logo

Прочность бетона в конструкциях

Часть 1   Часть 2   Часть3

Посмотрим теперь, какую роль играют механические характеристики бетона, определяемые лабораторным путем, в суждениях о прочности бетона в конструкциях.

Так как элементы конструкций могут иметь различную форму и находиться в самых разнообразных условиях воздействия внешних нагрузок, то общего решения поставленного вопроса дать нельзя, но и каждом конкретном случае необходимо сопоставить действительные условия работы бетона в конструкции с той обстановкой, которая более или менее соответствует экспериментальному определению механических характеристик. Если например рассматривается центральное сжатие бетонной стойки, то следует считать, что в данном случае бетон работает не в условиях опытного кубика, а в условиях высокой призмы, и следовательно его сопротивление в стойке будет не R, а меньше R. Если железобетонная стойка снабжена значительным количеством хомутов, задерживающих ее поперечные деформации при осевом сжатии, то сопротивление бетона в такой стойке уже может приблизиться к кубиковой прочности и даже превзойти его.

Когда рассматривается бетонный элемент плиты, изгибаемой в двух направлениях то прочность бетона будет уже не R, а выше R, как оказывают опыты с кубиками, нагруженными соответствующим образом. Если короткая железобетонная консоль проверяется на срез, то следует помнить, что в данном случае нет явления чистого среза, а имеется более сложное напряженное состояние, определяемое совместным действием перерезывающей силы и изгибающего момента; поэтому сравнение прочности бетона следует производить с теми опытами, в которых Rср определяется в обстановке изгиба и т. д. Этих примеров достаточно для иллюстрации основной мысли, что механические характеристики бетона, являясь мерилом его прочности, в конкретных случаях расчета должны применяться к соответственным условиям работы рассчитываемой конструкции.

Ранее говорилось, что существующие теории прочности можно применять к бетонным и железобетонным конструкциям лишь с известным приближением ввиду значительной неоднородности бетона и наличия в его массе нарушений сплошности.

Что касается вопроса о том, какая из имеющихся теорий прочности наиболее отвечает характеристическим свойствам бетона как материала, то на него в настоящий момент вряд ли можно дать вполне обоснованный ответ. Как известно, и другие строительные материалы не являются в указанном смысле более счастливыми. Опыты показывают, что не только для различных материалов пока не существует универсальной теории прочности, но и для одного и того же материала различные напряженные состояния не охватываются какой-либо одной из известных теорий прочности. Для бетона общие причины последнего обстоятельства усугубляются еще тем, что механические свойства бетона и, в частности, соотношение между упругими и пластическими деформациями не являются постоянными, а меняются в зависимости от режима твердения бетона, продолжительности действия на него внешней нагрузки и т. п. Не удивительно поэтому, что результаты экспериментов с бетоном, имеющие целью выявить его механические свойства, не всегда можно объяснить, исходя из какой-либо одной теории прочности; и автору настоящей книги в различных ее местах пришлось прибегать и к теории Мора, и к теории Кулона, и к теории Сен-Венана. При современном состоянии учения о теориях прочности этот эклектизм является вынужденным.

Тем не менее следует сказать, что большинство исследователей железобетона отдает предпочтение теории прочности Мора. Это теория принимает, что разрушение в какой-либо точке происходит от сдвига вдоль элемента поверхности разрушения, проходящей через эту точку, причем на возникновение пластического состояния перед разрушением оказывают влияние не только касательные, но и нормальные напряжения, действующие в плоскости скольжения. Вместе с тем теория Мора допускает, что среднее из трех главных напряжений в рассматриваемой точке не оказывает никакого влияния на возникновение пластического состояния; оно определяется лишь наибольшим и наименьшим из главных напряжений. Последнее допущение является спорным и в ряде опытов не нашло себе подтверждения. Однако благодаря простоте этого допущения и вместе с тем недостаточной четкости экспериментальных данных, позволяющих судить о величине влияния среднего из трех главных напряжений, оно обычно принимается.

Вопросы теории прочности в применении к бетонным и железобетонным конструкциям требуют еще тщательных экспериментальных исследований. Эти исследования становятся особенно важными теперь, при построении расчетов железобетонных конструкций, основанных на рассмотрении работы последних в стадии разрушения.