Раскрытие трещин в железобетонных элементах с учётом сопротивления бетона их развитию тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат наук Иваненко, Алексей Николаевич

• Иваненко, Алексей Николаевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Иваненко, Алексей Николаевич

Содержание

Введение

Глава 1. Расчёт образования, раскрытия трещин и кривизны изгибаемых железобетонных элементов. Состояние вопроса и постановка задачи исследования

1.1 Обзор исследований в области деформативности и трещиностойкости бетона

1.2 Расчётная модель сечения и расчётная модель блока

1.3 Цель и задачи исследования 16 Глава 2. Влияние предельной растяжимости бетона и коэффициента армирования

на усилия трещинообразования в изгибаемых железобетонных элементах

2.1 Расчётные диаграммы состояния бетона и арматуры

2.2 Напряжённо-деформированное состояние неармированного бетона в стадии трещинообразования при деформировании бетона по жесткопластической схеме

2.3 Напряжённо-деформированное состояние неармированного бетона в стадии трещинообразования при деформировании растянутого бетона по упругопластической схеме

2.4 Напряжённо-деформированное состояние неармированного бетона в стадии трещинообразования при линейно упругом деформировании бетона с образованием в растянутом бетоне зоны предразрушения

2.5 Сопоставление данных расчётов по разным расчётным схемам

2.6 Напряжённо-деформированное состояние неармированного бетона в стадии трещинообразования стержневых элементов таврового сечения

2.6.1 Нейтральная ось проходит в ребре

2.6.2 Нейтральная ось проходит в полке, а граница неупругого деформирования

в ребре

2.6.3 Нейтральная ось и граница неупругого деформирования проходят в полке

2.7 Напряжённо-деформированное состояние железобетонных изгибаемых элементов в стадии трещинообразования

2.7.1 Напряжённо-деформированное состояние железобетонных изгибаемых

элементов в стадии трещинообразования при упругом деформировании сжатой и растянутой зон бетона с образованием в растянутом бетоне зоны предразрушения

2.8 Напряжённо-деформированное состояние железобетонных изгибаемых элементов таврового сечения в стадии трещинообразования при положении нейтральной оси в ребре

2.9 Сравнительный анализ результатов расчетов и опытных данных 72 Выводы по главе 2

Глава 3. Напряжённо-деформированное состояние изгибаемых железобетонных

элементов после образования трещин

3.1 Расчетная модель

3.2 Анализ стадии эксплуатации и разрушения нормального сечения изгибаемого железобетонного элемента 85 Выводы по главе 3

Глава 4 Определение расстояний между нормальными трещинами, ширины их

раскрытия и кривизны при изгибе железобетонных элементов

4.1 Постановка задачи

4.2 Линии влияния для напряжений в середине растянутой грани прямоугольного блока

4.3 Линии влияния для перемещений точек торцовых граней блока

4.4 Определение расстояния между трещинами в блочной расчётной модели

4.5 Определение ширины раскрытия трещин

4.6 Определение кривизны изгибаемых железобетонных элементов 140 Выводы по главе 4 141 Заключение 143 Список литературы 145 Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Раскрытие трещин в железобетонных элементах с учётом сопротивления бетона их развитию»

Введение

Актуальность проблемы. Бетон, как всякий камень, обладает малой растяжимостью. В железобетонных конструкциях это приводит к появлению трещин в растянутых зонах при относительно низких напряжениях в арматуре. Наличие трещин само по себе не представляет препятствий для эксплуатации конструкции, если их раскрытие не превышает определённой величины, зависящей от вида применённой арматуры и условий внешней среды. Так, установлено (СЛ. Панарин [72], Г.С. Родов [82],

л

С.II. Алексеев и др. [23]), что при давлении воды в 6 кгс/см (~0,6МПа) трещины с раскрытием до 0,01-0,02 мм практически не проницаемы. Раскрытие трещин до 0,3 мм не снижает эксплуатационных качеств железобетонных конструкций со стержневой арматурой из мягких сталей в течение всего проектного срока службы сооружения. К конструкциям с высокопрочной стержневой или проволочной арматурой предъявляются более жёсткие требования по ширине раскрытия трещин, но, тем не менее, они допустимы, за исключением небольшого класса конструкций, где трещины недопустимы по технологическим требованиям.

Знание усилий трещинообразования, важно для конструкций, в которых трещины не допускаются, поскольку эти усилия служат ограничителями для внешних усилий и воздействий. Но знание этих усилий важно и для конструкций, эксплуатация которых с трещинами возможна, поскольку эти усилия определяют переход напряжённо-деформированного состояния конструкции в качественно другую стадию.

Исследованию трещиностойкости неармированных и армированных бетонов посвящены многие работы, результаты которых в той или иной мере отражены в известных монографиях Н.И. Карпенко [33], М.М. Холмянского [93], В.М. Бондаренко и В.И. Колчунова [13], в статьях периодических научных изданий, частично вошедших в список литературы, использованной при выполнении данной диссертационной работы. Обобщением этих результатов являются соответствующие положения норм проектирования бетонных и железобетонных конструкций [86], [88], [89].

Однако, несмотря на достижения в этом вопросе, имеются значительные расхождения между теоретическими и опытными данными. Опыты показывают, что экспериментальные значения усилий трещинообразования в изгибаемых железобетонных конструкциях отличаются от расчётных значений заметно больше, чем экспериментальные и расчётные при разрушении. Кроме того, разности между экспериментальными и расчётными усилиями трещинообразования бывают как положительными, так и отрицательными. Причиной этих расхождений могут быть разные

факторы: прочность бетона, качество сцепления арматуры с бетоном, вид крупного заполнителя в составе бетона. Одна из возможных причин - недооценка влияния коэффициента упругости растянутой зоны бетона, которая меняется в широком диапазоне для разных бетонов и при разном насыщении сечения арматурой. Из физических соображений представляется очевидным, что чем больше предельная деформация бетона при разрыве (или предельная растяжимость бетона ebt2 [89]), тем большим должно быть сопротивление конструкции образованию трещин. Между тем в расчётах усилий трещинообразования обычно принимается коэффициент упругости растянутого бетона, представляющий собой отношение предельной упругой деформации {еы^Лыж^Еь) к предельной растяжимости бетона еы2, равным 0,5. Это значит, что класс, вид бетона не влияют на усилие трещинообразования, что не соответствует опыту.

Я. М. Немировский [66] показал необходимость учёта растянутого бетона над трещинами, a E.II Пересыпкин [73] ввёл в расчётную схему сечения над трещиной главный вектор сопротивления бетона распространению трещин, включающий в себя особенность поля напряжений в окрестности вершины трещины. Эти поправки, естественные по физическому смыслу задачи, пока не нашли применения в современных расчётных схемах.

Ширина раскрытия трещин по общепринятым методам расчёта определяется в месте контакта с растянутой арматурой. Но, как следует из опытов, наибольшее раскрытие трещины нередко получается на некотором удалении от арматуры в глубине сечения. Такую форму раскрытия невозможно получить на основании расчётной модели сечения, но можно — на основании не получившей пока широкого применения блочной модели. Блочная модель, развитая в работах П.И. Васильева, E.II. Пересыпкина, В.И. Белова, В.В. Белова, С.Е. Пересыпкина, В.П. Крамского, Ю.В. Починка, М.В. Бровкиной, C.B. Шевцова, нуждается в дальнейшем развитии, как в части построения линий влияния для перемещений точек контурных граней прямоугольной области блока между соседними трещинами от единичных нормальных сил на торцовых гранях и единичных тангенциальных сил по линии контакта бетона с растянутой арматурой, так и в части уточнения вида эпюр сцепления арматуры с бетоном, более соответствующих фактическому взаимодействию растянутой арматуры и окружающего бетона.

В настоящее время применяются всё более высокопрочные бетоны, высокопрочные армирующие материалы без предварительного напряжения. Это повышает требования к адекватности расчётных моделей железобетона в расчётах по второй группе предельных состояний.

Таким образом, проблема совершенствования методов расчёта железобетонных конструкций по образованию, раскрытию трещин и деформациям железобетонных конструкций актуальна.

Цель диссертационной работы: совершенствование методов расчёта железобетонных конструкций по образованию, раскрытию трещин и деформациям на основе блочной расчётной схемы и прямого учёта деформативных свойств растянутого бетона в расчётных уравнениях.

Задачи исследования:

- составление разрешающих уравнений стадии образования трещин с учётом деформационной характеристики (коэффициента упругости) растянутого бетона;

- выявление влияния вида эпюры напряжений в растянутой зоне на усилие трещинообразования в изгибаемом элементе и соответствующую высоту сжатой зоны;

- выявление влияния коэффициента упругости растянутого бетона на усилие трещинообразования в изгибаемом элементе и соответствующую высоту сжатой зоны;

- выявление влияния коэффициента армирования растянутой зоны на усилие трещинообразования в изгибаемом элементе и соответствующую высоту сжатой зоны;

- построение линий влияния для определения перемещений точек контурных граней прямоугольной области блока между соседними трещинами от единичных нормальных сил на торцовых гранях и единичных тангенциальных сил по линии контакта бетона с растянутой арматурой;

- построение линий влияния для определения нормальных напряжений в середине растянутой грани от единичных нормальных сил на торцовых гранях и единичных тангенциальных сил по линии контакта бетона с растянутой арматурой;

- разработка методики расчёта расстояния между трещинами (длины блока) на основе блочной модели при изгибе;

- разработка методики расчёта ширины раскрытия трещин и кривизны изгибаемого элемента на основе блочной модели.

Объект исследования: стержневые железобетонные изгибаемые элементы, плитные конструкции балочного типа в стадиях трещинообразования, эксплуатации и разрушения, методы расчёта усилий трещинообразования, ширины раскрытия трещин, кривизн.

Методы исследования: анализ напряжённо-деформированного состояния железобетонных элементов методами теории железобетона, механики деформируемого твёрдого тела; численные методы решения задач трещиностойкости, деформативности и прочности железобетонных конструкций.

На защиту выносятся:

- методика расчёта и результаты оценки влияния формы эпюры напряжений в растянутой зоне на усилия трещинообразования в изгибаемых железобетонных элементах;

- оценка влияния коэффициента упругости растянутого бетона на величину усилия трещинообразования, высоту сжатой зоны, усилия в арматуре и бетоне;

- зависимости относительной высоты сжатой зоны от коэффициента армирования и уровня напряженно-деформированного состояния;

- результаты анализа стадии разрушения с определением величины деформаций растянутой арматуры при достижении в крайних волокнах сжатой зоны предельной сжимаемости бетона;

- линии влияния для нормальных напряжений в середине грани расчётного блока по линии контакта с арматурой от единичных сил, нормально приложенных в точках торцовых граней;

- линии влияния для нормальных напряжений в середине грани расчётного блока по линии контакта с арматурой от единичных сил, тангенциально приложенных на линии контакта;

- линии влияния для перемещений точек торцовых граней расчётного блока от единичных сил, нормально приложенных в точках этих же граней;

- методика определения расстояния между трещинами на основе линий влияния для напряжений в середине блока от усилий на продолжении трещины и усилий сцепления арматуры с бетоном;

- методика расчёта ширины раскрытия трещин с использованием линий влияния на основе блочной модели;

- методика определения кривизны изгибаемого элемента с трещинами на основе блочной модели.

Научная новизна:

- разработана методика расчёта напряжённо-деформированного состояния бетонных и железобетонных изгибаемых элементов с выражением компонентов деформаций и действующих усилий через коэффициент упругости растянутого бетона;

- установлено большое влияние коэффициента упругости растянутого бетона на момент трещинообразования, высоту сжатой зоны, напряжение в арматуре и дана рекомендация о необходимости нормировать значение предельной растяжимости для бетонов разных классов;

- конечноэлементным методом построены:

линии влияния для нормальных напряжений в середине грани расчётного блока по линии контакта с арматурой от единичных сил, нормально приложенных в точках торцовых граней; линии влияния для нормальных напряжений в середине грани расчётного блока по линии контакта с арматурой от единичных сил, тангенциально приложенных на линии контакта;

линии влияния для перемещений точек торцовых граней расчётного блока от единичных сил, нормально приложенных в точках этих же граней и линии влияния для перемещений точек торцовых граней расчётного блока от единичных сил, тангенциально приложенных по линии контакта с арматурой;

- численные результаты по предложенным методикам определения расстояния между трещинами, ширины раскрытия трещин и кривизны изгибаемых элементов.

Практическая значимость работы:

- разработанные в диссертации методики расчёта и полученные результаты полезны в научно-исследовательской практике при обработке экспериментальных данных для определения предельной растяжимости бетона на армированных образцах;

- при обследованиях железобетонных конструкций предложенные расчётные методики позволяют по глубине развития трещин определить уровень загружения конструкции и её остаточный ресурс;

- результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс и хоздоговорые научно-исследовательские работы Сочинского государственного университета.

Апробация работы: Результаты диссертационного исследования докладывались на 7-ой Международной научно-практической конференции «Строительство в прибрежных курортных регионах» (г. Сочи, 14-19 мая 2012 г.), 8-ой Международной научно-практической конференции «Строительство в прибрежных курортных регионах» (г. Сочи, 19-23 мая 2014 г.), 2-й Международной научно-практической конференции «Инновации. Менеджмент. Маркетинг. Туризм». - г. Сочи, 2014, расширенном семинаре кафедры «Строительство» СГУ (2014 г) .

Публикации: Основные результаты работы изложены в 7 публикациях, из которых 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК России.

Структура и объём работы: Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, списка литературы из 102 наименований, в том числе 6 на иностранных языках, двух приложений, основной текст изложен на 153 страницах машинописного текста и включает 67 рисунков и 33 таблицы.

Глава 1. Расчёт образования, раскрытия трещин и кривизны изгибаемых железобетонных элементов. Состояние вопроса и »остановка задачи исследования

1.1. Обзор исследований в области деформативности и трещиностойкости

бетона

В настоящее время железобетон, являясь основным конструкционным материалом в строительстве, всё шире применяется в судостроении, машиностроении и других областях хозяйственной деятельности. При этом к нему предъявляются повышенные требования по трещиностойкости и жёсткости. Вместе с тем, вследствие малой растяжимости бетона трещиностойкость железобетонных конструкций низка и это определяет его главный недостаток.

Эффективным приёмом повышения трещиностойкости железобетона служит предварительное обжатие тех зон бетона, которые в стадии эксплуатации будут растянуты. Однако процесс создания предварительного напряжения - это сложный технологический процесс, применимый не во всех случаях и, кроме того, удорожающий конструкцию.

Трещиностойкость бетона мала, но наличие в железобетоне трещин, имеющих ограниченное раскрытие, не препятствует его использованию в конструкциях для восприятия силовых воздействий и практически не снижает его эксплуатационных качеств в течение всего срока службы сооружения. Вместе с тем, знание процесса появления и раскрытия трещин в железобетоне имеет исключительное значение, так как с появлением трещин вследствие частичного или полного выключения из работы растянутой зоны бетона в сечении и элементе возникают количественные и качественные изменения.

Усилие, при котором образуются трещины, зависит от многих факторов: предельной растяжимости бетона, степени насыщения сечения арматурой, предельной величины сцепления арматуры с бетоном, начального напряжённого состояния конструкции, обусловленного усадкой и ползучестью бетона, температурно-влажностных условий среды, локальных особенностей напряжённого состояния, связанных со структурными параметрами бетона (крупность заполнителя, зерновой состав, плотность), и т.д.

При изучении деформативности бетонов, по мнению ряда исследователей (Цискрели Г.Д. [95], В.К. Балавадзе [5], H.H. Гениев [19], А.Ф. Лолейт [80], В.В. Михайлов [59], К.А. Мальцов [49] и др.), было обнаружено увеличение предельной растяжимости армированных бетонов по сравнению с неармированными. В опытах H.H.

Генисва [19] появление трещин связывалось со скоростью фильтрации воды через стенки трубчатых образцов, и трактовка опытных данных дала пятикратное превышение относительных деформаций армированного бетона над неармированным. В более поздних аналогично поставленных опытах И.Г. Иванова-Дятлова [29] зафиксирован существенно меньший эффект превышения - в 2,6 раза. В.В. Михайлов [59] на балках, испытываемых в жёстких кондукторах, получил локальные значения предельной растяжимости бетона до 250*10'5 при средних значениях 30*10"5. Это дало основание сделать вывод о зависимости величины предельных деформаций растяжения бетона от содержания арматуры и от доли участия бетона в восприятии растягивающих усилий. Такой же вывод в случае применения неметаллической арматуры сделан по результатам опытов, описанных в работе К.В. Михайлова, И.Е. Евгениева, Л.Г. Аслановой [60].

Положительное влияние равномерного распределения арматуры по сечению и скорости нагружения на величину предельных деформаций бетона при растяжении отмечено Г.Д.Цискрели [95], В.А. Бушковым [15], П.И. Васильевым [16], Ю.Л. Изотовым [30], Р. Лермитом [43], P.L. Nervi [102]. Из этих работ следует, что повышенная деформативность растянутого бетона может быть объяснена заменой локальных трещин в неармироваином бетоне распределёнными микротрещинами в армированном бетоне, создающими эффект пластического деформирования.

Ряд исследователей (Я.В. Столяров [90], 3.II. Цилосани [94], II.В. Боровский, P.O. Красновский, Т.Я. Почтовик, Л.И. Покрасс, Куликов A.II. [42] и др. показали, что повышение растяжимости армированного бетона является кажущимся, армирование и степень рассредоточения стержней арматуры не влияют на предельную растяжимость бетона, но изменяют число и раскрытие силовых трещин.

Противоречивость взглядов на растяжимость армированного бетона в значительной степени зависит от момента обнаружения трещин, который определяется многими факторами, в частности, продуманностью постановки эксперимента, возможностями измерительной аппаратуры, опытом экспериментатора, а также тем, что принимать за образование трещин: появление видимых трещин с раскрытием до 0,05 мм (В.К. Балавадзе [5], Г.Д Цискрели [95]), появление направленных, силовых трещин с раскрытием не более 0.005 мм или начало раскрытия микротрещин. Все эти параметры, как и само понятие микротрещины в бетоне, условны, и параметр предельной растяжимости есть следствие принятия той или иной условности. Тем не менее, для описания диаграмм деформирования растянутого бетона необходимы, по меньшей мере, 3 параметра: модуль упругости, временное сопротивление и предельная растяжимость. Если принять простейшую диаграмму в виде диаграммы Прандтля, то достаточно иметь два

параметра: предел упругости и предельную растяжимость, связанные меду собой коэффициентом упругости, который представляет собой отношение деформации предела упругости к предельной растяжимости.

Аналогичные по сложности, хотя иные по содержанию, проблемы имели место и при исследованиях деформативности сжимаемого бетона. Продольному сжатию бетонных образцов сопутствуют деформации поперечного растяжения. Отношение деформации поперечного растяжения к деформации продольного сжатия сначала уменьшается, затем начинают увеличиваться с нарастающей скоростью. Это объясняется микротрещппообразоваписм в структуре бетона. Так, Р. Ивенс в 1946 г. опубликовал работу [98], в которой высказал мысль, что развитию макротрещин предшествует образование мелких трещин. О.Я. Берг [11] прямыми опытами доказал образование микротрещин задолго до разрушения бетона и обосновал концепцию накопления повреждений при сжатии. М. Каплан [99] пришёл к выводу, что появление трещин следует связывать с определёнными деформациями, а не напряжениями, и что та часть деформаций в бетоне, которую принято считать пластической, обусловлена образованием микротрещин.

Построению диаграмм деформирования бетона при разных режимах нагружения, разных по структурным характеристикам бетонах посвящены многие работы отечественных и зарубежных исследователей (Банков В.М., Байрамуков С.Х.,Белов В.В., Берг О.Я., Бондаренко В.М., Васильев П.И., Гвоздев A.A., Гениев H.H., Залесов A.C., Ильин О.Ф., Карпенко II. И., Лучко И.И., Маилян Р.Л., Маилян Л.Р., Маилян Д.Р., Мальцов К.А., Михайлов В.В., В.М. Митасов, Морозов В.И., Мухамедиев Т.А., Шоршнев Г.Н., Evans R.H., Kaplan М., и др). Для описания экспериментальных кривых «деформация-напряжение» использовались полиномы (В.Н. Байков и др. [2, 3], С.Х Байрамуков [4]), сопряжённые полуэллипсы (Н.И. Карпенко [33]), тригонометрическая функция (А.Ф. Остапенко [71]), тригонометрический ряд, параболическая функция для восходящей ветви и тригонометрическая — для нисходящей (Г.Н. Шоршнев [96]), сплайн-функция (В.В. Михайлов [58]).

Для оценки предельных деформаций бетона при сжатии существуют различные предложения [13, 31, 33, 46, 93] в зависимости от вида напряжённого состояния (объёмное, плоское, одномерное), класса бетона по прочности и других факторов. В случае преимущественно осевого сжатия О.Ф. Ильиным и A.C. Залесовым [31] предложена достаточно простая и хорошо обоснованная опытными данными формула

£6,miK=(4,6-0,02*i?6)* 10"3, где Rb МПа - призменная прочность бетона. (1.1)

Следует отметить, что многообразие экспериментальных диаграмм, каждая из которых отражает конкретные условия каждого опыта, свидетельствует об их условности и о том, что в настоящее время нет общего описания зависимости «деформация -напряжение», из которой как частные случаи получались бы все возможные виды диаграмм. Поэтому из множества условностей необходимо выбрать наиболее приемлемую с точки зрения простоты использования и непротиворечивости даваемых ею результатов с физическими соображениями и экспериментальными данными.

В этом смысле представляется естественным принятие в нормах [89] трёх- и двухлинейной диаграмм. В рекомендуемой нормами для расчёта поперечных сечений железобетонных элементов «деформационной модели» в качестве диаграмм деформирования материалов могут быть использованы зависимости «a-s» произвольного вида (кусочно-линейные, криволинейные), построенные с учётом вида напряжённого состояния и режима нагружения. Однако применение «деформационной модели» требует итерационного поиска решения нелинейной системы уравнений, что затрудняет процесс вычислений и не всегда приводит к правильному решению вследствие возможной неединственности решения нелинейной задачи, либо к отсутствию решения вследствие зацикливания процесса итераций. В работах Н.И. Карпенко, Т.А. Мухамедиева, Б.С. Соколова, О.В. Радайкина [35-39], Э.Н. Кодыша, H.H. Трекина, Д.Н. Трекина [40], В.II. Симбиркина, В.В. Матковского [85] рассмотрены сопоставления результатов расчёта по «деформационной модели» с разными диаграммами «ст-е», формами сечений и коэффициентами армирования. Показано, что трёхлинейная и криволинейная диаграммы дают в изгибаемых элементах практически совпадающие результаты по моментам трещинообразования и предельным моментам. Двухлинейная диаграмма приводит к несколько большим значением кривизн и несколько меньшим значениям момента трещинообразования при практически совпадающих значениях предельных моментов. Но по совокупности качеств — простота реализации в расчётах и степень достоверности результатов — двухлинейная диаграмма в большинстве случаев представляется предпочтительной. Тем более что здесь есть значительные резервы совершенствования методики применения двухлинейной диаграммы путём уточнения деформационных характеристик. Например, не считать, как принято в нормах [88, 89], приведённую относительную деформацию Sbi.red (а при растяжении £ы1,г«д величиной, одинаковой для всех классов бетонов, что в одних случаях приводит к занижению приведённого модуля деформации Еь,ГС(1, в других - к завышению, а это сказывается и на моментах трещинообразования, и на зависимостях «момент - кривизна». В этом плане обширный анализ выполнен в работах В.М. Митасова и его соавторов [51 - 56].

Другим перспективным направлением в описании деформативных свойств бетона и железобетона является применение методов механики разрушения, интенсивно развивавшейся в последние десятилетия. Применительно к бетону и железобетону важные результаты в этой области получены в работах Ю.В. Зайцева [25], E.H. Пересыпкина [73], Л.П. Трапезникова [92], К.А. Пирадова [79], и ряда других российских и зарубежных исследователей. Как показано в книге [73], «...механика разрушения, исходя из рабочего состояния конструкции, включает в свою расчётную модель трещину как носитель процесса разрушения и позволяет проследить развитие её от зарождения до стадии спонтанного роста, т. е. путь перехода конструкции из рабочего состояния в предельное. При этом наряду с глобальной упругостью тела в расчётную модель механики разрушения входит и локальная область пластических деформаций перед вершиной трещины». Ещё одно достоинство методов механики разрушения состоит в том, её параметры содержат структурную характеристику материала, позволяющую учитывать крупность заполнителя бетона и расширить круг задач, относящихся к разным видам бетона. Поэтому применение методов механики разрушения способствует развитию теории железобетона и совершенствованию методов расчёта железобетонных конструкций.

Деформационные характеристики арматуры представляются двух- и трёхлинеными диаграммами состояния [89]. Двухлинейная диаграмма принимается для арматуры с физическим пределом текучести, трёхлинейная - для арматуры с условным пределом текучести.

В качестве расчётной характеристики используется предел текучести, поскольку большим напряжениям в арматуре соответствуют столь большие деформации сечения, что происходит неприемлемое развитие трещин и прогибов (нарушение эксплуатационной пригодности конструкции), либо даже раздробление сжатого бетона (разрушение сечения). Однако в нормах сейсмостойкого строительства [87] допускаются повреждения, имеющие локальный характер и не приводящие к обрушению конструкции. То есть, допускается потеря несущей способности из-за раздробления сжатой зоны, лишь бы не произошёл разрыв арматуры и смещение конструкции с опорных частей. В таких расчётах деформации и напряжения в арматуре могут оказаться на ветви упрочнения, и важно, чтобы расчётный аппарат позволял определять деформации в арматуре в случае отказа сжатого бетона. В работе [73] для этой цели использована «двухъярусная» диаграмма Прандтля», которая при необходимости легко трансформируется в трёхлинейную диаграмму состояния.

1.2 Расчётная модель сечения н расчётная модель блока

Наибольшее распространение в теории железобетона получила расчётная модель сечения. Она включает в себя условия равновесия, функции распределения по сечению напряжений и деформаций, критерии прочности. На основе этой модели получены основные результаты, связанные с прочностью конструкций и вошедшие в нормативные документы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Иваненко, Алексей Николаевич, 2015 год

Список литературы

1. Бабич Е.М., Крусь Ю.А. Гарницкий Ю.В. Новые аппроксимации зависимости «напряжения-деформации», учитывающие нелинейность деформирования бетонов. - Известия вузов. Строительство и архитектура. - 1986, № 2. - С. 39-44.

2. Байков В.Н. Расчёт изгибаемых элементов с учётом экспериментальных зависимостей между напряжениями и деформациями для бетона и высокопрочной арматуры. - Известия вузов. Строительство и архитектура. - 1981, № 5. — С. 26-32.

3. Байков В.Н., Горбатов C.B., Димитров З.А. Построение зависимости между напряжениями и деформациями сжатого бетона по системе нормируемых показателей. — Известия вузов. Строительство и архитектура. — 1977, № 6. — С. 1518.

4. Байрамуков С.Х. Расчёт железобетонных конструкций с предварительно напряжённой и ненапрягаемой арматурой с использованием диаграммы «момент-кривизна». - Бетон и железобетон. - 2003, № 2. -С. 13-15.

5. Балавадзе В.К. Влияние армирования на свойства растянутого бетона // Бетон и жслезобетон.-М.:Стройиздат, 1959, № 10 - с. 23-26

6. Белов В.В. Силовое сопротивление массивных бетонных и железобетонных конструкций с трещинами и швами: 05.23.07 - Гидротехническое и мелиоративное строительство, 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения. Дисс ... докт. техн. наук. - С-ПбГТУ, Санкт-Петербург, 1998. — 246 с.

7. Белов В.В., Пересыпкин С.Е. Особенности деформирования системы бетонных блоков при совместном действии изгибающего момента М, продольного N и поперечного Q усилий (плоская задача) //Материалы конференций и совещаний по гидротехнике: Предельные состояния бетонных и железобетонных конструкций энергетических сооружений. — СПб, 1994,- С. 120-125.

8. Белов В.И. Напряжённо-деформированное состояние железобетонных балок как систем, составленных из упругих блоков. - Известия вузов. Строительство и архитектура, 1971,№ 4.

9. Белов В.И., Васильев П.И., Пересыпкин E.H. К вопросу исследования напряжённо-деформированного состояния железобетонных балок как систем, составленных из упругих блоков. — В кн.: Вопросы прочности бетона и железобетонных конструкций. Труды координационных совещаний по гидротехнике, вып. 82. - JI., 1973.-С. 60-64.

10. Берг О.Я. О методике исследований прочности и деформативности бетона при сложных напряженных испытаниях // В кн.: Методика лабораторных исследований деформаций и прочности бетона, арматуры и железобетонных конструкций.-М.: Госстройиздат, 1962.

11. Берг О.Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. — М.: Стройиздат, 1962. - 96 с.

12. Бондаренко В.М., Бондаренко C.B. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. - М.:Стройиздат, 1982. — 287 с.

13. Бондаренко В.М., Колчунов В.И. Расчётные модели силового сопротивления железобетона: Монография.- М.: Издательство АСВ, 2004.- 472 е.: ил.

14. Бровкина М.В. Прикладные методы расчёта прочности и деформативности изгибаемых железобетонных элементов блочной структуры: 05.23.01. Дисс ... канд. техн. наук. - С-ПбГПУ, Санкт-Петербург, 2004. - 194 с.

15. Бушков В.А. Железобетонные конструкции.-М.: Госстройиздат, 1940.-450с.

16. Васильев П.И. Некоторые вопросы определения деформативных свойств бетона // В кн.: Методика лабораторных исследований деформаций и прочности бетона, арматуры и железобетонных конструкций.- М.:Госстройиздат, 1962.-334с.

17. Васильев П.И., Белов В.В., Пересыпкин С.Е. Деформирование системы бетонных блоков при совместном действии M, N и Q (плоская задача) // Совершенствование методов расчёта и исследование новых типов железобетонных конструкций: Межвузовский тематический сборник трудов / С-ПбГАУ, СПб, 1993. — С. 37-43.

18. Васильев П.И., Пересыпкин E.H. Раскрытие швов и трещин в массивных бетонных конструкциях// Аннотации законченных в 1967 г. научно-исследовательских работ по гидротехнике. — JL: Энергия, 1968

19. Гениев H.H., Сироткин В.П., Абрамов H.A. Опыты с центробежными трубами.-М.: Госстройиздат, 1932.-59 с.

20. Гнедовский М.В., Курбатов Л.Г. Исследование поведения армоцемента при одноосном растяжении // В кн.: Пространственные конструкции покрытий.-Л.:-М., 1966.

21. Горшенина Е. В. Методика расчёта ширины раскрытия трещины при различных режимах нагружения: Дис. ... канд. техн. наук,— Тольятти: Тольяттинский гос. унт, 2006.-121 с.

22. Гусаков В.Н. Исследование и разработка методов расчёта по деформациям и несущей способности изгибаемых и внецентренно сжатых железобетонных элементов конструкций из плотного силикатного бетона при статических

нагружениях. - Дисс...д-ра техн. наук. - М.: ВНИИСТРОМ им. П.П. Будникова, 1978.-580 л.: ил.

23. Долговечность железобетона в агрессивных средах: Совм. изд. СССР-ЧССР-ФРГ / С.Н. Алексеев (СССР), Ф.М. Иванов (СССР), С. Модры )ЧССР), П. Шиссль (ФРГ). -М.: Стройиздат, 1990.-320 е.: ил

24. Егиян С.С. Трещиностойкость изгибаемых элементов из керамзитобетона марки М50 // Совершенствование технологии и расчёта железобетонных конструкций / НИИЖБ.-М., 1984 —с.32-35.

25. Зайцев Ю. В. Моделирование деформаций и прочности бетона методами механики разрушения. -М.: Стройиздат, 1982.- 196 е.: ил.

26. Иваненко A.II., Иваненко H.A., Пересыпкин E.H. Влияние предельной растяжимости бетона на трещиностойкость изгибаемых железобетонных конструкций / Строительство в прибрежных курортных регионах: Материалы 8-й международной научно-практической конференции 19-23 мая 2014. - Сочи: СГУ, 2014.-е. 65-70.

27. Иваненко А.Н., Иваненко H.A., Пересыпкин E.H. Трещиностойкость железобетонных конструкций как функция предельной растяжимости бетона. -Инженерпый вестник Дона: электронный журнал (https://www.ivdon.ru), № 3(2014)/2788.

28. Иваненко А.Н., Иваненко H.A., Пересыпкин E.H., Пересыпкин С.Е. Напряженно-деформированное состояние стержневых железобетонных внецентренно нагруженных элементов в стадии трещинообразования // Инновации. Менеджмент. Маркетинг. Туризм: Мат-лы 2-й Междунар. науч.-практ. конф./Под науч. ред. A.M. Ветитнева, Н.С. Матющенко. - Сочи: РИЦ ФГБОУ ВПО «СГУ», 2014. - с. 162 -165.

29. Иванов-Дятлов И.Г. Изучение влияния бетона растянутой зоны на работу растянутых элементов железобетонных конструкций // Труды МАДИ,- 1956.-вып.18.

30. Изотов Ю.Л. Влияние процента армирования на свойства растянутого бетона // Бетон и железобетон.-1964.-№ 12.-е. 565-567.

31. Ильин О.Ф., Залесов A.C. Опыт построения обобщённого метода расчёта прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов с учётом особенностей свойств различных бетонов // Прочность и жёсткость железобетонных конструкций / НИИЖБ. - М., 1979. — С. 152-163.

32. Исследование армированных конструкций из мелкозернистого бетона для применения в северных районах Тюменской области. Отчет по НИР (заключит.). -Московский институт железнодорожного транспорта; рук. Карпухин II.С.; исполн.: Рубинштейн А.Б. [др.]. - М., 1977. № ГР 77055010.- Инв. № 696624.

33. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона.— М.: Стройиздат, 1996.-416 е.:

34. Карпенко Н.И. Теория деформирования железобетона с трещинами — М.: Стройиздат, 1978. - 204 с.

35. Карпенко Н.И., Карпенко C.I1. О диаграммной методике расчёта деформаций стержневых элементов и её частных случаях. — Бетон и железобетон, 2012, №6. — с. 20-27.

36. Карпенко П.И., Мухамедиев Т.А., Сапожников М.А. К построению методики расчёта стержневых элементов на основе диаграмм деформирования материалов // Совершенствование методов расчёта статически неопределимых железобетонных конструкций: сб. научн. тр. НИИЖБ, М., 1987. — с. 5-23

37. Карпенко Н.И., Радайкин О.В. К совершенствованию диаграмм деформирования бетона для определения момента трещинообразования и разрушающего момента в изгибаемых железобетонных элементах // Строительство и реконструкция. Орёл: Изд-во ОГТУ, 2012, №3 (41). - с. 10-17.

38. Карпенко Н.И., Соколов Б.С., Радайкин О.В. Анализ и совершенствование криволинейных диаграмм деформирования бетона для расчёта железобетонных конструкций по деформационной модели. - Промышленное и гражданское строительство, №1, 2013. - с. 28 - 30

39. Карпенко Н.И., Соколов Б.С., Радайкин О.В. К определению деформаций изгибаемых железобетонных элементов с использованием диаграмм деформирования бетона и арматуры // Строительство и реконструкция. Орёл: Изд-во ОГТУ, 2012, №2 (40). - с. 11-20.

40. Кодыш Э.Н., Трекин H.H., Трекин Д.Н. Анализ деформативности изгибаемых железобетонных элементов / Труды ЦНИИПромзданий — Промышленное и гражданское строительство, 2013, № 6. — С. 59-61 (сопоставление деформативности жб балок по СП 63... и СНиП 2.03.01-84*: без трещин СП даёт прогибы, существенно превышающие СНиП; с трещинами - на 10-30% больше СП. Рекомендуется сделать корректировку СП.

41. Крамской В. П., Пересыпкин Е. Н., Пересыпкин С. Е. Трещиностойкость неармированного бетона // Сб. «Актуальные проблемы бетона и железобетона.

Материалы и конструкции, расчёт и проектирование» / Материалы научно-практической конференции. - Ростов н/Д: РГСУ, 2010. - 150 с.

42. Куликов А.Н. Экспериментально-теоретические исследования свойств фибробетона при безградиентном напряженном состоянии в кратковременных испытаниях: 05.23.01: Дис. ... канд. техн. наук,- Ленинград, 1974. - 150 с. -Библиогр.: с. 135-150 (160 назв.).

43. Лермит Р. Проблемы технологии бетона.- М., 1959

44. Лисичкин С. Е. Совершенствование методов расчета массивных железобетонных конструкций с учетом контактных швов и вторичных трещин на основе блочной модели / С.Е. Лисичкин // Гидротехническое строительство, 2003, № 9. - С. 45 - 49.

45. Лучко И.И. Трещиностойкость железобетонных изгибаемых элементов при высоком уровне нагружения кратковременной и длительной нагрузкой / И.И. Лучко, В.В. Капелюжный // Изв. вузов. Строительство и архитектура. - 1986. -№ 8. - С. 5 - 9.

46. Маилян Д.Р. К аналитическому описанию диаграмм сжатия и растяжения бетона / Д.Р. Маилян, В.Н. Бойцов // Новые исследования в области бетонных и железобетонных конструкций. - Ташкент, 1985. - С. 34 - 39

47. Маилян Л.Р. Совершенствование методов расчета и проектирования железобетонных конструкций // В кн.: Вопросы прочности, деформативности и трещиностойкости железобетона. - Ростов-на-Дону.: РИСИ, 1986. - С. 3-14.

48. Мальцов К.А. О влиянии несплощности бетона на его технические свойства // Сб. трудов координационных совещаний по гидротехнике.-М., 1964.-вып. 13.-с. 15-23.288 с.

49. Мальцов К.А. Физический смысл условного предела прочности бетона на растяжение при изгибе // Бетон и железобетон,-1958.-№ З.-с. 107-111.

50. Мальцов К.А., Старицкий П.Г. и др. О четвертом предельном состоянии по долговечности бетонных и железобетонных сооружений // Сб. трудов координационных совещаний по гидротехнике.-М., 1966.-вып. 31.

51. Митасов В.М. Аналитическое представление диаграмм работы арматуры и бетона при одноосном растяжении — сжатии / В.М. Митасов, Д.А. Федоров // Изв. вузов. Строительство и архитектура. - 1987, № 9. - С. 16 — 20.

52. Митасов В.М. О применении энергетических соотношений в теории сопротивления железобетона / В.М. Митасов, В.В. Адищев // Изв. вузов. Строительство и архитектура. - 1990, № 4. - С. 33-37.

53. Митасов В.М. Определение коэффициента трансформации эталонной диаграммы деформирования бетона растянутой зоны при изгибе в стадии предразрушения / В.М. Митасов, В.В. Адищев, Э.В. Березина, Е.М. Сергуничева, II.В. Ершова / / Изв. вузов. Строительство. - 2008. - № 1. — С. 85-90.

54. Митасов В.М. Определение момента образования трещин с использованием диаграмм работы арматуры и бетона / В.М. Митасов // Новое в создании и применении арматуры железобетонных конструкций. - М., 1986. — С. 76-81.

55. Митасов В.М. Развитие теории сопротивления железобетона / В.М. Митасов, В.В. Адищев, Д.А. Федоров // Промышленность строительных материалов. - 1990. -Сер.З. - Вып.4. - 45 с.

56. Митасов В.М. Расчет сжатых элементов с использованием диаграмм арматуры и бетона / В.М. Митасов, X. Амру, П.П. Бехтин, Н.П. Шишко // Изв. вузов. Строительство и архитектура. - 1989, № 6. — С. 10—12.

57. Митрофанов В.П., Жовнир A.C. Экспериментальное исследование характеристики сопротивления распространению трещин обычного тяжёлого бетона // Известия вузов. Строительство и архитектура. -, 1976, № 3. - С. 19-23

58. Михайлов В.В. Расчёт прочности нормальных сечений изгибаемых элементов с учётом полной диаграммы деформирования бетона. - Бетон и железобетон. — 1993, № 3. -С. 26-27.

59. Михайлов В.В., Растяжимость бетона в условиях свободных и связанных деформаций // В кн.: Исследование прочности, пластичности и ползучести строительных материалов.-М.: Стройиздат, 1955.

60. Михайлов К.В., Евгениев И.Е., Асланова Л.Г. Применение неметаллической арматуры в бетоне // Бетон и железобетон. - М., 1990, № 4. - с. 5-7.

61. Михайлова Н.С. Особенности деформирования железобетонных балок с организованными трещинами: 05.23.01. Дисс ... канд. техн. наук. - Новосибирск, 2008.-294 с.

62. Мкртчян A.M., Аксенов В.II. Аналитическое описание диаграммы деформирования высокопрочных бетонов [Электрон, ресурс] //«Инженерный вестник Дона», 2013,№3.

63. Мкртчян A.M., Аксенов В.Н. О коэффициенте призменной прочности высокопрочных бетонов [Электронный ресурс]// «Инженерный вестник Дона», 2013, №3.

64. Мкртчян A.M., Маилян Д.Р. Особенности расчёта железобетонных колонн из высокопрочного бетона по деформированной схеме. - Инженерный вестник Дона, 2013, №4

65. Мурашёв В.И. Трещиноустойчивость, жесткость и прочность железобетона. - М., 1950.-268 с.

66. Немировский Я.М. Исследование напряжённо-деформированного состояния железобетонных элементов с учётом работы растянутого бетона над трещинами и пересмотр на этой основе теории расчёта деформаций и раскрытия трещин // Прочность и жёсткость железобетонных конструкций / НИИЖБ. - М.: Стройиздат, 1968.-С. 125-173

67. Новое о прочности бетона / A.A. Гвоздев, С.А. Дмитриев, С.М. Крылов и др; Под ред. К.В. Михайлова. -М.: Стройиздат, 1977. - 272 с.

68. Нугужинов Ж.С. Деформации и ширина раскрытия трещин изгибаемых железобетонных элементов при немногократно повторных нагружениях: Дис. ... канд. техн. наук - М., НИИЖБ, 1986 - С. 146-180.

69. Оатул A.J1. Основы теории сцепления арматуры с бетоном // Сб.трудов ЧПИ. Исследов. по бетону и железобетону.-Челябинск,1967.-№46.-с.6-12

70. Опбул Эрес Кечил-оолович. Эффективное использование высокопрочной арматуры в изгибаемых элементах без предварительного напряжения: 05.23.01: Дис.... канд. техн. наук. - С-Пб., 2005. - 152 с. - Библиогр.: с. 225-241 (145 назв.).

71. Остапенко А.Ф. Универсальная зависимость для диаграмм деформирования бетона, арматуры и железобетонных элементов. - Бетон и железобетон. - 1992, № 7. -С. 23-24.

72. Панарин С.II. Пространственные конструкции покрытий. - JI.: Стройиздат, 1966.

73. Пересыпкин Е. Н. Расчёт стержневых железобетонных элементов. — М.: Стройиздат, 1988. - 168 е.: ил.

74. Пересыпкин Е. Н., Шевцов С. В. Расчётные уравнения для нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов с учётом сопротивления бетона распространению трещин. - Строительная механика и расчёт сооружений, 2010, № 3.-е. 39-44.

75. Пересыпкин E.H. Коэффициенты интенсивности напряжений и раскрытие трещин в железобетонных элемента. - Бетон и железобетон, №12, 1978

76. Пересыпкин E.H. Применение теории квазихрупкого разрушения к определению напряжённого состояния железобетонных элементов. - Строительная механика и расчёт сооружений, №4. 1979.

77,

78,

79,

80.

81,

82,

83,

84,

85,

86.

87,

88,

89.

90,

Пересыпкин С. Е. Внецентренное сжатие бетонных элементов с умётом влияния поперечных сил (расчёт по деформированной схеме на основе блочной модели): Дисс ... канд. техн. наук. — С-ПбГТУ, Санкт-Петербург, 1995. — 124 с. Пимочкип В. II. Учёт сопротивления растянутого бетона между трещинами в изгибаемых железобетонных элементах: Дис. ... канд. техн. наук -Орёл: ОГТУ, 2007.-233 с.

Пирадов К.А. Теоретические и экспериментальные основы механики разрушения бетона и железобетона. - Тбилиси: Изд. «Энергия, 1998. - 355 с. подборе сечений железобетонных элементов по критическим усилиям/ Ред. А.Ф. Лолейт-М.: Госстройиздат, 1933.-68с.

Починок Ю.В. Блочная деформационная модель в расчётах железобетонных стержневых изгибаемых элементов с трещинами: 05.23.01. Дисс ... канд. техн. наук. - Ростов-на-Дону, 2004. - 241 с.

Родов Г.С. Исследование физико-механических свойств армоцемента и некоторые вопросы внедрения армоцементных конструкций // В кн.: Армоцемент и армоцементные конструкции.- М. - Л, 1962.- 267 с.

Рюш Г. Исследование работы изгибаемых элементов с учетом упруго-пластических деформаций бетона // В сб.: Материалы международного совещания по расчету строительных конструкций.-М.: Госстройиздат, 1961.-280 с. Саталкин A.B., Смирнов А.П. О предельной растяжимости и трещиностойкости армированного бетона // Бетон и железобетон.-1967.- №4.-с. 22-23.-49 с. Симбиркин В.Н., Матковский В.В. К расчёту напряжённо-деформированного состояния и прочности элементов железобетонных конструкций по нормальным сечениям. - Строительная механика и расчёт сооружений, №4, 2010. - С. 20-26. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. ГОССТРОЙ СССР. -М., 1989.

СП 14.3330.2011. Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*, Москва, 2011.

СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры

СП 63.13330.2012 Свод правил. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003, Москва 2012.

Столяров Я.В. Введение в теорию железобетона.-М.: Стройиздат, 1941.- 446с.

91. Сурдин В.М. Определение трещиностойкости изгибаемых элементов с учетом упруго-пластических свойств бетонов / В.М. Сурдин, Ю.И. Орловский, В.Г. Кияшко // Изв. вузов. Строительство и архитектура. - 1986. - № 9. - С. 1-5.

92. Трапезников JI. П. Температурная трещииостойкость массивных бетонных сооружений. -М.: Энергоатомиздат, 1986.- 272 е.: ил.

93. Холмянский М.М. Бетон и железобетон: Деформативность и прочность.- М.: Стройиздат, 1997.- 576 е.: ил.

94. Цилосани З.Н. Усадка и ползучесть бетона. - Тбилиси, 1978. — 230 с.

95. Цискрели Г.Д. Сопротивление растяжению неармированных и армированных бетонов.-М.: Госстройиздат, 1954. - 152 с.

96. Шоршнев Г.Н. Новые железобетонные конструкции под высокое внутреннее давление: 05.23.01. Дисс ... докт. техн. наук. - Ленинград, 1978. — 335 с. -Библиогр.: с. 315-335 (190 назв.). Discussion of a paper by S.P. Shah and B.V. Rangan "Fiber reinforcedconcrete properties" ACJ, v. 8, 1971, p.p. 625-631.

97. E.N. Peresypkin, V.P. Pochinok, V.S. Shevtsov, S.V. Shevtsov. Impact of Concrete Type on Crack Resistance of Reinforced Concrete Constructions. European researcher / International Multidisciplinary Journal, 2012, N 5-2 (21), p. 622-625.

98. Evans R.H. The structural engineer (London), v. 24, 1946. - pp. 639-659

99. Kaplan M. ACI Journal, 1963, v. 60, N 7

100. Kaplan M.F. Crack Propagation and Fracture of Concrete. ACJ. Journal, v. 58, №5, May 1961, p.p. 591-610.

101. Nauss D.J. and Lott J.L. Fracture Toughness of Portland Cement Concretes/ - Journal of the American Concrete Institute. Vol. 66, No. 6, June, 1969,, pp. 481-489

102. Nervi P.L. Precast Concrete offers New Possibilitle for Design of Shell Structcre., ACJ. Journal v. 24, №6, 1953.