ООО Архитектурная Производственная Компания

НЕКОТОРЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ РАСЧЕТОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ В УСЛОВИЯХ ХОЛОДНОГО КЛИМАТА

А.К. Гончаров, В.Н. Лавров

Статья опубликована в издании «Исследование работы и совершенствование методов расчёта строительных конструкций: Межвуз. сб. науч. тр. Под ред.Титаева В.А./ Дальневосточный государственный университет путей сообщения. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2001.»

В современной практике проектирования строительных конструкций расчёт производится с учетом начальных свойств материалов. Все изменения свойств материалов во времени (потеря прочности, упругости, появление трещин) учитываются коэффициентами условий работы, но при этом в расчетных моделях не представляется возможным получить напряженно-деформированное состояние в интересующий период времени. Нами разработаны физико-механические расчетные модели, учитывающие влияние циклов замораживания – оттаивания и усадки – набухания на развитие собственных напряжений в конструкции от объемных деформаций материала во времени. Практически эти модели могут быть применимы сейчас для однослойных наружных стен зданий и их фрагментов. В дальнейшем, при использовании компьютеров, эти модели планируется развить для более сложных геометрических форм конструкций.

Модель неморозостойкого материала, расчёт собственных напряжений в железобетонных стержнях.
Модель усадки и набухания, расчёт наружных стен из газобетона.

Общеизвестно, что под влиянием попеременного замораживания-оттаивания прочностные и упругие свойства бетона снижаются, происходит увеличение удельного объема (которое мы назовём остаточными деформациями - E). Была предложена формула для расчёта напряжений (1) в стареющем бетоне на основе соотношений, полученных проф. О.Е. Власовым (2).

где W – степень повреждения бетона, изменяется в пределах 0 &;lt W &;lt 1 ;N0 – величина морозостойкости бетона, равная количеству циклов замораживания – оттаивания до полной диспергации опытного образца; L – характеристика деформации, равная L=eE/R , изменяется в пределах 0 &;lt L &;lt 1. Для иллюстрации приведем следующий пример. Было рассмотрено упругое равновесие бетонного стержня с центральным армированием. В результате получена практическая номограмма для расчета рис.1. При армировании

в расчёт вводятся характеристики предварительного напряжения или внешней нагрузки:

Линия P-Q соответствует предельным значениям L , при которых бетон разрушается от сжатия в момент, когда 6б=-(R-W)^2 .

По номограмме на рис.1 можно получить интересные результаты: - оценить степень повреждения бетона W=0.75 , при котором ненапряженный железобетонный стержень (e=0) разрушится, а также степень повреждения бетона W=0.53 , при котором предварительно напряженный железобетонный стержень разрушиться при предварительном напряжении e=0.2 . В некоторых научных работах русских учёных, экспериментально исследующих изменение механических свойств бетонных и железобетонных элементов под воздействием циклов замораживания – оттаивания, отмечалось, что имеют место деформации специфической ползучести. Под этим подразумевался тот факт, что опытные образцы после многократного замораживания имеют значительно большие деформации под нагрузкой, чем в таких же образцах, не подвергающихся замораживанию. Исследователи подчеркивали факт влияния многократного морозного воздействия на изменение вязкоупругих свойств бетона. Введя в рассмотрение модели упругого неморозостойкого материала модель Фойхта, получена следующая модификация уравнения (1) – формула (3).

Практические расчёты по этому уравнению дают лучшее совпадение с экспериментальными результатами при оценке деформаций предварительно напряженных железобетонных стержней, подверженных многократному замораживанию – оттаиванию. Следует отметить, что в представленных уравнениях не введены дополнения, которые связаны с повышением свойств морозостойкости тяжелых бетонов при умеренном его обжатии. Рассматривая подробно физико-механические свойства силикатных ячеистых бетонов, а также поведение ограждающих конструкций из них, можно придти к выводу, что причиной их повышенной деформативности и трещинообразования является пористая структура, а точнее развитая внутренняя поверхность пор. Экспериментальные исследования показывают, что величина внутренней поверхности пор на 1 г ячеистого бетона может достигать нескольких квадратных метров. В связи с этим возникают следующие соображения о механизме развития деформаций твердых пористых тел при смачивании поверхности скелета пористого материала. При изотермическом увлажнении и высыхании большинство строительных материалов практически не изменяют своей температуры. Следовательно, можно считать, что изменение их влагосодержания не приводит к изменению их теплосодержания. При этом меняются лишь энергия деформирования материала, и поверхностная энергия. Изменение поверхностной энергии зависит от разности поверхностного натяжения на границе сред: твердое тело – воздух или твердое тело – жидкость. Математически это можно записать следующим образом:

Практически были выполнены расчёты сезонного изменения влагосодержания в наружных стенах из газобетона y=600кг\м3 , изготовленных по различным технологиям и определены возникающие при этом напряжения на наружной поверхности стены, которые для иллюстрации приведены ниже на рис.2.