Трещинообразование и разрушение при сжатии

Гипотеза Гриффитса применима для разрушения под действием растягивающих сил, но ее можно распространить на разрушение при двух- и трехосном напряженном состоянии, а также при внецентренном сжатии. Даже когда два главных напряжения являются сжимающими, напряжения по краям трещины представляют собой растяжение в некоторых точках, что может привести к разрушению. Орован вычислил, что максимальное растягивающее напряжение на конце трещины при самой опасной ориентировке относится к основному напряжению оси координат как функции двух основных напряжений Р и Q. Критерий излома графически представлен на рис. 5.10, где К — прочность при осевом растяжении. Разрушение возникает при таком сочетании Р и Q, когда точка, характеризующая напряженное состояние, находится за пределами области ограниченной кривой. На рис. 5.10 видно, что излом может возникнуть, когда применяется внецентренное сжатие; фактически это наблюдалось при испытании бетонных образцов на сжатие. Номинальная прочность при сжатии в данном случае равна 8 /С, т. е. прочность, превышающая в восемь раз прочность при растяжении, установленную при испытании на чистое растяжение. Данная цифра согласуется с наблюдаемыми величинами соотношения между прочностью при сжатии и прочностью при растяжении. Существует, однако, ряд трудностей при согласовании некоторых аспектов теории Гриффитса с наблюдаемым направлением трещин в образцах, подвергнутых сжатию. Хотя возможно, что разрушение в таком образце определяется поперечной деформацией, определенной с помощью коэффициента Пуассона. Порядок значений коэффициента Пуассона для бетона таков, что для элементарных объемов, достаточно удаленных от плит испытательной машины, конечная поперечная деформация может превысить предельную растяжимость бетона. Разрушение возникает благодаря раскалыванию под прямыми углами по отношению к направлению нагрузки, что довольно часто наблюдается, особенно в образцах, у которых высота больше ширины. Коэффициент Пуассона колеблется приблизительно между 0,11 для бетона с высокой прочностью и 0,21 для малопрочных бетонов. Показательно, что соотношение между нормальными прочностями на растяжение и сжатие для различных бетонов изменяется подобным образом и примерно в тех же пределах. Таким образом, существует возможность связи между отношением номинальных прочностей и коэффициентом Пуассона. Есть основание предполагать, что механизм, вызывающий возникновение первоначальных трещин при одноосном сжатии и растяжении при изгибе, тот же самый. Природа этого механизма не установлена, но трещинообразование происходит, вероятно, в результате местных нарушений сцепления между цементным камнем и заполнителем. Конечное разрушение под действием внецентренного сжатия является разрушением либо кристаллов цементного камня при растяжении, либо нарушением сцепления в направлении, перпендикулярном приложенной нагрузке, либо разрушением, вызванным развитием скалывания по наклонным площадкам. Возможно, что предельная деформация является критерием разрушения, но уровень деформации изменяется в зависимости от прочности бетона: чем выше прочность, тем ниже предельная деформация. Некоторые типичные значения приводятся ниже. При трехосном сжатии разрушение должно произойти в результате раздробления; механизм разрушения, следовательно, совершенно отличен от описанного выше. Увеличение поперечного обжатия повышает прочность при осевом нагружении, что подтверждается данными рис. 5.11. При очень высокой степени поперечного обжатия были достигнуты крайне высокие прочности (рис. 5.12). Поперечное растягивающее напряжение влияет аналогично но, разумеется, в обратном направлении. Это положение хорошо согласуется с теоретическими расчетами. Известно, что динамическая прочность бетона должна быть ниже статической прочности, что объясняется образованием и прогрессивным развитием трещин. Бесконечное число повторений может быть выдержано только в том случае, если максимальное напряжение не превышает 50% статической предельной прочности. Это применимо к сжатию и изгибу. Число циклов, которое может выдержать бетон, быстро уменьшается с увеличением максимального напряжения: например, при напряжении, равном 70% номинального предела, приблизительно в 5000 циклах происходит разрушение.