Беглов - Теория расчета железобетонных конструкций на прочность и устойчивость

ВВЕДЕНИЕ

Развитие теории железобетона неуклонно двигалось в сторону создания деформационной модели сечения Евростандартов [197]. Первоначальная «классическая теория железобетона» [147] использовала три гипотезы:

- бетон в растянутой зоне не работает, растягивающие напряжения воспринимаются арматурой;

- нормальные напряжения в бетоне и арматуре распределены по линейному закону;

нейтральная ось поперечного сечения элемента проходит посредине высоты х = 0,5h_о.

Классическая теория неоднократно подвергалась критике, однако, первые попытки построить расчет железобетонных конструкций, исходя из стадии разрушения, благодаря чисто эмпирическому направлению не являлись конкурентом теории упругого бетона. Вместе с тем, ученые отмечали, что будущая теория железобетона будет построена на базе упругопластических деформаций бетона и арматуры. Указывались три стадии работы железобетонного сечения при изгибе [166].

Стадия 1. Растягивающие напряжения в бетоне не достигли предела прочности, и трещин в сечении нет.

Стадия 2. С появлением трещины в растянутой зоне бетона работает только арматура. Трещина увеличивается с ростом нагрузки; сжатая зона бетона уменьшается, напряжения в бетоне растут.

Стадия 3. За стадией 2 наступает период, ведущий к моменту разрушения. Напряжения в бетоне σ_b, и арматуре σ_s возрастают и приближаются к предельным R_b, и R_s.

Как только достигается одна из этих величин либо обе вместе, сечение разрушается.

Гипотезы «деформационной модели сечения» Евростандартов отрабатывались в течение десятилетий, поэтому не удивительно, что каждая из них вызывала оживленное обсуждение в научной литературе прошлых лет. Наибольшие дискуссии вызывали две из них: форма очертания эпюры напряжений по сечению и гипотеза Навье (плоских сечений).

Распределение напряжений по сечению железобетонного элемента в ранних исследованиях рассматривалось формально и не связывалось с общей картиной напряженно-деформированного состояния конструкции, что приводило к противоречивым выводам при оценке стадии разрушения. Например, в своих работах Лолейт А.Ф. доказывал, что закон распределения напряжений в сжатой зоне (будет ли это прямая или какая-либо кривая) не отражается на результатах расчета [88]. К тому времени предлагалось много различных законов распределения напряжений по сечению: линейный - в соответствии с законом Гука; билинейный - с различными модулями упругости в сжатой и растянутой зонах (Мелан, Мёрш, Остенфельд, Штаерман); билинейный - в сжатой зоне бетона (Мурашёв, Тюлье) и наличие трещин в растянутой зоне; параболический - в сжатой зоне бетона (Залигер, Ритгер, Фрайфельд, Лолейт, Столяров, Подольский) и наличие трещин в растянутой зоне; прямоугольная эпюра напряжений в сжатой зоне бетона (Гвоздев, Эмпергер, Мурашёв); эпюра в сжатой зоне имеет вид трапеции, а в растянутой зоне напряжения равномерно распределены по этой зоне (Гебауэр, Стафилевский).

Мурашёв В.И. [101] в этой связи отмечал, что с точки зрения простоты расчета могут быть приняты либо треугольная, либо прямоугольная эпюры напряжений по высоте сжатой зоны. Всякий другой более сложный закон изменения напряжений в сечении, по его мнению, неприемлем, так как ни одно сечение, кроме прямоугольного, практически нельзя было бы рассчитать.

Использование в нормах по железобетону модели пластического шарнира [43] (во многих странах) позволяло не учитывать форму распределения напряжений в сжатой зоне и существенно упрощало практические расчеты. Однако такая модель удаляла теорию железобетона от методов строительной механики. На это удаление, как на неестественное, указывали неоднократно известные ученые теории железобетона.

В 1959 году Гвоздев Л.А. [44] выступил с идеей о развитии строительной механики железобетонных конструкций, в которой учитывались бы все особенности работы железобетона под нагрузкой. Здесь же он указал на необходимость учета в расчетах железобетонных конструкций диаграммы σ_b, ε_b с ниспадающим участком для бетона.