Прочность при двухосном сжатии-растяжении полистиролбетона
Как известно, в приопорных зонах изгибаемых конструкций бетон находится под действием главных растягивающих и главных сжимающих напряжении в условиях плоского напряженного состояния. Вопросы прочности тяжелого, легкого и ячеистого бетонов применительно к этим условиям рассмотрены рядом авторов. Исследования прочности полистиролбетона при двухосном напряженном состоянии «сжатии-растяжении» в литературных источниках не обнаружены. Однако они необходимы для расчета трехслойных конструкций по наклонным сечениям и обеспечения трещиностойкости и прочности приборных зон. Для выявления возможного снижения прочности на растяжение полистиролбетона в приопорных зонах иод действием сжимающих напряжений проведены экспериментальные исследования.
В качестве опытных образцов при определении прочности полистиролэстона в условиях плоского напряженного состояния «сжатие-растяжение» использованы кубы с ребром 10 см. Испытания проведены на установке, которая представляет собой силовую раму, позволяющую с помощью двух гидродомкратов создавать в образце-кубе одновременно растягивающее в одном и сжимающее в перпендикулярном направлении напряжения (рис. 4.6).
Сжимающее усилие создавалось 50 кН гидродомкратом через металлические пластины толщиной 30 мм. Для равномерного сжатия и создания в образце состояния, близкого к однородному напряженному, между соприкасающимися поверхностями куба и опорных пластин помещались две прокладки из целлулоида толщиной 0,5 мм, разделенные слоем графитовой смазки. Это снижало концентрацию напряжений и уменьшало трение в местах контакта образца с опорными плитами нагружающего устройства.
Растягивающие усилие от 50 кН гидродомкрата прикладывалось к кубу через центрирующее устройство и металлические пластины. Для создания равномерного растягивающего напряжения в образце к его граням приклеивались резиновые прокладки размером 10x10 и толщиной 2 см, а к ним - металлические пластины. Для склеивания использован эпоксидный клей с добавлением 10% по массе дибутилфталата в качестве пластификатора.
Испытания проводились при следующих комбинациях сжимающих и растягивающих нагрузок одноосное сжатие, одноосное растяжение и сжатие растяжение при различных соотношениях главных напряжений. В последней комбинации нагружение образца производилось пропорциональным увеличением обеих нагрузок ступенями около 10% от ожидаемой разрушающей. Испытаны три серии образцов из полистиролбетона различной прочности При одноосном сжатии кубов с устранением трения по граням, соприкасаю щимися с опорными пластинами, получены значения прочности, близкие к приз меннои. Сопротивление одноосному растяжению кубов оказалось близким к полу ченному на призмах, испытанных на осевое растяжение Для 1-й, 2-й, 3-й серий образцов прочность на сжатие составила соответственно 1,58; 1,08 и 0 7 МПа, а на рас тяжение - 0,36, 0,3 и 0,23 МПа
В условиях двухосного сжатия растяжения при низких значениях сжимающих напряжений наблюдается небольшое (до 10%) снижение прочности на растяжение полистиролбетона (рис. 4.7). Далее с повышением сжимающих напряжений падение прочности на растяжение происходит интенсивнее, увеличиваясь с ростом кубиковой прочности бетона. Это явление прослеживается, несмотря на ограниченный диапазон изменения кубиковой прочности испытанных образцов и естественный разброс опытных данных. В целом все они относятся к теплоизоляционному бетону низкой прочности, и отличия между ними в степени снижения прочности на растяжение с ростом сжимаю щих напряжений не очень велики. Отмеченные особенности соответствуют выработанным на основании анализа экспериментальных данных общим представлениям о критерии прочности при двухосном сжатии растяжении для тяжелого, легкого и ячеистого бетонов.
Связь между предельными значениями главных сжимающих и главных растягивающих напряжений учтена в формуле (142) СНиП 2.03.01.84
Небольшие относительные сжимающие напряжения omt мало отражаются на предельных значениях. При значительных сжимающих напряжениях, вызывающих образование в бетоне микро- и особенно макротрещин, предельные значения прочности на растяжение существенно снижаются. Поэтому критерий прочности принят в виде ломанной линии.
Вертикальный отрезок ее характеризует участок критерия в области малых сжимающих напряжений, в диапазоне которых изменение прочности на растяжение невелико и поэтому ее значения приняты постоянными и равными сопротивлению на осевое растяжение. Наклонный отрезок характеризует область интенсивного снижения предельных главных растягивающих напряжений от Rb до нуля с ростом главных сжимающих напряжений. В связи с тем, что теоретическая зависимость (4.7) для легкого бетона класса В15 и ниже определяет критерий прочности при сжатии-растяжении постоянным, независимо от дальнейшего снижения кубиковой прочности бетона эта зависимость может быть использована при анализе экспериментальных результатов для полистиролбетона низкой прочности. В этом случае в области сжимающих напряжений ниже 0,5Rb теоретическая зависимость (4,7) не учитывает снижение прочности на растяжение, а по экспериментальным данным оно достигает 15...20%. Вместе с тем с ростом сжимающих напряжений снижение прочности на растяжение не так велико, как это предусмотрено теоретической зависимостью. С большей точностью оценить экспериментальные данные при двухосном сжатии-растяжении полистиролбетона низкой прочности позволяет зависимость, предложенная К.И Веригиным. Она имеет вид:
Эта зависимость не нашла широкого применения из-за переоценки опытных данных для бетонов высокой прочности. Для полистиролбетона низкой прочности она удовлетворительно оценивает экспериментальные данные с учетом некоторого снижения прочности на растяжение даже в области низких сжимающих напряжений, что соответствует экспериментальным данным. Вместе с тем имеется некоторый запас в области высоких сжимающих напряжений, что необходимо из-за ограниченности и естественного разброса экспериментальных данных (см. рис. 4.7).
