Научная статья на тему 'Экспериментально-теоретические исследования коэффициента поперечной деформации ползучести бетона'

Экспериментально-теоретические исследования коэффициента поперечной деформации ползучести бетона Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
174
46
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОЕФіЦієНТ ПОПЕРЕЧНОї ДЕФОРМАЦії ПОВЗУЧОСТі / ЕКСПЕРИМЕНТ / ПРИЗМИ / КОЭФФИЦИЕНТ ПОПЕРЕЧНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПОЛЗУЧЕСТИ / ЭКСПЕРИМЕНТ / ПРИЗМЫ / COEFFICIENT OF TRANSVERSE STRAIN CREEP EXPERIMENT / PRISMS

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Слободянюк С. А., Щербачёв А. Д., Моргун А. А.

Эксперименты проведены с целью исследования длительной устойчивости железобетонных стоек во времени, а также определения значения коэффициента поперечной деформации при ползучести бетона. Экспериментальные кривые полных продольных и поперечных деформаций получены на основе усредненных данных по трем призмам. На основе сопоставления экспериментальных и теоретических данных можно сделать вывод, что для бетона класса С20/25 значение коэффициента полных поперечных деформаций сначала возрастает, а затем со временем уменьшается и приближается сверху к упругому значению. Коэффициент поперечных деформаций ползучести со временем меняется аналогично, только приближается снизу к упругому значению.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Experimentally theoretical studies the coefficient of transverse creep of concrete

Experiments were conducted to investigate the long-term stability of concrete pillars in time and to determine the coefficient of lateral deformation by creep of the concrete. Experimental full curves of the longitudinal and transverse strains derived from the averaged data of three prisms. The comparison of the experimental and theoretical data leads us to the conclusion that concrete class C20/25 coefficient complete transverse deformation first increases and then decreases with time and approaches to the elastic top value. Similarly The coefficient of transverse creep deformation changes over time in a similar way, but it approaches elastic value from the bottom.

Текст научной работы на тему «Экспериментально-теоретические исследования коэффициента поперечной деформации ползучести бетона»

дает возможность выявить подзоны интенсивного загрязнения воздушной среды на улицах при неблагоприятных метеорологических условиях.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Антошкина Л. И. Моделирование аварийных ситуаций на промышленных объектах и безопасность жизнедеятельности / Л. И. Антошкина, Н. Н. Беляев, Л. Ф. Долина, Е. Д. Коренюк - Д. : Нова щеолопя, 2011. - 123 с.

2. Бруяцкий Е. В. Теория атмосферной диффузии радиоактивных выбросов. — К. : Ин-т гидромеханики НАН Украины, 2000. - 443 с.

3. Згуровский М. З. Численное моделирование распространения загрязнения в окружающей среде / М. З. Згуровский, В. В. Скопецкий, В. К. Хрущ, Н. Н. Беляев - К. : Наук. думка, 1997. - 368 с.

4. Марчук Г. И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. - М. : Наука, 1982. - 316 с.

5. Самарский А. А. Теория разностных схем. - М. : Наука, 1983. - 616 с.

6. Шаталов А. А. Методика расчета распространения аварийных выбросов, основанная на модели рассеивания тяжелого газа / А. А. Шаталов, М. В. Лисанов // Безопасность труда в промышленности. - 2004. - № 9. - С. 46 - 52 с.

7. Belyaev M. Air Pollution Modelling of Technogenic Catastrophes caused by Terrorist Attacks on Rail Transport of Chemical Substances // Simulation and Assessment of Chemical Processes in a Multiphase Environment. NATO Science for Peace and / Security Series. - C. : Environmental Security, Springer, 2007. — P. 327 - 336.

8. Biliaiev M. M. Numerical simulation of indoor air pollution and atmosphere pollution for regions having complex topography / M. M. Biliaiev, M. M. Kharytonov // Conference Abstracts of 31st NATO / SPS International Technical Meeting on Air Pollution Modelling and it's Application, 27 September - 01 October, Torino, Italy, 2010. — № P1.7.

9. Hanna S. Air Quality Modeling Over Short Distances. // College on Atmospheric Boundary Layer and Air Pollution Modeling: 16 May-3 June 1994. №SMR/760-2 - P. 712 - 743.

10. Murakami S. Comparison of "k-s" model, ASM and LES with wind tunnel test for flow field around cubic model / S. Murakami, A. Mochida, H. Yoshihiko // 8th Intern. Conf. on Wind Engineering, Western Ontario, July 8-11, 1991. - № 12 - 3.

11. Tedeschi G. Study of vertical transport of marine aerosol using an unsteady 2D model // Conference Abstracts of 31st NATO / SPS International Technical Meeting on Air Pollution Modeling and it's Application, 27 September - 01 October, Torino, Italy, 2010. — № 4.9.

УДК 624.044:539.376

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧН1 ДОСЛ1ДЖЕННЯ КОЕФ1Ц1€НТА ПОПЕРЕЧНО! ДЕФОРМАЦП ПОВЗУЧОСТ1 БЕТОНУ

С. О. Слободянюк, д .т. н, проф., А. Д. Щербачов, асист., О. А. Моргун, студ.

Ключовi слова: коефщент поперечног деформацИ' повзучост1, експеримент, призми Постановка проблеми. При ди навантаження поряд iз поздовжшми бетон мае й поперечш деформацп. Питання про поперечш деформацп бетону досить суттеве для теорп повзучосп в цшому. При розв'язанш плоских i просторових задач теори повзучосп потрiбне залучення фiзичних рiвнянь, що встановлюють зв'язок мiж напругами й деформащями бетону, у яю, ^м модулiв пружност поздовжньо! деформацп Е(т) i деформацп зсуву G(т), входять коефщенти пружно! поперечно! деформаци Vl(т) i поперечно! деформацп повзучосп V2(t,т). Тому виникае питання про сшввщношення коефщента поперечно! деформацп повзучосп з коефщентом пружних поперечних деформацш у чась

Аналiз публжацш. Питання про коефщент поперечно! деформацп повзучосп бетону v2(t, т) уже розглядалося в деяких працях[ 1 - 18 та ш. ]. Дослщжувалася величина коефщента v2(í,т), його залежнють вщ величини напруг о у бетош, вщ вшу бетону т у момент його завантаження, а також поведшка змши коефщента в чаш ^ шд дiею навантаження. Зпдно з нечисленними експериментами, проведеними на цю тему, значення величини v2(t,т) досить

суперечливь Так, в одних експериментаторiв V2(í,т) > VI (т), в iнших V2(í,т) = VI (т), у третiх V2(í,т) < VI (т), а четверт стверджують, що V2(t,т) взагалi дорiвнюe нулю.

Так, наприклад, iз дослiдiв Р. Джонса й Е. Гетфшда [8], яю проводили дослiдження ультразвуковими методами, випливае, що зi збiльшенням вiку бетону коефщент поперечних деформащй зменшуеться (рис. 1).

Г

¥

I

%4о

I V

| ш

\

—V

ч - . -_

ЯГ

OA t!

Ф <М

OA

&

цг t

У В,

о

40

160

ж

60 120 Возраст^ часы

Рис. 1. Змта швидкост1 поздовжмх хвиль i коефщента Пуассона з втом бетону [8]

У старому бетош, що уже сформувався i набрав мщносп, зазначеш коефiцieнти поперечно! деформаци майже не змiнюються в чаш, а тому в практищ розрахунюв частiше використовують допущення

v1 (т) = v = const; v2 (t, т) = v2 = const. (1)

Що стосуеться величини коефiцieнта поперечних деформацiй повзучостi v2(t,x), то в низцi праць [4; 6; 7 i iн.]. вш прийнятий апрiорно рiвним пружному v1(t), тобто:

v2 (t, т) = v1 (т) = v = const. (2)

Ця умова вкрай зручна, тому що з !! урахуванням система основних iнтегральних рiвнянь теорп повзучостi, що описуе напружено-деформований стан пружно-повзучого тiла, розпадаеться на незалежш й притiм бiльш прост рiвняння. Це мае величезне практичне значення, тому що вiдкривае бiльшi можливостi для розв'язання складних прикладних задач теорп повзучостi припустимими для iнженера методами. Однак, як було показано С. Яценко [7], таке спрощення для бетонiв iз фактичним показником v2(t,x) Ф v1(t) може викликати значш погрiшностей при ощнщ напруженого стану конструкцiй. На доказ 1м наводиться приклад розв'язання плоско! задачi релаксацi!, у якому при значенш коефiцiента v2(t,x) = 0 результат дае погршносп - 38 %, а при v2(t,x) = 2 v1(t) дае до погрiшнiсть 249 % порiвнянно з результатом, отриманим при v2(t,x) = v1(t). Помилки досить значнi, тому знання фактично! величини цих коефiцiентiв важливь Проте експериментальних дослiджень на цю тему небагато й вони суперечливь 1х загальний пiдсумок i анатз наведено в таблицi 1.

Таблиця 1

Загальний огляд експериментальних до^джень v2(t,r)

№№ п/п Автори дослщжень Рк публiкацi! дослiджень Результати дослщжень

Н. Корсак 1941

В. Люблшер 1946

М. Тiль 1960

Р. Мiрошник 1964

А. Черкашин 1965

1. А. Яшин ( при о > 0,5Rnp) 1966 V2(t,T) > V1(t)

О. Берг, А. Рижюв 1967

I. Шаповал 1967

Е. Коган, Л. Соловйова 1969

В. Ткачук, Н. Мамуня 1972

С. Яценко 1989

Заюнчення таблицг 1

Р. Девю, Х. Девю, Д. Гамiльтон, 1934

Е. Браун

В. Гленвшль, Ф. Томас 1939

К. Дюк, Х.Девiс (стиск) 1944

2. А. Фрейденталь, Ф. Ролл 1958 V2(Í,T) < Vl(т)

В. Бондаренко 1962

О. Берг 1967

С. Александровський, О. Попкова 1969

В. Баташев 1978

Е. Фрейсше (крутiния) 1938

К. Дюк, Х. Девю (крутшня) 1944

Ле Камю 1947

В. Блшков (крутiння) 1955

А. Росс 1958 V2(í,т) = 0

3. Р. Лермгг 1959

А. Скудра (крутiння) 1959

I. Кублшь (крутiния) 1960

К. Карапетян (крутiння) 1962

I. Прокопович (крутiння) 1963

4. А. Яшин ( при о < 0,5Rпр) 1966 V2(t,x) = Vl(x)

Суперечливiсть результатiв, отриманих рiзними дослщниками, зв'язана, очевидно, i з великими методичними труднощами, що виникають при вимiрюваннi малих поперечних деформацiй, особливо за тривало! ди навантаження. Неясний i характер впливу неадитивностi повзучосп й усадки бетону на щ деформаци [2].

Таким чином, наведений короткий аналiз указуе на те, що у зв'язку iз суперечливютю результатiв експериментiв питання про v2(í,т) так i залишилося невирiшеним, отже, е доцiльнiсть у його подальшому вивченнi й проведеннi додаткових експериментальних дослiджень.

Мета дослiдження полягае в тому, щоб вiдповiсти на питання про сшввщношення коефiцiента поперечно! деформаци повзучостi з коефiцiентом пружних поперечних деформацш бетону класу С20/25 у чась

Експериментальнi дослiдження. У 2008 - 2013 роках у Придншровськш державнш академi! будiвництва та архтектури асистентом А. Щербачовим i студентом О. Моргоном тд науковим керiвництвом проф. С. Слободянюка були проведет експериментальт дослiдження залiзобетонних стоякiв та контрольних зразюв бетону на мщшсть, усадку й повзучiсть.

Експерименти проведет з метою дослщження тривало! стшкосп залiзобетонних стоякiв у часi, а також установления значения коефщента поперечно! деформаци при повзучосп бетону. Для цього велись дослщи з визначення поздовжнiх i поперечних деформацiй бетонних призм у часi при стикномупостшному напруженнi, яке складало 0,3 Я пр. Поздовжнi деформацi! призм визначали за допомогою компаратора на базi вимiру 300 мм по 2 осях граней 3 призм. Компаратор був обладнаний iндикатором годинного типу з цшою подшу шкали 0,01 мм. Поперечш деформацi! призм замiряли аналогiчно компаратором з базою вимiру 90 мм i iндикатором точшстю 0,002 мм. Компаратори конструкцi! С. О. Слободянюка з базою вимiру 300 i 90 мм показаш на рисунку 2.

Призми були виготовлеш розмiром 100 х 100 х 400 мм з бетону класу С20/25 з таких матерiалiв: цемент марки 400 виробництва ВАТ «Донцемент», шсок рiчковий дрiбнозернистий Мкр=1,9, щебiнь Трудовського щебзаводу зi змiстом лещадки 65 % та пилоподiбних 2 %. Состав бетону Щ : П : Ц - 1360 : 555 : 394, з витратою цементу 394 кг на 1 м3 бетону й водо-цементним вщношенням В / Ц = 0,47. Осадка конуса склала 4 см. Вигляд бетонних призм iз наклееними кутиками для замiру поздовжшх i поперечних деформацш, а також установлення !х в устаткування для тривалих випробувань показано на рисунках 3, 4.

Рис. 2. Компаратори конструкцп С. О. Слободянюка для вим1рювання поздовжмх 7 поперечних деформаций

Пюля встановлення призм в устаткування для тривалих випробувань почали визначати 1х поздовжш i поперечш деформаци в момент навантаження, а також вщслщковували змiну 1х у чась Головнi характеристики, якi були дослщжеш при цьому, — коефщенти поперечних деформацiй пружнi, повнi та повзучосп, якi визначалися за такими формулами:

Рис. 3. Призми для визначення усадки Рис. 4. Пружинт пристрог

й повзучост1 бетону для тривалих випробувань призм

- коефщент пружних поперечних деформацш бетону:

(3)

Vo = Vi(70) = -

коефщентповних поперечних деформацш бетону: коефщент поперечних деформацiй повзучостi бетону:

v(t) = _ = _ е'о+е'пОО+е'усСО ■ (4)

^ } E(t) e0+en(t)+eyc(t) ' ( )

<p(t) = <p'(t) =

£n(t)

Eo

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

e0

Г*\ - f-t £'°M _ </>'№. v„(0-v2(t,T) - —- - —

— характеристика n0B3y40CTÍ бетону в поздовжньому напрямку;

— характеристика повзучост бетону в поперечному напрямку.

Експериментальт крив повних поздовжнiх (рис. 5) i поперечних (рис. 6) деформацш отримаш на основi усереднених даних по трьох призмах. Ц данi на графiках зображенi червоним кольором. Окремi значення експериментiв показаш блакитними ромбиками.

Теоретичш кривi були отримаш на основi теорп старшня за такими формулами:

т = §-№ + coi+su(i- e-r-vco = -о,2 f [i <р + со]+£'иа - (6)

Ьо

де

£о = F"£n(0 = fio <К0<К0 = <Ро(1 - e~Yt)<p0 = 3у = 0,0075——;

Е0 добу

1

eyc(t) = £и(1 - e~rt)su = 0,00020у = 0,007-^^.

Данi теоретичних графшв, якi були отриманi без урахування деформацiй усадок, зображенi на графшу зеленим кольором.

Рис. 5. Графы 3míhu повних поздовжмх деформацш £(t) у час

0.0000000

-0,0000500

-0,0001000

-0,0001500

-0,0002000

-0,0003500

-0,0003000

|] 5 0 11 Ю 1 В 2 В 2! В 31 В 3! ;о ф В 4- В 5< Ю 5 В б< Ю 6 В 7' В 7! В 3'

\

\

♦ ►

А ♦

♦ Експеримент Угередмен' дан Teapifl

Рис. 6. Графы 3míhu повних поперечних деформацш £'(t) у 4aci

Графшзмши коефщента повних поперечних деформацiй v(t) у 4aci, пiдрахований за формулою (4), показано на рисунку 7.

Рис. 7. Граф1к змти коефщента повних поперечних деформаций v(t) у чаа. BiK бетону до моменту навантаження: tj = 70 di6

Графш змши коефщента поперечних деформацш повзучосп у чаш, шдрахований по формулi (5), показаний на рисунку 8.

+ Експеримент Усереднеш да Hi Teopifl Ю

4

0,2 4

ч ♦ к

5 О 1 JO 1 30 2 JO 2 iO 3( JO 3 0 4t >0 4- 0 Ю 5 0 6< Ю 6 0 7( Ю 7 0 a

Рис. 8. Графiк змти коефiцieнтiв поперечних деформацш повзучостi у чаа. BiK бетону до моменту навантаження: tj = 70 di6

Висновки. На основi сшвставлення експериментальних i теоретичних даних (див. рис. 7, 8) можна зробити висновок, що для бетону класу С20/25 значення коефщента повних поперечних деформацш спочатку зростае, а по^м iз часом зменшуеться i наближаеться зверху до пружного значення (див. рис. 7). Коефщент поперечних деформацiй повзучостi з часом змшюеться аналогiчно, тiльки наближаеться знизу до пружного значення (див. рис. 8). Таким чином, в шженерних розрахунках для бетону класу С20/25 можна прийняти, що коефщент поперечних деформацш повзучосп приблизно рiвний пружному коефщенту поперечних деформацiй бетону, тобто ~ v2(t, т) = v1(t) = v = const i сягае значення 0,2.

ВИКОРИСТАНА Л1ТЕРАТУРА

1. Александровский С. Применение теории ползучести бетона. - Wroclaw : Wydawnictwo Politechniki Wroclawskiei, 1979. - 164 c.

2. Александровский С. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на изменения температуры и влажности с учетом ползучести. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М. : Стройиздат, 1973. - 432 с.

3. Арутюнян Н. Некоторые вопросы теории ползучести. - М. : Гостехтеориздат, 1952.

4. Бондаренко В. Некоторые вопросы нелинейной теории железобетона. - Харьков : Изд-во Харьков. ун-та, 1968. - 325 с.

5. Прокопович И. Влияние длительных процессов на напряженное и деформированное состояние сооружений. - М. : Госстройиздат, 1963. - 260 с.

6. Яценко Е. Методы расчёта железобетонных конструкций на длительное воздействие с учётом ползучести бетона: Дисс. ... докт. техн. наук: 05.23.01. - М., 1989. - 364 с.

7. Джонс Р. Ультразвуковой импульсный способ испытания бетона [Перев. с англ.] / Р. Джонс, Гэтфилд Е. - Госстройиздат, 1957.

8. Блинков В. Исследование деформацЬй бетона при чистом сдвиге // Изв. ВНИИГ, 1955. - Т. 53.

9. Карапетян К. Ползучесть бетона при кручении // Изв. АН Арм. ССР, сер. физ.-мат. наук. - 1962. - Т.15. - № 6.

10. Александровский С. О коэффициенте поперечной деформации бетона при длительном действии нагрузки / С. В. Александровский, О. М. Попкова // В кн. : Ползучесть и усадка бетона. Мат. совещ., подготовл. НИИЖБ Госстроя СССР. - М. : ЦИНИС, 1969. -С. 48 - 51.

11. Корсак Н. Исследование прочности и упругих свойств бетона. // Прочность, упругость ползучесть бетона. - М. : Стройиздат, 1941.

12. Черкашин А. Исследование деформаций длительного сжатия материалов, твердеющих во времени // Строительные конструкции - К. : Будiвельник, 1965. - Вып. 3.

13. Ткачук В. Ползучесть бетона при плоском напряженном состоянии / В. М. Ткачук, Н. У. Мамунян // Строит. конструкции. - К. : Бущвельник, 1972. - Вып. 19. - С. 114 - 119.

14. Volume changes in precast prestressed concrete structures // Journal of Prestressed Concrete Institute. - 1977. - V. 22. - № 5. - P. 38 - 53.

15. RossA. Experiments on the creep of wncrete under two dimensional stressing // Magazine of Concrete Research. - 1958. - Vol. 29. - . 9.

16. Duke C., Davis H. Some properties of concret eunder sustained combined stress, Am. Soc. For Test. Mat. Proc., vol. 44, 1944.

17. Freudental, A. Roll F. Creep and creep recovery of concrete under high compressive stress // Journal of the American Concrete Institute. - 1958. - Vol. 29. - № 12.

18. Thiel M. Influence de la dimension del'epourette, Annales del' Institute Technique du Batimentetdes Travaux Publics. - № 154, Oct. 1960.

УДК 620.92:621.311.243:621.176

ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПРАКТИЧНОГО ЗАСТОСУВАННЯ I ЕФЕКТИВНОСТ1 ВИКОРИСТАННЯ ЫДНОВЛЮВАЛЬНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГП У БУД1ВНИЦТВ1

А. М. Березюк, к. т. н., проф., К. Б. ДЫарев, к. т. н., доц., Р. Б. Патрник, к. т. н., доц., А. О. Скокова, к. т. н., асист., О. М. Кузьменко, студ.

Ключовi слова: енергозбереження, альтернативна джерела енергИ', тепловий насос, сонячний колектор, комбгноваш системи теплопостачання

Постановка проблеми. У сучасному свт тенденци до застосування енергоефективних технологш у промисловосп, енергетищ та житловому комплекс продовжують поширюватися та втшюватися на практищ. В Укра!ш проблема енергозбереження та постачання паливних ресуршв особливо загострилася останшм часом. Для того щоб проаналiзувати вартюш коливання енергоресуршв у нашш кра!ш, необхщно продемонструвати динамшу зростання тарифiв для населення на газ порiвнянно з електроенерпею [9; 8].

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.