Усталостная долговечность изгибаемых железобетонных элементов со смешанным армированием

Цель - экспериментально-вероятностный анализ изменений несущей способности изгибаемых железобетонных элементов с матрицами, фиброармированными полипропиленовыми волокнами. Численный эксперимент проведен с использованием нормативной методики многозвенного и послойного моделирования сечений элементов и экспериментальных диаграмм «σ-ε» фиброкомпозитов в исходном и постциклическом (50 циклов с амплитудой ɳ = 0,8 и нулевой асимметрией) состояниях. Вероятностные изменения несущей способности изгибаемых элементов, подвергнутых циклическим нагружениям, оценивались численным моделированием прочности балок прямоугольного сечения (b х h = 100 х 200 мм) с односторонним армированием (класс А400) различной интенсивности. Установлена высокая усталостная долговечность фиброармированных железобетонных элементов, обусловленная наличием компенсационных механизмов структурных изменений - снижению прочности сопутствует повышение способности к перераспределению внутренних усилий. Постциклическое снижение прочности бетона практически не сказывается на несущей способности изгибаемых элементов с большим и экономически предпочтительным диапазоном их конструктивного армирования. Проанализирована кинетика надежности элементов, оцениваемая уровнем реализуемого потенциала прочности бетона. Подтверждается, что при умеренном (μ < μ_R) армировании имеются объективные условия повышения полноты эпюры напряжений в сжатой части сечения за счет перераспределения усилий по высоте. Благодаря этому практически не изменяется после циклических воздействий несущая способность элементов при армировании μ ≤ 2,5 %, несмотря на существенное снижение прочности бетона.

1. Новое о прочности железобетона / под ред. К. В. Михайлова. М.: Стройиздат, 1977. 272 с.

2. Москвитин В. В. Циклическое нагружение элементов конструкций. М.: Наука, 1981. 344 с.

3. Расторгуев Б. С., Цепелев С. В. Перераспределение усилий в железобетонных конструкциях при малоцикловых воздействиях // Бетон и железобетон. 1989. № 10. С. 16-18.

4. Рыков Г. В., Обедов В. П., Майоров Е. Ю., Абрамкина В. Т. Экспериментальные исследования процессов деформирования и разрушения бетонов при циклических динамических нагрузках // Строительная механика и расчет сооружений. 1992. № 1. С. 71-76.

5. Беченева Г. В. Прочность бетона при немногочисленных повторных нагружениях // Исследования по сейсмостойкости зданий и сооружений. Труды ЦНЙИСК. 1961. Вып. 6. С. 91-118.

6. Ставров Г. Н., Руденко В. В., Федосеев А. А. Прочность и деформативность бетона при повторно-статических нагружениях // Бетон и железобетон. 1985. № 1. С. 33-34.

7. Яшин А. В. Некоторые данные о деформациях и структурных изменениях бетона при осевом сжатии // Новое о прочности железобетона. М.: Стройиздат, 1977. С. 17-30.

8. Корчинский И. Л. Несущая способность материалов при немногочисленных повторных нагружениях // Методы расчёта зданий и сооружений на сейсмостойкость: сб. статей / под ред. И. И. Гольденблата и В. А. Быховского. М., 1958. С. 97-107.

9. Сергеев С. М., Беккер В. А., Безделев В. В. Моделирование напряженного состояния растворной части вокруг гранул крупного заполнителя бетона при действии на него внешней сжимающей нагрузки // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1982. № 5. С. 21-25.

10. Isojeh B., El-Zeghayar M., Vecchio F. J. Concrete damage under fatigue loading in uniaxial compression // Aci Materials Journal. 2017. Vol. 114 (2). p. 225-235. https://doi.org/10.14359/51689477.

11. Gao L., Hsu T. C. C. Fatigue of concrete under uniaxial compression cyclic loading // ACI Materials Journal. 1998. Vol. 95 (5). p. 575-581.

12. Рабинович Ф. Н. Композиты на основе дисперсно-армированных бетонов: вопросы теории и проектирования, технология, конструкции. М.: АСВ, 2004. 560 с.

13. Huang B., Li Q., Xu S., Zhou B. Effect of loading frequency on the fatigue behavior of ultra-high toughness cementitious composites in compression // 14th International Conference on Fracture (ICF 14), June18-23, 2017, Rhodes, Greece. Rhodes: International Congress on Fracture, 2017.

14. Liu F., Zhou J. Fatigue strain and damage analysis of concrete in reinforced concrete beams under constant amplitude fatigue loading // Shock and Vibration. 2016. Vol. 2016. p. 3950140. https://doi.org/10.1155/2016/3950140.

15. Cachim P. B., Figueiras J. A., Pereira P. A. A. Fatigue behavior of fiber-reinforced concrete in compression // Cement and Concrete Composites. 2002. Vol. 24 (9). p. 211-217. https://doi.org/10.1016/S0958-9465(01)00019-1.

16. Paskova T., Meyer C. Low-cycle fatigue of plain and fiber reinforced concrete // ACI Materials Journal. 1997. Vol. 94 (4). p. 273-285.

17. Ramakrishnan V., Gollapudi S., Zellers R. Performance Characteristics and Fatigue of Polypropylene Fiber Reinforced Concrete // SP-105. 1987. Vol. 105. p. 159-177.