Київський національний університет

будівництва І архітектури

КОЛЯКОВА ВІРА МАРКУСІВНА

УДК 624.0.12.464.3

НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН БЕТОНУ

ПРИ КОРОТКОЧАСНОМУ ТА ТРИВАЛОМУ ПОВТОРНОМУ

ОДНОВІСНОМУ ТА ДВОВІСНОМУ СТИСКУ

05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди

А в т о р е ф е р а т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ-2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному університеті будівництва і архітектури (КНУБА) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник | -доктор технічних наук, професор

БАРАШИКОВ Арнольд Якович, Київський національний університет будівництва і архітектури, завідувач кафедри залізобетонних та кам’яних конструкцій.

Офіційні опоненти: | -доктор технічних наук, професор

ШМУКЛЕР Валерій Самуїлович, Харківська державна академія міського господарства Міністерства освіти і науки України, професор кафедри будівельних конструкцій (м..Харків);

-кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

КРІТОВ Віталій Олексійович, Науково дослідний інститут будівельних конструкцій Державного комітету України з будівництва та архітектури (м.Київ).

Провідна установа | - Національний університет ”Львівська політехніка”, кафедра будівельних конструкцій і мостів, Міністерство освіти і науки України (м. Львів).

Захист відбудеться “ 8 “ жовтня 2002 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.04 у Київському національному університеті будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31.

Автореферат розісланий “ 5 “ вересня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

к.т.н., с.н.с. В.Г.Кобієв

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Цінні властивості бетону як будівельного матеріалу зробили можливим його ефективне використання в самих різних конструкціях та спорудах: тонкостінних оболонках, плитах прольотних будівель мостів, перекрить та покрить будівель, плит автомобільних шляхів та взльотнопосадочних смуг аеродромів, резервуарів, а також елементів багатоповерхових споруд, в тому числі і забудованих на просадочних грунтах та підроблюваних територіях, у великопрольотних покриттях тощо.

Інтенсивний розвиток масового будівництва в останньому сторіччі з використанням залізобетону обумовив необхідність досліджень властивостей бетону та залізобетону при різних видах динамічних, статичних та температурних навантажень, в тому числі з урахуванням тривалої дії навантаження.

До цього часу розроблені достатньо надійні методи перевірки міцності плоских та просторових перерізів при простих та складних напружених станах. Вивчені явища повзучості бетону при статичних постійних та змінних малоциклових одновісних навантаженнях. В той же час питання поведінки бетону при тривалому та змінному малоцикловому навантаженні та, що особливо важно для бетону, при двовісному стиску, вивчені недостатньо. Не розроблені методи розрахунку конструкцій, які б враховували двовісний напружений стан з урахуванням повторних тривалих навантажень. Вирішення цієї проблеми дає можливість проектувати надійні та довговічні бетонні та залізобетонні плитні конструкції.

Пропонована робота присвячена вивченню поведінки бетону при одновісному та двовісному постійному та повторному короткочасному і тривалому стиску. Отримані результати повинні підвищити ефективність запроектованих конструкцій будівель та споруд, що і визначає актуальність досліджень.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в рамках держбюджетної тематики кафедри залізобетонних та кам’яних конструкцій КНУБА на 1993- 2000 р.р. “Дослідження залізобетонних конструкцій при складних впливах” (проблема ОЦ.031.055.16 Ц), розділ III “Експериментально-теоретичні дослідження залізобетонних конструкцій”, номер держ. Реєстр. 0197U005390. Автором проведені експериментальні та теоретичні дослідження напружено-деформованного стану бетону при короткочасному та тривалому повторному одновісному та двовісному стиску.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є вивчення напружено-деформованного стану бетону при короткочасному та тривалому повторному одновісному та двовісному стиску.

Відповідно мети роботи були поставленні такі основні задачі дослідження:

- узагальнити та проаналізувати дослідження з повзучості бетону при постійних та малоциклових навантаженнях, які виконані до теперішнього часу;

- удосконалити методику проведення експериментальних досліджень двовісно напружених плит при короткочасному та тривалому постійному і повторному навантаженнях;

- встановити вплив відношення головних напружень на міцність та деформації бетону при двовісному короткочасному стиску;

- дослідити залежності деформацій від напружень при одновісному та дво-вісному стиску для короткочасних навантажень до руйнування;

- експериментально дослідити повзучість бетону при постійному та змінному стиску при одновісному навантаженні;

- розробити практичні рекомендації для визначення повзучості бетону у двовісному напруженному стані при постійному та малоцикловому навантаженнях.

Об’єкт дослідження - бетонні призми та плити.

Предмет дослідження - напруження та деформації бетонних плит та призм при короткочасному та довготривалому повторному одновісному та двовісному стиску.

Методи дослідження - експериментально-теоретичний, заснований на вивченні поведінки бетону при тривалому постійному та малоцикловому квазістатичниму навантаженнях в умовах одновісного та двовісного стиску.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вдосконалення методики проведення тривалих досліджень двовісно стиснутих плит при циклічних навантаженнях;

- результати експериментальних досліджень міцності і деформацій двовісно напружених плит при короткочасному та тривалому постійному і повторному навантаженнях;

- рекомендації щодо побудови діаграм деформування бетону при короткочасному двовісному стиску;

- розробка способу розрахунку деформацій повзучості бетону при одновісному і двовісному стиску для будь-якого циклу повторного навантаження;

- вперше отримані експериментальні данні про довготривалу міцність бетону після циклічних навантажень.

Практичне значення одержаних результатів: полягає в тому, що вперше отримані дані про бетон при двовісному стиску, які стосуються його міцності та деформативності. Запропоновані теоретичні залежності дозволять простежити зміни напружено-деформованого стану від початку навантаження до руйнування.

Результати, отримані автором, аналіз і узагальнення даних інших дослідників дають можливість рекомендувати практичний метод розрахунку пружних деформацій і деформацій повзучості бетону при повторному статичному навантаженні.

Отримані нові результати дозволяють найбільш ефективно проектувати залізобетонні конструкції які працюють в умовах двовісного стиску в тому числі такі масові як перекриття житлових будинків при нерівномірних деформаціях основ, плит дорожніх та аеродромних покрить тощо.

Особистий внесок здобувача:

- проведення експериментальних досліджень та розробка рекомендацій з розрахунку деформацій бетону при короткочасному та тривалому постійному та повторному навантаженнях.

- методика проведення тривалих досліджень двовісно стиснутих плит при циклічних навантаженнях;

- розроблені рекомендації щодо побудови діаграм деформування бетону при короткочасному двовісному стиску.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи докладені на 55 и 56, 57, 60, 61 наукових конференціях професорсько-викладацького складу Київського національного університету будівництва та архітектури (м. Київ 1994, 1995, 1996, 2001, 2002 р.), на науковій конференції “Проблеми теорії та практики залізобетону” (м. Львів 1997 р.), на науковій конференції “Проблеми теорії та практики залізобетону” (м. Полтава 1997), на конференції молодих вчених та фахівців у галузі з бетону та залізобетону (м. Москва 1998).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані у 6 статтях, в тому числі 5 у наукових фахових виданнях.

Структура дисертації.

Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, основних висновків, списку використаних джерел та додатка. Обсяг дисертації становить 197 сторінок, в тому числі 168 сторінок основного тексту, 41 рисунків, 21 таблиць, список використаних джерел з 217 найменувань на 20 сторінках, три додатки на 10 сторінках.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовані вибір та актуальність теми дисертації, мета, задачі і методичні основи досліджень, наукова новизна та практичне значення роботи; викладені основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі викладено стан питання та сформульовані задачі досліджень, проаналізовані результати досліджень напружено-деформованного стану бетонних та залізобетонних конструкцій в умовах одновісного та двовісного короткочасного та тривалого змінного навантажень. Для визначення впливу тривалих повторних квазістатичних навантажень на міцність та деформативність бетону були систематизовані результати експериментальних досліджень, які проведені за єдиною методикою за останні 30 років в Київському національному університеті будівництва та архітектури (колишній Київський інженерно-будівельний інститут).

Вивченню міцності та деформативності бетону при тривалих постійних та змінних навантаженнях присвячені роботи С.В. Александровського, Є.М. Бабича, А.Я.Барашикова, О.Я.Берга, В.М.Бондаренка, П.И.Васильєва, Н.Н.Давиденкова, Ю.В.Зайцева, Н.І.Катина, Л.П.Макаренка, Н.В.Смирнова, А.Е.Шейкіна, Е.Н.Щербакова, В.А.Яркова, А.В.Яшина, H.Kupfer, H.Hilsdorf, H.Rush та інших.

На основі виконаного огляду літературних джерел було встановлено, що поведінка бетону при двовісному стиску вивчена значно менше, ніж при одновісному напруженому стані, в зв’язку з чим не існує єдиної думки дослідників у питаннях зміни міцності, короткочасних та тривалих деформацій в залежності від виду навантаження; наслідком такої слабкої вивченості є відсутність рекомендацій з розрахунку несучої здатності та тріщиностійкості двовісно обтиснутих конструкцій в нормативних документах; недостатньо повно вивчені зміни напружень та деформацій бетону при тривалому повторному одновісному прикладанні навантаження, а досліджень бетону при двовісному малоцикловому стиску зовсім виявити не вдалося. Після узагальнення та аналізу сучасного стану питання, визначена мета досліджень та встановленні такі задачі досліджень:

- удосконалити методику проведення експериментальних досліджень двовісно напружених плит при короткочасному та тривалому постійному і повторному навантаженнях;

- встановити вплив співвідношення головних напружень на міцність та деформації бетону при двовісному стиску;

- експериментально дослідити повзучість бетону в умовах одновісного стиску при постійному та змінному навантаженнях;

- проаналізувати та встановити значення деформацій бетону при осьовому та двовісному стиску з урахуванням повторних навантажень;

- розробити способи визначення деформацій двохосної повзучості при постійних та малоциклових двовісних навантаженнях;

- розробити практичні рекомендації з урахування двовісної повзучості бетону в двовісному напруженному стані при малоциклових навантаженнях.

В другому розділі викладена методика експериментальних досліджень міцності та деформацій бетону при одновісному та двовісному короткочасному стиску.

Короткочасні випробування кубів та призм, проведені для визначення кубікової та призмової міцності, граничних деформацій стиску та величини початкового модуля пружності. Було випробувано у віці 28,100 і 130 діб 18 кубів з розмірами ребра 70 і 100 мм. та по 9 призм розмірами 70х70х280 і 100х100х400 мм. і 6 плит (табл.1)

Таблиця 1

Об’єм та зміст короткочасних випробувань двовісно обтиснутих плит

Короткочасні випробування бетонних плит на двовісний стиск виконували в спеціально виготовлених для цього пружинних установках, які у подальшому використовували для тривалих досліджень.

В результаті короткочасних випробувань на двохосний стиск плит з важкого бетону отримані компоненти головних напружень та та компоненти головних відносних деформацій та.

Таблиця 2

Результати короткочасних випробувань бетонних зразків плит

при двовісному стиску

З отриманих даних (табл. 2) можна бачити, що граничні значення напружень при двовісному стиску помітно зростають в залежності від відношення між головними напруженями . Зі зменшенням відношення вплив бокового обтиску сприяє підвищенню граничного значення міцності до 30%.

Аналізуючи характер руйнування дослідних зразків, можна відмітити, якщо у випробуваннях на одновісний стиск поздовжні тріщини пронизують майже весь об’єм зразка, то в випробуваннях на двовісний стиск напруження по другій грані затримує поява тріщин, концентруючи їх на ділянці під кутом до стискаючого напруження .

Руйнування одновісно навантажених зразків відбувається внаслідок відриву по площадкам, паралельним напрямку дії сил. Руйнування зразків при двовісному стиску характеризується появою похилої тріщини, яка перетинає по діагоналі ті грані, на яких діє менше за значенням стискаюче напруження. Характер руйнування дослідних зразків плит при двовісному стиску з усуненням тертя по торцям наведено на рис.1.

Рис.1. Характер руйнування бетонних плит при двовісному стиску.

Як видно з рис.1, а, б, в при напруженнях та в зразках з’являються тріщини, які переважно направлені паралельно дії більшого за значенням зусилля. При напруженнях повздовжні похилі тріщини з’являються увздовж дії обох стискаючих зусиль.

За результатами обробки експериментальних даних великої кількості дослідів М.І.Карпенко пропонує ввести безрозмірну функцію зміни міцності бетону при двовісному стисненні , яка визначається залежністю . |

, | (1)

де | - збільшення відносної міцності бетону при двовісному стиску по відношенню до одновісного; - максимальне збільшення міцності; е, с – геометричні параметри, е–визначає положення максимуму в залежності від співвідношення .

Функцію встановлено на основі обробки експериментальних даних про міцність бетону при двовісному стиску напруженнями та . При цьому для двовісного стиску значення функції пов’язано з параметром Лоде - Надаї співвідношенням |

. | (2)

В табл. 3 наведені результати розрахунків функції за формулою (1) з урахуванням отриманих дослідних даних при двовісному короткочасному стиску бетонних плит до руйнування.

Таблиця 3

Розрахунок функції за результатами дослідних даних випробувань плит

Рис. 2. Зміни функції в залежності від величини відносних головних напружень (а) та параметра Лоде – Надаі (б); о –дослідні точки

На рис. 2 показані теоретичні змінення та нанесені результати експеримента-

льних досліджень. Як видно з табл. 3 та рис. 2, співпадання дослідних та теоретичних даних достатньо близьке.

За результатами експериментальних досліджень отримані графіки: зміни ”напруження-деформації” бетону при одновісному стиску призм у різному віці (рис.3), та двовісному стиску плит. Для прикладу на рис.4 показані деформації бетону по осям 1 і 2 в плитах серії ПЛК-3. Для порівняння з експериментом побудовані графіки, які при одновісному напруженному стані описують залежність між напруженнями і деформаціями бетону, за формулою |

, | (3)

де | - відповідно відносні деформації, напруження, початковий модуль пружності бетону; - січний модуль деформацій; - коефіціент зміни січного модуля.

Рис.3 Графіки зміни “напруження – деформації” бетону при одновісному стиску у віці:

1- 28 діб; 2- 100 діб; 3- 130 діб;

У формулі (3) параметр приймали за співвідношеннями, які запропонував М.І.Корпенко.

При побудові залежностей для плоского напруженого стану бетонного елемента визначенні такі складові деформацій |

(4)

де | - відповідно відносні деформації, напруження, початковий модуль пружності за трьома головними напрямками; - коефіцієнт зміни січного модуля

, | (5)

тут | - значення зміни січного модуля на вершинах діаграм деформування за трьома головними напрямками - середній рівень напружень за навантаженими осями 1 и 2

| (6)

-рівень напружень, який характеризує відносний стиск уздовж відповідної осі ; - параметри кривизни діаграми;

, | (7)

де | - відповідно граничний опір бетону, гранична деформація при двовісному стиску в залежності від рівня бокового обтиску.

Рис. 4 Відносні деформації дослідних плит серії ПЛК – 3 при плоскому напруженному стані : 1,2,3 – деформації по осях 1,2,3 відповідно

Цілеспрямованих досліджень із визначення впливу бокового обтиску на зміну коефіцієнту при двовісному стиску практично не проводили. Внаслідок цього, до накопичення дослідних даних доцільно використати співвідношення, які існують для одновісного стиску та враховують середні рівні напружень за формулою (6).

Підводячи загальний підсумок проведеним короткочасним випробуванням, зазначимо, що були отримані дані про бетон при двовісному стиску, які стосуються його міцності та деформативності. Запропоновані теоретичні залежності дозволяють

простежити зміни напружено-деформованого стану від початку навантаження до руйнування.

У третьому розділі наведені експериментально-теоретичні дослідження деформацій повзучості бетону при одновісному постійному і повторному стиску.

Ця робота є складовою частиною комплексних експериментально-теоретичних досліджень, присвячених вивченню характеристик бетону при тривалому одновісному та двовісному постійному і повторному стиску, які були проведені у Київському національному університеті будівництва і архітектури з 1984 по 1995 рр. За єдиною методикою було досліджено 3 групи зразків при тривалій дії навантаження, що витримували одновісний і двовісний стиск. Тривалим навантаженням у трьох групах всього було випробувано 4 серії зразків, що містили в собі одновісно стиснуті призми та двовісно стиснуті плити: О.Д. Журавським були випробувані зразки з рівнем навантаження (0,3...0,9), Ю.С. Амаша досліджував деформації швидконабігаючої повзучості при середніх та високих рівнях напружень.

Були досліджені на тривале постійне і повторне навантаження призми розмірами 100х100х400 мм. та плити (табл. 4). Тривалі зусилля до всіх бетонних зразків (призм та плит) були прикладені у відносно “старому” віці – 100...130 діб. Це дозволило уникнути впливу зміни міцностних, деформативних властивостей і усадки бетону, які до цього віку стабілізувалися.

В результаті проведених довготривалих експериментальних досліджень 15 зразків – призм отримані графіки зміни в часі відносних деформацій усадки і повзучості бетону.

Таблиця 4

Об’єм та зміст тривалих випробувань бетонних плит

У призмах серії ПР-0,3/0 максимальні напруження в циклі були обмежені величиною , рівень напруження призм серії ПР-0,6/0 прийнятий для того, щоб досліджувати деформації на рівні, близькому до межі між лінійною і нелінійною повзучістю. Нарешті, деформації бетону на рівні істотно нелінійної повзучості були досліджені на призмах серії ПР-0,9/0. Тривалість циклу періодичного навантаження було прийнято у 28 діб з однаковими напівперіодами (напівциклами) навантаження та відпочинку (повного розвантаження).

Аналізуючи повні деформації слід зазначити деякі особливості довготривалого деформування одновісно стиснутих бетонних призм. Насамперед встановлено, що при порівнянні деформацій бетону при швидкому (жорсткому) і ступінчастому (м'якому) режимах навантаження можна бачити, що при практично миттєвому (жорсткому) протягом 10...20 хв. навантаженні, деформації бетону в процесі прикладання навантаження значно менші, ніж при ступінчастому зі швидкістю, близькою до постійної.

Для прийнятого в описуваних дослідженнях способу швидкого (жорсткого) прикладення навантаження, коли в момент часу до зразків – близнюків прикладали напруження , які потім витримували без зміни, можна записати відоме співвідношення для визначення повних деформацій в момент часу

. | (8)

де | ; - загальна міра лінійних та нелінійних деформацій повзучості

Отримані графіки зміни сумарних деформацій бетону зразків при впливі на них змінних циклічних навантажень протягом 7 циклів для зразків серії ПР-0,9/0 (рис 5). Теоретичні значення повних деформацій бетону в процесі повторного прикладення навантажень різного рівня, наведені на рис 5 (пунктирні лінії).

Рис.5 Результати експериментальних досліджень бетонних призм серії ПР-0,9 (1) та

ПР-0,9/0 (2) та співставлення з теоретичними даними ; МПа.

Для жорсткого режиму навантаження деформації бетонних зразків на півциклі навантаження напруженням можна представити у вигляді

(9)

де | - одинична функція Хевісайда, яка моделює ступінчасто-повторні навантаження (див. тал. 6).

Аналогічно на півциклі розвантаження (відпочинку) напруженням деформації записують таким чином:

(10)

З формул (9) і (10) та рис. 6, випливає, що деформації повзучості та пружної післядії досить швидко зменшуються з певною закономірністю (рис.6). Як показав аналіз, згасання зазначених деформацій можна описувати гіперболічними функціями, що визначають зміни при циклічних навантаженнях. Функції згасання для напівциклів навантаження і напівциклів розвантаження запропоновано визначити за таким співвідношенням

, | (11)

де | функція залежить від номеру циклу та відносного рівня напруження ; - для напівциклу навантаження, - для напівциклу відпочинку.

Рис.6 Повзучість та пружна післядія бетону при стиску періодичним навантаженням призм серії ПР-0,9/0 та відносне їх зменшення зі збільшенням числа циклів (пунктирні лінії).

У дисертації рекомендовані теоретичні залежності для функції та визначені константи, які вони містять.

Отримані результати, аналіз і узагальнення даних інших дослідників показав, що деформації задовільно співпадають з експериментальними даними (див. рис. 6). Це дає можливість рекомендувати практичний метод розрахунку пружних деформацій і деформацій повзучості бетону при повторному статичному навантаженні.

Четвертий розділ роботи присвячений роботі двовісно стиснутих бетонних плит при тривалих постійних і циклічних навантаженнях.

Як показує аналіз, менш дослідженою виявилася робота бетону в умовах багатоосних тривалих напружень. Однак, останнім часом цьому питанню стали приділяти більше уваги. У цьому плані слід відмітити дослідження, які проведені Ю.С.Амашою, О.Д.Журавським, Ю.В.Зайцевим, Я.Д.Лівшицем, Л.І.Мельниковою, В.М.Ткачуком, Н.У.Мамунєй, І.П.Шаповалом та інш.

Практично відсутні експериментально-теоретичні дослідження тривалої роботи бетону при змінних навантаженнях. Тому було прийняте рішення виконати дослідження тривалої деформації та міцності бетонних плит, навантажених по двом головним осям тривалим повторним навантаженням (див. табл. 4).

Враховуючи те, що установок на тривалий двовісний стиск було виготовлено тільки шість, випробування бетонних плит при постійних тривалих двовісних навантаженнях не проводили. Для порівняння отриманих результатів з даними постійно навантажених зразків вирішено використати дослідні і теоретичні дослідження О.Д.Журавського і Ю.Амаші. Таке рішення виправдане тим, що досліджувався бетон одного складу в однакових температурно-вологісних умовах (лабораторії КНУБА). Деякі розходження в абсолютних величинах, що з'являються в напруженнях і деформаціях бетонних зразків, компенсовано перерахуванням їх на відносні значення при оцінці тривалих деформацій: міру і характеристику повзучості бетону. Крім того, при аналізі й узагальненні експериментальних досліджень двовісної повзучості бетону при дії постійного тривалого навантаження були використані дані усіх аналогічних досліджень, відомих автору з літературних джерел. Можна відзначити, що при дії високих напружень (істотно нелінійна область деформування) якісно співвідношення між деформаціями повзучості при одновісному та двовісному стиску зберігається такими ж, як і при невисоких напруженнях (тобто при лінійній повзучості). Повзучість при двовісному стиску трохи менша, ніж при одноосному. Однак, різниця між ними значно менша, ніж у лінійній області. Так само, як і для лінійних питомих деформацій (міри) повзучості, максимальне зменшення реалізується у випадку рівності напружень по двом головним осям, тобто при .

В результаті аналізу проведених досліджень (рис.7) встановлено зменшення нелінійних питомих деформацій повзучості при двовісному постійному стиску у порівнянні з одновісним у напрямку великих напружень однакового рівня, тобто по осі 1: для співвідношення напружень - 35%; для - 25% і для - 6%. Відповідно зменшення величини при двовісному стиску у порівнянні з при одновісному стиску у напрямку менших напружень однакового рівня (тобто по осі 2) склало: для - 26%; для - 25%; - 36%. Таким чином, для осі 2 зміни питомих деформацій повзучості не показують певної закономірності.

Рис.7 Зміни питомих деформацій повзучості бетону при постійному одновісному та двовісному стиску за даними: О.Д.Журавського: 1,2,3 - в плитах по осі 1 при ; 4,5,6 – те ж саме, в плитах по осі 2 при , відповідно, 0,28; 0,56 та 0,83; 7,8,9 - в призмах по осі 1 при =0,75; 0,56 та 0,25, відповідно. Друга цифра в умовних позначеннях кривих показує номер осі, за якою протікає повзучість. Крива 10 побудована теоретично у припущенні рівня навантаження призм напруженнями .

-

При визначенні зв'язку між напруженнями та деформаціями при тривалому двохосному стиску для жорсткого режиму тривалого навантаження напруженнями стиску та можна записати співвідношення між головними напруженнями – деформаціями у такому вигляді |

(12)

де | - питомі деформації повзучості бетону; величини , - визначенні з урахуванням параметрів навантаження плит.

З рис.7 видно, що збіг теоретичних та дослідних результатів можна вважати задовільним. При високих рівнях двовісного стиску встановлення закономірностей тривалого деформування бетону вимагає додаткових досліджень.

При експериментальних дослідженнях впливу тривалих повторних навантажень на повзучість бетону при двовісному напруженному стані навантаження плит по двом головним осям 1 і 2 виконували ступенями, які дорівнювали приблизно 10% від руйнівних навантажень, отриманих у результаті короткочасних випробувань плит, тобто був реалізований жорсткий режим навантаження.

Для прикладу на рис 8 наведені графіки експериментальних повних короткочасних і тривалих деформацій бетону при одновісному і двовісному навантаженні повторними зусиллями призм серії ПР – 0,9/0 та плит серії ПЛ-0,9/0,9.

Рис.8 Результати експериментальних досліджень бетонних призм і плит: а- режим навантаження; б- повні деформації бетону: 1- плит серії ПЛ.-0,9/0,9 по осі 1; 2- призм серії

ПР-0,9/0; 3- плит серії ПЛ.-0,9; 4- плит ПЛ.-0,9/0,9 по осі 2.

При цьому зменшення деформацій плит у напрямку головної осі 1 у порівнянні з деформаціями одновісно стиснутих призм при максимальному навантаженні у циклі і повному розвантаженню до початку останнього розвантаження на 7-му циклі складає: для плит серії ПЛ-0,9/0,3 – у середньому на 8%; для плит серії ПЛ-0,9/0,6 - на 25% і для плит серії ПЛ-0,9/0,9 – на 32%.

Таким чином, закономірність, яка показує максимальне зниження деформацій при приблизно така ж, як і для постійно навантажених плит і призм, тобто в області нелінійної повзучості при двовісному рівномірному стиску деформації на 25...35% менші у порівнянні з одновісним стиском. Зі зменшенням рівня бокового обтиску деформації зближуються, тобто ця різниця зменшується до 10...15%. Низький рівень бокового обтиску практично не впливає на зниження деформацій у порівнянні з одновісно навантаженими зразками.

Після семи циклів повторного навантаження зразки були витримані під постійною дією (див. табл. 4) протягом 100…120 діб. За цей час всі зразки зруйнувалися. Таким чином, експериментальні дослідження тривалої міцності бетонних двовісно стиснутих зразків показали, що їх довговічність складає 300…320 діб. Аналіз показує, що в процесі тривалого руйнування істотну роль відіграють деформації зсуву.

Таким чином показано, що тривалі повторні навантаження значно інтенсифікують процеси тривалого руйнування, особливо, при високому рівні зусиль.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.Колякова В.М. Експериментальні дослідження повзучості бетону при двохосьовому довготривалому постійному та малоцикловому стисненні // Збірник наукових статей “Проблеми теорії і практики будівництва”, Том . Залізобетонні конструкції.- Львів: Державний університет “Львівська політехніка”, 1997.- С. 120-127.

2.Колякова В.М. Параметры ползучести бетона при двухосном длительном и малоцикловом сжатии //Збірник наукових статей “Проблеми теорії і практики будівництва”.- Полтава: ПДТУ, 1997.- С. 247-251.

3.Барашиков А.Я., Колякова В.М. Експериментально-теоретичні дослідження граничних оп-рів бетону при двохосному стиску //Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Збірник наукових праць. Вип. 7. ”.-Рівне: РДТУ, 2001.-С.87-95.

4.Барашиков А.Я., Колякова В.М. Діаграми деформування бетону при короткочасному одноосному та двохосному стиску //Таврійський науковий вісник: Збірник наукових праць. Вип. 20.-Херсон, 2001.-С.222-230.

5.Барашиков А.Я., Колякова В.М. Математична інтерпритація змінних довготривалих навантажень на будівлі і споруди //Теорія і практика будівництва. Вісник національного університету “Львівська політехніка“.- Львов-2002, №441.-С.14-23.

6.Колякова В.М. Соотношение мер ползучести при одноосном и двухосном длительном и малоцикловом сжатии //Материалы конференции молодых ученых и специалистов в области бетона и железобетона.- Москва: НИИЖБ, 1998.- С. 113-116.

В роботах [3,4] дисертантом виконані експериментальні дослідження, обробка даних та побудова графіків. В роботі [5] дисертант приймала участь в обстеженнях конструкцій, та обробці статистичний даних про закономірність змінних навантажень.

Колякова Віра Маркусівна. Напружено-деформованний стан бетону при короткочасному та тривалому повторному одновісному та двовісному стиску.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01- ”Будівельні конструкції, будівлі та споруди”. Київський національний університет будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.- Київ, 2002.

Проведено аналіз змін навантажень у ємкосних спорудах призначених для зберігання сипучих тіл та рідин, які найбільш часто зустрічаються. За результатами літературних джерел та натурних обстежень зведені разом найбільш характерні типи змінних дій та запропоновано їх аналітичне представлення.

Вивчено вплив довготривалих повторних квазістатичних навантажень на міцність та деформації бетону. Наведено аналіз міцності бетону при двовісному стиску плит до руйнування. Представлені та проаналізовані результати експериментальних досліджень повзучості бетону при двовісному напруженому стані.

Експериментальні та теоретичні дослідження короткочасних випробувань бетонних призм і плит дали можливість отримати нові відомості про бетон при двовісному стиску, які стосуються його міцності та деформативності. Запропоновані теоретичні залежності, які дозволяють визначити зміни напружено-деформованного стану від початку навантаження до руйнування. Викладено нові дані про деформативність бетону при двовісному стиску, побудовані діаграми для різних рівнів бокового обтиску плит.

Розроблений практичний метод розрахунку пружних деформацій і деформацій повзучості бетону при повторному статичному навантаженні.

Запропоновані залежності, які визначають міцність бетону в двовісно обтиснутих плитах після повторного тривалого навантаження.

Ключові слова: бетонні плити та призми; одновісний та двовісний стиск; тривала повзучість; квазістатичні навантаження; малоциклові навантаження; усадка; тривала міцність бетону.

Колякова Вера Маркусовна. Напряженно-деформированное состояние бетона при кратковременном и длительном повторном одноосном и двухосном сжатии..-Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 – ”Строительные конструкции, здания и сооружения” – Киевский национальный университет строительства и архитектуры министерства образования и науки Украины.- Киев, 2002.

Во введении обоснована актуальность, научная новизна и практическая ценность работы, дана ее общая характеристика.

В первом разделе изложено состояние вопроса и сформулированы задачи исследований, проанализированы результаты напряженно-деформированного состояния бетонных и железобетонных конструкций в условиях одноосного и двухосного кратковременного и длительного переменного нагружения. Для изучения влияния длительных повторных квазистатических нагружений на прочность и деформативность бетона были систематизированы результаты экспериментальных исследований, которые были проведены ранее в КНУСА по единой методике.

Во втором разделе приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований прочности и деформаций бетону при одноосном и двухосном кратковременном сжатии.

Разработана методика экспериментальных исследований прочности и деформативности бетону при одноосном и двухосном кратковременном и длительном сжатии.

Построены диаграммы деформирования бетона для кратковременного одноосного и двухосного сжатия при различных уровнях бокового обжатия. Установлено повышение прочности и характер разрушения двухосно обжатых плит с учетом соотношений главных напряжений.

Предложены расчетные соотношения для определения зависимости деформаций от напряжений. Эти зависимости позволяют проследить изменения напряженно–деформированного состояния от начала нагружения до разрушения

В третьем разделе представлены експериментально-теоретические исследования деформаций ползучести бетону при одноосном постоянном и повторном сжатии. В результате проведенных длительных экспериментальных исследований призм получены графики изменения во времени относительных деформаций усадки и ползучести бетону. Опытами установлены уровни нелинейности деформаций ползучести в зависимости от соотношений напряжений бокового обжатия. Для длительного повторного сжатия предложены зависимости, которые учитывают скорость затухания процесса ползучести бетону.

В четвертом разделе исследована работа двухосно обжатых бетонных плит при длительном постоянном и циклическом нагружении. Подробно исследовано влияние длительности и режима нагрузки на длительную прочность бетону при одноосном и двухосном сжатии.

Получены графики экспериментальных исследований полных кратковременных и длительных деформаций бетона при одноосном и двухосном нагружении повторными усилиями для призм и плит разных серий.

В результате анализа проведенных исследований отмечено уменьшение нелинейных удельных деформаций ползучести при двухосном постоянном сжатии в сравнении с одноосным в направлении больших напряжений одинакового уровня, т.е. по оси 1.

Установлено, что повторные нагрузки существенно интенсифицируют процесс разрушения по сравнению с постоянными длительными нагрузками. Приведены соображения по оценке длительной прочности бетону при циклических нагрузках.

Таким образом показано, что длительные повторные нагружения интенсифицируют процессы длительного разрушения, особенно, при высоком уровне усилий.

Ключевые слова: бетонные плиты и призмы; одноосное и двухосное сжатие; длительная ползучесть; квазистатические нагружения; малоцикловые нагружения; усадка; длительная прочность бетона.

Kolyakova Vera Markysivna. Stressed deformable state of concrete under the long-term and short-term repeatable one-axialle and two-axialle pressure.

Dissertation for application of scientific degree of the candidate of technical sciences by speciality 05.23.01 – “Bulding structures, buildings and construction”. Kyiv National University of Construction and Architecture.- Kyiv, 2002.

The contend and peculiarities of the newly received data on concrete under two-axialle pressure regarding its strength have been layed out.

There has been worked out a practical method of calculation of the elastic deformation and creeping deformations of concrete under repeatable static loading.

The dependence for determination of non-linear deformations has been given.

Keywords: concrete slabs; one-axialle and two-axialle compression; long-term creepage; quasistatic loadings; low cycle loadings.