CC BY
29
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Зулпуев А.М., Темикеев К., Шайдилдаев М.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ИЗГИБАЕМОГО ЭЛЕМЕНТА С ЗОННЫМ АРМИРОВАНИЕМ ИЗ УГЛЕРОДНОЙ ФИБРЫ
Баткенский государственный университет
Ключевая слова: образование трещин, углеродофибробетон, рабочая арматура, максимальный прогиб, предельные состояние.
Аннотация: в настоящей статье даются расчеты для углеродофиброжелезобетонной балки с учетом нелинейной работы, применением полных диаграмм деформирования бетона и арматуры, физической и геометрической нелинейности.
Key words: formation of cracks, carbon fiber reinforced concrete, working reinforcement, maximum deflection, limiting state.
Abstract: in the present paper, calculations are made for carbon-fiber reinforced concrete beams, taking into account nonlinear work, the use of complete diagrams of concrete and reinforcement deformation, physical and geometric nonlinearity.
На современном этапе развития строительства достигнуть повышение надежности и экономичности возводимых зданий и сооружений возможно как применением более эффективных материалов, так и опираясь на новые методы расчета, более полно учитывающие поведение конструкций под нагрузкой, а также напряженно-деформированное состояние материалов конструкции [3; 6].
Одним из новых и перспективных строительных материалов является углеродофибробетон, повышенные прочностные и деформативные свойства которого были исследованы и проанализированы различными как российскими, так и зарубежными учеными [4; 7]. В России и за рубежом элементы и конструкции с применением углеродофибробетона получили широкое применение в различных областях строительства.
Углеродофибробетон - строительный композиционный материал, представляющий собой бетон, содержащий углеродную фибру в виде тонких нитей, равномерно распределённых в объеме [1; 5].
В обычном бетоне образование трещин происходит согласно теории Гриффитса:
- в местах концентрации напряжений образуются микрообъемы материала с разрыхленной структурой;
- при повышении напряжения или увеличением времени его действия в таких местах могут возникнуть микротрещины, которые увеличиваются, соединяются между собой и превращаются в макротрещины;
- при достижении критического напряжения образуется сплошная трещина и происходит разрушение (рис. 1).
Рисунок 1 - Образование трещин в фибробетоне:
1 — появление микротрещин; 2 — перекрытие микротрещины фибрами
Основной задачей проектирования конструкций с фибровым армированием является выбор волокна для армирования и матрицы.
При наличии дисперсного армирования микротрещины перекрываются фибрами (рис. 1), в результате чего материал работает с ограниченным раскрытием трещин.
Большинство имеющихся на сегодняшний день теоретических и экспериментальных исследований работы железобетонных элементов с зонным армированием из углеродной фибры практически отсутствуют данные на воздействии статической и кратковременной динамической нагрузки.
Таким образом, совершенствование железобетонных элементов с зонным армированием в сжатой или растянутой зонах при статическом и кратковременном динамическом нагружении является актуальным и имеющим важное практическое значение для проектирования экономичных и надежных железобетонных конструкций [2; 8].
Произведены экспериментальные исследования, целью которых была оценка прочности, жесткости и трещиностойкости железобетонных конструкций с зонным армированием из углеродной
фибры при статическом знакопеременном, многократном, кратковременном и динамическом нагружениях.
Программа экспериментальных исследований, включала в себя изготовление четырех широких слоистых углеродофибробетонных балок. Размеры поперечного сечение балок составляет 200*150 мм, длиной 2,2 м с расчетным пролетом 2,0 м (рис. 2). Конструкция экспериментальных образцов состоит из трех слоев:
1 слой - углеродофибробетон с уложенной сеткой;
2 слой - бетон с уложенным каркасом;
3 слой - углеродофибробетон с уложенной сеткой.
1 Б 1
А ,10 Я 667 666 667 100
г Ьт \ 2000
2200
Рисунок 2 - Продольное сечение широких слоистых балок
Основной каркас состоит из продольной (рабочей арматуры)10 диаметра, хомутов и скоб (проволока) 4 диаметра. В верхнем и нижнем слое (фибробетона) экспериментальной балки располагаются сетки из проволоки 4 диаметра с шагом 66 мм в обоих направлениях (рис. 3). Коэффициент армирования углеродной фиброй от массы вяжущего был принят 0,2%.
Испытание балок производилась при разных видах нагружения. По одной балке было испытано на однократное статическое [БС-1], многократное [БС-2], знакопеременное [БС-3] и кратковременное динамическое нагружения [БС-4].
В результате экспериментальных исследований все балки были разрушены по нормальным сечениям и установлено, что между слоями фибробетона и бетона отслоения не произошло.
Рисунок 3 - Поперечное сечение широких слоистых балок и применяемое армирование
Для проведения испытаний был использован ряд приборов, для определения прогибов и деформаций были использованы такие измерительные приборы как: тензорезистор, тензометр, прогибомер, акселерометр, силоизмеритель.
Для измерения линейных деформаций растянутой и сжатой арматуры экспериментальных балок, на середины стержней арматурных каркасов - были установлены тензорезисторы типа ПКБ-10 с сопротивлением R=201,6 Ом.
Для оценки несущей способности фиброжелезобетонного элемента уточнен аналитический метод расчета прочности конструкций при помощи областей относительного сопротивления.
Основой для данного расчета являются - диаграммы деформирования: бетона - арматуры - фибробетона, условие прочности изгибаемого фиброжелезобетонного элемента составляется относительно центра тяжести симметричного сечения (рис. 4).
В результате расчета мы получаем область прочности в координатах: ат (относительная величина работы материала на изгибающий момент); ап (относительная величина работы материала на продольную силу), фибро-железобетонной балки при всех стадиях напряженно деформированного состояния, по предельным прочностным характеристикам материалов.
Рисунок 4 - Область относительного сопротивления в координатах Максимальных прогибов балок представлено на рис. 5.
2000
Рисунок 5 - Напряженно-деформированное состояние углеродофиброжелезобетоных балок
Полученные области относительного сопротивления позволяют оценить прочность углеродофиброжелезобетонного элемента при любом значении изгибающего момента. Данный метод расчета обладает большой наглядностью, т.к. графически можно оценить прочность конструкции, путем сопоставления вектора усилий от
внешних нагрузок, с предельной несущей способностью конструкции. В случае если вектор внешних нагрузок лежит внутри области - то несущая способность конструкции обеспечена, если выходит за пределы области - то конструкция перегружена.
В результате проведенных экспериментальных исследований были получены новые опытные данные, характеризующие процесс сопротивления фиброжелезобетонных конструкций, такие как: изменение деформаций бетона, арматуры и фибробетона в сечении, ускорения (при динамическом нагружении), характер изменения статической, динамической нагрузки и опорных реакций на различных стадиях деформирования конструкции.
Для получение расчетных предпосылок для фибробетона с разными видами фибр были изготовлено четыре серии призм и восьмерок:
1-серия-бетон,
2-серия-углеродофибробетон,
3 -серия-базальтофибробетон,
4-серия-стальной фибробетон, которые будут испытаны при статическом и динамическом нагружениях.
В рамках теоретических исследований приведен расчет по алгоритму «SCAD» и определены расчеты по нормативным источникам.
Анализ полученных данных показал, что разрушающая нагрузка для углеродофибробетоных балок составляет 80 кН, что на 11% больше значения результатов численного расчета и на 9% больше расчета по нормативным источникам. Максимальный прогиб по эксперименту - составил 48 мм. Расчет по «SCAD» показал 52 мм, что говорит о схожести результатов.
Список литературы
1. Бирюк Н.Д., Нечаев Ю.Б., Финько В.Н. Свободный процесс и вынужденные колебания в обобщенном параметрическом контуре // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2005. Т. 8. № 2. С. 52.
2. Ефиценко П.Ю., Микушев В.М., Чарная Е.В. Прямое измерение решеточного и примесного вкладов в спин-решеточную релаксацию квадрупольных ядер // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1991. Т. 54. № 10. С. 583-585.
3. Лагунова Ю.А. Оптимизация параметров дробильного оборудования на основе энергетических характеристик дробимости горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. 1999. № 8. С. 177-178.
4. Хостикоев М.З., Тюлина Н.В. Сравнение статистических методов расчета припусков на механическую обработку // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2012. № 12. С. 115-116.
5. Шляхов А.Т., Шляхова А.Г. Термический анализ веществ: история разработок авторских изобретений // Ученые записки Альметьевского государственного нефтяного института. 2015. Т. 14. С. 292-311.
6. Abaltusov V.E., Nemova T.N. Investigation of interaction between high temperature one- and two-phase flows and elements of active thermal shield // Теплофизика высоких температур. 1992. Т. 30. № 4. С. 798803.
7. Krishan A.L., Troshkina E.A., Rimshin V.I., Rahmanov V.A., Kurbatov V.L. Load-bearing capacity of short concrete-filled steel tube columns of circular cross section // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2016. Т. 7. № 3. С. 2518-2529.
8. Visen E.I., Shibryaeva L.S., Sosnovskaya L.N., Rishina L.A., Gil'man A.B.Modification of poly(propylene) by low-frequency glow discharge in air // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 1996. Т. 38. № 8. С. 1297-1301.
Капралов С.И.
К ВОПРОСУ О НЕОБХОДИМОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ КАЧЕСТВА НА МЕДИЦИНСКИЕ ИЗДЕЛИЯ
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
Ключевые слова: стандартизация, сертификация, медицинские изделия, стандарты качества, управление качеством.
Аннотация: в статье обосновывается необходимость формирования современных технических стандартов качества на медицинские изделия и оборудование.
Key words: standardization, certification, medical products, quality standards, quality management.
Abstract: the article proves the necessity of forming modern technical quality standards for medical products and equipment.
На современном этапе развития производства обеспечение надлежащего качества продукции заключается в управлении
