Построение диаграммы "напряжения-деформации" бетона в условиях пассивного бокового обжатия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Построение диаграммы «напряжения-деформации» бетона в условиях пассивного бокового обжатия

И.В. Резван, Д.Р. Маилян, А.В. Резван

РГСУ (Ростов-на-Дону)

За прошедшее столетие трубобетонные колонны прочно вошли в список наиболее часто используемых видов вертикальных несущих конструкций. Благодаря таким преимуществам как прирост в несущей способности до 35% и более вследствие упрочнения бетонного ядра, обжатого оболочкой, а также отказ от опалубочных и арматурных работ, а соответственно и упрощение процесса бетонирования при отсутствии внутреннего арматурного каркаса, повышение скорости производства работ и снижение издержек многие зарубежные конструкторы склоняются к использованию трубобетонных колонн. В России массовое внедрение этих конструкций сдерживают две проблемы: необходимость компенсации [4,5,6] дилатационного эффекта и высокие деформации вблизи предела несущей способности [1,3,5,6].

Рис. 1. Графики экспериментальных зависимостей напряжений и продольных деформаций для образцов в стальных оболочках, рассеченных на кольца.

В настоящее время отсутствуют аналитические зависимости, позволяющие определять продольные деформации центрально сжатых трубобетонных колонн в зависимости от приложенной нагрузки без использования итерационных методов расчета и ЭВМ [1]. Первым шагом в этом направлении представляется поиск обобщенных зависимостей для построения диаграмм «напряжения - деформации» бетона в условиях пассивного бокового обжатия, когда величина обжатия является исключительно функцией продольного нагружения бетона, масштабного фактора, прочностных и деформативных характеристик материалов. В ходе экспериментальных исследований рассматривалась работа под нагрузкой бетонных цилиндров (ПЦ ТБК8, НЦ ТБК8, НЦ ТБК6, МНЦ ТБК8,), заключенных в обойму из стальных колец с постоянным наружным диаметром D=102мм и пределом текучести R_с=345МПа. Цилидровая прочность бетона на сжатие составляла для ПЦ R_b=62,5МПа, НЦ R_b=50,5МПа, МНЦ R_b=46МПа, толщина стенки колец 6 и 8 мм соответственно.

Рис. 1 иллюстрирует, утверждение о влиянии масштабного фактора, прочностных и деформативных характеристик материалов на деформативность бетона в направлении нагружения. Кроме того, очевидно сходство полученных кривых с криволинейными диаграммами деформаций бетона в условиях одноосного нагружения.

Рис. 2. Графики экспериментальных зависимостей напряжений и продольных деформаций для образцов в стальных обоймах, рассеченных на кольца.

Для удобства дальнейшего анализа данных выполнен переход к относительным величинам таким, как: приведенные нормальные напряжения для рассматриваемых образцов, равные приведенной нагрузке, и приведенные деформации (рис.2):

Аналогично трехлинейной диаграмме состояния сжатого бетона при одноосном напряженном состоянии в соответствие c п. 5.1.18 [7] представляется возможность сформулировать правила построения трехлинейных диаграмм состояния трехосно-сжатого бетона при отсутствии продольных усилий в оболочке, выполняющей исключительно роль обоймы, при различных коэффициентах поперечных деформаций, приводящих к проявлению дилатационного эффекта.

Как видно из рис. 2 при рассмотрении взаимосвязи между величинами приведенных продольных деформаций и напряжений при некотором расхождении кривых на начальных этапах деформирования в точке аналогичной той, что указана в [7]:

или

кривые образуют единый тренд вплоть до достижения разрушающей нагрузки. Таким образом, данную точку необходимо принять за границу первого и второго участка трехлинейной диаграммы, а точку соответствующую достижению бетоном предела прочности R_b,3 аналогично рекомендациям для одноосного нагружения за границу второго и третьего участков, т.к. при незначительном превышении предела прочности обжатый бетон будет способен претерпевать значительные необратимые пластические деформации: деформация трубобетонный бетон прочностный

Для перехода от приведенных единиц к абсолютным или относительным (для деформаций) необходимо ввести понятие начального модуля упругости в условиях бокового обжатия:

Однако, если для одноосного сжатия величину начального модуля упругости можно было упрощенно назначить как

то для трехосного сжатия количество переменных значительно возрастает

где - радиус бетонного ядра.

По тренду, наблюдаемому по экспериментальным данным, можно предположить, что при постоянных трех из четырех величин переменная оказывает следующее влияние на величину начального модуля упругости:

Экспериментальное определение величины начального модуля упругости при варьировании указанными факторами в широких приделах позволит построить соответствующую эмпирическую зависимость, что обосновывает актуальность дальнейших исследований в данном направлении.

Кроме того, в приведенных координатах представляется возможным построить нелинейную зависимость напряжений и деформаций, позволяющую при известном пределе прочности построить соответствующие диаграммы в абсолютных значениях, экспериментально получив значение деформаций соответствующее любому уровню нагружения :

Величины начальных модулей упругости для рассмотренных групп образцов и координаты точек трехлинейных диаграмм приведены в табл. 1.

Таблица 1

*значение принято условно для обозначения площадки текучести, приведенные деформации на которой могут быть значительно выше при условии сохранения устойчивости образца и открытых деформационных швах между кольцами обоймы.

В связи с четко выраженной криволинейностью экспериментальных диаграмм состояния неравномерно трехосно сжатого бетона рассмотренных в табл. 1 групп образцов построение двухлинейных диаграмм по рекомендациям [7] представляется нецелесообразным, т.к. это приведет к значительной погрешности при определении деформативности элемента в сторону запаса жесткости в продольном направлении.

Литература

1. Кришан А.Л. Трубобетонные колонны с предварительно обжатым ядром: монография Ростов-на-Дону: Рост. гос. строит. ун-т, 2011. 372с.

2. Несветаев Г.В., Резван И.В. Оценка прочности трубобетона // Фундаментальные исследования. - 2011. - №12. - С. 580 - 583.

3. Резван И.В. Расчет прочности центрально-сжатых трубобетонных элементов // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 1.

4. Резван И.В. Самоуплотняющийся высокопрочный напрягающий бетон для трубо-бетонных колонн // Строительные материалы. - 2012. - № 6. - С. 60 - 62.

5. Резван И.В., Маилян Д.Р. Несущая способность бетонного ядра трубобетонных колонн // Вестник Майкопского государственного технологического университета. - 2011. - №3. - С. 18 - 25.

6. Резван И.В., Маилян Д.Р., Блягоз А.М. Методика оптимизации сечения центрально-сжатого трубобетонного элемента // Вестник Майкопского государственного технологического университета. - 2011. - №4. - С. 18 - 25.

7. СП-52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры.

Размещено на Allbest.ru