1807

31

Задача моделирования существенно упрощается, если рассматриваются стержневые элементы из железобетона при одноосном напряженном состоянии. При моделировании стержневых систем равенство коэффициентов Пуассона для модели и её прототипа не обязательно, в связи с чем для модельного материала становится возможным применение любого упругого материала.

Примеры подбора материалов для моделей бетонных и железобетонных строительных конструкций

Пример 1. Определить правомерность выбора материала модели строительной конструкции из бетона. Материалы модели и прототипы модели

обладают одинаковыми пластическими свойствами p p [296].

Исходные данные:

Физико-технические характеристики прототипа модели из тяжёлого бетона:

Физико-технические характеристики модели из тяжёлого бетона:

Подстановка данных в уже рассмотренные соответствующие формулы позволяет получить следующие значения:

Математические выражения определяемых относительных деформаций бетона на модели и её прототипе представляются в виде:

32

или

рис. 5.1 показаны графики аффинного преобразования деформаций бетонов модели и её прототипа. Стрелками отмечены преобразованные точки

Рис. 5.1. Индикаторные кривые для подобных упругопластичных материалов при абсолютных значениях напряжений

Расчетно-графические результаты показывают возможность преобразования индикаторной кривой прототипа модели в соответствующую кривую модели с помощью указанной выше методики.

Пример 2. Определить правомерность выбора материала модели для её прототипа из бетона при разных уровнях нагружения.

Исходные данные:

материалы модели и оригинала обладают разными пластическими свойствами – 'p p;

физико-технические характеристики прототипа модели из тяжелого бетона:

Rnp 145 кгсм2; E0 265000 кгсм2; p 0,60;

33

физико-технические характеристики модели из легкого бетона:

Rnp 80 кгсм2; E0 80000 кгсм2; p 0,42.

Требуется провести сравнение индикаторных кривых модели и её прототипа в случаях когда:

а) нагрузка не превосходит эксплуатационной, т. е. при относительных

напряжениях 0 0,6;

Rnp

б)нагрузка доходит до разрушающей 0 1.

Rnp

Подстановка данных в уже рассмотренные соответствующие формулы позволяет получить:

Дляслучая(а), когдаотносительныенапряженияизменяютсяот0 до0,6:

Выражения для расчета относительных деформаций бетона на модели и её прототипе определяются как:

Для случая (б), когда относительные напряжения изменяются от 0 до 1Rnp =1: т 0,845; 1,545.

34

Выражения для расчета относительных деформаций бетона на модели и прототипе модели имеют вид:

Rnp ; (5.80)

1828 1097 Rnp

На рис. 5.2, 5.3 приведены графики индикаторных кривых для подобных упругопластичных материалов.

Средняя ошибка моделирования для индикаторных кривых на рис. 5.2 составляет 4 %, а для индикаторных кривых рис. 5.3 – 10 %, что имеет достаточную точность для решения практических задач .

Пример 3 Определить материал бетона железобетонной модели. Прототип модели выполнен из бетона с обычным армированием со следующими физико-техническими данными:

Rпр 145 кгсм2; E0 0,265 106 кгсм2; p 0,60; Ra 2500 кгсм2; Ea 2 106 кгсм2; p 0.

35

Арматура модели принята из латунных стержней со следующими фи- зико-техническими данными:

Ra 1400 кгсм2; Ea 0,72 106 кгсм2; p 0.

Материалом модели выбран легкий бетон на естественных заполнителях с коэффициентом пластичности в момент разрушения p 0,4

С учётом рассмотрения всей индикаторной кривой деформации бетона

Значения коэффициента К' для модели определяются из формулы, по которой находится величина относительного модуля упругости (табл. 5.3):

При К' =0,426 (табл. 5.3) материал модели выбирается из легкого бетона на естественных заполнителях при объемном весе щебня Oщ >700кгм3 .

Использование лёгкого бетона для модели с Rnp' 80кгсм2 и К 0,426 позволяет получить для модели:

36

Для прототипа модели C0 E0 1830.

Rnp

Множители подобия для бетона составляют:

Аналогичные множители подобия были получены ранее для арматуры:

а 0,56; а 1,56; а 0,36.

а

Совпадение соответствующих множителей подобия для бетона и арматуры показывает правильность сделанного подбора материалов модели.

37

Глава 6. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ ДОЛГОВЕЧНОСТИ

СТРОИТЕЛЬНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ВРАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ

6.1.Анализ нормативных документов, являющихся расчетными моделями элементов

железобетонных конструкций

Главной задачей расчета долговечности железобетонных конструкций является обеспечение надёжной их эксплуатации без специальной (вторичной) защиты, так как вторичная защита существенно удорожает конструкцию и не обладает стойкостью на весь период эксплуатации [159]. Выполнению этой задачи помогают модели долговечности железобетонных элементов, разработанные по результатам их экспериментальных исследований в агрессивных средах.

Расчетными моделями исследования долговечности железобетонных элементов в капитальных зданиях и сооружениях, а также на дорожномостовых объектах в России можно считать строительные нормативные документы.

Долговечность в стандарте организации СТО 36554501-014-2008 [500] рассматривается, как способность строительного объекта сохранять физические свойства, обеспечивающие его нормальную эксплуатацию, в течение расчётного срока службы. Нормативный документ СТО 36554501-014- 2008 определяет дифференциацию сроков службы различных зданий и сооружений в соответствии с табл.6.1.

Таблица 6 . 1 Примерные сроки службы зданийисооружений

38

Впервые минимальный пятидесятилетний срок службы несущих железобетонных конструкций из обычного тяжёлого бетона в капитальных зданиях, эксплуатирующихся в газовой, жидкой и твёрдой средах с различной степенью агрессивности, установлен СНиПом 2.03.11-85* [477]. Для мостовых конструкций впервые нормативный срок службы железобетонных элементов установлен в Московских городских строительных нормах МГСН 5. 02-99 [234], которые были созданы как дополнение к СНиП 2.05.03-84* [478]. Согласно этому нормативному документу сроки службы пролётных конструкций принимаются следующими: для монолитного железобетона – 100, сборно-монолитного – 80 лет и из сборного – 70 лет.

В табл. 6.2 приведены основные нормативные документы, включающие требования к долговечности железобетонных конструкций.

Таблица 6 . 2 Требования к долговечности железобетонных конструкций,

предъявляемые нормативными документами

39

Продолжение табл. 6 . 2

40