4241

19

деформаций ползучести сжатой зоны и перемещении панелей. Через два года длительных испытаний под неизменным действием полной расчетной нагрузки деформации ползучести и горизонтальные перемещения стабилизировались.

По результатам исследований закономерностей длительного

деформирования древесных бетонов при ступенчато-возрастающих напряжениях построены приведенные предельно низкие диаграммы сжатия и растяжения. Эти диаграммы характеризуют зависимость между напряжениями и полными относительными деформациями для конечного установившегося

состояния материалов в условиях длительного загружения и положены в основу расчета сплошных однослойных плит покрытия.

Изучение работы деревобетонов при постоянной и повторных статических нагрузках позволило выявить различное влияние режимов длительного загружения на развитие деформаций ползучести. Повторное загружение в диапазоне изменения напряжений 0<а< Ляр снижает величину предельной деформации по сравнению с режимом при о = const. Повторное загружение материалов за пределом их конструктивной прочности Rкnp приводит к росту полной и остаточной деформации, оканчивающееся разрушением.

Исследования анизотропии ползучести древесно-цементных материалов

позволили проследить закономерности изменения во времени коэффициентов полной поперечной деформации V(T,T,), поперечной деформации ползучести v2

(T,TI) и сравнить последние с коэффициентом упругой поперечной деформации

v (TI). Изменения коэффициентов поперечной деформации изучались как

20

Эти равенства лежат в основе прикладных методов линейной теории ползучести. Очевидно, что при небольших значениях рассматриваемых коэффициентов, приведенные равенства не приведут к значительным погрешностям. И. Е. Прокоповичем расчетным путем доказано, что возможные погрешности в величинах октаэдрических напряжений в бетоне при трехмерном напряженном состоянии с учетом (20) не превышают 5...6%.

Для прогнозирования значений относительной деформации усадки таких материалов, как опилкобетон, арболит и стружкобетон, накопленных от

момента времени TI к моменту времени т _ используется аналитическая зависимость вида

(21)

в которой значения предельной деформации усадки EW(<X>, 0) и показателя степени у„, определялись математической обработкой опытных данных для каждого из рассматриваемых материалов.

Пятый раздел посвящен нормированию расчетных характеристик конструкционных древесно-цементных материалов с учетом характера и длительности действия эксплуатационных нагрузок.

Нормируемые значения расчетных характеристик материалов должны гарантировать безопасность несущих элементов на стадии проектирования здания. Показатели однородности по прочности и плотности материалов характеризуют технический уровень производства конструкций на отдельных предприятиях. Как прочность, так и плотность являются случайными величинами, -законы распределения которых можно установить, систематически накапливая и изучая опытные данные. С этой целью автором был выполнен вероятностный анализ результатов производственных испытаний образцов, отобранных из произвольно выбранных замесов арболитовой смеси по трем предприятиям: цеха арболитовых конструкций Шеманихинского и Вахтангского леспромхозов Нижегородской области;

21

завода строительных материалов Каменской МПМК-1 Ростовагропромстроя. Однако полученный таким образом партионный коэффициент вариации может служить только характеристикой однородности приготовленной смеси, но не качества конструкций, так как не учитывает режим формования и разброс механических характеристик в изготовленных конструкциях. Поэтому на следующем этапе исследований автором выполнен анализ опытных данных по прочности и плотности материала образцов, отобранных непосредственно из приготовленных по разной технологии конструкций, а именно:

- стенового блока из опилкобетона марки Ml 5, изготовленного послойным

формованием деревянной трамбовкой с металлической насадкой (испытания выполнены автором);

- стенового блока из арболита марки Ml 5, изготовленного способом силового вибропроката в цехе Гузерипльского леспромхоза (испытания выполнены В.

ИКухаркиным и Г. В. Терновской);

-четырех стеновых элементов из арболита марок Ml5 и М25, изготовленных на полигоне КТБ НИИЖБ Госстроя СССР способом вертикального

формования на низкочастотной резонансной виброплощадке (испытания выполнены автором);

- двух стеновых блоков из арболита марки М25, изготовленных по технологии Светлозаводского лесозавода способом послойного трамбования

пневмотрамбовками ТР-1 и секционного прессования (испытания проведены М. Ф. Лебедевым).

Для аппроксимации всех полученных данных использовалась система кривых Пирсона, которые обладают большим разнообразием форм и покрывают все встречающиеся на практике распределения. В этом случае плотность вероятности искомого распределения представляется функцией

(22)

где а<х<Ь; т/, т? >0.

На основании подобранных на ЭВМ уравнений плотности вероятности

22

распределения были вычислены квантилыше значения прочности t"R и /л для обеспеченности нормативного (0,95) и расчетного (0,99) сопротивлений, а также квантильные значения плотности материалов tN для обеспеченности 0,99. Полученные значения квантилей использовались при определении коэффициентанадежности поматериалууьс—L1 икоэффициентанадежностипо постоянной нагрузке у/=/. /5.

Проведенные исследования длительной прочности и деформативности конструкционных древесно-цементных материалов послужили принципиальной основой нормирования их расчетных характеристик. Количественной оценкой снижения прочности исследуемых материалов под нагрузкой с течением времени т служит коэффициент длительного сопротивления, определяемый по формуле

(23) В течение всего срока службы несущие элементы здания не подвергаются непрерывному действию полной расчетной нагрузки, которая назначается исходя из определенной вероятности ее появления один раз в несколько лет. Следовательно, при определении TI(T) следует вместо общего срока службы зданий вводить время тэ , эквивалентное времени действия некоторой неизменной нагрузки, заменяющей по эффекту влияния на несущие элементы эксплуатационные нагрузки. В диссертации выполнен анализ эксплуатационных режимов загружения несущих элементов зданий (стены и плиты покрытия) из деревобетонов с учетом вероятности появления временных нагрузок для оптимального срока службы т =50 лет. Обобщенные результаты

проведенного анализа приводятся в таблице.

При расчете несущих элементов по предельному состоянию первой группы используются расчетные сопротивления, значения которых для древесно-цементных материалов определяются по формуле

(24)

23

где R" -нормативное сопротивление материалов; у^,с, - коэффициент надежности по материалу; т)(т) и m - соответственно коэффициент длительного сопротивления и коэффициент условий работы, учитывающий режим нагружения, отличный от базового; mR (W, Т) - коэффициент, учитывающий температурно-влажностные условия эксплуатации, определяемый по методике раздела 3, численные значения которого приведены в диссертации в табличной форме.

Нормативными сопротивлениями деревобетонов являются: класс материала по прочности на сжатие В (кубиковая прочность); временное сопротивление осевому сжатию Кьп (призменная прочность); временное сопротивление осевому растяжению ; временное сопротивление срезу Rbn,sh • На базе данных, выполненных автором исследований, обобщения и анализа работ Г. А. Бужевича, А. С. Щербакова, В. И. Савина, Н. И. Абраменкова, были определены значения перечисленных нормативных сопротивлений и соответствующие значения расчетных сопротивлений сжатию

RI,, растяжению RI,, и срезу Rb,sh c учетом анизотропии прочности. Прочность материалов растяжению под углом а к направлению формования конструкций может быть определена по тензориальной формуле Е. К. Ашкенази, которая, применительно к расчетным сопротивлениям, примет вид

Модуль деформаций древесно-цементных материалов также является случайной величиной , значения которого зависят от прочности и плотности материалов. Поэтому при его определении необходимо учитывать вероятностный характер этих величин и вид функции распределения. В результате выполненных в диссертации исследований, данных производственных испытаний, а также работ В. И. Савина, Н. И. Абраменкова, А. К. Яворского, А. Ланге автором получено выражение для определения нормативного начального модуля деформаций, отражающее статистическую природу прочности и плотности:

где Ч/Е - коэффициент, зависящий от вида материала; рши = и,8У2 р -

минимально вероятное значение плотности с обеспеченностью 0,95; р'- среднее значение плотности; В = 0,7 Rm - класс по прочности на сжатие с обеспеченностью 0,95; Rm- среднее значение кубиковой прочности.

Приводится теоретическое решение задачи (с учетом экспериментально установленных реологических характеристик деревобетонов) о влиянии снегонакопления в I и VI снеговых районах страны на величину коэффициента

длительной деформативности т(т, TI) >1.

Установлено, что продолжительность снегонакопления очень мало влияет на величину суммарного коэффициента m(i, TI) = mpv( +ms\'2 от совместного

P+S). Последний незначительно отличается от коэффициента длительной деформативности /я§(т, TI) при неизменном действии полной нагрузки g .

Полученные значения коэффициента /и(т, TI) использовались в расчетах несущих элементов при определении длительного модуля деформации

эксплуатационных воздействиях.

Теория расчета несущих элементов основывается на принципах предельных состояний и представлении о древесных бетонах как об упруго - вязких материалах, разрушение которых происходит с проявлением пластических деформаций. Предполагается, что при действии эксплуатационных нагрузок материал несущих элементов работает в первой области деформирования при напряжениях a(t) <R*af. Для описания процесса деформирования в первой области использовалось реологическое уравнение механического состояния материала, являющееся общим уравнением линейной теоши ползучести:

где Б(Т, TI) - полная относительная деформация материалов к моменту времени т, загруженных в возрасте TI напряжением O(TJ), непрерывно нарастающем на отрезке времени TI</ST ; EW(T, TI) - деформация усадки (21); Eb(t\), W(T,TI) и 5(т, TI) - соответственно начальный модуль деформаций, коэффициент длительной деформативности и полная удельная относительная деформация, определяемые из выражений:

иЬЕ - коэффициенты, зависящие от вида материала.

Сиспользованием длительного модуля деформаций

26

определены граничные значения гибкости для стеновых несущих элементов с высокой жесткостью (расчет выполняется по недеформированной схеме) и гибких элементов (расчет по деформированной схеме).

При расчете гибких сжато-изгибаемых элементов по деформированной схеме с неинвариантными во времени свойствами^<28 суток) уравнение (27) решалось численным методом, для чего вводилась дискретная шкала времени в

получено выражение для определения длительного интегрального модуля деформаций, отражающего свойства старения материала и наследственности, режим и длительность нагружения:

(28)

где значения ' С(\, t) определяются по формуле (14); К„ - коэффициент, учитывающий форму эпюры изгибающих моментов; £,(t) - коэффициент, учитывающий дополнительный изгибающий момент от сжимающей силы.

Для материалов с механическими свойствами, инвариантными относительно времени наблюдения (TI ^28суток), уравнение (27) решалось аналитическим методом. В этом случае значения длительного интегрального модуля деформаций определяются по формулам:

- для арболита и стружкобетона

(29)

- для опилкобетона

27

(30)

где Д' и А' параметры, учитывающие геометрические размеры сжатоизгибаемых элементов и условия загружения.

Условие прочности несущих стеновых элементов в общем виде может быть представлено выражением

'(31)

где ао -осевое сжимающее напряжение; т - относительный эксцентриситет приложения сжимающей силы N в расчетном сечении; К - отношение

расчетных сопротивлений сжатию и растяжению;

- критическая сжимающая сила.

Значения прогибов определяются из уравнения изогнутой оси сжатоизгибаемого линейно-деформируемого элемента с использованием функций жесткости:

(32)

Для решения задач расчета стеновых элементов зданий по предельным состояниям первой и второй группы разработана программа "CREEP".

При вероятностном расчете сжато-изгибаемых элементов из древесноцементных материалов рассматривалась случайная величина

(33)

сопротивление материала и действующие в нем напряжения, которые рассматриваются как доминирующие факторы.

Выполненный вероятностный анализ позволил определить значения требуемого коэффициента запаса, содержащего дисперсии составляющие относительного эксцентриситета, коэффициенты изменчивости резерв;

28

прочности, сопротивления материала и осевого напряжения.

Для расчета изгибаемых элементов из арболита в виде сплошных плит покрытия использовались приведенные предельно-низкие диаграммы механического состояния материала, полученные в четвертом разделе диссертации. Предельно-низкие диаграммы сжатия и растяжения характеризуют зависимость между напряжениями и деформациями для

конечного установившегося состояния материала в условиях длительного загружения.

При выполнении расчетов применялись табличные значения расчетных сопротивлений и длительного модуля деформаций для стандартных значений влажности W и температуры Т. Для эксплуатационных значений W и Т, отличных от стандартных, используются коэффициенты условий работы - m"(W,T) и тк(1У). Значения коэффициента ml>(W,T) к расчетным сопротивлениям определяются, как уже отмечалось, по приведенной в

диссертации таблице, а коэффициента me(W) к модулю деформаций - по формуле

(34)

В результате теоретических исследований были получены расчетные зависимости для оценки прочности, жесткости и трещиностойкости плит, исходя из следующих условий:

-условие прочности по нормальным сечениям

(35)

- условие ограничения прогибов

(36)

-условие образования трещин

(37)

Здесь М- расчетный изгибающий момент от внешней нагрузки;/- прогиб