CC BY
99
applied to a highly selective coating, effectively trapping solar energy, and between the outer and inner glass tube is a vacuum. The comparative characteristic of modern collectors solar heating of different types.
Keywords: solar collectors, flat-plate collector efficiency, heat absorber, flat and vacuum solar collector.
УДК 624.012.45.04
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМИРОВАНИЯ БЕТОНА ПОВТОРНЫМИ НАГРУЗКАМИ СЖАТИЯ
ПРИ ПОСТОЯННЫХ УРОВНЯХ НАПРЯЖЕНИЙ
© 2015
Ю. С. Афанасьева, магистрант В. А. Ерышев, доктор технических наук, профессор кафедры «Городское строительство и хозяйство» Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)
Аннотация. Большинство строительных конструкций в процессе эксплуатации подвергаются повторным нагрузкам, которые периодически снимаются и прикладываются снова через определенное время. В настоящее время накоплен определенный опыт построения моделей деформирования железобетонных элементов на основе реальных диаграмм бетона и арматуры. Однако эти модели используют в основном для расчета конструкций на однократное приложение статической нагрузки. В данной статье на основании результатов программного расчета строятся аналитические зависимости изменения деформационных параметров бетона в цикле, включающим нагрузку образца до заданного уровня напряжений сжатия и полную разгрузку до 0. На основании диаграмм бетона при изменении напряжений по некоторым циклическим закономерностям строится методика расчета изгибаемых, внецентренно сжатых и внецентренно растянутых стержневых конструкций при одиночных, повторных, в том числе знакопеременных нагружениях. Даны рекомендации по расчету и построению диаграмм деформирования бетона повторными нагрузками сжатия при постоянных уровнях напряжения.Разработана программа расчета описания диаграмм деформирования бетона при повторных нагружениях при постоянном уровне напряжения на сжатие. Планируется составить алгоритм расчета железобетонных конструкций стержневых элементов при сложных режимах нагружения на основе данных этих разработок.
Ключевые слова: периодические нагрузки, деформация бетона, диаграмма деформирования.
В настоящее время существует несколько методов описания диаграмм деформирования бетонных элементов [1, 2, 3]. Однако такие методы используются в основном для расчета конструкций на однократное приложение статической нагрузки. На основании диаграмм бетона при изменении напряжений по некоторым циклическим закономерностям строится методика расчета изгибаемых, внецентренно сжатых стержневых конструкций при не многократных повторных нагружениях [4].
Цель данной статьи - разработка программы расчета описания диаграмм деформирования бетона при повторных нагружениях при постоянном уровне напряжения на сжатие.
Построение методов расчета конструкций с компонентами из нелинейных материалов, в том числе бетонов, связано с решением трех основных задач: установление связи между напряжениями и деформациями до разрушения при произвольных напряженных состояниях; введением в общем случае нагрузки и разгрузки, включая повторные и знакопеременные режимы нагружения; установление соотношений, позволяющих определять остаточные деформации при разгрузке и деформации при последующих циклах
нагружения при любых допустимых законах изменения внутренних напряжений. Появление остаточных деформаций характеризует собой по определению основное свойство материалов, обладающих нелинейными свойствами. Для таких материалов характерно различие между функциями^" =/(Х)при нагрузке и
разгрузке. Для того чтобы проявились остаточные деформации, необходимо в опытах нагрузить образец и провести разгрузку [5].
В данной статье на основании результатов программного расчета строятся аналитические зависимости изменения деформационных параметров бетона в цикле, включающим нагрузку образца до заданного уровня напряжений сжатия оь и полную разгрузку до
Ползучесть бетона после приложения напряжений проявляется в небольшой степени. Для упрощения расчетов строят модели кратковременного и длительного нагружения. В кратковременных моделях учитываются быстронатекающие деформации ползучести, относящиеся к неупругим деформациям.
В рамках кратковременных моделей деформирования свойства бетона в связях — оь->-> устанав-
ливаются с помощью коэффициента упругости!^. При центральном сжатии диаграмма деформирования бетона представляется в виде:
<*ъ
(1)
где £ъ,аь, ^ъ - соответственно, относительные продольные деформации, напряжения, начальный модуль упругости бетона. В нашем опытес^от 0 до 300 Мпа, Еъ = 2,1 ■ 105, — коэффициент изменения секущего модуля (Еъ - секущий модуль), который находится по формуле:
здесь 1 > \>ъ > 0; \>ъ - значение коэффициента изменения секущего модуля \'ъъ вершине диаграммы, г-1,} - значение коэффициента уьв начале диаграммы, 1} - уровень напряжений(0 <т] < шг - параметры
кривизны диаграммы:
(3)
где £ь - деформации в вершине диаграммы [1].
При кратковременном нагружении при центральном сжатии диаграмма деформирования бетона представляется в виде:
Еъ =
(4)
где параметры с волной (~) соответствуют их значениям в вершине диаграмм на каждом цикле [5].
При циклических нагружениях на высоких уровнях напряжений бетон может разрушаться за ограниченное количество циклов Nf. С уменьшением
уровня напряжений количество циклов до разрушения увеличивается, рост деформаций в вершинах циклов и остаточных деформаций замедляется и затем полностью прекращается. Максимальный уровнь напряжения дЬс при не многократно повторных нагружениях
считаем стабилизацию деформаций [4].
Все расчеты производились в программе PTC Math CAD. На рисунке 1 схема выполняемых операций и их последовательность.
Рисунок 1 - Схема расчетав программе PTC MathCAD.
Построение диаграмм деформирования бетона повторными нагрузками сжатия при постоянных уровнях и скоростях изменения напряжений представлено ниже.
В рамках модели кратковременного нагружения при центральном сжатии диаграмма деформирования бетона представляется в формуле (5). Начало координат закрепляем на исходной диаграмме в точке с координатами оъ и соответствующий началу отрезка разгрузки, а направление осей и заменяем на противоположное осям иь и
После разгрузки на первом цикле бетон деформируется с другими механическими свойствами, чем до нагружении. Накопление (увеличение) остаточных деформаций и деформаций в вершинах циклов происходит за счет развития микротрещин, образовавшихся после первого цикла нагружения. Принимаем новое (после полной разгрузки первого цикла) состояние бетона как начальное для последующих циклических нагружений и представляем его диаграммой состояния бетона [6].
На основании опытных данных за предел стабильности принимаем дЪс = 0,853;,: при напряжениях
в циклах5ь < дЬс наступает стабилизация деформаций; при (7Ь > а^-бстон разрушается при достижении деформаций в вершинах циклов их предельных значений ¿ь- Условие стабилизации относительных деформаций записывается в виде
2.-:. = г, :;
~ 0 или (6)
- 4,-г * 8,
где и Де^; - соответственно приращения
относительных деформаций в вершине цикла и остаточных деформаций между последующим и предыдущим циклами (!= 2,3,4...- номер цикла); о - заданная допустимая величина невязки.
Для заданного уровня напряжений вычисляются количество циклов до стабилизации ЛГС и до разрушения А'У по формулам
ЛГ^ = Л'У ! — лпри.г? > г)с, 7)
где ">} = оь/дь относительный уровень напряжений ¡. ?7С = = 0,85); N - максимальное количество циклов до стабилизации при напряжениях
(по опытным данным принимается N = 50 уоклов) [5].
В таблице 1 и на рисунке 2 представлены результаты расчетов и диаграмма деформирования бетона.
Таким образом, разработана блок-схема и программа расчета описания диаграмм деформирования бетона при повторных нагружениях с постоянными уровнями максимальных напряжений сжатия в циклах. Следующим этапом является разработка алгоритма и програмного комплекса расчета стержневых железобетонных элементов при сложных режимах нагружения.
На основании исследований можно сделать следующие выводы:
1. Ветви разгрузок и повторных нагружений при циклических нагружениях бетона напряжениями сжатия в дальнейшем обозначаются отрезками прямых линий, соединяющих точки начала и окончания деформаций [6].
2. При немногократно повторных нагружениях следует вводить максимальный уровень напряжений
- = -' (предел стабильности): при напряжениях в циклах оъ < дЪс наступает стабилизация деформаций; приоь > дЪс бетон разрушается при достижении деформаций в вершинах циклов их предельных значений £ь.
3. Для ограничения накопления деформаций в вершинах циклов и остаточных деформаций строятся исходная диаграмма статического нагружения и стабилизационные диаграммы.
4. При твердении в естественных условиях после распалубливания бетоны подвержены усадке. В железобетонных элементах в арматуре и бетоне формируются деформации и напряжения от усадки бетона, которые суммируются с их значениями от различных нагрузок, значительно уменьшают усилия трещи-нообразования и увеличивают скачок напряжений в арматуре в сечениях с трещинами [5].
5. Расчет стержневых элементов при сложных режимах нагружения строится на основании диаграмм деформирования бетона при изменении напряжений по некоторым циклическим закономерностям, в том числе при смене знака напряжений и с учетом деформирования бетона при зажатии берегов трещин [4].
6. При построении физических соотношений, связывающих кривизны и относительные деформации (или их приращения) с моментами и нормальной силой (или их приращениями), используется способ численного интегрирования криволинейных эпюр напряжений по сечению, а чтобы методика расчета конструкций по нормальному сечению была простой в употреблении, вводятся некоторые эквивалентные прямоугольные эпюры, состоящие из 2-4 участков, размеры и количество которых определяется схемой загружения, величиной и направлением действующих нагрузок, историей предшествующих нагружений [4].
Таблица 1 - Результаты нагружения повторными нагрузками сжатия при постоянных уровнях
и скоростях изменения напряжений
Цикл 1 Цикл 2 Цикл 3 Цикл 4 Цикл 5
о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5
230 98,97 230 104,5 230 108,21 230 110,85 230 112,89
0 17,03 0 23,73 0 28,23 0 31,42 0 33,89
Цикл 6 Цикл 7 Цикл 8 Цикл 9 Цикл 10
о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5
230 114,56 230 115,97 230 117,19 230 118,27 230 119,24
0 35,91 0 37,62 0 39,10 0 40,41 0 41,58
Цикл 11 Цикл 12 Цикл 13 Цикл 14 Цикл 15
о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5
230 120,11 230 120,91 230 121,64 230 122,32 230 122,95
0 42,63 0 43,60 0 44,49 0 45,31 0 46,07
Цикл 16 Цикл 17 Цикл 18 Цикл 19 Цикл 20
о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5 о, кг/см2 £, 10-5
230 123,54 230 124,10 230 124,62 230 125,11 230 125,58
0 46,79 0 47,46 0 48,10 0 48,70 0 49,26
СГ МПа
Рисунок 2 - График циклического нагружения бетона повторными нагрузками сжатия и при постоянных уровнях
и скоростях изменения напряжений
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Карпенко Н. И., Мухамендиев Т. А. Диаграммы деформирования бетона для развития методов расчета железобетонных конструкций с учетом режимов нагружения // Эффективные маломатериалоемкие железобетонные конструкции. М. : НИИЖБ, 1988. С. 4-18.
2. Маилян Л. Р., Беккиев М. Ю., Силь Г. Р. Работа бетона и арматуры при немногократноповторных нагру-жениях. Нальчик : Кабардино-Балкарский агромелиоративный институт. 1984. 55 с.
3. Мурашкин Г. В., Мордовский С. С. Применение диаграмм деформирования для расчета несущей способности внецентренно сжатых железобетонных
элементов // Жилищное строительство. Москва, 2013. № 3. С. 38-40.
4. Ерышев В. А. Методика расчета деформации бетона при режимных нагружениях : монография / Тольятти : Изд-во ТГУ, 2013. 150.
5. Ерышев В. А., Тошин Д. С. Диаграмма деформирования бетона при немногократных повторных нагружениях / // Известия ВУЗов. Строительство и Архитектура. 2005. № 10. С. 109-114.
6. Ерышев В. А., Тошин Д. С., Латышев Д. И. Методика расчета деформаций изгибаемого железобетонного элемента при разгрузке // Известия ОрелГТУ. 2009. № 2 С. 6-13.
THE STUDY OF CONCRETE DEFORMATION REPEATED LOAD COMPRESSION
AT CONSTANT LEVELS OF STRESS
© 2015
Y. S. Afanasyeva, master
V. A. Erishev, doctor of technical sciences,professor of the chair «Urban construction and economy»
Togliatti State University, Togliatti (Russia)
Annotation. Major building structures during operation are subjected to repeated loads, which are periodically removed and applied again after some time. Currently some experience building models for the deformation of reinforced concrete elements based on real charts of concrete and reinforcement. However, these models are mainly used for the calculation of structures on a single application of a static load. In this article, on the basis of the results of the software calculations are based analytical dependences of change of deformation parameters of concrete in the cycle, including loading the sample to a given level of compression stress and full discharge to 0. Based on the chart when you change the stress of concrete in some cyclical regularities construction method of calculating bending, eccentrically compressed and eccentrically stretched rod designs with single, repeated, including alternating loading.Recommendations on the calculation and charting of concrete deformation repeated load compression at constant voltage levels. A program for calculation description diagram of deformation of concrete under repeated loading at a constant voltage level of compression. It is planned to make the algorithm of calculation of reinforced concrete structures truss elements under complex loading regimes on the basis of these developments.
Keywords: periodic load, deformation of concrete, deformation diagram.
УДК 631.874
ПРИМЕНЕНИЕ СИДЕРАТОВ В МИРЕ
© 2015
Е. Е. Борисова, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры «Технические и биологические системы» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия)
Аннотация. Большинство почв Нижегородской области имеют низкое естественное плодородие: пониженное содержание органического вещества в почве, низкое содержание гумуса, невысокое - калия и фосфора. Получать на них устойчивые и высокие урожаи зерновых культур сложно и возможно только при условиях расширенного производства плодородия почвы, постоянно увеличивая ее агрохимические показатели. Для положительного баланса гумуса в серых лесных почвах Волго-Вятского региона необходимо вносить ежегодно не менее 10-12 т/га органических удобрений. Но реальные возможности позволяют вносить только 1-1,5 т/га. Поэтому в сложившихся условиях особенно актуальным является разработка и широкое внедрение в производство различных видов зеленых удобрений. Включение в структуру посевных площадей сидеральных культур даст возможность частично удовлетворить потребности всех культур севооборота в азоте и получать высокие и стабильные урожаи сельскохозяйственных культур.
Научными исследованиями установлено, что предшественники и сидерация могут оказывать значительное
24
