Автореферат диссертации (Разработка научных основ теории выносливости железобетонных конструкций при совместном действии изгибающих моментов и поперечных сил), страница 4

В проведенных исследованиях в основномрассматривались элементы с большим пролетом среза, практически неисследовались элементы со средним, и малым пролетом среза. Установлено, чтоусталостная прочность наклонного сечения железобетонных изгибаемыхэлементов снижается с увеличением количества циклов нагружения и снижениемкоэффициента асимметрии цикла нагрузки; что усталостная прочностьнаклонного сечения железобетонных изгибаемых элементов повышается приувеличении прочности бетона и арматуры, количества продольной и поперечнойарматуры, размеров поперечного сечения.В то же время, в области экспериментальных и теоретическихисследований остается целый ряд малоизученных вопросов, к которым, преждевсего, относятся: основные закономерности в процессах образования, развитияусталостных трещин в процессе циклического нагружения, их зависимость отпролета среза, от конструктивных особенностей элемента и других факторов;вид, характер и форма усталостного разрушения элементов в зоне действияпоперечных сил в зависимости от пролета среза; НДС бетона, продольной ипоперечной арматуры в зоне действия поперечных сил при различных пролетахсреза.Эти обстоятельства выдвигают необходимость теоретического иэкспериментального исследования усталостного сопротивления железобетонныхэлементов совместному действию изгибающих моментов и поперечных сил приразличных пролетах среза, а также разработки новых методики и методоврасчета железобетонных конструкций на выносливость.Вторая глава посвящена исследованию прочностных и деформативныххарактеристик бетона, арматуры, сцепления между ними и анкеровки арматурыпри многократно повторяющихся нагрузках.При многократно повторяющихся нагрузках цикл синусоидальноизменяющихся напряжений описывается максимальным и минимальнымminmaxциклическими напряжениями  ,  , периодом Т или частотой f ихизменения.

Опыты показывают, что постепенно развивающиеся внутренниеструктурные повреждения материала и усталостные трещины возникают толькопри переменных напряжениях, колеблющихся систематически между крайнимиminmaxзначениями  и  . Для усталостного разрушения материала однойпеременности напряжений недостаточно; для накопления усталостных16повреждений необходимо также, чтобы действительная величина наибольшегозначениясистематическиколеблющегосянапряжения max превзошлаопределенную границу, так называемый предел усталости или пределвыносливости Rrep . Таким образом, возможность усталостного разрушенияобусловливается двумя обстоятельствами: 1) периодическим колебаниемminmaxнапряжений между определенными крайними пределами  и  ; 2)превышением наибольшим действительнымиmaxнапряжениями  в элементеконструкции предела выносливости материала Rrep .Выносливость представляет собой остаточную прочность материала послевоздействия определенного количества циклов нагружения с заданнымиmaxпараметрами (  ;    min  max ; f ).При систематических повторных нагрузках в присутствии статическогопригруза, создающего асимметрию нагружения, происходит снижениедлительной прочности бетона до предела выносливости, а такжеинтенсификация ползучести бетона – виброползучесть, приводящая кувеличению деформаций ползучести бетона.

Общеизвестно, что изменениеусталостной прочности материалов при циклическом нагружении вRrep  lg N описываетсяполулогарифмическихкоординатахлинейнойзависимостью. Линия выносливости характеризуется наклонными игоризонтальными участками. Поэтому характерными точками линиивыносливости являются начало и точка перегиба линии выносливости. Приустановлении этой зависимости необходимо корректно определить этихарактерные точки линии выносливости.Для бетона начало линии выносливости, точка на оси напряжений приN  1 , соответствует его динамической прочности при однократном нагружениисо скоростью, равной скорости приложения циклической нагрузки. Дляпрактических расчетов за начало линии выносливости бетона принимаетсяRbdi  k d Rbi ,(1)где k bd , Rbi - соответственно коэффициент динамического упрочнения бетона иего прочность при статическом нагружении либо при сжатии Rb , либо прирастяжении Rbt , либо при сдвиге Rbsh .Опираясь на многочисленные экспериментальные данные различныхавторов и их анализ можно сделать следующие выводы: относительноезначение предела выносливости бетона при различных видах напряженногосостояния (сжатие, растяжение, сдвиг и т.д.) может быть принято одинаковым;при одноосном сжатии абсолютным пределом выносливости является граница0микротрещинообразования Rcrc.

Поскольку эта граница зависит только от уровнядействующего напряжения и вида напряженного состояния (простое, плоское,объемное), для любых  b предел выносливости будет одинаковым. Величина  bсказывается только на долговечности, т.е. на числе циклов, при которомнаступит перегиб линий выносливости. Для бетона абсолютный предел17выносливости при сжатии для b  0 , по данным различных авторов, колеблетсяв пределах (0,47-0,55) Rb , т.е. практически совпадает с нижней границей0микротрещинообразования Rcrcбетона. Поэтому в целях унификации линиивыносливости для практических расчетов абсолютный предел выносливости присжатии Rba,rep для b  0 можно принимать равным 0 ,5 Rb , а относительный пределвыносливости соответствующий этому значению - 0,5.Начало графика выносливости арматуры соответствует динамическойпрочности арматуры при однократном нагружении со скоростью, равнойскорости приложения нагрузки. При этом, чем выше частота приложенияциклической нагрузки, тем больше прочность при однократном нагружении ипредел выносливости.

Это объясняется эффектом «запаздывания» пластическихдеформаций при циклическом нагружении. В этой связи за начало линиивыносливости арматуры следует принимать точкуRsd  k sd  u ,(2) u - временное сопротивление арматуры; k sd - коэффициент динамическогоупрочнения арматуры при нагружении со скоростью, равной скоростиприложения циклической нагрузки.Конечная точка линии выносливости, т.е. точка перегиба линиивыносливости, соответствует пределу выносливости арматуры на базеN  2  10 6 циклов ( lg N  6 ,3 ). Предел выносливости арматуры на базе N  2  10 6учитывая, что среди механических характеристик металлов наилучшая связьусталостной прочности Rs , rep наблюдается с временным сопротивлением  u ,определяем по формуле А.П.КирилловаRs ,rep   u где ko пределRso.repuko  kc  kr k k k1   s  1  o c r,(3)- относительный предел выносливости арматуры при  s  0 ; Rso.rep -выносливостиарматурыпри s  0 ; kc Rs .repcRs .rep-коэффициент,учитывающий наличие сварного стыка или другого концентратора напряжений,принимается как отношение предела выносливости арматуры со сварным стыком(концентратором) Rs .repc к пределу выносливости арматуры без стыка Rs .rep приодинаковом  s ; k r Rs .repД1Rs .repД- коэффициент, учитывающий диаметр арматуры;предел выносливости арматуры при  s  0 для диаметра, пределвыносливости которого принята за единицу, и для больших диаметров;   1,8 .Значение относительного предела выносливости арматуры k o при  s  0следует принимать равными 0,28; 0,32; 0,44 соответственно для классоварматуры А400, А300, А240.

Значение коэффициента k r следует приниматьRs .repД и Rs .repД1 -18равными 1,0; 0,9; 0,85; 0,8 соответственно для диаметров арматуры 20мм; 32мм;40мм; 60мм, а для промежуточных диаметров определяем по интерполяции.За предел выносливости анкеровки продольной рабочей арматуры на базеN  107 циклов нагружения, т.е. за конечную точку линии выносливостианкеровки (точка перегиба линии выносливости при lg N  7 ) следует приниматьпредельное напряжение в арматуре на загруженном конце заделки, которое приданном режиме нагрузки заделка может выдержать неограниченное число циклов0 ,56 R Ran,rep r c  1  exp   0 ,75 rsr sr1  0 ,616  g   d s  2c r   L,d s2(4)где Ran,rep - предел выносливости анкеровки арматуры; сr , sr - соответственновысота и шаг выступов профилированной арматуры; d s – диаметр арматурногостержня; r  7 ,25 см; L - длина заделки; R - кубиковая прочность бетона;  g коэффициент асимметрии цикла напряжений сцепления.За начало линии выносливости анкеровки, точка на оси напряжений приN  1 , соответствует его динамической прочности при однократном нагружениисо скоростью, равной скорости приложения циклической нагрузкиRan,d  1,44  R r c  1  exp   0 ,75 rsr sr  d s  2c r   L.  d s2(5)В этой главе впервые предложены также методика трансформированиядиаграммы упруго-пластического сцепления между бетоном и арматурой дляциклического нагружения и на этой основе полученыобщие теоретическиезависимости для описания изменения смещений продольной арматуры в зонеанкеровки арматуры в процессе циклического нагружения; впервые разработаныметодика и методы расчета напряжений, коэффициентов асимметри цикланапряжений, пределов выносливости при местном циклическом сжатии бетонаи железобетона с учетом их непрерывного изменения за счет развитиядеформаций виброползучести вдоль оси сжимающего потока.