объективности

получаемых

результатов . Кроме

того,

п о к а з а н а

возмож

ность проведения модельных исследований за пределами

упругой работы объекта, т. е. в			стадии	о б р а з о в а н и я в
модели	трещин .
При	современном	состоянии	развития модельные
исследования еще не		позволяют	решить		большой круг
з а д а ч в	р а с с м а т р и в а е м о й области, тем			не	менее	основ
ные принципы и методология постановки таких						исследо
ваний п р е д с т а в л я ю т		у ж е сейчас	значительный			научный

ипрактический интерес.

*Экспериментальные исследования проведены в Институте строи тельства и архитектуры Госстроя БССР.

А в т о ры надеются, что их	т р у д	заинтересует широкий
круг научных работников	и	будет	способствовать
д а л ь н е й ш е м у углублению исследований			по моделирова

нию н а п р я ж е н н о г о состояния бетонов и железобетонных конструкций. •

Авторы считают приятным долгом выразить благо дарность Ю. М. Б а ж е н о в у , А. Е. Десову и Ю. А. Нилен - деру, а т а к ж е В. И. Скатынскому и Т. М. П е ц о л ь д у за ценные замечания, в ы с к а з а н н ы е при обсуждении отдель ных глав и рецензировании книги.

Г л а в а I

ПРОБЛЕМЫ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА

1. Современные представления о прочности бетона


Без	глубоких знаний о процессе д е ф о р м и р о в а н и я						и
р а з р у ш е н и я бетона		нельзя	не	только с	достаточной
точностью получить		расчетные	величины		прочности		и
деформативности, но и р а з р а б о т а т ь				оптимальную		техно
логию	изготовления	конструкции,		з а т р а т ы	на	которую

составляют значительную часть капиталовложений в строительную технику.

Прочность и надежность конструкции в эксплуатаци онных условиях работы обеспечивается соответствующим узаконенным комплексом приемов аналитического рас чета. Эти приемы, как правило, синтезируют в себе опре деленный экспериментальный опыт и р я д идеализирован ных постулатов, выполняющих функцию обобщений

выявленных	закономерностей .	О д н а к о	ввиду	сложности
м а т е р и а л а на уровне его физических			и химических свя
зей простые	математические	интерпретации		его	свойств
о к а з ы в а ю т с я	ограниченно	приемлемыми .		П	р и м е р о м

могут с л у ж и т ь существующие в настоящее время аспекты

теорий прочности		бетона.
Генеральной задачей при описании свойств				материа
лов в классической механике д е ф о р м и р у е м ы х сред					явля
ется	установление	связи	м е ж д у н а п р я ж е н и е м и	д е ф о р м а
цией	о = / ( е ) . Эта	связь	определяется обычно	для	трех

состояний: упругой работы, пластического и вязкого те

чения	м а т е р и а л а . Среда	в механике	д е ф о р м и р	у е	м ы х
тел	р а с с м а т р и в а е т с я как	сплошная,	однородная,	с	не

прерывным распределением вещества . Поэтому н а п р я ж е ния, д е ф о р м а ц и и и перемещения считаются непрерывны ми и д и ф ф е р е н ц и р у е м ы м и функциями координат точек

тела.	Именно на этом допущении основаны	существую
щие	и р а з р а б а т ы в а е м ы е в настоящее в р е м я	феноменоло

гические теории прочности бетона. Очевидно, пет необхо


димости подробно		р а с с м а т р и в а т ь			эти	теории в			настоя
щей	работе, поскольку		последняя		ставит		своей		целью
а н а л и з достижений		в области физических					представлений
о существе д е ф о р м а ц и й			и р а з р у ш е н и я			бетона		исходя из
свойств его структуры .
Вопрос о возможной			величине		погрешности,				возника
ющей	в результате	идеализации			структуры			неоднород
ного	м а т е р и а л а , р е ш а л с я			Ф. С. Ясинским			[113]. В соот
ветствии с его концепцией				неоднородная р е а л ь н а я среда

м о ж е т быть заменена идеальной однородной, если обес печивается равенство

	— > а \				(1)
	т
где / — конечная длина, и м е ю щ а я одинаковый				порядок с
р а з м е р а м и р а с с м а т р и в а е м о г о		тела;	т — длина		одного
порядка с р а з м е р а м и	элемента, сохраняющего			х а р а к т е р
ные дл я тела физические свойства;			а — число,	выбирае
мое таким образом,	чтобы	величиной — м о ж н о			было
			а
пренебречь по сравнению с единицей при заданной					степе
ни точности.
Н а п р и м е р , это условие соблюдается дл я стали					с явно
в ы р а ж е н н о й зернистой структурой, механические					свойст
ва которой стабильны	по длине элемента при наличии в

его поперечном сечении более 30 зерен [70] . М е ж д у тем

если	принять точность расчета		ж е л е з о б е т о н а	порядка
5—7%, то значение		п а р а м е т р а	а будет находиться в пре
делах	20—14, а а 2	= 400—206. П р и м е н я я этот		критерий

к методике определения деформативности бетона, очевид

но, что	при / = 80 см и т = 40 см (поперечное сечение
призмы	20X20 см, т — б а з а измерения) получим

— « 400—206, 40

т. е. неравенство не сохраняется, и, таким образом, ре зультаты испытания единичного образца не могут счи таться достоверными дл я данной партии бетонных эле ментов. К а к известно, дл я определения прочностных и упругих свойств бетона прибегают к серии идентичных

испытаний, позволяющих определять механические ха рактеристики методом статистического среднего.

Известно, что наибольшие трудности при расчете, проектировании и экспериментальном изучении вызыва

ют - конструкции при	плоском и объемном н а п р я ж е н н о м
состоянии. З а д а ч а	предварительной аналитической их

оценки настолько усложняется, что, как правило, прибе


гают к опытной проверке в натуре пробным							нагружением
или в ряде случаев к		моделированию,				если		последнее
практически осуществимо.			П р и	этом		м о ж е т		остаться
невыявленным физическое			с о д е р ж а н и е			явлений,			опреде
л я ю щ и х эксплуатационные			качества		конструкции.
Использование тензометрии д л я определения дефор
маций железобетонных		элементов			не эффективно из-за
высокой неоднородности м а т е р и а л а . Этот							метод		м о ж е т
д а т ь достоверные результаты л и ш ь при наличии								однород
но н а п р я ж е н н о й	зоны	достаточных		р а з м е р о в .				В	данном
случае э к с п е р и м е н т а л ь н а я			методика		основана			на	гипо
тезе сплошности	и однородности			м а т е р и а л а .				Поэтому,
помимо задачи создания физической теории								прочности
неоднородного	м а т е р и а л а ,		возникает				необходимость

р а з р а б о т к и экспериментальных приемов и методики ис

следований,

соответствующих р е ш а е м о й задаче .

Применительно к бетону

эти требования

могут

быть

с ф о р м у л и р о в а н ы следующим образом:

а)

изучить

взаимодействие цементного

камня

с за

полнителем

в бетоне под

нагрузкой

(поле

распределения

н а п р я ж е н и й

при учете

величины

сцепления

м е ж д у со

с т а в л я ю щ и м и , их механических характеристик,

структу

ры

и свойств

цементного

к а м н я в процессе его

формиро

вания) ;

б)

исследовать процесс

д е ф о р м и р о в а н и я

р а з р у ш е

ния

бетона

(механизм

о б р а з о в а н и я

развития

трещин

при

плоском и объемном

н а п р я ж е н н о м

состоянии, т. е.

д л я

в о з м о ж н о широкого

круга условий

работы

конструк

ции);

в)

исследовать те ж е

явления на макро - и

микроуров

не в цементном камне и бетоне как

конечном

продукте

технологии.

Очевидно

т а к ж е , что

методикой

д о л ж н о

быть

преду

смотрено получение достоверных результатов д л я выяс

нения вопроса о том, имеет ли место совпадение, хотя	бы
формальное, в законах д е ф о р м и р о в а н и я и р а з р у ш е	н и я

1 / 241 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ