Теоретические исследования напряженнодеформированного состояния бетонов при длительном центральном сжатии

Abstract

Изложены результаты теоретических исследований напряженно-деформированного состояния бетонов при длительном центральном сжатии на основе его структурной теории. Проведен анализ определения напряженно-деформированного состояния, исходя из двух наиболее приемлемых структурных схем бетона. Приводятся положительные и отрицательные моменты использования этих схем. На основе анализа выбраны две схемы для определения упругопластических характеристик бетона при длительном воздействии нагрузки, исходя из реологических свойств составляющих. Для схемы шахматного расположения заполнителя в цементной матрице, исходя из решений равновесия и совместности деформаций, получены их теоретические значения. Проведено сравнение полученных теоретических значений характеристик бетона и раствора при длительном действии нагрузки с данными, полученными экспериментально. Результаты сравнения опытных и теоретических значений свидетельствуют о возможности применения этих зависимостей для определения упругопластических характеристик бетона при длительном действии нагрузки, исходя из состава его компонентов.

Бетон є основним будівельним матеріалом. Міцнісні й деформативні характеристики бетону залежать від його складових та їх взаєморозташування в одиниці елемента, яке здійснюється за допомогою ідеалізованих структурних схем бетону. Дійсна структурна схема бетону є складною і не піддається статистичному оцінюванню. Цементний камінь при цьому розглядається як матриця, а заповнювачі – як включення. Однак цементний камінь і заповнювач мають різні фізико-механічні властивості. Тому пружно-пластичні і міцнісні характеристики бетону повинні визначатися через аналітичні характеристики складових, їх кількісне співвідношення і взаєморозташування. Рішення такої задачі є досить актуальним. Нині є незначна кількість робіт з цієї проблеми, що дають аналітичні залежності для визначення пружнопластичних характеристик бетону за ідеалізованими структурними схемами при короткочасному завантаженні. Щодо його оцінки при довготривалому стисненні навантаженням різної інтенсивності, то такі дані відсутні. Тому основна мета роботи полягає в розробці аналітичних залежностей, на основі ідеалізованих структурних схем, для визначення його напружено-деформованого стану при довготривалому стисненні різної інтенсивності, виходячи з реологічних властивостей складових бетону. Для вирішення поставленої задачі використано дві ідеалізовані структурні схеми, які найбільш точно відображають роботу бетону при стисненні. Крім того, використано нелінійну залежність між напруженням і характеристикою повзучості υη,t.τ, а також лінійну залежність між січним модулем повних деформацій (з урахуванням деформацій повзучості) Е'η,t.τ і початковим рівнем довготривалих напружень ητ у фіксований момент часу (t-τ) для цементного каменю (розчину). Експериментально статистичне обґрунтування вищезазначеного отримано авторами раніше. Використано повну зворотність деформацій повзучості εη,t.τ цементного каменю в процесі його розвантаження за рахунок перерозподілу зусиль між цементним каменем і заповнювачем. На основі вищезазначеного із рівнянь рівноваги і сумісності деформацій отримано аналітичні залежності для визначення пружнопластичних характеристик бетону за ідеалізованими структурними схемами, виходячи з його складу і властивостей компонентів. Наведено дослідні й теоретичні значення відносних деформацій, отриманих за однією з ідеалізованих структурних схем важкого бетону в процесі довготривалою стиснення різної інтенсивності. Отримані й запропоновані до практичного застосування теоретичні залежності оцінювання напружено-деформованого стану бетону при довготривалому стисненні різної інтенсивності за ідеалізованими структурними схемами, виходячи з їх складу та реологічних властивостей компонентів, мають задовільне експериментальне підтвердження. Ці залежності можуть бути використані при уточненні положень ДБН В.2.6. – 98-2009 «Бетонні та залізобетонні конструкції» при визначенні деформативних характеристик бетонів.

The results of theoretical studies of stress-strain state of concrete under long-term central compression based on its structural theory are presented. The analysis of determining the stress-strain state on the basis of two most acceptable structural diagrams of concrete is conducted. Positive and negative aspects of the use of these diagrams are given. Based on the analysis, two diagrams have been selected to determine elastoplastic characteristics of concrete under long-term loading based on rheological properties of components. For the diagram of chess spacing of the aggregate in cement matrix, based on equilibrium solutions and the compatibility of deformations, their theoretical values are obtained. Comparisons of the obtained theoretical values of the characteristics of concrete and mortar under a long-term load with the data obtained experimentally are conducted. The results of comparison of experimental and theoretical values indicate the possibility of applying these dependencies to determine elastoplastic characteristics of concrete under a long-term load based on the composition of its components.