Основы физики твердого тела для строителей

при т Rm,ser

3

Принимая число стержней, пересекаемых одной половиной трещины, равным n, можно рассмотреть последующие этапы развития трещины. Общее число пересекаемых стержней при этом равно 2n, число ячеек сетки в трещине 2n + 1, длина трещины (2n + l)Sm, а расстояния от центра трещины до усилий в стержнях

Контрольные вопросы

1.В каких зонах существенно неоднородного материала могут развиваться трещины? Назвать соответствующие типы разрушения неоднородного материала.

2.Какова траектория развития трещин в тяжелом и легком бетонах?

3.Изобразить физическую модель бетона.

4.При каких температурах уровни реактивных сил в бетоне минимальны, а при каких – максимальны?

5.Какова связь величины KI с параметрами капилляров в бетоне?

6.Что такое армоцемент?

7.От чего зависят шаг и ширина раскрытия трещин в армоцементе?

8.Каковы основные этапы развития трещины в армоцементном элементе с подкрепленным краем?

241

Рис. 11.2. Экспериментальное определение J-интеграла:

а – контур, по которому производится интегрирование; b – диаграмма «нагрузка– перемещение», по линии нагрузки заштрихованная площадь отвечает изменению энергии при продвижении кончика трещины на величину dl

Доказано, что J-интеграл независим от геометрии образца в большей степени, чем KIc (требуются образцы до 50 раз меньшей толщины). Толщина образца b при определении JIc интеграла должна соответствовать условию

t

где – коэффициент;

– условный предел текучести; пp – предел прочности.

Методика определения J-интеграла приведена в работе «Расчет испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение вязкости разрушения (трещиностойкости) при ста-тическом нагружении» (М., Издательство стандартов, 1982. С. 55). В настоящее время стандартизированы также методы определения KIc, для цементного камня.

Наиболее распространенным методом экспериментального определения значений KIc является испытание изгибаемых балочных образцов с надрезом по 3- или 4-точечной схемам. Надрез создается путем укладки тонкой пленки на место будущего надреза при бетонировании образца или же путем создания пропила в уже затвердевшем бетоне.

246

Выражение (11.1) относится к изгибу по 3-точечной схеме при l/h = 8, а (11.2) – при l/h = 4.

К числу важнейших параметров линейной механики разрушения, наряду с KIc, относится также критическая скорость высвобождения энергии GIc (или интенсивность высвобождения энергии GIc – энергия, необходимая для образования единицы площади новой поверхности трещины).

GIc может быть найдена косвенным путем по KIc. В случае линейноупругого материала KIc, и GIc связаны следующим соотношением:

Причем (11.3) относится к плоскому напряженному состоянию, а (11.4) – к плоской деформации.

Существуют и другие методы экспериментального определения GIc. Один из методов заключается в измерении податливости, т.е. отношения прогиба f к приложенной нагрузке Р: с = f / P, и вычислении dc / dl для серии изгибаемых образцов-близнецов, отличающихся только l – длиной начальной трещины (надреза) (рис. 11.4). Интенсивность высвобождения энергии для каждого образца

GIc Pc2 dc , 2b2 dl

где Рс – критическая нагрузка на образец (в момент начала спонтанного роста трещины);

dc / dl – значение производной «податливости» по длине трещины, соответствующее длине начальной трещины в данном образце;

b – ширина образца.

248

Рис. 11.4. Экспериментальное определение податливости

При определении GIc описанным методом необходимо учитывать, что податливость образцов с искусственной трещиной (разрезом) может существенно отличаться от таковой для образцов с естественными трещинами за счет сил сцепления между берегами трещин, возникающих в последнем случае.

11.2. Устройство для получения равновесных диаграмм деформирования бетона

Чтобы получить экспериментальные данные для определения величин KIc и GIc, необходимо снять диаграммы деформирования. На рис. 11.5 приведена характерная полностью равновесная диаграмма деформирования цементного камня и бетона в координатах сила– перемещение (прогиб), нисходящая ветвь которой, начиная от точки А, характеризует процесс разрушения.

249

Рис. 11.5. Характерная полностью равновесная диаграмма деформирования цементного камня и бетона

Для получения таких диаграмм используют специальные испытательные машины, которые позволяют осуществлять контролируе-мое мягкое нагружение образца при соблюдении постоянной скорости его деформирования.

Для получения на обычных стандартных испытательных машинах полностью равновесных диаграмм деформирования разработаны специальные устройства к ним и методики определения KIc и GIc. Так, для определения основных характеристик трещиностойкости бетона на образцах-призмах (рис. 11.6) с инициирующими разрушение трещинами разработано дополнительное устройство, основным элементом которого является стальное кольцо (рис. 11.7), обеспечивающее стабильный равновесный характер разрушения вследствие увеличения жесткости испытательной системы и восприятия избытка упругой энергии, высвобождающейся при разрушении образца.

Жесткость машины см определяется по формуле см = dF/dS, где dF – изменение силы; dS – соответствующая деформация машины. В зависимости от жесткости испытательные машины обладают различной способностью накапливать потенциальную энергию, а затем высвобождать ее в процессе деформирования (разрушения) образца.

250