Delist.ru

Влияние динамического нагружения на прочностные и деформативные свойства бетона при одноосных и двухосных напряженных состояниях (06.11.2007)

Автор: Цветков Константин Александрович

? Практическая ценность.

Разработанные и выполненные в натуре стенды могут быть использованы для испытаний бетона при статических и повышенных скоростях нагружения в условиях различных напряженных состояний;

Предложенная методика проведения динамических испытаний и регистрации усилий и деформаций может быть рекомендована к дальнейшему использованию с целью унификации методов постановки динамических экспериментальных исследований;

Полученные уточненные зависимости для критерия прочности, значений микротрещинообразования и физические уравнения связи главных напряжений и деформаций, могут быть использованы для уточнения методов расчетов бетонных и железобетонных конструкций при динамическом воздействии с учетом фактических характеристик бетона.

? Апробация работы.

Основные результаты диссертации были доложены на заседании кафедры «Сопротивление материалов» Московского Государственного Строительного Университета в июне 2007г.

?Публикации.

Результаты работы опубликованы в 4-х статьях.

?Объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, включающего 112 наименований. Работа состоит из 262 страниц компьютерного текста, содержит 56 рисунков и 64 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко представлены сведения о целях диссертационной работы, предполагаемых методах исследования, обеспечении достоверности получаемых результатов, перечислены результаты, защищаемые автором.

В первой главе приводится обзор и анализ экспериментально-теоретических исследований, посвященных изучению поведения бетона при статическом и динамическом нагружении в условиях различных напряженных состояний, проводится анализ имеющихся решений испытательного оборудования и методик экспериментальных исследований.

Отмечается, что согласно современным представлениям бетон принято рассматривать как сложный композиционный материал с неоднородной структурой. Макроструктура бетона обуславливает основные особенности его поведения под нагрузкой: существенное различие в прочности на сжатие и растяжение, способность к значительным пластическим деформациям при сжатии, зависимость упруго-пластических свойств от уровня нагружения, влияние скорости нагружения на прочностные и деформативные свойства бетона, а также определяет причины микротрещинообразования в бетоне и характер развития микротрещин. Разработанные в настоящее время теории прочности не способны в достаточной мере учесть связь между изменениями макроструктуры бетона и его свойствами, особенности динамического нагружения усиливают сложность разработки и совершенствования теорий прочности. Поэтому в настоящей работе оценку структурных изменений в бетоне предлагается рассматривать обобщенно, анализируя изменение параметрических точек, объема образца и коэффициентов поперечных деформаций. Исходные данные для такого анализа получены на основании тензометрических измерений деформаций.

Анализ исследований бетона, находящегося в условиях сложных напряженных состояний показал, что результаты существенно зависят от методики проведения эксперимента (прежде всего от способа передачи усилий: жесткого или гидростатического). Отмечается, что динамические испытания бетона при сложных напряженных состояниях проводились, главным образом, применительно к трехосному непропорциональному сжатию.

Анализ существующего испытательного оборудования выявил некоторые его несовершенства, связанные с центрированием образцов по физической оси и с обеспечением стабильности режимов нагружения.

В первой главе формулируются цели и задачи исследования.

Во второй главе описаны использованные испытательные установки и основные принципы их конструирования, приведены сведения о применяемых средствах и способах измерения усилий и деформаций, предложена методика экспериментальных исследований.

Автором совместно с инж. И.М.Безгодовым были разработаны установки, позволяющие осуществлять статические и динамические испытания образцов из бетона реального состава при одноосном сжатии и одноосном растяжении. Дополняя эти стенды одноосными мембранными устройствами, возможно осуществлять эксперименты в условиях сложных напряженных состояний. Благодаря применению мультипликатора (устройства для повышения давления в гидродомкрате) установки способны создавать значительные усилия (30-35т) при относительно небольшой массивности (200-400кг). Также, благодаря использованию шарнирной системы, достигается центрирование образца по физической оси пробной нагрузкой.

. При этом напряжения возрастают от нуля до разрушающих значений.

, ?=0,05с, что по имеющейся классификации позволяет отнести эти режимы нагружения к динамическому воздействию общего вида с повышенной скоростью роста напряжений. В литературе отмечается, что при таком воздействии не возникает местное разрушение бетона и при анализе напряженно-деформированного состояния допускается не учитывать волновой характер распространения напряжений в материале.

Регистрация усилий, продольных и поперечных деформаций осуществлялась по мостовой схеме с использованием внутренних тензодатчиков, усилителя, АЦП, ЭВМ и специального программного обеспечения. При этом регистрация усилий производилась с точностью до 0,08 МПа, а точность измерения относительных деформаций составила 1*10-6 е.о.д. Дискретность измерений была выбрана 40мкс.

Методика испытаний при двухосном сжатии и напряженном состоянии «сжатие-растяжение» заключалась в предварительном нагружении образцов в направлении ?2 до некоторого уровня от призменной прочности. После чего, поддерживая постоянной величину ?2, образец доводился до разрушения статической или динамической нагрузкой, действующей в направлении ?1.

Таким образом, испытания при двухосном сжатии производились по

траектории сложного нагружения.

На каждый уровень ?2 при статическом и динамическом нагружении было испытано от двух до пяти образцов. Всего в ходе исследований было испытано 46 образцов.

В третьей главе приведены результаты экспериментального исследования прочностных и деформативных свойств бетона при статическом и динамическом нагружении в условиях одноосного и двухосного сжатия, произведена оценка влияния на свойства бетона скорости нагружения и вида напряженного состояния. Предложен критерий прочности, учитывающий вид напряженного состояния, уровень напряжения ?2 и скорость роста напряжений.

Результаты экспериментальных исследований обобщены в зависимостях между главными напряжениями и главными деформациями, а также между интенсивностями напряжений и деформаций.

? Влияние вида напряженного состояния и скорости нагружения на прочность.

. При повышении уровня бокового обжатия до значений не превышающих значений верхней границы микротрещинообразования тенденция к увеличению прочности сохраняется.

Вид напряженного состояния и уровень бокового обжатия влияют на коэффициент динамического упрочнения, однако в значительно меньшей степени, чем скорость нагружения .

? Критерий прочности.

Для критерия прочности бетона с учетом скорости роста напряжений, вида напряженного состояния (одноосное или двухосное сжатие) и уровня второго главного напряжения была предложена следующая зависимость:

- прочность бетона с учетом вида напряженного состояния, уровня ?2 и скорости нагружения;

- коэффициент динамического упрочнения бетона при

- скорость роста напряжений, MПа/с);

на изменение коэффициента динамического упрочнения бетона;

на изменение прочности бетона при статическом нагружении (определена на основании аппроксимации экспериментальных данных с использованием средств MS Exell);

- прочность бетона при одноосном сжатии при статическом нагружении (призменная прочность).

Предложенный критерий прочности учитывает экспериментальные данные, согласно которым при двухосном сжатии, разрушение происходит в условиях повышения прочности, при условии, что значение ни одно из главных нормальных напряжений не превышает верхней границы микротрещинообразования.

загрузка...