Влияние динамического нагружения на прочностные и деформативные свойства бетона при одноосных и двухосных напряженных состояниях тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

На правах рукописи

Цветков Константин Александрович

ВЛИЯНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ НА ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАТИВНЫЕ СВОЙСТВА БЕТОНА ПРИ ОДНООСНЫХ И ДВУХОСНЫХ НАПРЯЖЕННЫХ СОСТОЯНИЯХ

Специальность 01 02.04 - Механика деформируемого твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007

003161220

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Малашкин Юрий Николаевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Савостьянов Вадим Николаевич; кандидат технических наук, старший научный сотрудник Пятикрестовский Константин Пантелеевич

Ведущая организация — Федеральное государственное унитарное предприятие «Атомэнергопроект»

Защита состоится «06» ноября 2007г в 15-30 на заседании диссертационного совета Д 212.138 12 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу 115114, Москва, Шлюзовая наб, д 4, ауд 608

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГСУ

Автореферат разослан « С?3 » 5) 2007г.

Ученый секретарь диссертационного совета

АНОХИН НН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ • Актуальность темы.

Для совершенствования расчетов строительных конструкций на особое сочетание нагрузок, а также при выполнении поверочных расчетов для оценки последствий аварийного динамического воздействия на конструкции, необходимо иметь достоверные сведения о прочностных и деформативных характеристиках конструкционных материалов.

Установлено, что для материалов с неоднородной структурой, к которым относится в первую очередь бетон, прочностные и деформативные характеристики зависят от вида напряженного состояния и скорости приложения нагрузки

При этом можно отметить, что поведение бетона при динамическом нагружении как в условиях одноосных, так и сложных напряженных состояний остается мало изученным Несмотря на то, что данная проблема в разное время рассматривалась в работах многих исследователей, до сих пор до конца не решенным остается целый ряд вопросов- описание диаграммы деформирования бетона с учетом влияния скорости нагружения, нет единого мнения о влиянии скорости нагружения на коэффициент поперечных деформаций и предельные деформации и др

Следует отметить, что исследования бетона при динамическом воздействии в большинстве случаев проводились при одноосном сжатии О поведении бетона при динамическом нагружении в условиях напряженных состояний отличных от одноосного сжатия имеются ограниченные и противоречивые сведения

Кроме того, данные о влиянии динамического нагружения на свойства бетона относятся, в основном, к прочностным характеристикам Объем исследований, касающихся изучения деформативных свойств ограничен, что вызвано известными сложностями экспериментального определения деформаций при быстропротекающих процессах.

^ \ V-»

и

Таким образом, для оценки влияния скорости нагружения и вида напряженного состояния на прочностные и деформативные характеристики бетона представлялось необходимым осуществить проведение

экспериментально-теоретических исследований, которые позволили бы развить существующие представления о поведении бетона при динамическом нагружении в условиях различных напряженных состояний

• Цель диссертационной работы.

На основании результатов экспериментальных исследований выявить основные закономерности влияния динамического нагружения на свойства бетона в условиях различных напряженных состояний одноосном сжатии, одноосном растяжении, двухосном сжатии и напряженном состоянии «сжатие-растяжение» Разработать зависимости для критерия прочности и границ микротрещинообразования с учетом скорости нагружения и вида напряженного состояния Записать универсальные для различных скоростей нагружения и вида напряженного состояния зависимости между главными напряжениями и деформациями в объемной постановке На основании решения тестовой задачи оценить практическую значимость использования в расчетах уточненных зависимостей.

• Метод исследования.

Основные результаты работы получены на основании осуществленных автором экспериментальных исследований При обобщении результатов экспериментальных исследований математическими зависимостями за основу был взят аппарат теории пластичности При этом в известные зависимости были внесены корректировки, отражающие особенности поведения бетона под нагрузкой с учетом скорости нагружения и вида напряженного состояния.

• Достоверность результатов.

Достоверность результатов экспериментальных исследований обеспечена глубиной проработки методических вопросов, значительным объемом идентичных экспериментов с получением близких результатов Кроме того, где это было возможно, полученные результаты были сопоставлены с данными

предыдущих исследователей, при этом было отмечено близкое совпадение результатов

• Научная новизна.

1 Разработаны и изготовлены испытательные стенды, позволяющие производить статические и динамические испытания бетона.

2 Предложена методика испытаний и регистрации нагрузок и деформаций при быстропротекающих процессах с использованием авторских установок и современных электронных средств

3 Экспериментальным путем получены прочностные и деформативные характеристики при статическом и динамическом нагружении в условиях одноосного сжатия, одноосного растяжения, двухосного сжатия и напряженного состояния «сжатие-растяжение»

4 Результаты испытаний обобщены в зависимостях для прочности, границ микротрещинообразования и физических уравнениях связи напряжений с деформациями, учитывающих вид напряженного состояния и скорость роста напряжений.

5. Был произведен расчет толстостенной бетонной трубы, загруженной динамически приложенным внутренним и внешним давлением, с использованием уточненных зависимостей

• Практическая ценность.

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

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

3 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 нагрузкой1 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 (2006

400кг) Также, благодаря использованию шарнирной системы, достигается центрирование образца по физической оси пробной нагрузкой

Установки позволяют осуществлять динамическое нагружение в режиме

*

постоянства скорости роста напряжений с?1 При этом напряжения возрастают от нуля до разрушающих значений

Было реализовано динамическое нагружение со следующими

*

характеристиками При одноосном и двухосном сжатии о1 = 470МПа/с-сош1:,

среднее время разрушения т=0,08с; при одноосном растяжении и напряженном

*

состоянии «сжатие-растяжение»- ст1 = 70,1МПа/с, т=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 а2 до некоторого уровня от призменной прочности. После чего, поддерживая постоянной величину стг, образец доводился до разрушения статической или динамической нагрузкой, действующей в направлении О] Таким образом, испытания при двухосном сжатии производились по

траектории сложного нагружения

На каждый уровень <тг 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 стг 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.

Как при статическом, так и при динамическом нагружении вид напряженного состояния существенно влияет на прочность бетона (рис.1) Наиболее заметное увеличение прочности происходит при переходе от одноосного сжатия к двухосному, даже при небольшом значении второго главного напряжения <та 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

а0 а.

1 Ь,у Ь,у Ъ,\,а2 Ь Ь'

а1 ^ а2'

к, =1 + 0 Ь,У

^ 2 =1 + 1,5

0<_2 <0,8, КЬ

О ё°Г

я,

-1,27

* *

10 ¿ст^Ю^МПа/с, (1*10_3^в1<10°ео.д/с) где, И., г - прочность бетона с учетом вида напряженного состояния, уровня

0,У

©2 и скорости нагружения,

к, - коэффициент динамического упрочнения бетона при и,У

*

одноосном сжатии (а - скорость роста напряжений, МПа/с);

- ^ффициент запаса на влияние уровня напряжения а2 на

изменение коэффициента динамического упрочнения бетона;

^ функция, характеризующая влияние уровня напряжения о^ на изменение

прочности бетона при статическом нагружении (определена на основании аппроксимации экспериментальных данных с использованием средств М8 Ехе11),

- 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.

1 - нижняя граница микротрещинообразования (статика), 2- то же (динамика, а =470МПа/с), 3 - верхняя граница микротрещинообразования (статика), 4- то же (динамика, сг =470МПа/с), 5- предел прочности (статика), 6 - то же (динамика, о =470МПа/с)

Рис 1 Влияние вида напряженного состояния, уровня напряжения аг и скорости нагружения на границы микротрещинообразования и прочность бетона при одноосном и двухосном сжатии

• Оценка границ микротрещинообразования.

Как известно, помимо прочности поведение бетона под нагрузкой принято характеризовать параметрическими точками - нижней и верхней границами микротрещинообразования Верхнюю границу

микротрещинообразования КрГС иногда рекомендуют принимать за

предельное состояние бетона Нижняя граница микротрещинообразования К.[?гс определяет максимальное напряжение, соответствующее условно упругой работе бетона При оценке результатов воздействия аварийной динамической нагрузки Яргс можно принимать за максимальное динамически приложенное

напряжение, последствие действия которого после разгрузки не оказывает влияние на прочностные и деформативные характеристики бетона конструкции при дальнейшей работе на основное сочетание нагрузок

Параметрические точки не только определяют этапы микротрещинообразования, но также позволяют произвести разделение диаграммы деформирования бетона на участки, соответствующие этапам деформирования с преобладанием тех или иных компонентов деформаций (упругие, пластические 1-го и 2-го вида, псевдопластические) в составе полной деформации бетона При анализе влияния скорости нагружения на модуль продольных деформаций такое представление диаграммы имеет особое значение Можно сделать предположение, которое находит экспериментальное и теоретическое подтверждение, что модуль деформаций наиболее чувствителен к скорости нагружения на этапе деформирования с преобладанием пластических деформаций

Границы микротрещинообразования бетона были определены на основании анализа диаграмм «aj-ei», «01-82», значений дифференциального коэффициента поперечных деформаций 1), по графикам изменения объемных деформаций Q.

В экспериментах было зафиксировано, что с увеличением скорости нагружения нижняя граница микротрещинообразования повышается несколько

n R° d

более существенно, чем призменная прочность, тек0 = > кь v При

CrCjV R '

ere

этом вид напряженного состояния и уровень напряжения а2 не влияют на изменение коэффициента k®rc у.

В то же время было зафиксировано, что изменение верхней границы микротрещинообразования при динамике по сравнению со статикой при

Rv

одноосном сжатии соответствует повышению прочности kv = crc' = кь,у

При этом kprc v повышается с увеличением уровня напряжения а2(рис 1).

Выражение для Rcrc,v с учетом вида напряженного состояния, уровня напряжения а2 и скорости роста напряжений запишем следующим образом

Rc°rc,v =kb;vRb^rc,v^°rc+0'6™-(^)2 ) (2)

Kb Kb

где k^ у - коэффициент динамического упрочнения; rO

Л" = - относительный уровень нижнеи границы b

микротрещинообразования при одноосном сжатии при статическом нагружении По данным многочисленных экспериментов г||?гс=0,4-0,5, к® - коэффициент, учитывающий влияние скорости роста напряжений на

crcj v

изменение относительного уровня нижней границы микротрещинообразования Может быть получен по результатам одноосных испытаний при различных скоростях нагружения, либо принят за единицу (при этом занижение значений

R-crc,vHe превысит 10%),

Rb~ призменная прочность бетона, относительный уровень напряжения о2

Rb

Выражение для Rgrc у с учетом вида напряженного состояния, уровня напряжения о2 и скорости роста напряжений запишем следующим образом

Rcrc,v = kb,vKcrc, vFcrc, o2Rb' где k^ ^ — коэффициент динамического упрочнения,

- функция, учитывающая влияние уровня напряжения Ог на изменение

сгс, v

верхней границы микротрещинообразования при повышении скорости роста напряжений

КЬ

а2

Ь)

, где А, В - коэффициенты, назначаемые в

зависимости от скорости роста напряжений (Определены для всего диапазона повышенных скоростей на основании специального расчета по результатам настоящего экспериментально-теоретического исследования) ру _ - функция, учитывающая влияние уровня напряжения 03 на изменение

СГС) и/

верхней границы микротрещинообразования при статическом нагружении. Коэффициенты в (2), (3) определены по результатам аппрокимации результатов экспериментальных данных с использованием программы МБ Ехе11 при величине достоверности аппроксимации 0,95,

\2

°2

„о = 0,85 + 0,95—— - 0,95 сгс,а2 ' ^

Ь

с2

КЬ

, Яь—призменная прочность бетона

• Результаты экспериментальной оценки влияния вида напряженного состояния и скорости нагружения на деформативные свойства бетона.

В работе показано, что как при статическом, так и при динамическом нагружении вид напряженного состояния и уровень напряжения о2 не влияют на начальный модуль продольной деформации Диаграммы деформирования для различных ©г^ь совпадают до определенного уровня О], зависящего от агЛ^ь Затем кривые расходятся, но при этом стремятся сохранить параллельность между собой характерных участков диаграммы (для данной скорости роста напряжений). В то же время, с увеличением уровня о2 изменяется протяженность этих участков и величины напряжений и деформаций, соответствующие их границам, которые определяются значениями нижней и верхней границей микротрещинообразования

Кроме того, с увеличением ог/Иь отмечено повышение предельных продольных деформаций Так, например, увеличение предельной деформации

при ст2=0,611ь по сравнению с одноосным сжатием доходит до 60%

Основной особенностью динамической диаграммы деформирования по сравнению со статической является увеличение продолжительности начального прямолинейного участка, что свидетельствует о расширении диапазона квазиупругой работы бетона Кроме того, наблюдается в целом спрямление динамической диаграммы Такое изменение вида диаграммы свидетельствует об изменении по мере увеличения скорости нагружения соотношения между компонентами полной деформации: упругой, пластической и псевдопластической Возрастает доля упругих деформаций в ущерб развитию пластических

Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что скорость нагружения не влияет на начальный модуль продольной деформации В то время как, в интервале между границами микротрещинообразования влияние скорости нагружения на дифференциальный модуль деформации существенно Отношение Е^/Е может достигать 1,5 и более За верхней границей микротрещинообразования значения дифференциального модуля деформации при динамике стремятся сравняться со значениями, полученными при статике

При сравнении V и на этапах нагружения, соответсвующих одинаковому о^ /Я (величина напряжения, отнесенная к прочности для данной

скорости нагружения) они оказываются практически одинаковыми Иными словами, соотношение поперечных и продольных деформаций для схожих этапов деформирования и разрушения, не зависят от скорости нагружения

Известно, что при сложном нагружении в условиях двухосного сжатия развитие деформаций в направлении действия с?2 и в свободном направлении происходит с разными коэффициентами поперечных деформаций (Уз^гО, а величины предельных поперечных деформаций в свободном направлении больше, чем в направлении действия 02 (ез<и> 82,и)

В целом, качественно повторяя картину деформирования при статике, процесс развития поперечных деформаций при динамическом нагружении

Рис 2 Аппроксимация результатов экспериментальных исследований выражением (4) для статического и динамического нагружения при разных уровнях напряжения о2 (диаграмма «сге1»)

Рис 3 Аппроксимация результатов экспериментальных исследований выражением (5) для статического и динамического нагружения при разных уровнях напряжения <з% (диаграммы «аг£2» и «о^-ез»)

двухосным сжатием характеризуется меньшим различием в величинах коэффициентов у21 и у3] и предельных поперечных деформаций Проявление при динамическом воздействии данной особенности соответствует представлениям о том, что при высоких скоростях не реализуется в полной мере перераспределение усилий в процессе нагружения, благодаря которому при статике поперечные деформации более интенсивно развиваются в свободном направлении При силовом воздействии с высокой скоростью, процесс деформирования протекает с меньшей полнотой учета существующего поля напряжений, чем при статическом нагружении, и происходит выравнивание поперечных деформаций.

Экспериментальные исследования позволили назвать величины, независящие от скорости нагружения предельную продольную деформацию, деформацию, соответствующую верхней границе микротрещинообразования, и суммарные объемные деформации При этом следует понимать, что на образование одинакового объема микроразрушений с увеличением скорости нагружения требуется прикладывать большие напряжения В то время как объем этих микроразрушений, соответствующих одинаковым этапам деформирования и потери прочности, не зависит от скорости нагружения.

• Обобщение результатов экспериментальных данных в зависимостях между деформациями и напряжениями.

Объем, проведенных экспериментальных исследований, позволил записать зависимость между главными напряжениями и деформациями, учитывающую вид напряженного состояния (одноосное или двухосное сжатие), уровень напряжения <т2 и скорость нагружения.

£1 = 1,У

" 81,0 + 1^'При0<СГ1< Ксгс,У

"ЧО + 01 "в;"'' 'пРи^сгс,У -а1 <К-сгс,у (4)

о 0 тс V _ оУ

е .., сгс,у , сгс,у ст1 сгс,у ру <„ <|>(у2

О "

16

e]jV - относительная деформация в направлении действия напряжения ег, для

данного уровня напряжения о2 и скорости нагружения, е о д. * 10"5,

Cj- напряжения от действия нагрузки на втором этапе сложного нагружения

двухосным сжатием (либо напряжения при одноосном сжатии), МПа,

£j q- деформация от предварительной статической нагрузки на первом этапе

сложного нагружения двухосным сжатием, е о д *10'5,

^crc,v " нижняя граница микротрещинообразования бетона для данного уровня напряжения ^ и скорости роста напряжения, МПа Вычисляется по (2), Ucrc v - верхняя граница микротрещинообразования бетона для данного уровня напряжения и скорости роста напряжения, МПа Вычисляется по (3),

R^ у -прочность бетона для данного уровня напряжения с^ и скорости роста напряжений, МПа Вычисляется по (1),

Ео - начальный модуль продольной деформации бетона (не зависит от скорости

нагружения), МПа,

*

Еу - секущий модуль продольной деформации бетона для данной скорости роста напряжений, вычисленный по значениям напряжений и деформаций, соответствующих нижней и верхней границам микротрещинообразования,

МПа,

**

Е - дифференциальный модуль продольной деформации на участке

диаграммы Rcrc,v - - R-j^, > МПа (не зависит от скорости нагружения)

*

Ev =yvEo , Yv ~ коэффициент характеризующий влияние скорости нагружения

на модуль деформаций (в работе аналитически определен для всего диапазона

статических и повышенных скоростей).

** о, **

Е =0,15Ео*(^-) , n=-4,5 Е - не зависит от скорости нагружения к

Ветви диаграмм поперечных деформаций были аппроксимированы

следующими выражениями

е2)у = 82!0-°2"1е1~у <5>

__ 3-1 ~ е3,у ~~ 83,0 " 81,У

где е2;У 5 Ез;У - относительная поперечная деформация для данного уровня

напряжения о2и скорости роста напряжений, е.о.д *10"5,

Е2 0'Е3 0" ДеФ°РмаЧия от предварительной статической нагрузки на первом этапе сложного нагружения двухосным сжатием, е.о д *10"5;

у - относительная деформация в направлении напряжения ст^ для данного

уровня напряжения 02 и скорости роста напряжений (без учета деформаций на первом этапе нагружения), е о д * 10"5;

V2"1, V3"1 - интегральные коэффициенты поперечной деформации в направлении

2131 а1 ст? *

V , V ~ - функции следующих параметров —^, ,а,.

КЬ

Связь между напряжениями и деформациями можно также представить в виде зависимостей между интенсивностями напряжений о, и интенсивностями деформаций в,

В работах Ю Н.Малашкина показано, что применительно к бетону при статическом нагружении можно говорить о так называемой «единой кривой деформирования», позволяющей диаграмму деформирования бетона при разных видах напряженного состояния (одноосное, двухосное и трехосное сжатие) описывать одной и той же зависимостью между интенсивностями напряжений о, и интенсивностями деформаций е, в форме а, = ЕобоГш£1 При этом Е^мь следует принимать в зависимости от этапов деформирования (их границы определяются положением параметрических точек), но не зависящим от вида напряженного состояния Проведенные исследования показали, что понятие о «единой кривой деформирования» можно расширить и на случай динамического нагружения

Используя понятие о «единой кривой деформирования», можно записать универсальную для различных видов напряженного состояния и скорости нагружения зависимость

о

si =

—ЦприО<а <аи О 1 *

О

,сгс

а? о -а?

1,сгс , 1 1,сгс 0 ^ v /^ч

v

а° av а. -ctv Е0 Еу Е** 1'сгс 1 1

где, е , интенсивность деформаций и соответствующая ей интенсивность напряжений;

а® , cv интенсивности напряжений, соответствующие нижней,

1,сгс 1,сгс 1

верхней границам микротрещинообразования и пределу прочности соответственно, остальные обозначения те же, что и в (4). В четвертой главе по результатам экспериментальных исследований при статическом и динамическом нагружении в условиях одноосного растяжения и напряженном состоянии «сжатие-растяжение» сделаны выводы о влиянии вида напряженного состояния, уровня напряжения с^ и скорости нагружения на

прочность бетона, записан критерий прочности, учитывающий указанные факторы. Также произведена оценка влияния на деформативные свойства бетона (модуль продольной деформации и величину предельных продольных деформаций) скорости нагружения. • Прочность.

Экспериментально установлено, что как при статике, так и при динамике вид напряженного состояния и уровень напряжения c2/Rb оказывают влияние на прочность бетона при напряженных состояниях с наличием растягивающих напряжений (рис 4)

* средние значения прочности (статика,эксперимент ), д средние значения прочности (динамика,эксперимент ),

- по критерию прочности

Рис 4 Влияние вида напряженного состояния, уровня напряжения 02 и скорости нагружения

на границы микротрещинообразования и прочность бетона при одноосном растяжении и напряженном состоянии «сжатие-растяжение»

Вид напряженного состояния и уровень бокового обжатия не оказывают существенного влияния на коэффициент динамического упрочнения, иными словами, изменение прочности бетона в зависимости от скорости роста напряжений при напряженном состоянии «сжатие-растяжение» с разным уровнем о2 происходит пропорционально коэффициенту динамического упрочнения, соответствующему одноосному растяжению

Значения коэффициента динамического упрочнения кь,Л. составили 1,321,39, что свидетельствует о более существенном повышении прочности с ростом скорости нагружения при растяжении по сравнению со сжатием

Критерий прочности при одноосном растяжении и «сжатии-растяжении» записан в форме аналогичной выражению (1) При этом коэффициент динамического упрочнения при одноосном растяжении кьд_у по литературным данным был записан в виде

кЬлу=1,08(а1)0'05 (7).

Аппроксимация функции характеризующей влияние —— на

*Ь

прочность бетона принята в виде ^2=1+0,22—^—-(——)2

КЬ КЪ

• Деформативные характеристики.

При статическом нагружении вид напряженного состояния и уровень а2 не оказывают ощутимого влияния на величину модуля деформации бетона В то же время, с увеличением скорости нагружения значение динамического модуля снижаются с ростом Оз/Иь.

Для динамического нагружения со скоростью 70МПа/с предложены следующая зависимости для начального модуля

Е^Ео^е-0-4^7^ (8)

Коэффициенты в степени е корректируются в зависимости от скорости нагружения.

В экспериментах на одноосное растяжение было получено Ео/Ео=1,21

Предельные деформации только от действия растягивающих усилий 81 и>4 мало зависят от вида напряженного состояния и уровня а2/11ь Так, при 02/Кь=О,15 наблюдается некоторое увеличение величины деформаций е^ (на 10-13% по сравнению с одноосным растяжением), при дальнейшем повышении величины а2 наблюдается тенденция к незначительному снижению деформаций ем,! (при а2/Иь=0,6 £1>1М меньше аналогичных деформаций, вычисленных при одноосном растяжении, на 10%) Такое положение справедливо как для статического, так и динамического нагружения

Полные предельные продольные деформации Е1и увеличиваются с ростом ОгЛ1ь При этом, увеличение £1>и происходит, главным образом, за счет деформаций от действия сжимающей нагрузки на первом этапе нагружения, доля которых в полной предельной деформации по мере роста ог/Яь повышается и при уровне с2/К^=0,6 даже превышает величину деформаций £] иД.

При анализе влияния скорости нагружения на предельные деформации отмечаем, что деформации 8]Л1 и £1>и при динамике оказываются на 10-15% выше аналогичных деформаций при статике

В пятой главе на примере расчета толстостенной бетонной трубы, загруженной внешним и внутренним динамически приложенным давлением, продемонстрированы различия между оценкой прочности и границ микротрещинообразования без учета влияния на их значения вида напряженного состояния и скорости нагружения и оценкой в соответствии с предложенными зависимостями (1), (2) и (3) Также, проанализированы различия в оценке напряженно-деформированного состояния в конструкции по величинам е,, полученным из упругого расчета, и с использованием понятия о «единой кривой деформирования» и ее аппроксимации выражением (6)

Задача решена в нескольких вариантах

1) в упругой постановке,

2) как для бетона без учета влияния вида, напряженного состояния и скорости нагружения,

3) с учетом влияния вида напряженного состояния и без учета скорости нагружения,

4) с учетом влияния вида напряженного состояния, и скорости нагружения

Результаты наглядно демонстрируют существенные отличия в определении положения сечений, соответсвующих пределу прочности и границам микротрещинообразования, а также значений е„ вычисленных для сечений равноудаленных от центра трубы, в зависимости от полноты учета факторов, влияющих на свойства бетона

В заключении приведены общие выводы, полученные в ходе работы Дана оценка научной новизны и практической значимости работы Намечаются перспективы дальнейшего изучения влияния скорости нагружения на прочностные и деформативные свойства бетона

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты работы.

1) На основании анализа литературы намечены основные направления исследования, призванного расширить представления о работе бетона при динамическом нагружении в условиях одноосного сжатия и растяжения, двухосного сжатия и напряженного состояния «сжатие-растяжение»,

2) Совместно с инж И М Безгодовым разработаны установки, позволяющие проводить испытания бетона реального состава при статическом и динамическом воздействии со стабильными характеристиками нагружения при одноосных и двухосных напряженных состояниях Разработанный стенд обладает определенными преимуществами по сравнению с известными решениями.

3) Предложена методика проведения экспериментальных исследований при динамическом нагружении в условиях одноосных и двухосных напряженных состояний Методика включает в себя предложения по конструкции датчика силы и датчиков деформаций, схемам регистрации усилий и деформаций, рациональном подборе дискретности измерений, указания по использованию современных электронных средств измерений, способов уменьшения помех, а также собственно предложения по осуществлению испытаний бетонных образцов с использованием авторских установок

3) Проведены экспериментальные исследования бетонных образцов при статическом и динамическом нагружении в условиях одноосного сжатия и растяжения, двухосного сжатия и напряженного состояния «сжатие-растяжение» В ходе испытаний регистрировались усилия, продольные и поперечные деформации

4) На основании результатов экспериментальных исследований выявлены особенности влияния скорости роста напряжений и вида напряженного состояния на прочность и деформативные характеристики бетона (вид диаграммы «с-е», модуль деформации, коэффициент поперечных деформаций,

предельные деформации, суммарные объемные деформации), а также на границы микротрещинообразования.

5) Влияние скорости нагружения на деформативные характеристики бетона объяснены с позиций реализации упруго-пластических свойств бетона.

6) Записаны выражения для критерия прочности и границ микротрещинообразования бетона с учетом вида напряженного состояния, уровня напряжения а2 и скорости роста напряжений

7) Записаны физические уравнения связи главных напряжений с главными деформациями, а также их интенсивностей, учитывающие основные особенности поведения бетона под нагрузкой в условиях различных напряженных состояний и скоростях нагружения

8) Решена тестовая задача, позволяющая оценить практическое значение полученных результатов, связанное с более точной оценкой напряженно-деформированного состояния и предельных состояний бетона

Основное содержание диссертации отражено в работах-

1 Малашкин Ю Н, Безгодов И М, Цветков К.А. Методические особенности исследования деформативно-прочностных характеристик бетона при динамическом нагружении в условиях сложных напряженных состояний// Естественные и технические науки. -2007.№1 - С 182-190

2. Цветков К.А. Результаты экспериментальных исследований прочности и микротрещинообразования бетона при динамическом воздействии в условиях одноосного и двухосного сжатия//Техника и технология -2007 №2 - С 57-67

3. Цветков К А Основные результаты экспериментально-теоретических исследований прочностных и деформативных свойств бетона при динамическом нагружении в условиях одноосного и двухосного сжатия//Вестник МГСУ.-2007 №3 -С 109-120.

4 Цветков К.А Влияние динамического нагружения на прочность и деформативные характеристики бетона при одноосном растяжении и напряженном состоянии «сжатие-растяжение»//Естественные и технические науки -2007 №4.- С 294-298

Отпечатано в ООО «Компания Спутник+» ПД № 1-00007 от 25.09 2000 г Подписано в печать 03.10 07. Тираж 100 экз. Уел п.л 1,5 Печать авторефератов (495) 730-47-74, 778-45-60

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ БЕТОНА ПРИ ОДНОКРАТНОМ СТАТИЧЕСКОМ И ДИНАМИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ НАПРЯЖЕННЫХ СОСТОЯНИЙ.

1.1.Современные представления о поведении бетона при статическом нагружении.

1.2. Динамическая прочность и особенности деформирования бетона при динамическом нагружении в условиях одноосных напряженных состояний.

1.3. Особенности деформирования и разрушения бетона в условиях сложных напряженных состояний при статическом и динамическом нагружении.

1.4. Анализ известных решений испытательного оборудования и методик экспериментальных исследований при однократном динамическом нагружении.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

2. ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, СРЕДСТВА И СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ. МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ.

2.1. Испытательные установки.

2.2.Средства и способы измерения усилий и деформаций.

2.3. Методика экспериментальных исследований.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

Рисунки к главе 2.

3. ВЛИЯНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ НА ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАТИВНЫЕ СВОЙСТВА БЕТОНА ПРИ ОДНООСНОМ И

ДВУХОСНОМ СЖАТИИ.

3.1.Оценка влияния вида напряженного состояния и скорости нагружения на прочность бетона при одноосном и двухосном сжатии. Критерий прочности бетона с учетом скорости нагружения и вида напряженного состояния.

3.2.Оценка влияния вида напряженного состояния и скорости нагружения на деформативные свойства бетона при одноосном и двухосном сжатии.

3.3. Оценка особенностей деформирования и структурных изменений бетона при динамическом нагружении с учетом влияния скорости нагружения на процесс микротрещинообразования.

3.4. Обобщение данных экспериментальных исследований в зависимостях между напряжениями и деформациями.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

Рисунки к главе

4. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ НАГРУЖЕНИЯ И ВИДА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ НА ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНА ПРИ ОДНООСНОМ РАСТЯЖЕНИИ И

НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ "СЖАТИЕ-РАСТЯЖЕНИЕ".

4.1.Оценка влияния скорости нагружения и вида напряженного состояния на прочность бетона при одноосном растяжении и напряженном состоянии «сжатиерастяжение».

4.2.Оценка влияния скорости нагружения и вида напряженного состояния на деформативные свойства бетона при одноосном растяжении и напряженном состоянии «сжатие-растяжение».

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

Рисунки к главе 4.

5. ПРИМЕР ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ТОЛСТОСТЕННОЙ БЕТОННОЙ ТРУБЫ, НАХОДЯЩЕЙСЯ

Известно, что в практике эксплуатации строительных конструкций достаточно часто встречаются случаи аварийного действия динамических нагрузок, вызываемых взрывными или ударными воздействиями. Для совершенствования оценки предельных состояний конструкций, рассчитываемых на особое сочетание нагрузок, а также при выполнении поверочных расчетов при анализе влияния аварийного динамического воздействия на конструкции, необходимо обладать достоверными сведениями о прочностных и деформативных характеристиках конструкционных материалов.

Установлено, что для материалов с неоднородной структурой, к которым относится в первую очередь бетон, деформативно-прочностные характеристики зависят от вида напряженного состояния и скорости приложения нагрузки.

При этом следует отметить, что до сих пор остаются мало изученными вопросы поведения бетона при динамическом нагружении как при одноосных, так и сложных напряженных состояниях. Показательным, например, является то обстоятельство, что в отечественной литературе этой проблеме посвящена лишь одна монография, написанная в 1970-е годы Ю.М.Баженовым. И несмотря на то, что указанные вопросы в разное время поднимались также в работах А.А.Гвоздева, Г.В.Беченевой, И.К.Белоброва, А.П.Кириллова, А.Р.Маиляна, В.А.Рахманова, Г.В.Рыкова, Н.И.Попова, Б.С.Расторгуева, А.В.Забегаева и других исследователей, до сих пор до конца не решенным остается целый ряд вопросов: математическое описание динамической диаграммы деформирования бетона, определение зависимостей j модуля продольных деформаций от скорости нагружения, нет единого мнения о влиянии скорости роста напряжений на коэффициент поперечных деформаций и предельные деформации и т.д.

Следует отметить, что упоминаемые исследования касались прежде всего одноосного сжатия. О поведении бетона при динамическом воздействии в условиях сложных напряженных состояний приходится судить главным образом по зарубежным публикациям, которые также носят ограниченный характер и зачастую противоречивы как в отношении прочностных, так и деформативных характеристик.

Кроме того, имеющиеся сведения о поведении бетона при динамическом воздействии относятся, прежде всего, к прочностным характеристикам. Объем исследований, касающийся изучения деформативных характеристик ограничен, что, видимо, следует связывать со сложностями экспериментального исследования деформаций при быстропротекающих процессах.

Таким образом, для оценки влияния скорости нагружения и вида напряженного состояния на прочностные и деформативные характеристики бетона представлялось необходимым осуществить проведение комплексных исследований, включающих в себя экспериментальную и теоретическую часть, которые позволили бы уточнить существующие представления о поведении бетона при динамическом нагружении в условиях различных напряженных состояний.

• Цель диссертационной работы.

На основании результатов экспериментальных исследований уточнить основные закономерности влияния динамического нагружения на свойства бетона при динамическом нагружении в условиях одноосных и двухосных напряженных состояний: одноосного сжатия и растяжения, двухосного сжатия и напряженного состояния «сжатие-растяжение». Разработать зависимости для критерия прочности и границ микротрещинообразования с учетом скорости нагружения и вида напряженного состояния. Записать универсальные для различных скоростей нагружения и вида напряженного состояния зависимости между главными напряжениями и деформациями в объемной постановке. На основании решения тестовой задачи оценить практическую значимость использования в расчетах уточненных зависимостей.

• Метод исследования.

Основные результаты работы получены на основании осуществленных автором экспериментальных исследований. Для обеспечения возможности проведения намеченной программы экспериментальных исследований автором совместно с инж. И.М.Безгодовым были специально спроектированы и изготовлены испытательные стенды, позволяющие осуществлять статическое и динамическое нагружение бетона. Особенностью экспериментальных исследований было сопоставление результатов статических и динамических испытаний идентичных образцов, производимых на одной и той же установке, для одного и того же напряженного состояния.

При обобщении результатов экспериментальных исследований математическими зависимостями за основу был взят аппарат теории пластичности. При этом в известные зависимости были внесены корректировки, отражающие особенности поведения бетона под нагрузкой с учетом скорости роста нагружения и вида напряженного состояния.

• Достоверность результатов.

Теоретические результаты были получены на основании собственных экспериментальных исследований. Достоверность результатов экспериментальных исследований обеспечена глубиной проработки методических вопросов, значительным объемом идентичных экспериментов с получением близких результатов. Кроме того, где это было возможно, полученные результаты были сопоставлены с данными предыдущих исследователей, при этом было отмечено близкое совпадение результатов.

• Автор защищает.

1. Конструкцию испытательных стендов для проведения динамических и статических испытаний в условиях различных напряженных состояний.

2. Методику испытаний и регистрации нагрузок и деформаций при статическом и динамическом нагружении в условиях различных напряженных состояний;

3. Результаты экспериментальных исследований поведения бетона в условиях одноосного сжатия, растяжения, двухосного сжатия, напряженного состояния «сжатие-растяжение» при статическом и динамическом нагружении, в том числе результаты определения прочностных и деформативных характеристик бетона.

4. Обобщение результатов экспериментальных исследований в зависимостях прочности, границ микротрещинообразования бетона от вида напряженного состояния, уровней главных напряжений и скорости нагружения, а также зависимостях между главными напряжениями и главными деформациями и их интенсивностями.

5. Результаты решения тестовой задачи по расчету толстостенной бетонной трубы, находящейся под действием динамически приложенной нагрузки, для иллюстрации возможности применения и практической значимости полученных зависимостей.

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

• Публикации.

Результаты работы были опубликованы в 4-х статьях.

• Объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, включающего 112 наименований. Работа состоит из 2 62 страниц машинописного текста, содержит 56 рисунков и 64 таблицы.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.

1. В ходе решения тестовой задачи по оценке напряженно-деформированного состояния, возникающего в сечениях толстостенной бетонной трубы, загруженной внутренним и внешним динамически приложенным давлением, были использованы ранее полученные в настоящей работе зависимости.

2. Расчет показывает существенное отличие в определении зон, соответствующих различным этапам поведения бетона под нагрузкой, а также значений прочности, в случае, если не учитывать влияние вида напряженного состояния и скорости нагружения и с учетом фактических свойств бетона. Оценка напряженно-деформированного состояния в сечениях трубы по значениям интенсивностей напряжений и деформаций также показывает существенное отличие решения с учетом фактических свойств бетона по сравнению с упругим решением.

3. Полученные результаты могут быть использованы при расчете конструкции по предельным состояниям, поверочных расчетах конструкций после воздействия аварийной динамической нагрузки, а также определении потерь преднапряжения в арматуре.

X аг/И хч сгс сгс Я Ог<К°сгс аг<к\гс аг<11 сгс, 0 сгс, V И Е ^ м МП а МП а МПа МПа МПа МПа МПа МПа МПа МПа е.о.д. х10~5

6 -16,0 -10,0 14,0 0,45 -8,16 -17,35 -20,41 не верно ел ) верно 9,2 15,1 17,7 14182 65, 6

5,9 -16,1 -9,9 14,1 0,45 -8,16 -17,35 -20,41 не верно Г! П5:;.-;-, верно 9,2 15,1 17,7 14182 66,3

5,8 -16,2 -9,8 14,1 0,44 -8,16 -17,35 -20,41 не верно верно 9,1 15,1 17,7 14182 67,0

5,7 -16, 3 -9,7 14,2 0, 44 -8,16 -17,35 -20,41 не верно верно 9,0 15,1 17, 7 14182 67,8

5,6 -16,4 -9,6 14, 3 0, 43 -8,16 -17,35 -20,41 не верно верно 8,9 15,1 17,7 14182 68, 7

5,5 -16, 6 -9,4 14, 4 0, 43 -8,16 -17,35 -20,41 не верно верно 8,9 15, 0 17,7 14182 69, 6

5,4 -16,7 -9,3 14, 5 0, 42 -8,16 -17,35 -20,41 не верно верно верно 8,8 15, 0 17, 7 14182 70, 6

5, 3 -16,8 -9,2 14, 6 0,42 -8,16 -17,35 -20,41 не верно верно 8,7 15, 0 17,7 14182 71,7

5,2 -17, 0 -9,0 14,7 0,41 -8,16 -17,35 -20,41 не верно - , р. верно 8, 6 15, 0 17,7 14182 72, 9

5,1 -17,2 -8,8 14, 9 0, 40 -8,16 -17,35 -20,41 не верно верно верно 8,5 15,0 17,7 14182 74,1

5 -17, 3 -8,7 15, 0 0,39 -8,16 -17,35 -20,41 не верно '.'■¿Г .-'■ 8,4 15,0 17,7 14182 75, 4

5 1 т к. 1 . л? ^ <3 ""=20, 41 Иг г,

4,8 -17, 7 -8,3 15, 3 0, 38 -8,16 -17,35 не верно не верно ве 8,2 15, 0 17, 8 8460 79, 9

4,7 -17, 9 -8,1 15, 5 0,37 -8,16 -17,35 -20,41 не верно не вер. эе 8,1 15,0 17,8 8055 82,7

4,6 -18,1 -7, 9 15, 7 0, 36 -8,16 -17,35 -20,41 не верно не вер: ■ ре ¡111111 8,0 15, 0 17, 8 7641 86,0

4,5 -18, 3 -7,7 15, 9 0, 35 -8,16 -17,35 -20,41 не верно не верно 7,9 15,1 17, 9 7221 90,0

4,4 -18, 6 -7,4 16,2 0, 34 -8,16 -17,35 -20,41 не верно не верно Ш6 7,8 15,1 17, 9 6795 94,7

4,3 -18, 8 -7,2 16, 5 0, 33 -8,16 -17,35 -20,41 не верно не верно ¡ре 7,7 15,1 17, 9 6367 100, 3

4,2 -19, 1 -6, 9 16, 8 0, 31 -8,16 -17,35 -20,41 не верно не верно о эно 7,6 15,1 18,0 5938 107,1

4,1 -19, 4 -6, 6 17,1 0, 30 -8, 16 -17,35 -20,41 не верно не вер. иг- 7,5 15,2 18,0 5512 115,2

4 -19, 8 -6, 3 17, 5 0,28 -8, 16 -17,35 -20,41 не верно не верно эно 7,4 15,2 18,1 5089 125,2

1 ■ -1 /Ц 35 - 2 , '- - Н-* -'<-4 не верно - эно 7,3* - •■ , - ■ .

3,8 -20, 5 -5, 5 18,4 0,25 -8,16 -17,35 -20,41 не верно не верно разрушен 7,2 15,4 18,3 4271 152, 6

3,7 -20, 9 -5,1 18, 9 0,23 -8,16 -17,35 -20,41 не верно не верно разрушен 7,1 15,4 18,4 3880 171,3

3, 6 -21, 3 -4,7 19, 4 0,21 -8,16 -17,35 -20,41 не верно не верно разрушен 1,1 15,5 18,5 3505 194,7

3, 5 -21, 8 -4,2 20,1 0, 19 -8,16 -17,35 -20,41 не верно не верно разрушен 7,1 15, 7 18, 7 3149 224,0

3,4 -22, 3 -3,7 20,8 0,17 -8,16 -17,35 -20,41 не верно не верно разрушен 7,1 15,8 18,8 2813 261,0

3,3 -22, 9 -3,1 21, 5 0,14 -8,16 -17,35 -20,41 не верно не верно разрушен 7 ,1 16,0 19,1 2501 307, 8

3,2 -23, 5 -2,5 22, 4 0,11 -8,16 -17,35 -20,41 не верно не верно разрушен 1,3 16,3 19,3 2212 367,1

3,1 -24,2 -1,8 23, 4 0, 08 -8,16 -17,35 -20,41 не верно не верно разрушен 7,4 16,5 19,6 1948 442,5

3 -25, 0 -1,0 24, 5 0,05 -8,16 -17,35 -20,41 не верно не верно разрушен 1,1 16,9 19,9 1109 538,5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании обзора и анализа проведенных ранее экспериментально-теоретических исследований были намечены направления исследования и определена цель диссертационной работы: оценить влияние динамического нагружения на прочностные и деформативные свойства бетона при одноосных и двухосных напряженных состояниях.

В ходе выполнения настоящей работы были последовательно решены следующие задачи:

1. Разработаны и выполнены в натуре испытательные стенды, позволяющие выполнять экспериментальные исследования, соответствующие программе испытаний;

2. Предложена и отработана методика проведения испытаний, регистрации усилий и деформаций при осуществлении статического и динамического нагружения в условиях различных напряженных состояний;

3. Проведены статические и динамические экспериментальные исследования бетона при одноосном и двухосном напряженных состояниях;

4. Произведено обобщение результатов экспериментальных исследований в зависимостях прочности, границ микротрещинообразования бетона от вида напряженного состояния, уровней главных напряжений и скорости нагржения, а также зависимостях между главными напряжениями и главными деформациями и их интенсивностями.

5. На основании решения тестовой задачи по расчету толстостенной бетонной трубы, находящейся под действием динамически приложенной нагрузки, была продемонстрирована возможность применения разработанных зависимостей для расчета конструкций и оценки напряжденно-деформированного состочния в конструкции.

• Научная новизна.

1. Разработаны и изготовлены испытательные стенды, позволяющие производить статические и динамические испытания бетона при одноосном и двухосном напряженном состояниях;

2. Отработана методика испытаний и регистрации нагрузок и деформаций при быстропротекающих процессах с использованием авторских установок и современных электронных средств.

3. Экспериментальным путем получены прочностные и деформативные характеристики при статическом и динамическом нагружении в условиях одноосного сжатия, растяжения, двухосного сжатия и напряженного состояния «сжатие-растяжение».

4. Результаты испытаний обобщены в зависимостях для прочности, границ микротрещинообразованиях и физических уравнениях связи напряжений с деформациями, учитывающих вид напряженного состояния и скорость роста напряжений.

5. Был произведен расчет толстостенного цилиндра, загруженного динамически приложенным внутренним и внешним давлением, с использованием уточненных зависимостей.

•Практическая ценность.

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

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

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

Задача, связанная с изучением особенностей влияния на прочностные и деформативные свойства бетона динамического нагружения и вида напряженного состояния является обширной. Настоящая работа, по сути, является одной из первых попыток решить эту задачу применительно к сложным напряженным состояниям. Не претендуя на законченность в решении данной задачи, она может послужить основой для дальнейшего изучения поведения бетона при динамическом воздействии в условиях различных напряженных состояний.

1. В. Влияние скорости нагружения на прочность и деформации образцов из керамзитобетона//Известия ВУЗов. Строительство и архитектура.-1963.№2.-С.39-43.

2. Амбриашвили Ю.К., Кириллов А.П., Спиркин В.Я., Терентьева В.Н. Особенности работы материалов конструкций железобетонных корпусов атомных реакторов в переходных режимах.В кн.: Труды Гидропроекта.- 1975.Вып.41.

3. Ахвердов И.Н., Смольский А.Е., Скочелис В. В. Моделирование напряженного состояния бетона и железобетона.- Минск.: Наука и техника,1973-231с.

4. Баженов Ю.М., Мохов В.Н., Бабков В.В. Количественная характеристика ударной выносливости цементных бетонов//Бетон и железобетон.-2006.№1.-С.2-4.

5. Баженов Ю.М.Бетон при динамическом нагружении.-М.:Стройиздат,1971.-271с.

6. Бакиров P.O., Емышев М.В., Майстренко В.Н. Влияние скорости нагружения на границы микротрещинообразования высокопрочных бетонов//Бетон и железобетон.-1982.№9.-С.32-33.

7. Баландин П. П. К вопросу о гипотезах прочности//Вестник инженеров и техников.-1937.№1.-С.19-24.

8. Безухов Н. И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести.-М.: «Высшая школа»,1968.-512с.

9. Белобров И.К., Щербина В.И.Влияние быстрых загружений на прочность железобетонных балок.В кн. : Влияние скорости нагружения, гибкости и крутящих моментов на прочность железобетонных конструкций.-М.:Стройиздат,1970-С.37-87.

10. Берг О. Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона.-М.:Госстройиздат,1962.-96с.

11. Берг О.Я., Смирнов A.B. Исследования прочности и деформаций бетона при двухосном сжатии. В кн.:Труды института ЦНИИС.-1966.Вып.60.

12. Берг О.Я., Щербаков Е.И., Писанко Г.И. Высокопрочный бетон.-М.:Стройиздат,1971.-196с.

13. Берг О.Я., Щербаков E.H., Хубова Н.Г. О пространственном напряженном состоянии при одноосном сжатии//Известия ВУЗов. Строительство и архитектура.-1972.№2.

14. Бич П.М. Вариант теории прочности бетона//Бетон и железобетон.-1980.№6.-С.28-29.

15. Бич П.М., Яшин A.B. Прочность тяжелого бетона и керамзитобетона при двухосном сжатии. В кн.:Общие вопросы строительства (отечественный опыт).Труды ЦНИИС.-1973.Вып.11.-С.47-51.

16. Бродский В. В. Сопротивление динамическим импульсным воздействиям предварительно напряженных бетонных элементов и железобетонных колонн. Автореф. дисс.канд. физ . -мат. наук. Ростов-Н-Дону,2001-23с.

17. Бунин М.В., Грушко И.М., Ильин А.Г. Структура и механические свойства дорожных цементныхбетонов.-Харьков, Изд-во Университета,1955.-444 с.

18. Буслер Л.Э. Разрушение бетона в условиях двухосного сжатия-растяжения. В кн.: Новые исследования по технологическому расчету и конструированию железобетонных конструкций.-М.: Строийиздат,1980-С.9-15.

19. Варданян Г.С., Андреев В.И., Атаров Н.М., Горшков A.A. Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности.-М.:АСВ.-1995.

20. Веригин К.П. Сопротивление бетона разрушению при одновременном действии осевого растяжения и сжатия//Бетон и железобетон.-1956.№2.-С.64-66.

21. Веригин К.П. Сопротивление бетона разрушению при одноосном и двухосном напряженном состоянии.В кн.: Структура, прочность и деформации бетонов.-М.:Стройиздат.1966-С.234-237.

22. Внуков О.А.,Гроздов В. Т. Особенности деформирования изгибаемых элементов при кратковременном динамическом нагружении//Бетон и железобетон.-1988.№1.-С.23-2 4.

23. Газиев Э.Г., Чернявский В.Л., Кузнецова Т.Н. Прочность хрупких материалов в плоском напряженном состоянии. В кн. : Исследование монолитности и работы бетона массивных сооружений.-М.:МИСИ,1975.-С.213-224.

24. Гвоздев A.A. К вопросу о действии удара на массивные сооружения. Вестник ВИА.194 6.№4 9.

25. Гвоздев A.A., Бич П.М. Прочность бетона при двухосном напряженном состоянии//Бетон и железобетон.-1974.№7.-С.10-11.

26. Гениев Г. А. Метод определения динамических пределов прочности бетона//Бетон и железобетон-1998.№1.-С.18-19.2 9 Гениев Г.А., Киссюк В.Н., Тюпин Г. А. Теория пластичности бетона и железобетона.-М.:Стройиздат,1974.- 316 с.

27. Гонтарук A.A. Упругопластическая модель бетона в динамических расчетах//Строительная механика и расчет сооружений-1991.№6.-С.61-65.

28. Гордон С. С. Структура и свойства тяжелых бетонов на различных заполнителях.-М.:Стройиздат,1969.-152 с.32 ГОСТ 24452-80

29. Десов А.Е. Макроструктурная гипотеза прочностиi<iбетона при сжатии и результаты ее экспериментальной проверки//Бетон ижелезобетон.-1972.№7.

30. Еремин Н.Ф., Цурков И.С., Малашкин Ю.Н., Тябликов Б.В. Безголов И.М. Исследование механических характеристик бетона с учетом его действительной работы в гидросооружениях. Отчет о научно-исследовательской работе.-М.,МИСИ,1978-62с.

31. Жилюкас А.Ю. Критерии разрушения материалов при сложном напряженном состоянии.В кн.: Исследования прочности и динамики конструкций.-Вильнюс, 198 6.-С.82-94 .

32. Зайцев Ю.В. Моделирование деформаций и прочности бетона методами механики разрушения.-М.:Стройиздат,1982.-196 с.

33. Зулпуев A.M. Построение аппроксимирующей зависимости «напряжение-деформация» для бетона//Бетон и железобетон.-2006.№2.-С.9-11.

34. Иш В.Г. О методике испытаний бетона в условиях двухосного напряженного состояния «растяжение-сжатие»^ кн.: Исследование монолитности и работы бетона массивных сооружений.-М.:МИСИ,1975.-С.102-119.

35. Карпенко Н.И., Мухамедиев Т.А.,Петров А.Н. Исходные и трансформированные диаграммы деформирования бетона и арматуры.В кн.:Напряженно-деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций.М.:НИИЖБ,1986.

36. Катаев В. А. Вариант деформационной теории динамического сопротивления бетона//Известия ВУЗов.-1993.№4.-С.7-9.

37. Кириллов А.П. Динамическая прочность бетона. В кн.:Динамическая прочность и долговечность железобетонных конструкций. Сборник научных трудов ВНИИжелезобетона.-М.198 9.-С.52-60.

38. Коробцева О.В. Работа бетона при малоцикловом и однократном динамическом нагружении в условиях сложных напряженных состояний: Дис.канд. техн.наук.Москва, 1991. -221с.

39. Логунова В.А., Руденко В.В., Радионов А.К., Соколов И.Б. Динамическое сопротивление гидротехнического бетона//Гидротехническое строительство.-1984.№6.-С.11-13.

40. Маилян Л.Р.,Беккиев М.Ю. Сопротивление бетона и арматуры силовым воздействиям различных видов.-Ростов-н-Дону,2002.-180с.

41. Макагонов В.А., Цветков C.B. Сложное напряженное состояние бетона при кратковременных динамических нагрузках.В кн. : Обеспечение сейсмостойкости атомных станций.-М.: «Наука»,1987.-С.119-122.

42. Малашкин Ю.Н. Деформирование и разрушение бетона в условиях сложных напряженных состояний : Дис.докт. техн. наук .Москва, 1984.-443с.

43. Малашкин Ю.Н. Некоторые особенности кратковременных и длительных деформаций бетона при одно-, двух- и трехосном сжатии. В кн.:

44. Малашкин Ю.Н., Безгодов И.М. Влияние способа приложения нагрузки на прочность бетона при осевом сжатии.В кн.: Труды координационных совещаний по гидротехнике. Свойства бетона, определяющие его трещиностойкость.-вып.112,1976.-Л.: «Энергия»-С.93-96.

45. Малашкин Ю.Н., Иш В. Г. Бетон в двухосном напряженном состоянии «растяжение-сжатие». В кн. : Исследование монолитности и работы бетонамассивных сооружений.-M.:МИСИ,1975.-С.120-130.

46. Малашкин Ю.Н., Тябликов Б.В. Экспериментальное исследование прочности и деформативности бетона в условиях трехосного неравномерного сжатия. В кн. : Исследование монолитности и работы бетона массивных сооружений.-М.:МИСИ,1975.-С.148-163.

47. Малашкин Ю.H.,Безгодов И.М. Оценка предельных состояний бетона при двухосном сжатии: Материалы конференций и совещаний по гидротехнике: Предельные состояния бетонных и железобетонных конструкций энергетических сооружений.-Л.:Энергоиздат,1982.

48. Матвеева О.В. Влияние влажностного состояния на коэффициент динамического упрочнения бетона//Строительная механика инженерных конструкций и сооружений.-вып.7.1996.-С.61-62.

49. Пак А.П.Исследование прочности бетона при двухосном сжатии//Известия ВНИИГ.-1968.Вып.87.-С.36-45.

50. Перфилов В. А. Трещиностойкость бетонов.-Н.Новгород,2ООО.-24Ос.

51. Полищук В.П., Поветкин C.B. Расчет прочности железобетонных конструкций при сложныхсопротивлениях.-Курск,199б-145с.

52. Поляков C.B., Потапова Т.В. Прочность плотного силикатного бетона автоклавного твердения при однократном центральном сжатии. В кн.: Сейсмостойкость крупнопанельных и каменных зданий.-М.:Стройиздат.1967.-С.211.

53. Попов H.H., Расторгуев Б.С.,Забегаев A.B. Расчет конструкций на динамические специальные нагрузки.-М.: «Высшая школа»,1992.-319с.

54. Радионов А.К. Прочность гидротехнического бетона при динамических воздействиях. В кн. : Предельные состояния бетонных и железобетонных конструкций энергетических сооружений.-С-Пб.: Атомэнергоиздат,1993-С.143-146.

55. Рахманов В. А., Розовский E.JI. Влияние динамического воздействия на прочностные и деформативные свойства тяжелого бетона//Бетон и железобетон.-1987.№7.-С.19-2 0.

56. Рекомендации по определению прочностных и деформативных характеристик бетона при неодноосных напряженных состояниях.-М.:НИИЖБ,1985.-72с.

57. Рыков Г.В.,Свиридов Н.В.,Обледов В.П.,Майоров Е.Ю. Механические характеристики особопрочных цементных бетонов при кратковременных динамических нагрузках//Строительная механика и расчет сооружений.-1991.№3.-С.45-51.

58. Ставров Г.Н. Определение коэффициента поперечных деформаций бетона при динамическом и статическом нагружении//Бетон и железобетон.1989.№7.-С.30-31.

59. Ставров Г.H., Катаев В.А. О механизме деформирования и упрочнения бетона при одноосном динамическом нагружении//Известия ВУЗов. Строительство и архитектура.-1990.№11.-С.З-б.

60. Ставров Г.Н., Катаев В.А.Предельные деформации бетона при одноосном динамическом нагружении//Бетон и железобетон.-1993.№3.-С.13-14.

61. Тамразян А.Г. К влиянию свободной воды на динамическое поведение бетона//Бетон и железобетон.-2002.№3.-С.8-10.

62. Требования к бетонам по основным зарубежнымнормативам. Сырых Р .JI. //Обзорная информация.-М.:ВНИИНТПИ,1992-27с.

63. Филоненко-Бородич М.М. Механические теории прочности.-М.:Издательство МГУ,1961.-92 с.

64. Шаблинский Г.Э., Коробцева О.В., Безгодов И.М. Динамическое упрочнение бетона при однократном нагружении в условиях одноосного и двухосного сжатия//Сейсмостойкое строительство. Обзорная информация.-1991.№3.-С.2-5.

65. Школьник И.Э., Долгополов H.H. Материаловедческая основа диагностики качества строительных материалов//Строительные материалы.-1987.№11.-С.27-29.

66. Школьник И.Э., Ягунд Г.К., Рыков Г.В. Диагностика динамического характеристик бетонов по результатам статических испытаний и неразрушающего контроля//Бетон и железобетон.-1992. №2.

67. Яшин A.B. Критерии прочности и деформирования бетона при простом нагружении для различных видов напряженного состояния. В кн.: Расчет и конструирование железобетонных конструкций:

68. Труды НИИЖБ.-1977.Вып.39.-С.48-57.

69. Яшин А. В. Прочность и деформации бетона при различных скоростях загружения.В кн. : Воздействие статических, динамических и многократно повторяющихся нагрузок на бетон и элементы железобетонных конструкций.-М.:Стройиздат,1972-С.23-39.

70. Bresler В., Pister K.S. Strength of concrete under combined stresses//Journal of the ACI.-1959.№3.v.30.-P.321-345.

71. Fumagalli E. The strength characteristics of concrete under Conditions of multiaxial compression//Cement and Concrete itsonation.-London.1968.№128.

72. Glomb I. The Utilisation of the Biaxial strength of Concrete in Concrete in the Design of Plates and Shells. (Die Ausnutsbarkeit

73. Zweiachsiger Festigkeit des Betons in Flachentraguerken).-Session I.№1.Ilird.Congress of Prestressed Concret.Berlin.1959.

74. Gran G.K. Dynamic concrete testing, instrumentation development, soil-structure interface characterization and airblast simulation analyses to support hard silo development.-DNA-TR-85-264.SRI Int. Menlo Park.Galif.-1985.

75. Hatano T., Tsutsumi H. Dinamical compressive deformation and Failure of concrete under. Earthguake Load. Reptints I WCEE, july,15,Tokio, july,1,Kyoto,1960.

76. Hegemier G.A., Read H.E. On deformation and failure of brittle solids: Some outstending issues// Mechanics of Materials.-1985.№4.-P.215-259.

77. Krzyztofial M. Strength and deformability of concrete under Simula compression and tension are.-Inzynierie Ladowes.T.XVI.-1970.№1.P.21-39.

78. Kupfer H.,Hilsdorf H.,Rusch H. Behaviour of Concrete under Biaxial Stresses//ACI Journal.-1969.V.66.№8.-P.656-666.

79. Langan D.,Garas F.K. The Failure of Concrete under the combined Aktion of High Shearing Forces and Beaxial Restraint//Memoria presentata al Colloguio RILLEM, Cannes.1972.-P.1061-1088.

80. Lundeen R.L. Dynamic and static tests of plain concrete specimens.-U.S . Army Corps of Engrs.

81. Waterways Experiment Station.-1964.Rep.11.107 0.Buyuzozturk, A.H.Nilson, F.O.Slate. StressStrain Response and Fracture of a Model of Concrete in Biaxial Loading.-ICI Journal,1971,Proceedings,v.68,№8.-pp 590-599.

82. Schroder H.,Opitz. Festigkeit und Verformunseigenschschsften des des Betons bei zweiachsiger Druckbeanspruchung.-Bauplanung-Bautechnik. 1968 . 221g. Heft 4.-S.190-194 .

83. Sidney Midnes and John Nadean. Effect of loading rate of the fiexural strength of cement and mortar//The American Ceramic Soc.-1997.№56.-P.429-430.

84. Smith G.M. Failure of concrete under combined tensile and compressive stress//Journal of the ACI.-1953.v.25.№2.-P.137-14 0.

85. Stegbauer A.,Lins A. Das Verhalten von Leichbeton,Gasbeton,Zementstein und Gips unter zweiachsiger Beanspruchung.-Bericht aus dem Institut fur Massikbau.Universität München.-1972.

86. Taylor M.A. General Behaviour Theory for Cement Pastess, Mortars and Concretes//ACI Jornal.-1971.№10.-pp.756-762.