ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ СТРУКТУРЫ БЕТОНА ПРИ СЛОЖНЫХ НАПРЯЖЕННЫХ СОСТОЯНИЯХ
На диаграммах состояний положение параметрических точек сохраняется и при сложных объемных напряженных состояниях, когда величины всех трех главных напряжений отличны от нуля. Объемные напряженные состояния возникают в конструкциях в местах концентрации усилий (например, около анкеров, в опорных узлах и т. д.). Чтобы выявить особенности процесса разрушения бетона в этих условиях, были проведены исследования [19] на образцах с различной величиной бокового обжатия. В процессе испытаний были получены кривые поперечных и продольных деформаций бетона, кривые дифференциального коэффициента поперечной деформации и изменения объема образца и кривые изменения времени прохождения ультразвукового импульса через материал в поперечном и продольном направлениях.
На рис. 17 приведены кривые поперечных и продольных деформаций (а), дифференциального коэффициента поперечной деформации бетона Av (б), изменения объема 6 и А0 (в) и кривые, построенные по результатам ультразвуко-
В)<31ГнГ/смг |
Разрушение |
-200 -100 Д 100 200 300 № 500 €-10 0,5 л 10 |
А) СгнС/см
Разрушение
<TV нГ/см1 |
Разрушение 9ВЗ |
Т |
At м к сЕк 0 5 10 15 Вдоль образца |
4,0 8,0 По диагонали |
W 2J0 |
1,0 О Образца |
1,0 О Поперек
Рис. 17. Диаграмма сжатия
А — изменение коэффициента поперечной деформации; б —кривые изменения объема 6 и приращения объема А9; в —диаграммы состояний; г—для образца (№ 6, на рис. 19), испытанного при боковом давлении 97,2 кГ/см2
Вых наблюдений при испытании того же образца. Образец был испытан при боковом давлении (в момент разрушений) 97,2 кГ/см2. На рис. 17 наглядно видна разница между диаграммой состояний и кривой изменения продольных ультразвуковых колебаний. Для удобства сравнения
G/*
Ния ультразвукового импульса от относительного уровня нагружений aJR при различных соотношениях величин главных напряжений 1—3 для одноосного сжатия; 4—Р — величины Gtfaz соответственно равны 72 (СГ3 = 10 кГ/см2), 10,1; 10,1; 3,75 (ст3 = = 498 кГ/см2); 7,21; 7,35 |
Диаграмм состояний, построенных по результатам измерения времени прохождения ультразвукового импульса через образец с ростом нагрузки, на рис. 18 представлены кривые в координатных осях, где ось ординат соответствует безразмерной величине сгі//? (R — наибольшее главное нормальное напряжение в момент разрушения образца).
Из рис. 18 следует, что во всех образцах характер изменения времени прохождения импульса в поперечном направлении одинаков, на первом этапе нагружения уплотняется материал образца, время прохождения через бетон ультразвукового импульса уменьшается.
По мере дальнейшего повышения нагрузки (выше уровня /??) происходит постепенное разуплотнение образца и увеличивается время прохождения импульса. Повышение нагрузки выше уровня RT сопровождается увеличением времени прохождения импульса. С ростом бокового давления на образец относительный уровень величин R? и Rt повышается.
Анализ диаграмм состояний показывает, что в исследованных границах наблюдается аналогичный характер изменения структуры бетона в процессе нагружения до разрушения при разных величинах нагрузок. Из сопоставления кривых времени прохождения ультразвукового импульса, полученных при поперечном и продольном про - звучивании, видно, что разрушение структуры происходит вдоль действующего наибольшего главного нормального напряжения. Стадии разрушения соответствует потеря несущей способности материала с нарушенной структурой.
Загружение образцов с большей интенсивностью бокового отжатия вызывает значительное увеличение объемных деформаций (рис. 19). Так, при предельном боковом давлении а2 = = 498 кГ/см2 (кривая 7) относительный объем образца стал примерно в 10 раз меньше, чем при одноосном сжатии.
Скорость деформирования изменялась по-разному на различных уровнях загружения. При загружении до уровня Rt объем образцов уменьшался почти пропорционально нагрузке.
В диапазоне напряжений от до RT объемные деформации меняются в зависимости от Ot/<т3. При малых значениях объем образцов продолжает уменьшаться, несмотря на разуплотнение структуры материала (см. рис. 17) и ускоренный рост величины коэффициента v. Но скорость уменьшения объема постепенно падает. При увеличении интенсивности бокового обжатия (которое препятствует поперечному расширению) растет влияние продольных деформаций в сумме А0 = Дві + 2Ає2(Ає2 С 0). Поэтому объем уменьшается интенсивно и тем быстрее, чем больше отношение ojoi. Однако на уровне RT продольные разру-
Ofi 0,6 (ЦІ O,t |
1,2 De/йб, |
Рис. 19. Зависимость полного относительного объема |
А—9 и скорости изменения относительного объема dO/dai Б—от относительного уровня нагружения a1/R при различных соотношениях величин главных напряжений Oj/О» (номера кривых по рис. 18)
Шения структуры настолько значительны, что, несмотря на возрастающую продольную сжимаемость образца, скорость уменьшения объема сначала резко падает, затем начинается лавинообразное увеличение объема образца. Таким образом, в исследованном диапазоне величин бокового давления прогрессирующее развитие микроразрушений
<3/9
Рис. 20. Зависимость параметрических уровней Кривая /; Ят/#пр—кривая 2) от относительной величины бокового давления в предельном состоянии o3/Rnp |
0.8 |
0.6 ОЬ |
10
Структуры бетона на определенном уровне загружения приводит к увеличению объема образца, что говорит об одинаковом характере разрушения бетона.
Влияние характеристик объемного напряженного состояния на уровни параметрических точек видно из рис. 20. Значительное замедление подъема обоих параметров наблюдается с момента, когда интенсивность бокового давления превышает сопротивление отрыву Rp примерно в 10 раз. При боковом давлении, достигающем половины величины наибольшего главного напряжения аІ9 характер разрушения может меняться. Как отмечает А. Н. Ставро - гин [83], при указанных боковых давлениях объем образцов из горных пород при сжатии не увеличивается, и образец разрушается от среза.
Пользуясь введенным Г. В. Ужиком критерием разрушения от преодоления сопротивления отрыву [117], необходимо учитывать изменения величины коэффициента Пуассона за счет развития микроразрушений.
Анализ изменений структуры бетона под действием внешних нагрузок и температурных деформаций показывает,
что его деформации и процесс накопления микроразрушений приводящие к разрушению, не являются функциями только его прочности. Они зависят и от других факторов, из которых наибольшее значение имеет пористость, соотношение воды и цемента, форма связанной воды в цементном камне. В последующих главах эти зависимости рассматриваются более подробно и предлагаются практические методы их учета.