CC BY
22
Библиографический список
1. Устройство длягибки и резки проволоки: а.с. СССР №400400 В21 F 11/00. /И.В. Ходарев, М.М. Богер, Ю.М. Варго и Н.Н. Куликов.
2. Устройство для резки проволоки на заготовки. Патент № 2232067, кл. 7 B 23 D 25/02, B 21 F 11/00. /ОДХегай.
Bibliograficheskij spisok
1. Ustrojstvo dlya gibki i rezki provoloki: a.s. SSSR №400400 V21 F 11/00. /I.V. Hodarev, M.M. Boger, YU.M. Vargo i N.N. Kulikov.
2. Ustrojstvo dlya rezki provoloki na zagotovki. Patent № 2232067, kl. 7 B 23 D 25/02, B 21 F 11/00. /O,N.Hegaj.
Хегай Олег Николаевич, к.т.н., доц. кафедры «Городское строительство и хозяйство» Института информационных технологий и инженерного образования Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова^!^!: hegaion@mail.ru
Khegay Oleg Nikolaevich, Candidate of Technical Sciences, assistant professor Department of "Urban Construction and Management" of the Institute of Information Technology and Engineering Education, Khakas State University
Хегай Алексей Олегович, к.т.н., доц. кафедры «Строительные конструкции» строительного факультета СПбГАСУ (Санкт-Петербургский Архитектурно строительный университет). E-mail: gbk@spbgasu.ru.
Khegay Aleksey Olegovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of "Building constructions» Civil Engineering Faculty of SPbGASU (St. Petersburg Architectural Construction University) E-mail: gbk@spbgasu.ru.
УДК 624.07
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИБРОЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ДЕЙСТВИИ СРЕЗА
Хегай М.О.,Хегай А.О., Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова, Абакан Санкт-Петербургский Архитектурно строительный университет, Санкт-
Петербург
EXPERIMENTAL STUDIES OF FIBER CONCRETE ELEMENTS WITH CUTTING ACTION
Khegay M.O., KhegayA.O. Education Khakas State University, Abakan St. Petersburg Architectural Construction University
В статье изучено влияние процента фибрового армирования на несущую способность фиброжелезобетонных конструкций при действии среза. В результате проведенных исследований получена эмпирическая зависимость прочности при действии среза для фибробетона при разном проценте фибрового армирования.
Ключевые слова: бетон, фибробетон, фиброжелезобетон, срез, фибра.
The paper studies the effect of percent fiber reinforcement on the carrying capacity of structures under fiber concrete elements with cutting action. The studies received empirical relationship strength fiber-reinforced concrete action to cut at different percentage of fiber reinforcement.
Key words: concrete, fiber concrete, fiber reinforced concrete, shear, fiber.
Внедрение в практику проектирования фиброжелезобетона требует создания метода расчета, отражающего особенности поведения бетона и арматуры в сечении под нагрузкой и позволяющего получать экономичные решения. Однако существующие экспериментальные исследования не дают достаточного количества данных для достоверной оценки методов расчета и оценки напряженно-деформированного состояния конструкций из фиброжелезобетона, работающих при поперечном изгибе (срезе).
В связи с отсутствием опытных и теоретических данных о расчете таких конструкций при действии поперечных сил возникает необходимость в экспериментальном исследовании данного вопроса.
Целью данных экспериментально-теоретических исследований является влияние процента фибрового армирования на несущую способность фиброжелезобетонных конструкций при действии среза.
Физико-механические характеристики материалов.
Для определения физико-механических характеристик бетона и арматуры одновременно испытывались контрольные образцы призмы и кубы, изготовленные параллельно с основными опытными образцами. Результаты испытаний образцов кубов и призм приведены в таблице 1. Все испытания призм для определения прочности производилось по ГОСТ 10180-90 «Методыопределения прочности по контрольным (
а) б)
Рис 1. Испытания призм а - сжатие, б - изгиб Для получения призменной прочности были испытаны призмы 10x10x40см на сжатие, а для прочности на растяжение призмы 10х10х40смна изгиб (рис. 1). Все образцы были испытаны по достижении 28 суток после формования.
Для изготовления образцов использовался портландцемент марки 400. В качестве мелкого заполнителя использовался кварцевый песок с модулем крупности Мк = 2,1. Применялся мелкозернистый бетон. Состав бетонной смеси на 1 м3:
цемент - 791,4кг, песок - 1582,8кг, вода - 356,69л, фибра (1%) - 85,99кг.
Армирование образцов всех серий, кроме контрольных образцов, было произведено путем добавления в бетонную матрицу стальной проволочной фибры «Танис». Для лучшего сцепления с матрицей фибры по длине имеют волнообразную форму (рис. 2).
Рис. 2 Общий вид фибры «Танис»
Проведение испытаний.
В возрасте 28-30 суток образцы высушивались. Для измерения деформаций использовались электромеханические тензометры Аистова с базой 100 мм (рис. 1)
Испытания с замерами продольных деформаций сжатия производились ступенчатым загружением и снятием показаний в начале и конце каждой ступени, что
в итоге позволило получить графически кривую зависимость . До начала испытаний призма центрировалась при нагрузке 0,1+0,2 от разрушающей. Время выдержкой под нагрузкой составляло 3-5 минут.
Модуль упругости определялся при нагрузке, равной 30% от разрушающей.
Разрушение образцов.
Бетонные образцы разрушались мгновенно, без каких-либо предшествующих характерных признаков (рис. 3). После достижения максимальной разрушающей нагрузки раздавался «хлопок», и образец раскалывался на несколько значительных кусков по вертикальным линиям, которые становились наклонными по мере приближения к опорным плитам пресса.
Рис. 3. Разрушение бетонных призм
При добавлении фибр в бетонную матрицу характер разрушения образцов (1ФБ, 2ФБ, 3ФБ) протекал более плавно (рис. 4). При достижении разрушающей нагрузки раздавался «хлопок», образовывалась магистральная трещина, но образец оставался единым целым. В работу активно включались фибры, которые пронизывали трещину с их вытягиванием из тела бетона. Разрушение происходило в большинстве случаев по наклонным площадкам, образец как бы «набухал». Сам процесс длился 1-3 минуты с падением нагрузки до 0,3-0,5 от разрушающей.
Рис. 4. Разрушение фибробетонных образцов
Разрушение по наклонным площадкам фибробетонных образцов также отмечалось в [3, 5].
Из таблицы 1 видно, что при введении в мелкозернистую бетонную матрицу стальной фибры повышается призменная прочность на сжатие и на растяжение при изгибе.
Введение фибр в образцы из мелкозернистого бетона, обладающего повышенной деформативностью, показало увеличение модуля упругости на 6 - 14%. Также это объясняется отсутствием щебня в образцах. Добавка щебня до 25% от веса сухих компонентов снижает эффективность фибрового армирования (прочность, трещиностойкость), однако, увеличивает жесткость образца и облегчает процесс перемешивания фибр, как отмечали ряд авторов [3, 5, 6].
серия Призменная прочность Прочность на растяжение при изгибе "5 Л.. Е _ 10 3,11а
1 Б 30 0,8 16,47
2 1ФБ 32,2 1,56 21,35
3 2ФБ 35,5 1,98 25,67
4 3ФБ 41,8 2,68 29,85
где 1-ая цифра показывает процент фибрового армирования, ФБ -обозначение фибробетонных образцов, Б - обозначение бетонных образцов
Выбор схемы для предварительных испытаний на срез.
Схема Е. Мерша, показанная на рисунке, для определения сопротивления бетона срезу, полученная еще в 40-х годах прошлого столетия, не может быть использована. Образец под нагрузкой испытывает, помимо среза, изгиб и местное смятие под прокладками.
А. Н. Петров [4] с целью исследования бетона при нагружении сжатием и срезомиспользует в своих опытах три схемы опытных образцов (рис. 5), описывает минусы схемы Е. Мерша.
В данном исследование принята, по нашему мнению, наиболее подходящая схема для определения прочности бетона и фибробетона при действии среза (рис. 5).
О
Рис. 5.Выбор схемы испытания, а - А. А. Гвоздев, А. Н. Петров [4]; б - А. Н. Петров, Еськов, в - Е. МогвИ [6], г- выбранная схема
Технология изготовления опытных образцов для испытаний на срез.
Для определения прочности фибробетонна на срез были запроектированы опытные образцыв количестве 12 штук, из них 9 фиброжелезобетонных и 3 железобетонных образца.Образцы отличались только процентом фибрового армирования.
Таблица 2
Шифр серии Количество образцов в серии Процент фибрового армирования
1ФЖБ 3 1
2ФЖБ 3 2
3ФЖБ 3 3
Контрольные образцы ЖБ 3 0
Образцы формовались в сборной деревянной опалубке, предварительно смазанной маслом (рис. 8).
Последовательность добавки компонентов принималась следующая: в смеситель загружались песок с цементом, вода и затем фибра.
115 3535 115
/ / У-/ / Рис. 6. Схема армирования.
Образцы представляли собой S-образные бетонные и фибробетонные элементы. Армирование и геометрические размеры железобетонных и фиброжелезобетонных образцов представлены на рисунке 6. Общий вид арматурного каркаса перед формованием образца представлен на рисунке 7. Армирование выполнялось стержнями 05 из арматуры Вр-1.
Распалубкаопытных образцов осуществлялась на 7 сутки. Образцы хранились 28 суток в помещении с температурой 20...25°С. Для предотвращения потери влаги открытые поверхности покрывались влажной ветошью и полиэтиленом.
Рис 7. Общий вид арматурного каркаса и опалубки перед формованием
Характер разрушения и результаты испытания образцов при действии
среза.
В возрасте 28 суток после формования были проведены испытания Б-образных образцов на действие среза. Перед испытанием все образцы были тщательно осмотрены, наличие сколов, трещин и каверн обнаружено не было. Испытуемый элемент устанавливался на траверсу, затем опора и точка приложения нагрузки тщательно выравнивались по сечению среза (рис. 8).
Контрольные бетонные образцы имели достаточно хрупкий характер разрушения. При появлении вертикальной трещины следовало непродолжительное удерживание нагрузки образцов, далее образец разрушался на две ровные половины.
Рис. 8. Общий вид образца перед испытанием
Все образцы имели одинаковую картину разрушения. Разрушение образцов происходило вследствие образования вертикальной магистральной трещины (рис. 9).
С добавлением фибры разрушение образцов протекало значительно медленнее, чем у железобетонных образцов. Фибра, попавшая в сечение среза, оттягивала момент разрушения, препятствуя образованию трещины. Образец с добавлением фибры имеет более вязкий характер разрушения. При появлении магистральной трещины разрушение сопровождалось характерным потрескиванием, обусловленным выдергиванием фибр из тела бетона. Процесс разрушения длился некоторое время с падением нагрузки до 0,3-0,4 от разрушающей.
Рис. 9.Разрушение S - образных образцов
Обработанные результаты по испытаниям образных образцов при действии среза представлены в таблице. 3.
Шифр (см. рис. 16) Призменная прочность, МПа Прочность на растяжение, МПа Прочность при срезе (&лоп), МПа Rsftтеор, МПа
1ФЖБ 32,2 1,56 2,32 2,48
2ФЖБ 35,5 1,98 2,88 2,93
3ФЖБ 41,8 2,68 3,92 3,71
ЖБ 30 0,8 1,2 1,7
прочность при срезе от процента фибрового армирования
7 6
И
2 5
О V
& 4
5 а Е
-о 3
н
и
о
Е
5 2
а
Е
1 0
-прочность при срезе I
0 1 2
процент фибрового армирования %
Рис. 10. График зависимости прочности среза от процента фибрового армирования
3
Как видно из графика 10, прочность на действие среза возрастает при введении в состав бетонной матрицы фибры в количестве 1,2 и 3 %.
Зависимость прочности среза от прочности на растяжение фибробетона практически линейная. Предложенная формула [1]
для железобетона не подтвердилась опытами и не подходит для использования при расчете конструкций из фибробетона.
По результатам опытных данных прочность фибробетона на действие среза может быть определена по данной формуле :
Таким образом, данную зависимость можно использоватьдля 1,2 и 3% при использовании данной фибры при расчете конструкций по наклонному сечению.
В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
- фибровое армирование меняет характер разрушения и трещинообразования образцов, разрушение становится более вязким, чем в образцах из железобетона;
- прочность фиброжелезобетонных образцов при действии среза по сравнению с контрольными образцами из железобетона оказалась больше, всреднем по сериям при проценте фибрового армирования|=1% в 1,93 раза, при j=2% в 2,4 раза, при j=3% в 3,27 раза;
- в результате проведенных исследований получена эмпирическая зависимость прочности при действии среза для фибробетона при разном проценте фибрового армирования.
Так же остается неизученным вопрос о характере разрушения конструкций при действии среза, армированных стальной фиброй, а такжеэффективном увеличении прочностных и деформативных качеств, при более высоких процентах фибрового армирования.
Библиографический список
1. Гвоздев, А.А. Новое о прочности железобетона / А. А. Гвоздев, С. А. Дмитриев, С. М. Крылов, и др. - М.: Стройиздат. 1977. - 272 с.
2. ГОСТ 10180-90 «Методыопределения прочности по контрольным образцам» М.,
3. Куликов, А.Н. Экспериментально-теоретические исследования свойств фибробетона при безградиентном напряженном состоянии в кратковременных испытаниях: автореф. дис. ... канд. техн. наук / А.Н. Куликов; ЛИСИ. - Л., 1974. - 22 с.
4. Петров, А. Н. Экспериментальное исследование бетона при нагружении сжатием и срезом. // Бетон и железобетон. - 1965. - №11. - С. 34-37.
5. Степанова, Г.Г. Эффективность фибрового армирования при изгибе. В сб.: Исследования и вопросы совершенствования арматуры, бетонов и железобетонных конструкций. Волгоград, 1974, с.37-61.
6. Morsh, E. Versuche Uber schubspannugen in betoncisentregern. Beton und Eisen. Berlin, vol.2., №4, Oktober 1903, pp 269 - 274.
1991 г. - 27.
Bibliograficheskij spisok
1. Gvozdev, A.A. Novoe o prochnosti zhelezobetona / A. A. Gvozdev, S. A. Dmitriev, S. M. Krylov, i dr. - M.: Strojizdat. 1977. - 272 s.
2. GOST 10180-90 «Metodyopredeleniya prochnosti po kontrol'nym obrazcam» M., 1991 g.
- 27.
3. Kulikov, A.N. EHksperimental'no-teoreticheskie issledovaniya svojstv fibrobetona pri bezgradientnom napryazhennom sostoyanii v kratkovremennyh ispytaniyah: avtoref. dis. ... kand.tekhn. nauk/ A.N. Kulikov; LISI. - L., 1974. - 22 s.
4. Petrov, A. N. EHksperimental'noe issledovanie betona pri nagruzhenii szhatiem i srezom. // Beton i zhelezobeton. - 1965. - №11. - S. 34-37.
5. Stepanova, G.G. EHffektivnost' fibrovogo armirovaniya pri izgibe. V sb.: Issledovaniya i voprosy sovershenstvovaniya armatury, betonov i zhelezobetonnyh konstrukcij. Volgograd, 1974, s.37-61.
6. Morsh, E. Versuche Uber schubspannugen in betoncisentregern. Beton und Eisen. Berlin, vol.2., №4, Oktober 1903, pp 269 - 274.
Хегай Максим Олегович - к.т.н., доц. кафедры «Городское строительство и хозяйство» Института информационных технологий и инженерного образования Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова. E-mail: hegaymaksim@yandex.ru
Khegay Maksim - Candidate of Technical Sciences, assistant professor Department of "Urban Construction and Management" of the Institute of Information Technology and Engineering Education, Khakas State University
Хегай Алексей Олегович - к.т.н., доц. кафедры «Строительные конструкции» строительного факультета СПбГАСУ (Санкт-Петербургский Архитектурно строительный университет)E-mail: gbk@spbgasu.ru.
Khegay Aleksey - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of "Building constructions» Civil Engineering Faculty of SPbGASU (St. Petersburg Architectural Construction University),E-mail: gbk@spbgasu.ru.
