ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА МАШИНОСТРОЕНИИ

Действие на железобетон многократно повторяющихся нагрузок

При воздействии повторной нагрузки в бетоне происходит накопление остаточных деформаций, которые развиваются при­мерно так же, как и деформации от длительного приложения на­грузки, но со значительно большей скоростью. Эти свойства бетона имеют существенное влияние на работу конструкций под нагрузкой и учитываются при проектировании железобетонных конструкций и особенно предварительно напряженных.

Бетон, как и другие материалы, под действием многократно повторяющейся нагрузки разрушается при величине напряжений, меньшей чем предел прочности материала при однократном ста­тическом его нагружении. В связи с этим при расчетах на вынос­ливость условные расчетные сопротивления бетона при харак­теристике амплитуды цикла нагрузки 0,1 < Q < 0,6 (е = ),

"max /

Где crmin и crmax — (наименьшие и наибольшие значения сжимаю­щих напряжений) принимаются меньшими, чем условные расчет­ные сопротивления бетона на прочность при однократном нагру­жении. Экспериментально установлено, что при q = 0 предел вы­носливости бетона может снизиться до V2 от условного расчетного сопротивления на прочность. 500

С увеличением коэффициента асимметрии цикла q увеличи­вается, и предел выносливости бетона. При величине q > 0,6, согласно нормам, расчет элементов на выносливость может не производиться. Если повторные нагрузки вызывают переменные напряжения, не превышающие абсолютных пределов выносливости бетона, т. е. границы трещинообразования Rfin, то прочностные свойства бетона не изменяются при сколь угодно большом числе повторений нагрузок, так как при этом никаких структурных изменений в бетоне не происходит.

При расчете железобетонных конструкций на выносливость Строительными нормами и правилами, в зависимости от характери­стики цикла напряжений в бетоне е, предусматривается снижение расчетных сопротивлений бетона. При этом, однако, учитывается, что со временем прочность бетона возрастает, в зависимости от марки, до 40%, поэтому минимальное значение снижающих коэф­фициентов равно 0,75.

Выносливость железобетонных конструкций при обычных про­центах армирования лимитируется растянутой арматурой, а не сжатым бетоном. Многочисленные исследования прочности обыч­ных ненапряженных железобетонных балок под воздействием мно­гократно повторяющихся изгибающих нагрузок показали, что:

Многократно повторные нагрузки, если они вызывают напряжения ниже предела выносливости, не снижают статическую прочность железобетонных балок. Опыты показали, что, напри­мер, разрушающая нагрузка балок, прошедших 2 млн. циклов повторной нагрузки, близко совпадает со статической разрушаю­щей нагрузкой балок, не подвергающихся пульсации, и в неко­торых случаях даже превышает ее.

Железобетонные балки, нагруженные повторными нагруз­ками, вызывающими напряжения ниже предела выносливости, выдержали при q = 0,2 без признаков разрушения более 5 млн. циклов нагружения, причем стабилизация деформаций (прогибов) в таких балках происходила примерно при 10 тыс. циклов нагру­жений.

Предел выносливости железобетонных балок в 1,5—2 раза ниже предела прочности при однократном статическом загружении при числе повторений нагрузок 2—5 млн. раз.

Изучение предела выносливости предварительно напряженных железобетонных балок показало следующее:

1. Нагрузка, вызывающая разрушение от усталости, всегда выше нагрузки, вызывающей появление трещин. Таким образом, из-за усталости арматуры [18] разрушаются как бы обыкновенные железобетонные балки, но имеющие (благодаря предварительному напряжению) более высокий коэффициент асимметрии цикла Q.

Если многократно повторяющаяся нагрузка меньше на­грузки, вызывающей раскрытие трещин, то сколько бы не было велико число нагружений, несущая способность не исчерпывается.

Балки, имеющие одинаковую несущую способность при ста­тических нагрузках, имеют тем большую трещиностойкость и выносливость, чем выше величина натяжения арматуры. Отно­шение нагрузки, вызывающей разрушение от усталости, к стати­ческой разрушающей нагрузке в предварительно напряженных балках доходит до 0,8 на базе 2-Ю6 циклов при q = 0,15^-0,20.

[1] Под пределом упругой работы понимается граница, до которой напряже­ния и деформации материала можно считать связанными линейна

[2] Остаточные деформации не лимитируются. В клетях прокатных станов они компенсируются нажимными устройствами валков.

[3] Испытания на повторную нагрузку проводились в Секторе механических испытаний ЦНИИ строительных конструкций Госстроя СССР.

[4] — предварительно напряженные призмы; 2 — ненапряженные призмы; 5 — изменение упругих деформаций бетона (е^: г^); 4 — изменение остаточных деформаций ненапря­женного бетона (eq : 8^,); 5 — изменение остаточных деформаций предварительно напря­женного бетона (eg : е^); Zy — упругая деформация при N > 1; eg — остаточная дефор­мация при Л' > 1; е — упругая деформация при N = 1,

[5] С орник 1835

[6] — кг к

[7] 2 — naoa аф2=—яф4; аф4 = — ф4 Лш^г~пФ«-

[8] — железобетонный ци­линдр; 2— стальной ци­линдр.

Нижние индексы «а» и «о» означают, что функции относятся соответственно к желе­зобетонному и стальному цилиндрам.

Подставляя в граничные условия (188) выражения переме­щений и напряжений через начальные функции и\, и\, и°6, получим систему из шести обыкновенных дифференциальных урав­нений бесконечно высокого порядка с постоянными коэффициен­тами относительно шести неизвестных начальных функций

[9] JI е й б е н з о н JI. С. Вариационные методы решения задач теории упругости, Гостехиздат, 1943.

[10] В работе принимали участие инженеры Кулыгин Ю. С. и Волков Ю, С.

[11] Проект каркаса выполнен во ВНИИМЕТМАШ инженерами Романо­вым В. В. и Голяницкой Т. Н.

[12] 01-S

[13] вертикальная навивка.

[14] — 2 + ^ sin е 11 ~ 2 ' 1 - Lxsine

[15] \ iRu ' Rw / іРіа-г

[16] + - fi - sin 0 і Ь. a R — a 1 2qR l 4- Я sin 0 2q cos 0 ' agi '

Отсюда следует, что дифференциальное уравнение

+-1_8іпе)р1== p2cose

— ' + >> sin е apj К 14- sin 0 ' agx

Dr] '

[18] В предварительно наприженных железобетонных балках разрушение от усталости также в большинстве случаев происходит из-за разрыва арматуры.