Перераспределение напряжений в бетонном сечении

При циклических нагрузках имеет место существенное перераспределение напряжений в бетонном сечении, вызванное пластической деформацией бетона. На первых же циклах нагружения, когда реализуется максимум пластической деформации, получаемые при максимальных нагрузках остаточные пластические деформации способствуют перестройке эпюры в растянутой зоне. Эти деформации с каждым циклом непрерывно накапливаются, так как вследствие замедленного характера деформации упругого последействия при снижении нагрузки они полностью не снижаются. Возможное увеличение напряжений на первом и последующих циклах, когда эпюра еще не перестроилась, компенсируется повышенной прочностью бетона вследствие высокой скорости приложения нагрузки, т. е. разрушения его не происходит. При дальнейших циклах по мере нарастания пластических деформаций в растянутой зоне напряжения снижаются до конечного значения, определяемого установившейся эпюрой распределения напряжений по высоте сечения.

О назначении расчетных характеристик бетона по выносливости. Приведенные выше данные исследований по выносливости бетона свидетельствуют об отсутствии единой согласованной методики оценки усталостной прочности бетона при различных видах и режимах нагружения. Это обстоятельство приводит к необходимости использования в расчетах отдельных рекомендаций различных авторов, что, естественно, затрудняет создание единой методики расчета. Вместе с тем накопленные экспериментальные данные позволяют сделать следующие основные выводы по выносливости бетона. Относительное значение выносливости бетона при различных видах напряженного состояния (сжатие, растяжение, изгиб и т. д.) может быть принято одинаковым.

Для сжатой зоны бетона пределом выносливости является граница микротрещинообразования. Поскольку эта граница зависит только от уровня действующего напряжения и вида напряженного состояния, для любых предел выносливости будет одинаковым.

Величина сказывается только на долговечности, т. е. на числе циклов, при котором наступит перегиб линий выносливости.

Перегиб линий выносливости, т.е. достижение предела выносливости, начинается при числе циклов, более 10³.

Началом линий выносливости на оси напряжений является точка, соответствующая динамической прочности бетона при скорости нагружения, равной скорости изменения переменной нагрузки.

Поскольку прослежена устойчивая связь усталостной прочности бетона со статической, при расчете на выносливость можно учитывать все факторы, приводящие к снижению статической прочности введением соответствующих понижающих коэффициентов в члены, содержащие статическую прочность. Так, при наличии водной среды влияние ее может учитываться умножением статической прочности на коэффициент размягчения.

Полученные выражения для описания графика выносливости бетона во всем диапазоне чисел циклов базируются на четкой расчетной схеме, в основу которой положены общие закономерности изменения выносливости бетона, установленные экспериментально. Коэффициент динамического упрочнения может быть определен из выражения, в котором учитывается влияние всех основных факторов. Коэффициент позволяет дифференцированно учитывать вид напряженного состояния и другие факторы, влияющие на границу микротрещинообразования. Это придает расчетным формулам достаточную гибкость. С целью упрощения расчета и с достаточной для практических вычислений точностью можно принять, что совпадает с результатами большинства исследований, упоминавшимися выше. Тогда расчет усталостной прочности бетона при сжатии сводится к простым формулам. Как указывалось, для всех видов нагружении бетона изменение относительной величины усталостной прочности происходит практически одинаково, а предел выносливости при рб=0 составляет 0,5-0,55.