CC BY
22
МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО ЦЕМЕНТНО-ПЕСЧАНОГО БЕТОНА ПРИ ОСЕВОМ РАСТЯЖЕНИИ И СЖАТИИ
Черноусов Николай Николаевич
канд. техн. наук, доцент кафедры сопротивления материалов Липецкого государственного технического университета, г. Липецк
E-mail: nto_tezis@mail.ru Черноусов Роман Николаевич канд. техн. наук, доцент кафедры сопротивления материалов Липецкого государственного технического университета, г. Липецк
E-mail: ozzgoodinbox. ru Суханов Андрей Владимирович аспирант кафедры сопротивления материалов Липецкого государственного
технического университета, г. Липецк E-mail: pm03sav@mail.ru Ливенцева Виктория Андреевна студент Липецкого государственного технического университета, г. Липецк
E-mail: v-livenceva@mail. ru
SIMULATION OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF FINE-GRAINED SAND-CEMENT CONCRETE IN AXIAL TENSION AND
COMPRESSION OF
Chernousov Nikolay Nikolaevich
candidate of Science, assistant professor of the strength of materials Lipetsk State
Technical University, Lipetsk Chernousov Roman Nikolaevich
candidate of Science, assistant professor of the strength of materials Lipetsk State
Technical University, Lipetsk Sukhanov Andrey Vladimirovich graduate student of the strength of materials Lipetsk State Technical University,
Lipetsk
Liventseva Victoria Andreevna
student of Lipetsk State Technical University, Lipetsk
АННОТАЦИЯ
Проведены исследования физико-механических свойств мелкозернистых песчаных бетонов (МЗБ) с целью выявления применимости известных зависимостей для описания работы МЗБ при осевом растяжении и сжатии. Исследования осуществлялись на опытных образцах в виде «восьмёрок», которые испытывались в специально разработанном устройстве, позволяющем
определять модуль упругости при растяжении и осуществлять
квазистатическое нагружение. На основании опытных данных получена формула, которая позволяет определять прочность МЗБ при растяжении в зависимости от прочности при сжатии. Построена деформационная модель работы мелкозернистого цементно-песчаного бетона при осевом растяжении.
ABSTRACT
The investigations of the physical and mechanical properties of fine-grained sand concrete (FGSC) in order to identify the applicability of the well-known relations for the description of the FGSC under axial tension and compression. Studies were carried out on test specimens in the form of "eights", which were tested in a specially designed device that allows to determine the tensile modulus and to implement a quasi-static loading. On the basis of experimental data, a formula that allows to determine the tensile strength of the FGSC, depending on the compression strength. Deformation model is constructed of fine-grained sand-cement concrete with axial tension.
Ключевые слова: Осевое растяжение; осевое сжатие; мелкозернистый песчаный бетон; аналитические зависимости
Keywords: Axial tension; axial compression; fine-grained sand concrete; analytical relations
В Липецком государственном техническом университете на базе научно-исследовательской лаборатории кафедры сопротивления материалов с целью построения деформационной модели работы мелкозернистого цементно-песчаного бетона (МЗБ) проводятся исследования его физико-механических свойств при осевом растяжении. Испытания опытных образцов в виде «восьмёрок» толщиной 40 мм осуществляются в специально разработанном устройстве, позволяющем определять модуль упругости при растяжении и осуществлять квазистатическое нагружение. Опытные образцы и экспериментальная установка приведены на рис. 1, 2, 3.
Рисунок 1. Опытный образец
Р
Рисунок 2. Схема испытания на сжатие фрагмента образца
Рисунок 3. Экспериментальная установка
Для построения деформационной модели проводились испытания четырёх серий по три образца в каждой, в которых варьировалось отношение цемента к песку: 1:1, 1:1,5, 1:2, 1:3.
После разрыва образца производились испытания на сжатие его фрагментов в прессе ИП-100.
Результаты испытаний опытных образцов на осевое растяжение и сжатие приведены в таблице 1.
Известна формула, связывающая предел прочности бетона при растяжении (Кы) с прочностью при сжатии (Ят):
Я, = (1)
Из опытов установлено, что прочность при осевом растяжении составляет приблизительно 0,05...0,1 прочности при сжатии.
Таблица 1.
Результаты испытания опытных образцов на осевое растяжение и сжатие
№ серии Ц/П Прочность МЗБ, МПа Отклонение опытных значений Я^} от расчётных
Опытные значения средней прочности Расчётные значения прочности при осевом растяжении, К
при сжатии, К при осевом растяжении, К (о) по формуле (1), К? по формуле (2), К (1) Г>(о) К (2) Г>(о) КЫ
1 2 3 4 5 6 7 8
1 1:1 23,23 2,64 4,05 2,43 1,53 0,92
2 1:1,5 14,72 1,68 2,99 1,79 1,78 1,07
3 1:2 11,75 1,48 2,56 1,54 1,73 1,04
4 1:3 7,83 0,84 1,95 1,17 2,32 1,39
Среднее значение: 1,87 1,12
В результате обработки опытных данных получена зависимость
К = 0,3^ (2)
которая позволяет определять прочность МЗБ при растяжении в зависимости от прочности при сжатии. Анализ опытных значений показал, что прочность при растяжении, определяемая по формуле (2) лучше согласуется с опытными данными.
Результаты исследования деформативных свойств при испытаниях опытных образцов на растяжение приведены на рис. 4.
Рисунок 4. Эмпирические зависимости для 4-х серий «напряжение-
деформация»
Моделирование физико-механических свойств МЗБ при осевом растяжении, основанное на опытных данных, осуществлено с использованием аналитического выражения, устанавливающего связь между напряжениями и деформациями бетона (формула Саржина [2, с. 123]):
ыг
а
ыг
ыгк
а
ыг
V аыгя
Я
ыг
1 + {к - 2)
а
,(3)
ыг
а
ыгя
2
где: аыг, Яыг — соответственно текущее значение напряжения и предел кратковременной прочности бетона при осевом растяжении, определяемый по формуле (2), МПа;
£Ыг, £ЫгЯ — соответственно текущее значение относительной деформации и
значение относительной деформации, соответствующее пределу кратковременной прочности Rbt;
к — коэффициент, характеризующий «кривизну» диаграммы («упругость» бетона), к = 1/ XR (XR = Rbt /(E0btsbtR) — коэффициент упругости бетона).
Другой вариант представления диаграммы зависимости abt / Rbt от sbt для мелкозернистых бетонов можно вывести из предложений Карпенко Н.И. [1, с. 278] о построении диаграмм «напряжение-деформация» с использованием коэффициента изменения секущего модуля.
С целью определения наиболее оптимального варианта зависимости crbt / Rbt от sbt для построения модели работы МЗБ при растяжении были проанализированы экспериментальные данные.
Выявлено, что для моделирования физико-механических свойств МЗБ при растяжении применимы зависимости «напряжение-деформация», предложенные Саржиным М. и Карпенко Н.И.
Список литературы
1. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996. — 412 с.
2. Sargin M. Stress-Strain Relationships for Concrete and the Analysis of Structural Concrete Sections. Ontario, Canada, University of Waterloo, 1971. — 167 p.
