По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 624.07

Аппроксимирование нелинейной диаграммы деформирования бетона полиномами: качественный анализ и особенности

Сергей Чепилко эксперт — конструктор, начальник отдела, ООО «Институт строительных экспертиз»

Рассмотрены вопросы корректности аппроксимирования нелинейной диаграммы деформирования бетона «ε–σ» полиномами. За эталонную диаграмму взята зависимость Сарджина, нормируемая в Еврокодах и российских нормах. Показано, что использование аппроксимаций полиномами (степени не выше 5-й) требует понимания и учета в каждом конкретном случае особенностей поведения аппроксимирующей кривой.

Литература:

1. Лукаш, П.А. Основы нелинейной строительной механики / П.А. Лукаш; М.: Стройиздат, 1978. 204 с.

2. Варламов А.А., Шишлонов Е.А., Ткач Е.Н., Шумилин М.С., Гончаров Д.В. Закономерности связи напряжений и деформаций в бетоне / А.А. Варламов, Е.А. Шишлонов, Е.Н. Ткач, М.С. Шумилин, Д.В. Гончаров // Academy (научнометодический журнал). 2016. №2 (5). С. 7–17.

3. Селяев В.П., Селяев П.В., Сорокин Е.В., Алимов М.Ф. Аналитическое описание диаграмм деформирования бетона для расчета прогибов пластин из нелинейно деформируемого материала / В.П. Селяев, П.В. Селяев, Е.В. Сорокин, М.Ф. Алимов // Строительство и реконструкция. 2018. №3 (77). С. 22–29.

4. EN 1992 Eurocode 2: Design of concrete structures. Part 1: General rules and rules for buildings. Brussels: European Committee for Standardization, 2001, p. 225.

5. СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003 (с Изменениями №1, 2, 3)». введ. с 2018-12-19. М.: Минстрой России, 2018.

6. СП 159.1325800.2014 «Сталежелезобетонные пролетные строения автодорожных мостов. Правила расчета». введ. с 2014-09-01. М.: Минстрой России, ФАУ «ФЦС», 2014.

7. Байков В.Н., Горбатов С.В., Димитров З.А. Построение зависимости между напряжениями и деформациями сжатого бетона по системе нормируемых показателей / В.Н. Байков, С.В. Горбатов, З.А. Димитров // Изв. вузов. Сер.: Стр-во и архитектура. 1977. №6. С. 15–18.

8. Беглов, А.Д., Санжаровский Р.С. Теория расчета железобетонных конструкций на прочность и устойчивость. Современные нормы и евростандарты / А.Д. Беглов, Р.С. Санжаровский; Санкт-Петербург — Москва, изд. АСВ, 2006. 221 с.

9. Елистратов В.Н. Развитие методов расчета сжатых железобетонных элементов при длительном загружении с учетом мгновенной нелинейности бетона: автореферат дис. ... канд. тех. наук: 05.23.01 / В.Н. Елистратов, СПб., 2014. 25 с.

Практически с самого начала исследований работы бетона на растяжение-сжатие выяснилось, что только при малых уровнях нагружения бетон можно считать работающим упруго, т. е. подчиняющимся закону Гука, когда зависимость напряжений от деформаций линейна. Нелинейность диаграммы «ε–σ» есть прямое следствие сложной многокомпонентной структуры бетона, как на микроуровне (цементный камень), так и на макроуровне (частицы заполнителя). При этом на каждом уровне имеется значительное количество дефектов структуры, которые начинают проявлять себя под действием нагрузки. Для описания нелинейной зависимости напряжений от деформаций имеется значительное число эмпирических формул. Например, в монографии П.А. Лукаша [1, с. 14] подробно рассмотрено несколько таких зависимостей. Обзор функций для описания диаграмм деформирования, полученных для бетона при сжатии, приведен в [2, с. 14; 3, с. 14]. В современных Еврокодах [4, с. 14] используется дробно-рациональная аппроксимация (формула Сарджина), имеющая весьма простой вид и при этом описывающая основные особенности поведения диаграммы «ε–σ», полученной опытным путем. В российских нормах имеется некоторая двусмысленность. А именно: в СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции», Приложение Г [5, с. 14] зависимость напряжений от деформаций сформулирована настолько громоздко, что ее использование в инженерной практике представляется крайне затруднительной. При этом в СП 159.1325800.2014 п. 4.10 ф-ла (1) [6, с. 14] приведена именно формула Сарджина, но названная параболой с нисходящей ветвью, что, вообще говоря, математически не совсем точно. Однако до сих пор во многих работах, рассматривающих нелинейную работу бетона, предлагается зависимость σ(εb) аппроксимировать многочленами с целыми степенями. Безусловно, использование многочленов позволяет упрощать анализ. Но при этом, зачастую, нигде не указывается на каком интервале значений относительной деформации и для каких классов бетона это корректно. Представляется уместным провести качественный анализ аппроксимации диаграммы деформирования бетона полиномами.

Для Цитирования:
Сергей Чепилко, Аппроксимирование нелинейной диаграммы деформирования бетона полиномами: качественный анализ и особенности. Строительство: новые технологии - новое оборудование. 2021;10.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: