Анализ и моделиране на механичното поведение на зидария като еластичната-крехка система за публикуване на научна конференция на младите учени - темата на научна статия в посока на информатика и кибернетика, прочетете свободен текст изследвания

Анализ и моделиране на механичното поведение на зидарията като еластично-крехка система

Библиографско описание: Иванов МЛ Анализ и моделиране на механичното поведение на зидарията като еластично крехка система [Текст] / М. Иванов // Технически науки: Проблеми и перспективи: научен. Conf. (Санкт Петербург, март 2011 г.). ?? Санкт Петербург. Renome, 2011. ?? 58-62.

Деформациите и естеството на унищожаването на сградите се определят от естеството на външните влияния. В процеса на експлоатация, носещите конструкции на сградите са подложени на различни външни влияния: мощност, деформация и топлинна, статична и динамична.

обратна връзка за захранване, в съответствие с кодекса за строителство [1] обикновено се разделя на постоянни (собствено тегло конструкции, подови, тавани, покриви), и от време (продължителност: тегло на оборудването, част от натоварването на сняг, част от временно натоварването на припокриването и краткосрочен: вятър , товари на крана). Формата на действащото натоварване след това се взема предвид от съответните коефициенти. Топлинните въздействия причиняват температурни натоварвания и водят до промяна в механичните характеристики на материалите. Деформационни (или кинематични) ефекти - неравномерните седименти на структури са причинени, преди всичко, от самото естество на деформируемостта на почвените основи при натоварване.

Изследването на голям брой жилищни тухлени къщи, построени в края на 50-те и началото на 60-те години в Русия, показа, че много от тях са в предварителен и авариен вид, носейки външни и вътрешни стени, имаше много пукнатини. В някои сгради ширината на пукнатините се увеличава от първите до горните етажи, докато в други се наблюдава по-голямо отваряне на пукнатините на долните етажи. В отделни къщи, по пукнатини, сградите са разделени на отделни блокове, което нарушава тяхната пространствена твърдост. Пукнатини в носещите стени започнаха да се разгръщат или по време на строителния период, или след година или две, след като се заселват в къщи или след дузина години. Къщите са подсилени със скоби, но въпреки това процесът на образуване и отваряне на пукнатини в външните и вътрешните стени на сградите продължава и до днес.

Анализът на резултатите от инспекцията на такива сгради позволи да се идентифицират основните причини за появата и развитието на пукнатини в структурите и да се установят общи тенденции (механизми) за унищожаване на тези сгради. Най-често появата на пукнатини се свързва с неравномерна утайка на почвата.

В общия случай на пространствен проблем, в различни точки на земната основа, дори и да е равномерно по състав, се създава различно напрежение, което води до неравномерно деформиране на почвата.

Съвместното деформируемост на основата на сградата и по-сложно хетерогенност на природни (т.е. зависимост от свойствата на пространствените координати) и анизотропия на грунд масив (т.е., различни физико-механичните свойства на почвата в различни посоки), нарушение на структурата, преразпределение на напреженията за контакт на стъпалата различни фондации, в резултат на огъване и усукване на сградата, промяна на твърдостта на сградата с появата в него на дефекти и пукнатини, както и други фактори. Когато не са единни слоеве слоеве на почвата върху хетерогенността, причинени от напрегнатото състояние на теглото на структури, неравномерността, наложено от неравно деформируемост на отделните слоеве на почвата.

Неравномерните седименти на основата и в резултат на това деформации на надземните структури и следователно и пукнатините в носещите стени на сградите могат да бъдат причинени и поради следните причини:

- увеличаване товар на основата по време на изграждането на нова сграда или в близост до сградата на разширяването на съществуващите изграждането на нови сгради и съоръжения, ако активната зона при техните основи са насложени един върху друг, което води до допълнителна вертикална деформация на почвата основа и сграда- сградата с надстройката;

- процес нарушение на сгради (замразяване фундаментни почви при базови основи, недостатъчна дълбочина на основите в въже почви, тясна ширина основа единствен насипни основи синусите отломки, ниско качество зидария тухли);

- неправилна експлоатация на жилищни сгради, влошаване на топлата, студена вода и отоплителни тръбопроводи, изтичане на канализацията води до постоянно накисване на фундаментни основи;

- недостатъчни, геотехнически изследвания, в резултат на които отделните стъкла на слаба почва (тиня, глина, торф), карстови и да повлияят карстовия процес кръвонасядане с възможното образуване на кратери в неуспешните местоположение площ сгради и съоръжения могат да бъдат пропуснати;

- изграждане на сгради и съоръжения на територията на бивши дефилета и дълбоки разкопки, покрити със строителни отпадъци и чужди обекти;

- подценяване на характеристиките на замърсяващите почви и промени в техните характеристики на якост под влияние на сезонното размразяване на горния активен слой;

- промяна на физико-механичните свойства на почвата, когато увеличаване или намаляване на нивото на подпочвените води, с озеленяване (оттегляне на подземните води в резервоар или обратното, слизането на територията на изграждането на агресивна индустриална вода прониква в земята и действат негативно на подземния konstruktsii- в катастрофи подземни комуникации ( водоснабдяване, канализация, топла вода);

- изпомпване и намаляване на нивото на подземните води с недостатъчно закрепване на стените на ямата, което често води до отстраняване на почвата от основите на близките сгради.

Например, проведено през 1985 г. в град Перм комплекс геоложки инженеринг [2] разкри променени хидроложките условия в основата на фондации, в резултат на което започва в началото на 70-те години тежки наводнения в подпочвените води на града. Установено е, че няма достатъчно пълни хидрогеоложки проучвания, проведени в 60-те години по време на строителството на сгради, не отразява присъствието на долната основа почви, притежаващи пропадналия свойства чрез накисване. Това влияе върху физическите и техническите характеристики на почвите, особено на деформация единица, която намалява до 40-50%, което доведе до рязко покачване утайка сгради обикновено неравномерно и като резултат "изскочи" не самостоятелни къщи и цели квартали.

В резултат на горните причини, сградата може да получи различни форми на деформация: плосък (деформация на огъване и основата) и пространствено (усукване), и различни комбинации от тях, в резултат на възникване на пукнатини в стените на сградите.

Експериментално е доказано [3], че първите пукнатини в зидарията се появяват при товар от 40-60% от разрушителната, което води до нелинеен характер на деформацията на материала. Наличието на отделни пукнатини не е унищожаване на структурата. Натрупването, пукнатините може да доведе до загуба на носеща способност на сградата. Този момент обаче не е внезапен, а е резултат от натрупването на щети на различни структурни нива.

Подобряването на математическите модели на материала, като се вземе предвид натрупването и развитието на пукнатини в зидарията и влиянието на товарните системи, е важна задача на механиката на счупване.

Въпросите за здравината на зидарията при сложна стрес са практически не отразени в нормите на Руската федерация или в нормите на чужди държави. За да се опишат свойствата на зидарията, беше разработен математически модел на механичното поведение на материала при условия на сложно напрежение, като се вземат предвид структурните фрактури и омекотяване на деформацията. Това се дължи на такива характерни видове унищожаване, като разделяне и оцветяване.

Предполага се, че материалът първоначално е ортотропен (или изотропен) линейно еластичен и повреден от пукнатини и / или оцветяване, остава ортотропен. Т.е. този модел се обобщава за еластично-крехки материали. Пукнатините обикновено се формират в равнини, посоката на нормалите, към която съвпада с посоката на действие на първото основно напрежение. Въз основа на резултатите от проучването на голям брой сгради и полеви експерименти, ще се въведе на хипотезата, че пукнатините в зидарията се срещат само в равнини перпендикулярни на глобалната Декартова координатна система (DSC), така че свойствата orthotropy оси съвпадат с DSC. Подобен сценарий е необходимо, тъй като в противен случай се изисква много сложна система от експерименти, за да се получи пълна схема на деформиране на материала в различни посоки зидария, не е с висока степен на разграничение. Характеристиките на здравината на различните тухли имат много широк обхват.

Като цяло, броят на елементите анизотропия еластична константа тенсор нарича еластични коефициенти равни на 36. Като използва концепцията за енергията щам и закона за запазване на енергията, тя може да се докаже, че еластичната тензор е симетрична, така че броят на еластичните елементи на тензора се намалява до 21.

За ортотропна материал, имащ три взаимно перпендикулярни равнини на симетрия, броят на независимите коефициенти на еластичната константа тензор равно на 9 и връзката между компонентите тензорни на стрес и напрежение в неповредени материал могат да бъдат написани като :. (1), където са компонентите на напрежението tensor. - компоненти на напрежението tensor.

Използвайки понятието еластичен модул и коефициентите на Poisson, еластичните коефициенти могат да бъдат написани :. (2) където Е и Модулът на еластичност и съотношението Poisson съответно.

Въз основа на резултатите от експерименти, зидария и нейните съставни компоненти [4, 5], свойствата на еластично-чуплив материал с структурно увреждане (натрупването увреждане) могат да бъдат представени в идеализирана форма на едноосен натиск стрес щам диаграмата по дължината на посоките (фиг. 1).

Фиг. 1. Диаграма на деформация на еластично-крехък материал:

#? - тр - стрес на образуване на пукнатини при едноаксиално компресиране;

? - коефициент на отпускане на напрежението след образуване на пукнатини.

Разгледайте различни видове повреди за безкрайно малък елемент на средата и определете как това ще повлияе върху коефициентите. съответно, на дефиниращите отношения.

Оцветяването на материала се определя като промяна в структурната цялост на материала, еквивалентна на пълната загуба на твърдост при едноаксиално, двуосово или триаксиално компресиране, със съответните.

Напукването на материала или появата на "пукнатина" в равнина, перпендикулярна на една от координатните оси xi, води до спадане на твърдостта на материала в тази посока. С "пукнатина" се разбира образуването в безкрайно малък елемент на средата на зона с намалени механични характеристики в резултат на натрупване на повреди (в съответствие с диаграмата на фигура 1). За всяка пукнатина (тук и в следващите цитати се пропускат) ще разгледаме две състояния: пукнатината е отворена или затворена. Използвайки понятието еластични модули и коефициентите на Poisson вместо еластичната константа E i, въвеждаме променливо количество. който зависи от нивото на деформация в съответствие с диаграмата (виж фигура 1). Коефициентите на Poisson, които определят приноса на деформации в напречните направления към оста xi, се равняват на нула. Освен това въвеждаме намаляващ коефициент в съответната твърдост на срязване. който улеснява преместването по повърхността на пукнатината (косвено отчита фрикцията по повърхността на пукнатината). Знакът "+" тук показва, че пукнатината е отворена. Критериите за отваряне и затваряне на фрактурата ще бъдат определени по-долу.

Помислете за появата на единична пукнатина в равнината, перпендикулярна на оста x 1 (фигура 2). В посока х 1, коравината намалява и вместо еластичната константа Е1 в тази посока се въвежда. Коефициентите на Poisson и. характеризирайки деформацията в посоките х 2 и х 3, когато се разтегля в посока на оста x 1, се приема, че е равна на нула.

След това изразите (1) за материал с отворена пукнатина в равнината, перпендикулярна на оста x1, могат да бъдат написани във формата: (3)

Изразявайки напреженията чрез деформации и въвеждайки намаляващия коефициент в съответната твърдост на срязване, ние получаваме физическите уравнения за даден случай във формата: (4)

По подобен начин е възможно да се получат коефициенти на скованост за отворена пукнатина в посоки, перпендикулярни съответно на осите х2 и х3.

Състоянието на отваряне или затваряне на пукнатината ще бъде оценено от знака на нормалното контактно натоварване върху повърхността на пукнатината и освен това е обозначено със знак "+" - открита пукнатина, знак ";" - затворена пукнатина. За материал с затворена пукнатина (контактни компресивни нормални напрежения) в равнината, перпендикулярна на посоката х1, само коригиращите скования се коригират в определящите съотношения: (6) т.е. , , , (7)