4241

Наназашвили, В. И. Савин, А. А. Кудрявцев, Ю. С. Беленький, А. К. Яворский, Л. П. Хорошун, Б. П. Маслов, В. С. Подчуфаров, В. П. Коцегубов и др.). Однако основной целью проведенных исследований являлось создание теории формования оптимальной структуры материалов, повышение временного сопротивления и начального модуля упругости. При этом сам процесс разрушения рассматривался как критическое событие, а предел прочности принимался за константу материала. Многочисленными исследованиями установлена несостоятельность представления о разрушении твердых тел как мгновенном акте. Очевидно, что разрушение является процессом, развертывающимся во времени, и может произойти при разных уровнях механического напряжения.

В проблеме обеспечения долговечности древесно-цементных материалов важную роль играют прогнозные оценки величины напряжения, соответствующего определенному времени до разрушения - длительной прочности, сведения о которой до последнего времени отсутствовали. Также и постоянный модульупругости неможетслужитьобъективной характеристикой деформируемости этих материалов, так как при одном и том же напряжении деформации с течением времени возрастают в несколько раз. Поэтому заключениеовозможностииспользованиядревесно-цементныхматериаловдля изготовления несущих элементов зданий без исследования их работы в условиях длительного загружения может привести к непредвиденным последствиям.

Создание современных методов расчета конструкций из древесноцементных материалов требует изучения целого комплекса их механических свойств и, в первую очередь, длительной прочности и ползучести при постоянных и переменных статических нагрузках в зависимости от возраста, влажности и температуры материалов.

Весьма важную роль для обеспечения долговечности конструктивных элементов зданий на древесных заполнителях играет статистический аспект

10

проблемы разрушения. Данные по длительной прочности древесины и бетонов на минеральных заполнителях характеризуются большим разбросом. Этот факт необходимо учитывать при вероятностной оценке неразрушимости элементов из древесных бетонов в условиях длительного загружения, поскольку неоднородность их строения и изменчивость механических характеристик выражены более значительно. С прикладной точки зрения наиболее эффективными статистические методы будут в том случае, если они опираются на прямые экспериментальные данные о разбросе значений времени до разрушения опытных образцов материалов и конструкций при длительных испытаниях.

Правильная оценка опасности разрушения в условиях длительной эксплуатации требует объективного анализа надежности конструкций в зависимости от особенностей разброса свойств материалов и характера изменения эксплуатационных нагрузок. При той ограниченности или полном отсутствии информации о длительной прочности исследуемых материалов, и тем более, по прочности самих конструкций при различных режимах длительного нагружения, поставленная задача являлась практически неразрешимой.

Особое значение приобретают вопросы исследования деформирования во времени несущих элементов из древесно-цементных материалов, так как при сравнительно малом модуле упругости этих материалов расчет по деформированной схеме и второе предельное состояние могут оказаться определяющими.

На основе анализа результатов натурных обследований зданий различного назначения в различных климатических районах страны, проведенных под руководством А. С. Щербакова, автором установлено, что дефектность конструкций зависит от продолжительности действия нагрузок и температурновлажностных условий эксплуатации.

Автор считает, что назрела необходимость в прогнозных оценках

11

долговечности несущих элементов зданий из древесно-цементных материалов, основанных на современных достижениях механики и физики деформируемого тела. Такой подход позволит учесть специфику свойств этих материалов, вид напряженного состояния и условия эксплуатации зданий.

Во втором разделе приводятся сведения о материалах, опытных образцах,

оборудовании и методике проведения экспериментальных исследований.

В третьем разделе представлены результаты экспериментальнотеоретических исследований длительной прочности древесно-цементных материалов, несущих элементов на их основе и вероятности их неразрушимости. Приведен обзор работ Ф. Кольрауша, О. Графа, Р. Баумана, Ф. П. Белянкина, Ю. М. Иванова, В. Н. Быковского, Н. Л. Леонтьева, А. М. Иванова, В. Г. Михайлова, К. П. Кашкарова, В. Г. Леннова, В. П. Коцегубова, Е. Н. Квасникова и др. по длительной прочности древесины, а также работ Е. Бреннера, X. Рюша, А. В. Яшина, В. И, Половца, И. И. Темнова, И. Е. Прокоповича, О. Я. Берга, В. М. Бондаренко, А. М. Скудра по длительному сопротивлению бетонов на минеральных заполнителях. Отмечаются исследования С. Н. Журкова, согласно которым совместный учет

одновременного действия механического напряжения времени и температуры позволяют правильно оценить физику явлений разрушения твердых тел. Закон долговечности С. Н. Журкова, являющийся количественным выражением кинетической концепции прочности, экспериментально подтвержден на всех классах твердых тел и в координатных осях выражается линейной зависимостью.

Автором проведены экспериментальные исследования стандартных образцов из опилкобетона, арболита и стружкобетона при одноосном сжатии, растяжении и растяжении при изгибе от действия длительных статических

Уравнение (1) может быть представлено в виде эмпирической линии регрессии

(2)

параметры которой связаны с прямой (1) известными соотношениями. Уравнение (2) удобно тем, что оценки параметров а и b являются

независимыми случайными величинами, т. е. некоррелированы.

В результате статистической обработки опытных данных получена зависимость, отражающая связь между длительной прочностью

долговечностью и временным сопротивлением исследуемых материалов:

(3)

При определении долговечности материалов в зависимости от режима

эквивалентное времени действия некоторого неизменного напряжения

заменяющего по эффекту влияния на процесс разрушения фактический режим нагружения. В диссертации рассмотрены наиболее часто встречающиеся в практике эксплуатации и испытания конструкций режимы нагружения, для которых получены выражения приведенного времени, с использованием для этого известного соотношения Бейли.

По результатам длительных испытаний стеновых арболитовых элементов на внецентренное сжатие и статический изгиб, а также образцов кладки из опилкобетонных камней типа "Крестьянин" на одноосное сжатие установлено, что для оценки длительной прочности конструктивных элементов зданий по

сприведенным временем кратковременных испытаний

-время до разрушения при испытании с постоянной скоростью).

Экспериментально-теоретическими исследованиями установлена возможность оценки влияния температуры на прочность древесно-цементных материаловтемпературно-временнойзависимостьювида

14

Разработан алгоритм прогнозирования длительной прочности, реализованный в виде программы на ЭВМ.

Для вероятностной оценки времени разрушения использовалась линейная

теория накопления повреждений (принцип Бейли), представленная при ступенчатом изменении напряжений в виде

где Ф(z) - функция распределения для стандартной нормально распределенной

(10)

(И)

15

вероятность неразрушения для заданного относительного напряжения

ивремени

Вчетвертом разделе приводятся результаты исследований процессов деформирования древесно-цементных материалов и несущих элементов. Отмечается, что в проблеме обеспечения долговечности конструктивных элементов зданий из деревобетонов важную роль играют прогнозные оценки величин деформаций, развивающихся во времени. Между тем, как отмечал в своей монографии А. С. Щербаков, остается совершенно не изученной проблема ползучести деревобетонов.

Проведенными автором исследованиями установлено наличие для древесных бетонов двух областей деформирования: неполной упругости и интенсивного развития деформаций. В первой области упругая деформация линейно зависит от напряжений, а во второй эта зависимость нелинейна. Остаточная деформация появляется с самого начала загружения и непропорциональна напряжениям на всем протяжении деформирования.

Границе между областями соответствует напряжение которое, независимо от возраста материала к моменту загружения составляет 65% от призменной

исследования структурных изменений в деревобетонах при сжатии с определением изменения дифференциального коэффициента поперечной деформации Av, дифференциального изменения объема А9 и изменения времени прохождения A t ультразвукового импульса. Характер изменения этих

величин с ростом напряжения демонстрируе!

16

разделяющий процесс микроразрушений материалов надва этапа: уплотнения и разуплотнения. Граница между двумя этапами соответствует напряжению, совпадающему с величиной aj.n. При а > Стщ происходит интенсивный процесс разрушения материалов, малому приращению напряжения соответствует большое приращение деформаций, что указывает на переход деревобетонов в новое качественное состояние. Выполненные исследования позволили установить новый для деревобетонов критический параметр - момент начала необратимо прогрессирующего развития микроразрушений, который назвали пределом конструктивной прочности R*af= GJ.JI = 0.65Rb(ti). Этот параметр отождествляется с пределом длительной прочности материалов.

Наличие двух областей деформирования для конструкций из древесноцементных материалов подтверждается результатами экспериментальных

исследований внецентренно-сжатых стеновых арболитовых элементов и

образцов кладки из опилкобетонных камней при одноосном сжатии. Верхняя

материалов(опилкобетона, арболита, стружкобетона) позволили изучить закономерности их развития в зависимости от возраста TI загружения, величины и режима изменения напряженияCT(TI).Для аналитического описания деформаций ползучести 8„(т, TI) древесных бетонов в области линейного деформированияиспользуетсязависимость

(13) где С(т, TI) -некоторая удельная по отношению к абсолютным значениям напряжений относительная деформация ползучести (мера ползучести).

Для деревобетонов, загруженных в молодом возрасте (TI < 28 суток), удельная деформация ползучести наиболее удачно аппроксимируется аналитическим выражением С. В. Александровского:

(14)

Функции старения cp(t|) и A(t|) аппроксимировались суммой экспонент

вида

(15)

параметры которых подбирались на ЭВМ методом многомерной оптимизации с использованием программы, реализующей метод Давидона - Флейчера - Пауэлла. В этом случае задача нахождения оптимальных значений параметров выражения (15) рассматривается как задача нахождения минимума функции

(16)

Для древесных бетонов, загруженных в возрасте TI£ 28 суток, в качестве меры ползучести применяется экспоненциальная зависимость теории упругой наследственности с использованием значения предельной меры ползучести С(со,!,):

(17) Все параметры формул (14)...(17) подбирались по экспериментальным

данным.

Влияние влажности материала на величину меры ползучести (17) арболита и стружкобетона учитывается функцией влажности

(18)

которая связана с характеристикой ползучести ф(т, т,) зависимостью

(19) где Еь(16) и Eb(W) -начальные модули деформаций материала с влажностью 16

иW%.

Врезультате анализа семейства кривых ползучести для каждого из

18

материалов при различных уровнях неизменного во времени напряжения сжатия установлено, что в области линейной ползучести для TI> 28 суток процесс ползучести может быть изображен одной кривой в осях <р(т, т,) -т.

С целью оценки влияния переменной влажности материала, обусловленной циклическим воздействием колебаний режима эксплуатации, на развитие во времени деформаций и перемещений несущих элементов зданий проводились экспериментальные исследования стандартных образцов деревобетонов и

внецентренно-сжатых стеновых элементов из арболита. Установлено, что

повышенная начальная влажностьматериалов к моменту строительства и эксплуатации зданий с переменным влажностным режимом является причиной снижения долговечности конструкций. Деструктивные процессы, происходящие в древесно-цементных материалах при усадке, оказывают крайне негативное влияние на работу стеновых конструкций под длительной нагрузкой. В условиях длительного нагружения внецентренно-сжатых элементов интенсивный рост деформаций усадки арболита при снижении влажности приводит к резкому увеличению во времени деформаций сжатой зоны и перемещений. Кривые изменения силовых деформаций и перемещений подобны кривой деформаций усадки. Согласно опытным данным при уменьшении влажности арболита на 8% горизонтальное перемещение стеновых элементов уже через три месяца с начала нагружения достигло в относительных величинах 1/272 высоты элемента. Это всего на 26% меньше предельно допустимого значения к концу срока службы зданий из арболита. В то же время проведенными исследованиями установлено, что для внецентренносжатых арболитовых панелей с начальной влажностью, соответствующей комнатным условиям эксплуатации, влияние переменного влажностного режима на развитие деформации ползучести и перемещений сказывается только в начальный период. При увеличении числа циклов колебаний влажности воздуха в помещении лаборатории, вызванные ими деформации усадки и набухания арболита, не сказываются на дальнейшем росте