книги из ГПНТБ / Гениев Г.А. Теория пластичности бетона и железобетона

+ ■

6,/*r

линдрические колонны диаметрами 20, 30, 50 и 70 см, различной длины при одинаковом отношении длины к диаметру. Все образцы имели поперечную арматуру в виде спиральной обоймы и продольные стержни. Об­ разцы готовили из бетонов различных марок от 125 до 500 кгс/см2. Для спиральной арматуры применялась вы­ сокопрочная холоднотянутая или обычная горячеката­ ная проволока,.пределы текучести которой колебались от 2500 до 12 000 кгс/см2 [(245—1176) МПа], процент армирования составлял 0,0—4,4.

Кроме того, в Иллинойском университете теми же ав­ торами [157, 158] были повторены опыты Консидера с бетонными цилиндрами, подверженными осевому сжа­ тию и одновременно боковому гидростатическому дав­ лению. Разрушение образцов достигалось не только при наибольшем осевом сжимающем напряжении, но и при наибольшем боковом давлении. Одновременно испыты­ вали бетонные цилиндры со спиральной арматурой на осевое сжатие. В этих опытах бетон имел примерно оди­ наковую призменную прочность, равную приблизительно

140 кгс/см2 (13,7 МПа).

Отметим, что опыты Ф. Рихарда и других авторов, проведенные в Иллинойском и Лехайском университе­ тах в 1927—1935 гг. (см. рис. 11), как по объему, так и по тщательности разработки являются одними из са­ мых значительных и достоверных, вследствие чего боль­ шинство авторов исследований по железобетону ссыла­ ются именно на эти опыты.

Начиная с 1946 г., когда В. X. Кинг [149] (рис. 12) испытал более 200 колонн призматического сечения при различной интенсивности поперечной арматуры (хому­ тов), были проведены большие по объему исследования бетонных образцов при стесненной поперечной деформа­

И. Сигемоти [165], С. И. Белами [122]. Среди этих ис­ следований могут быть отмечены значительные по объ­ ему опыты И. Сигемоти, Е. Воллака, А. М. Фрейденталя, Н. Свани, Ф. Блейки [124, 125], Г. Кована [135], Б. Зейболда [162]. Опыты Р. Рихарда, Е. Воллака, А. М. Фрей­ денталя и Г. Балмера ценны в том отношении, что испы­ тания проводились при высоких значениях сжимающих напряжений (рис. 13, 14). Опыты по всестороннему сжа-

41

тию при больших сжимающих напряжениях для различ­ ных материалов проводились П. Бриджменом [13].

Русские ученые также занимались вопросами по­ перечного армирования бетона. В работе В. П. Некрасо­ ва [79] имеется ссылка на исследования Н. М. Абрамо­ ва, предложившего еще в 1906 г. для колонн прямоуголь-

7”окт/

Чвят с

43

а также колонны круглого поперечного сечения со спи­ ральной арматурой. В. П. Некрасов [79] в 1925 г. пред­ ложил поперечное армирование прямоугольных колонн «железным волосом» и экспериментально проверил свое

отмечены эксперименты А. А. Гвоздева [23] по испыта­ ниям образцов овальной формы. Эксперименты с бето­ ном, армированным спиралями, были проведены А. С. Курылло [63] в Львовском университете. Эти ис­ пытания имели целью выявить влияние шага спирали на несущую способность бетонного ядра. В 1957 г. исследо­

равлический прибор И. Г. Гончарова), позволяющий осуществлять нагружение осевой сжимающей силой и боковым гидростатическим давлением испытуемые об­ разцы.

Исследованиями бетона в спиральной арматуре зани­ мались Я. В. Столяров [101], В. В. Михайлов, Д. А. Манем, Ф. Е. Гитман [44], Г. А. Гамбаров [21, 22]. Основ­ ная цель этих исследований — выяснить влияние предва­ рительного натяжения поперечной арматуры на прочность бетона. Однако несколько серий испытаний образцов в этих опытах были выполнены на образцах без предварительного натяжения арматуры, что позво­ ляет использовать эти опыты для проверки рассматрива­ емой гипотезы прочности (см. рис. 15).

Весьма обстоятельно исследовал бетон в спираль­ ной обойме в 1961 г. В. И. Карпинский [45], испытавший около 400 образцов цилиндрической формы (см. рис. 15). Автор изучил большой круг вопросов, связанных с проч­

ностными свойствами бетонов в условиях стесненной по­ перечной деформации.

Следующая группа исследований относится к изуче­ нию прочности бетона, заключенного в стальную трубу.

44

6,/Rc

Рис. 15. По данным Липатова (/), Курылло (2), Росновского (3), Рутгерса (4), Василькова (5)

В отличие от других видов поперечного армирования бетона (сетки, спирали и т. и.) стальная труба является одновременно и продольной и поперечной арматурой.

Первые исследования советских ученых — Г. П. Пере­ дерни [82], А. А. Гвоздева, В. А. Росновского [88], Б. М. Броуде [14] —-показали, что, несмотря на эту осо­ бенность, труба является не менее эффективной, чем обычная ненапряженная спиральная обойма. Г. П. Передерий [82] и В. А. Росновский [89] выполнили значи­ тельные по объему опыты с трубобетонными элементами (см. рис. 12). Подобные опыты проводились Н. Г. Добу-

прочность трубобетонных элементов [88, 89]. Опыты про­ водились на тонкостенных трубах, толщина стенок кото­ рых составляла 0,01 диаметра. А. Ф. Липатовым [66] бы­ ли специально поставлены опыты с толстостенными тру­ бами, площадь сечения трубы составляла от 9 до 22% поперечного сечения элемента. Разрушающая нагрузка

(смазка между внутренней поверхностью трубы и на­ ружной поверхностью бетонного ядра), то испытуемые элементы имеют такую же прочность, как и их эталоны, изготовленные и испытанные обычным способом. Значи­ тельны исследования прочности трубобетонных элемен­ тов Н. Ф. Скворцова [97].

Наконец, в 1959 г. большие исследования трубобетона выполнены В. Ф. Марениным и А. Б. Ренским [72] (см. рис. 15), обобщившими все ранее проведенные ис­ следования.

В 1962 г. небольшие эксперименты по испытаниям об­ разцов из бетона провел Л. К. Лукша [67] для проверки предложенной им гипотезы прочности (см. рис. 15).

Горные породы, в частности барит, в условиях трех­ осного сжатия испытывал Ю. А. Розанов [87].

Отметим, что все характеристики (предел прочности на одноосное сжатие, разрушающая нагрузка, размеры образцов и т. п.), которые необходимы при использова­ нии описанных экспериментов для проверки условия прочности по (1.18) или (1.44), как правило, приводятся авторами соответствующих опытов. Исключение состав­

46

ляет предел прочности на одноосный отрыв: эта харак­ теристика в большинстве случаев принималась по сред­ ним нормативным данным (Rp—0,05+0,2 Rc) .

Экспериментальные точки большинства исследовате­ лей нанесены на графики (см. рис. 5—9), на которых по­ казаны (в системе координат 0103, 0ОктТОкт) предельные кривые условия прочности (1.18) или (1.44), полученные как линии пересечения предельной поверхности и пло­ скости, проходящей через равнонаклонную координат­ ного угла и одну из осей координат 01, 02, 03- Все иссле­ дователи пришли к одному и тому же качественному выводу о значительном повышении предельных напряже­ ний в бетоне при всестороннем сжатии по сравнению с одноосным сжатием. Кроме того, было отмечено, напри­ мер, в опытах Рихарда [157, 158], П. Бриджмена [13], А. А. Гвоздева [25], X. Иосида, X. Рюша, Р. Джоунза, К- Антра [119], А. Брандзаега [129] и др. увеличение первоначального объема образца при всестороннем сжатии. Эти качественные выводы находятся в соот­ ветствии с условиями прочности (1.18), (1.44).

Что касается количественных соотношений, то о них на основании обработки некоторых опытных данных, представленных на рис. 9—15 и относящихся к случаю равенства двух главных напряжений, можно сказать следующее.

1. При небольших значениях двух равных главных напряжений [в пределах 01 —02= (0,60-7-0,8) R c] наблю­ дается хорошее совпадение экспериментальных данных с теоретическими [по условиям (1.18), (1.44) отклонения отдельных точек достигают 5—7%].

2. С ростом указанных напряжений в интервале 01 = = 02=(О ,8ч-3) R c расхождение теоретических и экспе­ риментальных данных возрастает; условия прочности в виде (1.18), (1.44) дают несколько заниженные показа­ тели прочности по сравнению с экспериментальными данными. Отклонения отдельных точек от кривой по

(1.18), (1.44) достигают при 0! = 02= (1,8-7-2) Rc— 15-4-

4-18%.

3.При больших значениях двух равных главных на­

расхождение теоретических и экспериментальных дан­ ных еще более возрастает, достигая для единичных то­ чек 25—27%. Следует отметить, что при соотношениях

47

порядка ai = a2= (5-т-8) Rc получено всего несколько то­ чек, что ограничивает возможности принятия достовер­ ных выводов.

На основании проведенного анализа, по-видимому, можно сделать осторожный вывод о более или менее удовлетворительном совпадении экспериментальных и теоретических данных, характеризуемых условиями

(1.18), (1.44).

Отметим, что предложенное Л. К- Лукшей [68] усло­ вие прочности в форме двухполостного гиперболоида значительно лучше отвечает экспериментальным данным

Плоское напряженное состояние

На рис. 16—21 показаны кривые, ограничивающие область прочного сопротивления при плоском напряжен­

областях напряженных состояний двухосного равномер­ ного и неравномерного растяжения и растяжения-сжа­ тия. В областях двухосного равномерного и неравномер­ ного сжатия эти кривые существенно разнятся друг от друга. Вообще говоря, попытки видоизменить условие прочности (1.18) и переход от поверхности параболоида вращения к другой поверхности прочности по (1.44) предприняты именно для того, чтобы уменьшить значе­ ния предельных напряжений в областях двухосного рав­ номерного и неравномерного сжатия. Рисунки 16—21 показывают, что предельные напряжения двухосного сжатия по условию прочности (1.44) значительно ниже аналогичных величин по условию прочности (1.18).

Двухосное равномерное и неравномерное растяжение.

Область двухосного растяжения изучалась эксперимен­ тально Н. Н. Давиденковым [47—49] на образцах из медицинского гипса, И. Г. Гончаровым [46], Г. В. Ужи­ ком [109], Ф. Блейки и Ф. Бересфордом [126] на образ­ цах из бетона, Н. Грассамом [141] на образцах из це­ ментного камня, а также Л. Коффином [132], Р. Грасси ^ Корном [142], С. Д. Пономаревым [84], Г. Куком и А. Робертсоном [134], Г. В. Уховым [ПО] на образцах из чугуна. Эти эксперименты проводились на полых ци-

48