56 нические характеристики бетона, реализуемые в образцах, полностью отождествляются с конструкционными, реализуемыми в железобетонных конструкциях. Вместе с тем в подавляющем большинстве железобетонных конструкций различного назначения бетон работает в условиях неравномерного распределения деформаций и напряжений. Это происходит в силу неоднородности структуры материала, поле его деформаций при сжатии и растяжении сложно и неоднородно даже при небольших нагрузках. Неоднородность эта существенно возрастает с развитием микротрещин и, особенно, с приближением к стадии исчерпания несущей способности [158]. Экспериментально установлено [283, 284], что ряд характеристик деформирования бетона при сжатии с градиентом напряжений существенно отличаются от соответствующих характеристик при однородном сжатии. Вместе с тем, имеется полная аналогия между этими характеристиками при объемном и неоднородном сжатии. При неоднородном деформировании прочность бетона не исчерпывается с достижением максимальных напряжений. Если внешнее воздействие происходит с постоянной скоростью деформирования, появляется ниспадающая ветвь диаграммы, на протяжении которой деформации возрастают, а напряжения постепенно убывают (рис. 1.15). Механические свойства железобетона зависят от свойств отдельных компонентов. Экспериментальные исследования показывают [206], что значения предельных деформаций железобетона при разрушении заметно зависят от прочности арматуры, процента армирования, от уровня распределения остаточных напряжений и в меньшей степени от прочности бетона. Применение более высокопрочной арматуры способствует удлинению и более пологому характеру нисходящей ветви диаграммы. При этом максимуму сопротивления при армировании сечения высокопрочной ар7 7^ 1 / Т 7 2 х3 ^4 7 Z 7 т О SO 100 150 200 250 300 Рис. 1.15. Диаграммы деформирования бетона и их основные характеристики (отношения максимальных значений напряжений к кубшсовой прочности Rb и максимальные деформации sRb'): 1 ~ наД трещиной; 2 на участке между трещинахш; 3 на участке без трещин; 4 при однородном сжатии |
плоского напряженного состояния. Нелинейное поведение кладки, по мнению авторов этих работ, обусловливается, с одной стороны, нелинейными деформационными характеристиками растворного шва, а с другой прогрессирующим разрушением швов с последующим перераспределением усилий в них. Расчеты проводились с учетом разрушения растворных швов. Окончательное разрушение, которое происходит после значительного разрушения или проскальзывания в швах, при этом не определялось. Для уточнения оценки предельной нагрузки требовалось включить в предложенную модель критерий разрушения кирпича. Авторы рассматриваемых работ считали, что такого критерия пока нет и трудность его разработки связана со сложностью моделирования трехосного напряженного состояния, вызываемого взаимодействием кирпича и раствора и местными эффектами. 1.5.2. Бетон и железобетон Фундаменты современных зданий и сооружений обычно выполняются из и бетона или железобетона, правда в старых зданиях, построенных до 1917 года, иногда встречается кирпичная кладка или бутовый камень на известковом растворе. Кроме того, междуэтажные перекрытия, перемычки в проемах окон и дверей также делаются из железобетона. Железобетон это композиционный материал, в котором бетон и стальная арматура, соединенные взаимным сцеплением, работают как единое монолитное целое. Основные прочностные и деформативные характеристики бетона при сжатии получают на стандартных образцах-кубах, призмах или цилиндрах сравнительно небольших размеров, испытываемых в условиях равномерного распределения деформаций и напряжений в их поперечном сечении, т.е. при однородном сжатии. И механические характеристики бетона, реализуемые в образцах, полностью отождествляются с конструкционными, реализуемыми в железобетонных конструкциях. Вместе с тем в подавляющем большинстве железобетонных конструкций различного назначения (в том числе и в плитах перекрытий, фундаментах, перемычках) бетон работает в условиях 50 неравномерного распределения деформаций и напряжений. Это происходит в силу неоднородности структуры материала, поле его деформаций при сжатии и растяжении сложно и неоднородно даже при небольших нагрузках. Неоднородность эта существенно возрастает с развитием микротрещин и, особенно, с приближением к стадии исчерпания несущей способности [113]. Экспериментально установлено [175, 176], что ряд характеристик процесса деформирования бетона при сжатии с градиентом напряжений существенно отличаются от соответствующих характеристик при однородном сжатии. Вместе с тем, имеется полная аналогия между этими характеристиками при объемном и неоднородном сжатии. При неоднородном деформировании прочность бетона не исчерпывается с достижением максимальных напряжений. Если внешнее воздействие происходит с постоянной скоростью деформирования, появляется ниспадающая ветвь диаграммы, на протяжении которой деформации возрастают, а напряжения постепенно убывают (рис. 1.9). Рис. 1.9. Диаграммы деформирования бетона и их основные характеристики (отношения максимальных значений напряжений ст™хк кубиковой прочности Яьи максимальные деформации ): 1 над трещиной; 2 на участке между трещинами; 3 на участке без трещин; 4 при однородном сжатии Механические свойства железобетона зависят от свойств отдельных компонентов. Экспериментальные исследования показывают [146], что значения предельных деформаций железобетона при разрушении заметно 51 зависят от прочности арматуры, процента армирования, от уровня распределения остаточных напряжений и в меньшей степени от прочности бетона. Применение более высокопрочной арматуры способствует удлинению и более пологому характеру нисходящей ветви диаграммы. При этом максимуму сопротивления при армировании сечения высокопрочной арматурой отвечает тем большее укорочение, чем выше процент армирования. К настоящему времени накоплен большой экспериментальный опыт по изучению поведения структурных составляющих железобетона в процессе его деформирования и разрушения, а также конструкций, выполненных из него. Традиционно расчет железобетонных конструкций в соответствии с рекомендациями СНиП [147] проводится по прочности (первая группа предельных состояний) и по трещиностойкости (вторая группа предельных состояний), где выполняется расчет на образование и раскрытие трещин. Явление ползучести, имеющее наиболее существенное значение на этапе строительства и в преднапряженных конструкциях, обычно учитывается путем введения коэффициентов, снижающих несущую способность сжатых элементов и определяемых экспериментальным путем [147]. Расчет на образование трещин при этом ведется по упругой стадии, а нелинейное поведение материала учитывается путем введения упругопластических геометрических характеристик сечений. Расчет трещиностойкости железобетонных конструкций, как в нашей стране, так и в зарубежной практике выполняется приближенными способами, исходя из различных предпосылок. Так в СНиП ИВ. 1-62* метод расчета ширины раскрытия трещин был принят в соответствии с предложениями В.И. Мурашева, сделаннымии ещё в 1940 году и уточнёнными им самим и другими специалистами в последующие годы. Они считали, что на ширину раскрытия трещин существенное влияние оказывает процент армирования и диаметр арматуры. С ростом процента армирования ширина раскрытия трещин уменьшается, а при одинаковом проценте армирования и прочности бетона ширина раскрытия трещин зависит от диаметра арматуры и уменьшается с 52 |