РАЗДЕЛ 2
ТЕОРИЯ РАСЧЕТА СТАЛЕБЕТОННЫХ ПЛИТ НА СИЛОВЫЕ И ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
В данном разделе проводятся исследования влияния повышенных и высоких
температур на параметры деформирования бетона при растяжении и сжатии. На
основании теории тонких плит выводится полная система уравнений малого элемента
сталебетонной плиты нагруженной поперечной нагрузкой и подвергающейся
температурному воздействию.
Представлены основные положения расчета и алгоритм программы для расчета
сталебетонных плит под действием статически приложенной нагрузки и находящихся
в условиях стандартного пожара.
2.1. Связь между напряжениями и деформациями в бетоне и стали
Анализ существующих теоретических и экспериментальных данных [102, 108, 109,
110] говорит о том, что деформирование и разрушение бетона представляет собой
весьма сложный процесс, зависящий от большого числа факторов. Это во многом
объясняется тем, что бетон является многокомпонентным материалом, причем его
основной компонент - цементный камень, сам имеет сложную структуру. Поэтому
деформирование цементного камня и бетона существенно отличается от сравнительно
хорошо изученных процессов деформирования однородных материалов, таких как
металлы. Для бетона не определен четкий критерий разрушения, подобный,
например, пределу текучести пластичных материалов. Известно, что уже при
сравнительно небольших уровнях нагрузки, порядка 40-60% от разрушающей, в
бетоне начинается процесс постепенного разрыхления структуры и разрушения
вследствие образования трещин вокруг жестких включений различного рода
несовершенств структуры, являющихся концентраторами напряжений.
Несмотря на имеющиеся особенности процесса деформирования бетона Бергом О.Я.
[111] предложено пользоваться уравнениями теории пластичности [112] до
определенного уровня, характеризуемого началом процесса микротрещинообразования
(дилатации). На более высоких ступенях нагружения использование аппарата теории
пластичности может привести к существенным неточностям, так как после
образования микротрещин в структуре бетона, он переходит из состояния с
изотропными свойствами в состояние, характеризуемое ярко выраженными
анизотропными свойствами, чего не учитывает теория пластичности.
Более совершенные теории деформирования бетона [113, 114] не всегда хорошо
описывают конкретные виды напряженного состояния. Поэтому нам представляется
возможным использование истинных диаграмм деформирования бетона [115] в
условиях плоского напряженного состояния. Феноменологический подход заключается
в использовании истинных диаграмм деформирования материалов для конкретных
видов напряженного состояния. При этом нелинейно деформируемый материал с
микротрещинами в структуре условно приводится к изотропному, с обычными
интегральными характеристиками - модулем упругости и коэффициентом поперечных
деформаций. Последние являются переменными величинами и зависят от уровня
напряженного состояния.
Такое "инженерное" описание процесса деформирования бетона было предложено
Чихладзе Э.Д., Арсланхановым А.Д. [24, 38, 84], Шагиным А.Л. [107, 116] и
реализовано в расчетах сталебетонных пластин и колонн, пологих оболочек и др.
Диаграммы деформирования бетона с учетом влияния температуры имеют большое
значение в расчетах бетонных и железобетонных конструкций. В связи с этим
предлагается устанавливать соотношения между напряжениями и деформациями при
различных температурах применительно к двухосному напряженному состоянию.
Для определения напряжений представляется целесообразным использование подхода,
как было отмечено ранее, предложенного в [38]. Сущность этого подхода, состоит
в том, что для конкретных видов напряженного состояния (соотношений напряжений
на главных площадках ) экспериментальные диаграммы деформирования бетона
аппроксимируются аналитической зависимостью в виде полинома:
, (2.1)
где - соответственно, напряжения и деформации в i-м направлении при сжатии
(растяжении); ,- неизвестные коэффициенты, определяемые из условия минимума
квадратичных отклонений экспериментально полученных значений напряжений и
подсчитанных с использованием зависимостей (2.1).
Запись уравнений физического закона деформирования в виде (2.1) предполагает
отказ от использования понятия о коэффициентах поперечных деформаций, хотя, в
действительности, имеющееся влияние деформаций в поперечном направлении на
деформации в продольном учитывается непосредственно в значениях коэффициентов ,
соответствующих конкретному соотношению напряжений .
В качестве исходных экспериментальных диаграмм деформирования бетона в
условиях плоского напряженного состояния для аппроксимации зависимости (2.1)
использовались данные западногерманского исследователя Г.Купфера [108, 117]
которые хорошо согласуются с экспериментальными и теоретическими данными других
авторов, в том числе с данными комплексных исследований в бывших странах СЭВ,
США, Великобритании, Италии [102].
Для обработки экспериментальных данных и определения коэффициентов
деформирования бетона ,и предельных деформаций , составлена и отлажена
подпрограмма “beton” на языке “Паскаль 7.0“. Параметры деформирования бетона ,
/ і=1,2; к=1ё5 / определяются для заданного класса тяжелого бетона В 25-60, при
значениях h=-1,0; -0,75; -0,5; -0,25; -0,1; 0; 0,15; 0,2; 0,25; 0,35; 0,5;
0,75; 1,0.
При значениях кривые s 2 - e 2 имеют особенности, обусловленные явлением
дилатации в бетоне и заключающиеся в том, что в процессе нагружения, приращение
деформаций изменяет знак. Такая кривая не может быть аппроксимирована
зависимостью вида (2.1), поэто
- Київ+380960830922