К вопросу оценки напряжённо-деформированного состояния бетона при стесненной усадке Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №3/2016 ISSN 2410-700Х_

вибрационных дозаторах.// Вестник Алтайского государственного аграрного университета.- 2011, № 6.-с.82-85.

5.У.К.Сабиев. Вибрационное дозирование сыпучих кормовых материалов//

Проблемы комплексной автоматизации и механизации производства агропромышленного комплекса Казахстана: Тез.докл. Респуб. науч. практ. конф. молод. ученых и специалистов в Кустанае, 30 июня - 1 июля, Алма-Ата, 1988.-с.31-32. © Амрин Р.Н.., 2016 г.

УДК 69.07

Берлинов Михаил Васильевич

докт. техн. наук, профессор НИУ МГСУ, г.Москва, РФ

E-mail: [email protected] Берлинова Марина Николаевна канд. техн. наук, доцент НИУ МГСУ, г.Москва, РФ

E-mail: [email protected]

К ВОПРОСУ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ БЕТОНА ПРИ СТЕСНЕННОЙ УСАДКЕ

Аннотация

В данной статье рассмотрен подход к вопросу определения напряженного состояния бетона в строительных конструкциях при усадочных деформациях. Показана зависимость количественных показаний стеснённой усадки бетона от его состава, условий набора прочности, которые в совокупности влияют на силовое сопротивление деформированию и разрушению бетонов в строительных конструкциях.

Ключевые слова

Бетон, трещинообразование, прочность, ползучесть, напряжения, усадка.

Важнейшим направлением в современной строительной отрасли является развитие новых прогрессивных технологий, в частности, что касается бетона, то основной целью является получение товарного бетона такого качества, который способен обеспечить не только долговечность конструкций, но так же уменьшить себестоимость строительства, и главное - уменьшить собственный вес железобетона.

Напряжённое состояние в бетоне характеризуется развитием трещинообразования [6, с.26] [8, с.197]. Которое может быть вызвано физическими факторами дифференциальной пластической усадки [11, с.530], недостаточностью отношения количества воды к цементной составляющей бетона, климатическими условиями набора прочности (например, твердение в сухом и жарком климате), а также температурными перепадами между поверхностью бетона и внутренними слоями в конструкции.

Известно, что при сжатии обычного бетона первые трещины возникают вокруг крупного заполнителя. При нагрузках, составляющих 70...90% предельной, трещины в матрице (растворе) начинают интенсивно развиваться, в связи с этим объем бетона увеличивается. Дефекты структуры, такие как микротрещины в бетоне от усадки, существуют в бетоне до нагружения. Деформации усадки индивидуальны для каждого вида бетона и в значительной мере зависят от свойств применяемых заполнителей [14, с.4].

Растягивающие структурные напряжения уравновешенные сжимающими напряжениями образуются вокруг пор и пустот при одноосном сжатии по продольным площадкам. Вследствие частого и хаотического расположения пустот происходит взаимное наложение растягивающих напряжений, что приводит к появлению и развитию микротрещин задолго до разрушения образца. В зависимости от условий набора прочности в конструкциях из железобетона, при увеличении влажности, количество пор в цементном камне снижается на 12-15%, и пропорционально меняется процесс развития микроразрушений [10, с.44].

Современные технологические подходы и решения позволяют надежно возводить и проектировать различные строительные конструкции, в частности с использованием методов автоматизации [7, с.46].

МЕЖД УНАРОД НЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ»

№3/2016

ISSN 2410-700Х

Сегодня имеются достаточно достоверные сведения о величине усадочных деформаций, разработаны теории ползучести, которые дают возможность более глубоко исследовать напряженное состояние бетона, вызываемое объемной усадкой.

До набора прочности в бетоне появляются трещины, от дифференциальной усадки в массиве бетона или от усадки в поверхностном слое бетона из-за быстрого испарения воды. В свежем бетоне строительных конструкций одной из причин появления трещин является наличие арматуры и частиц крупного заполнителя. Исследование деформаций бетона на стадии, предшествующей нестабильному развитию трещин, показало, что зерна крупного заполнителя вызывают концентрацию напряжений в зоне микротрещинообразования. Это связано с наличием микротрещин и со скачком деформаций на контакте сцепления крупного заполнителя с цементным камнем.

Низкое водо-цементное соотношение приводит к самообезвоживанию бетона и также вызывает образование усадочных трещин. Соответствующая трещинообразованию критическая влажность при высушивании неизвестна, но при влажности 79% цементный камень растрескивается вследствие высушивания. С точки зрения образования температурных трещин критическим является температурный перепад равный 200С.

Во влажных условиях так же встречаются трещины, которые могут развиваться в присутствии химических добавок из-за специфики схватывания цемента. На горизонтальных поверхностях в момент испарения поверхностной пленки воды появляются трещины от пластической усадки.

Так же может привести к появлению усадочных трещин попеременное замораживание-оттаивание или увлажнение-высушивание, перепад температур в дневное и ночное время, вызывающий укорочение бетона.

Методами теории упругости может быть получена лишь общая характеристика напряженного состояния [13 с. 358] без учета целого комплекса сопутствующих процессов. Поскольку деформации усадки являются вынужденными деформациями и сопровождаются длительными процессами, связанными с ползучестью и старением бетона, решения задач теории упругости не могут дать удовлетворительных количественных результатов.

По этому, для определения количественных показателей стесненной усадки принята модель из цементного цилиндра с жестким сердечником (рис.1). При этом предполагается также, что напряжения по площадкам, параллельным оси цилиндра, возникают только от протекающей в поперечных направлениях усадки.

Для растягивающих напряжений <70 путем решения плоской задачи теории упругости приводим

дифференциальное уравнение, аналогичное уравнению Ламе для толстостенных сосудов для любой точки бетонного кольца:

du 1 du u

—г +----= 0 . (1)

dr r dr r

Рисунок 1 - Расчетная схема для определения стесненной усадки

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №3/2016 ISSN 2410-700Х_

Примем граничные условия: 1 - равенство радиальных напряжений и перемещений для цементного камня и жесткого сердечника по контуру их контактов, 2 - равенство нулю радиальных напряжений по внешнему контуру бетонного кольца. При этом максимальные растягивающие напряжения в цементном камне в точках по контуру жесткого сердечника:

ßEKnßn

(l - vc)+ n(ß + VK ),

Где ß - принятая одинаковой во всех направлениях относительная величина свободной деформации

1 + у2 Р

я; ß =-- - безразмерная характеристика толщины стенок цементного камня, здесь у =--1; Ек

1 -у b

— __/ K t n

^Qmax = Тл V"! 7 ! \ ' (2)

Ес

- модуль упругости цементного камня; п =- - отношение модулей упругости жесткого сердечника и

Ек

цементного камня; Ук и ус- коэффициенты Пуассона соответственно для цементного камня и жесткого сердечника.

Как видим из (2) величина растягивающих напряжений зависит не только от величины усадки и модуля упругости цементного камня, но также от жесткости сердечника и относительной толщины оболочки из цементного камня. От прочности бетона зависит относительная величина прочности в момент начала трещинообразования к призменной прочности бетона. Действительно, с увеличением Яь снижается величина п, поскольку повышается жесткость цементного камня. В условиях естественной усадки цементный камень может проявлять значительную растяжимость при отсутствии видимых признаков разрушения.

Влияние ползучести на величину вызываемых усадкой растягивающих напряжений, ориентировочно вычисленных по формуле (2), с учетом функции времени:

^тах ()=^ах ' /) . (3) Поскольку усадочные явления развиваются во времени по определенным законам и возникают в цементном камне в раннем возрасте, функция времени в общем случае должна учитывать и все сопутствующие длительные процессы, к которым, в частности относятся: ползучесть и влияние на нее старения бетона [9, с.352], рост модуля упруго-мгновенной деформации и длительность протекания усадки.

Использую раздельный подход к учету ползучести (нелинейности деформирования) и влияния старения бетона [12, с.23] на напряженное состояние, так как совместный учет всех указанных факторов невозможен, можно записать:

/(ОЮ'#(0. (4)

Тогда выражение (3) представим в следующем виде:

^тах ()=^0тх ' ^)' Н() , (5)

Еср Е

камня в рассматриваемом интервале времени к его величине в возрасте 28 суток; у/() - функция ползучести и длительности протекания усадочных деформаций; И(1) - функция влияния старения на ползучесть бетона. Для функций у/()и И(1) могут быть использованы выражения:

1/(0= 1 -е~р("0)]--— 1 -е^(1-с)]+-с-[е-р(<-<0) _е-И1-сХ«0)], (6)

где 7]ср = —- отношение среднего значения модуля упруго-мгновенных деформаций цементного

уК

1 - с 1 + с + Р

H(t) = 1 1 + exp -aУ(1 -e~s)

S

У

(7)

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ»» №3/2016 ISSN 2410-700Х_

Параметры a, c, у, p, 5 принимаются по экспериментальным данным для конкретных классов бетона. Как видно, что на величину усадочных напряжений и на процесс микроразрушений существенно влияет изменение свойств цементного камня за счет минералогического состава цемента, консистенции бетонной смеси при изготовлении конструкций, условий твердения, нелинейные свойства бетона (ползучесть) [3, с.19]. Установлено, что существенное изменение деформаций усадки цементного камня вокруг жестких включений в виде крупного и мелкого заполнителя лишь незначительно (в пределах 15-20%) отражается на величине напряжений в момент начала трещинообразования.

При наличии усадки и жестких включений, проявляется уровень вторичных напряжений в цементном камне, который соизмерим с прочностью цементного камня на растяжение. По этому, возникновение и развитие микротрещин в бетоне при его нагружении не может быть объяснено только сложением усадочных напряжений с напряжениями от внешней нагрузки, возникающими из-за неоднородной структуры [4, с.148], [5, с.162]. Причину трещинообразования следует искать в цементном камне. С ростом нагрузки трещины от усадки в цементном камне растут до некоторой величины и останавливаются. Далее начинают развитие другие процессы, проявляются дефекты структуры цементного камня типа пор. Структурная характеристика материала при наличии пор и пустот имеет неоднозначную оценку прочности. Опыты показывают, что уже при 13% наличия пористости, показатели плотности имеют важнейшее значение для обычного тяжелого бетона.

Бетон, как и большинство строительных материалов гигроскопичны и провоцирует начало коррозионных и разрушительных процессов в строительных материалах.

Рассмотренная концепция микротрещинообразования в бетоне строительных конструкций определяет связь этих процессов с деформациями усадки и в противовес ей ползучести материала. Как видно, что определенный интерес имеет изучение напряженно-деформированного состояния в неоднородном по прочности материале, каким является бетон. Определение точных процессов усадки и ползучести проводилось многочисленными экспериментами, но представляет определенные трудности, невозможность учесть все факторы, влияющие на процесс твердения, что в основном определяется несовершенством и неоднородностью структуры железобетонной конструкций. Разные прочностные и деформационные характеристики компонентов бетона, конструктивные размеры и формы, условия эксплуатации затрудняют решение таких проблем. Поэтому предложено упрощенное решение данной задачи, которое позволит наиболее точно оценить процессы влияния усадки и ползучести на прочность и долговечность строительных конструкций.

Современными методами, например использованием промышленных расчетных комплексов для проектирования зданий и сооружений, основанными на методе конечных элементов, как известно, решаются сложные задачи оценки напряженного состояния при различных режимах нагружения [1, с.48],[2, с.26]. Значение таких решений достаточно надежно [3, с.19], но рассматривая применительно к бетону и железобетону, в значительной степени, оценка фактического состояния напряженно-деформированного состояния во времени не имеет физических констант бетона, что не позволяет проектировать такие конструкции с минимальными производственными затратами.

Список использованной литературы:

1. Берлинов М.В. Расчет конструкций каркаса зданий при динамических воздействиях от промышленного оборудования // Промышленное и гражданское строительство. 2004. № 6. С. 48-49.

2. Берлинов М.В. Учет энергопоглощения железобетонных конструкций в условиях нелинейного трехмерного деформирования // Бетон и железобетон. 2006. № 6. С. 26-29.

3. Берлинов М.В. О расчете железобетонных конструкций при трехмерном динамическом деформировании // Бетон и железобетон. 2004. №6. С.19-22.

4. Берлинов М.В., Берлинова М.Н., Творогов А.В. К вопросу обеспечения прочности бетона методом термодинамики // Научное обозрение. 2015. №22. С. 148-152.

5. Берлинов М.В., Берлинова М.Н., Творогов А.В. Энтропийный критерий прочности бетона в строительных конструкциях // Научное обозрение. 2015. №22. С. 162-166.

6. Берлинов М.В., Макаренков Е.А. Расчет железобетонных конструкций методом конечных элементов с

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ»

№3/2016

ISSN 2410-700Х

учетом реального описания действующих физических процессов // Вестник МГСУ. 2013. № 11. С. 26-33.

7. Берлинов М.В., Макаренков Е.А. К вопросу о применении метода дополнительных конечных элементов в инженерной практике // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 11. С. 46-49.

8. Берлинов М.В., Макаренков Е.А. Критерий прочности бетона в условиях трехосного напряженного состояния при динамических воздействиях // Научное обозрение. 2014. № 7-1. С. 197-200.

9. Берлинов М.В., Воронкова М.Г., Гапов О.Л., Еремин Э.А. Использование метода конечных элементов при расчете железобетонных конструкций с учетом нелинейности и реологии деформирования // Естественные и технические науки. 2014. № 9-10 (77). С. 352-354.

10.Берлинова М.Н., Бобров В.В. Аналитическое определение границы микроразрушений бетона с учетом условий твердения, вида напряженного состояния и усадки в защитном слое // Жилищное строительство. 2014. №7. С. 44-47.

11.Берлинова М.Н., Творогов А.В. Режимная прочность бетона в строительных конструкциях // Естественные и технические науки. 2015. № 6 (84). С. 530-532.

12.Назаренко В.Г., Творогова М.Н., Луканцов П.Н. О построении функций старения бетона // Бетон и железобетон. 2010. № 6. С. 23-24.

13.3веряев Е.М., Берлинова М.Н., Ким А.Л. Оценка критерия прочности бетона на примере аналогии теорий цилиндрических оболочек и балок // Естественные и технические науки. 2014. № 9-10 (77). С. 358-360. 14. Король Е.А. Трехслойные ограждающие железобетонные конструкции из легких бетонов и особенности их расчета. Монография. Издательство АСВ, 2001г.

© Берлинов М.В., Берлинова М.Н., 2016

УДК 631

Борисов Вячеслав Александрович

старший преподаватель ДГТУ, г. Ростов-на-Дону, РФ E-mail: [email protected]

К ВОПРОСУ О РЕШЕНИИ ЗАДАЧИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ ЗЕРНОКОМБАЙНА

Аннотация

В статье приводится краткое описание программной системы для технологической регулировки рабочих органов зерноуборочного комбайна. Программная система использует эвристические знания экспертов предметной области «уборка зерновых культур».

Ключевые слова Зерноуборочный комбайн, регулировка, эвристические знания.

Задачи настройки и технологической регулировки комбайна в полевых условиях являются основными. Однако они относятся к классу многофакторных, трудноформализуемых задач [1, с. 1255], [2]. Трудности с решением различных задач при управлении комбайном связаны с неопределенностью информации о факторах внешней среды, а также недостаточной изученностью взаимосвязей между факторами уборки, регулировочными параметрами комбайна и показателями качества его работы. Отмеченные признаки создают значительную информационную нагрузку на оператора. Поэтому особого внимания заслуживают вопросы разработки систем поддержки интеллектуальной деятельности оператора, помогающие ему при проведении комплекса уборочных работ. Одним из перспективных направлений является совершенствование методов организации информационной поддержки принятия решений при