Автореферат диссертации (Разработка научных основ теории выносливости железобетонных конструкций при совместном действии изгибающих моментов и поперечных сил), страница 5

Полученыаналитические уравнения для оценки предела выносливости бетона ижелезобетона при местном сжатии многократно повторяющейся нагрузкой и наего основе в последующих главах получены общие аналитические зависимостидля определения предела выносливости и описания изменения усталостнойпрочности бетона сжатой зоны железобетонных изгибаемых элементов присовместном действии изгибающих моментов и поперечных сил.В третьей главеа разработаны теоретические основы усталостногосопротивления и выносливости железобетонных конструкций при совместномдействии изгибающих моментов и поперечных сил, включающие в себяклассификацию расчетных случаев выносливости железобетонных элементов присовместном действии изгибающих моментов и поперечных сил при многократноповторяющихся нагрузках, стадий их напряженно-деформированного состояния,19разработку общей концепции, расчетных моделей усталостного сопротивления иосновных принципов построения новых методики и методов расчета.Главной тенденцией современного развития теории выносливостижелезобетонных конструкций совместному действию изгибающих моментов ипоперечных сил при многократно повторяющихся нагрузках явилась разработкарасчетных моделей усталостного сопротивления действию поперечных сил,которые дают ясное представление о работе элементов в процессе циклическогонагружения, действующих внутренних усилиях и природе их возникновения,характере деформирования и причинах усталостного разрушения.

Затем наоснове этих моделей - разработка методики и методов расчета применительно кконкретным формам усталостного разрушения в зависимости от пролета среза,учитывающих реальные формы усталостного разрушения, режимы реальногодеформирования бетона и арматуры в составе железобетонного элемента,учитывающие особенности НДС железобетонных изгибаемых элементов в зонедействия поперечных сил при различных пролетах среза и его изменение впроцессе циклического нагружения.При многократно повторяющихся нагрузках происходит не толькоснижение длительной прочности бетона и арматуры до их пределоввыносливости, а происходит также интенсификация ползучести бетона(виброползучесть), приводящая к увеличению остаточных деформаций бетона.При этом как результат развития деформаций виброползучести бетона всвязанных условиях, в процессе циклического нагружения происходитнепрерывное изменение НДС, коэффициентов асимметрии цикла напряжений, а,следовательно, и пределов выносливости бетона и арматуры.

В результате послеN циклов нагружения мы имеем конструкцию с другими физико-механическимихарактеристиками составляющих материалов, по сравнению с первымнагружением. В этой связив каждый момент времени необходимоодновременно оценивать внутренние усилия (напряжения) и состояние бетона иарматуры (остаточную прочность) в составе конструкции.

В таких условияхнаиболее рациональным является оценка состояния конструкций при повторныхнагрузках, через записывание (проверку) условий выносливости.Условия выносливости железобетонных конструкций в обобщенном видепредставляем как imax t   Ri ,rep ,(6)Ггде  imax t  - текущие (максимальные) напряжения (в бетоне или арматуре), взависимости от формы усталостного разрушения, либо в каком-то локальномобъеме, либо в каком-то усредненном массиве; Ri ,rep - пределы выносливостибетона или арматуры.В зависимости от возможных форм усталостного разрушения, может бытьнесколько условий выносливости.Характер образования и развития усталостных трещин и усталостногоразрушения в зоне действия поперечных сил качественно меняется вятаП20зависимости от значения относительного пролета среза c0 h0 .

Очевидно, чтоизменение относительногопролетасрезаприводиткизменениюсоотношениямежду составляющими плоского напряженного состоянияmaxmaxmax x ,  y ,  xy в бетоне, а в результате, меняется характер образования и развитиятрещин в этой зоне, меняютсяQмеханизм работы и формаRbt bh0усталостногоразрушенияэлемента. При этом можно2выделить 4 стадии НДС.Резкое уменьшение несущейспособностиизгибаемыхэлементовприувеличенииотносительного пролета среза1можнообъяснитьтолькоизменением механизма работы иc0форм разрушения. Очевидно, что1 23h0в области 1 (рисунок 1), т.е.

при542пролетахсрезаc0  1,2h0 ,0137Рисунок 1 - Зависимость несущей способности балокреализуются одни механизмыот длины пролета срезаработы и формы усталостногоразрушения, в области 2, где 1,2h0  c0  2h0 , – другие, а в области 3, где c0  2h0 , –третьи. В этой связи классификацию расчетных случаев выносливостижелезобетонных конструкций при совместном действии изгибающих моментов ипоперечных сил при повторных нагрузках, составляем в зависимости ототносительного пролета среза c0 h0 :1) элементы с большим пролетом среза, когда c0  2h0 ;2) элементы со средним пролетом среза, когда 1,2h0  c0  2h0 ;3) элементы с малым пролетом среза, когда c0  1,2h0 .Каждый из этих расчетных случаев предложенной классификациихарактеризуется существенными отличиями в механизме сопротивленияжелезобетонных элементов действию многократно повторяющихся циклическихнагрузок.

Вследствие этого характер образования и развития трещин, НДС,форма разрушения в каждом расчетном случае имеют свои особенности,присущие только для этого расчетного случая и этим существенно отличаются отдругих расчетных случаев данной классификации. В зоне совместного действияизгибающих моментов и поперечных сил после образования и развитиянаклонных трещин при увеличении количества циклов нагружения усталостноеразрушение железобетонного элемента в этой зоне ( наступленте 4-й стадииНДС) может происходить либо по сжатой либо по растянутой зоне. Усталостноеразрушение по растянутой зоне происходит в результате усталостного разрывапродольной арматуры в месте пересечения с наклонной трещиной илинарушения анкеровкиарматуры. Причиной усталостного разрушенияжелезобетонных элементов по сжатой зоне при совместном действииго21изгибающих моментов и поперечных сил является наклонный сжимающийсиловой поток, образованный в бетоне сжатой зоны над критической наклоннойтрещиной в элементах с большим и средним пролетами среза или в наклоннойполосе между опорой и грузом в элементах с малым пролетом среза.

Характерраспределения напряжений и деформаций внутри этих наклонных сжимающихсиловых потоков и характер усталостного разрушения внутри них такие же, какпри местном сжатии. В этой связи наиболее рациональным является расчетнапряженного состояния и выносливости сжатой зоны изгибаемых элементов приразличных пролетах среза выполнять на основе расчетной модели усталостногосопротивления бетона и железобетона при местном циклическом сжатии,разработанной в 2 главе диссертации.В этой связи только одной расчетной моделью нельзя описатьдействительную работу железобетонных элементов в зоне совместного действияизгибающих моментов и поперечных сил при широком диапазоне измененияотносительного пролета среза от 0 до (4 - 5). Очевидно, что их должно бытьнесколько. Поэтому для каждого расчетного случая этой классификации в 3-йглаве диссертации разработаны свои расчетные модели усталостногосопротивления и в 4-й главе - свои методы расчёта выносливости.

Методика иметоды расчета выносливости базируются на 3-ей стадии НДС.Особенностью работы «длинных» железобетонных балок при малыхпролетах среза c0 < 1,2h0 является образование локальных полос напряжений,связанных с точками приложения сосредоточенных внешних усилий, в пределахкоторых и происходит усталостное разрушение. Эта главная особенность работыобычных железобетонных балок с малым пролетом среза объединяет их с«короткими» элементами.Опираясь на анализ характера образования, развития усталостных трещини усталостного разрушения в зоне действия поперечных сил, анализ их НДС примногократно повторяющихся нагрузках, а также на исследования Т.И.Барановой,А.С.Залесова, Б.С.Соколова и др. работы коротких элементов при статическомнагружении, можно считать, что для практических расчетов обычных балок смалым пролетом среза наиболее простым решением задачи представляетсясоздание расчетной модели в виде каркасно-стержневой системы, состоящей изнаклонных сжатых полос и растянутых арматурных поясов, замыкающихся вместах приложения внешних нагрузок и опорных реакций.

Каркасно-стержневойаналог широко применяется также в практике проектирования железобетонныхконструкций (как обычных, так и высоких) за рубежом. Моделируя работуприопорной зоны железобетонных балок при малых пролетах среза каркасностержневым аналогом элемента можно предположить, что выносливость балок взоне действия поперечных сил при малых пролетах среза определяетсявыносливостью каждого элемента каркасно-стержневой системы: наклонныхсжатых полос и продольной растянутой арматуры.НДС внутри наклонного сжимающего силового потока (рисунок 2)аналогично НДС в плосконапряженных элементах при местном циклическом22сжатии. Поэтому для оценки предела выносливости наклонной сжатой полосы(сжатой зоны) можно применить модель усталостного сопротивления бетона ижелезобетона при местном циклическом сжатии, разработанной в 2-ей главедиссертации и уравнения предела выносливости бетона и железобетона приместном сжатии многократной повторяющейся нагрузкой, полученной на еёоснове.