Закономерности деформирования и разрушения структуры бетона при сложных напряженных состояниях

На диаграммах состояний положение параметрических точек сохраняется и при сложных объемных напряженных состояниях, когда величины всех трех главных напряжений отличны от нуля. Объемные напряженные состояния возникают в конструкциях в местах концентрации усилий (например, около анкеров, в опорных узлах и т. д.). Чтобы выявить особенности процесса разрушения бетона в этих условиях, были проведены исследования [19] на образцах с различной величиной бокового обжатия. В процессе испытаний были получены кривые поперечных и продольных деформаций бетона, кривые дифференциального коэффициента поперечной деформации и изменения объема образца и кривые изменения времени прохождения ультразвукового импульса через материал в поперечном и продольном направлениях. На рис. 17 приведены кривые поперечных и продольных деформаций (а), дифференциального коэффициента поперечной деформации бетона Av (б), изменения объема Э и А6 (в) и кривые, построенные по результатам ультразвуковых наблюдений при испытании того же образца. Образец был испытан при боковом давлении (в момент разрушений) 97,2 кГ/см2. На рис. 17 наглядно видна разница между диаграммой состояний и кривой изменения продольных ультразвуковых колебаний. Для удобства сравнения диаграмм состояний, построенных по результатам измерения времени прохождения ультразвукового импульса через образец с ростом нагрузки, на рис. 18 представлены кривые в координатных осях, где ось ординат соответствует безразмерной величине oilR (R — наибольшее главное нормальное напряжение в момент разрушения образца). Из рис. 18 следует, что во всех образцах характер изменения времени прохождения импульса в поперечном направлении одинаков, на первом этапе нагружения уплотняется материал образца, время прохождения через бетон ультразвукового импульса уменьшается. По мере дальнейшего повышения нагрузки (выше уровня RT) происходит постепенное разуплотнение образца и увеличивается время прохождения импульса. Повышение нагрузки выше уровня RT сопровождается увеличением времени прохождения импульса. Анализ диаграмм состояний показывает, что в исследованных границах наблюдается аналогичный характер изменения структуры бетона в процессе нагружения до разрушения при разных величинах нагрузок. Из сопоставления кривых времени прохождения ультразвукового импульса, полученных при поперечном и продольном прозвучивании, видно, что разрушение структуры происходит вдоль действующего наибольшего главного нормального напряжения. Стадии разрушения соответствует потеря несущей способности материала с нарушенной структурой. Загружение образцов с большей интенсивностью бокового отжатия вызывает значительное увеличение объемных деформаций (рис. 19). Так, при предельном боковом давлении (т2 = сг3 = 498 кГ1см* (кривая 7) относительный объем образца стал примерно в 10 раз меньше, чем при одноосном сжатии. Скорость деформирования изменялась по-разному на различных уровнях загружения. При загружении до уровня RT объем образцов уменьшался почти пропорционально нагрузке. В диапазоне напряжений от RT ДО RT объемные деформации меняются в зависимости от < 0). Поэтому объем уменьшается интенсивно и тем быстрее, чем больше отношение ojo. Однако на уровне RT продольные разрушения структуры настолько значительны, что, несмотря на возрастающую продольную сжимаемость образца, скорость уменьшения объема сначала резко падает, затем начинается лавинообразное увеличение объема образца. Влияние характеристик объемного напряженного состояния на уровни параметрических точек видно из рис. 20. Значительное замедление подъема обоих параметров наблюдается с момента, когда интенсивность бокового давления превышает сопротивление отрыву Rv примерно в 10 раз. При боковом давлении, достигающем половины величины наибольшего главного напряжения сг±, характер разрушения может меняться. Как отмечает А. Н. Ставро-гин, при указанных боковых давлениях объем образцов из горных пород при сжатии не увеличивается, и образец разрушается от среза. Пользуясь введенным Г. В. Ужиком критерием разрушения от преодоления сопротивления отрыву [117], необходимо учитывать изменения величины коэффициента Пуассона за счет развития микроразрушений. Анализ изменений структуры бетона под действием внешних нагрузок и температурных деформаций показывает, что его деформации и процесс накопления микроразрушений приводящие к разрушению, не являются функциями только его прочности. Они зависят и от других факторов, из которых наибольшее значение имеет пористость, соотношение воды и цемента, форма связанной воды в цементном камне. В последующих главах эти зависимости рассматриваются более подробно и предлагаются практические методы их учета.