CC BY
40
Sinyukov Viktor Vasilyevich, candidate of technical sciences, head of department, si-nukovhome@,mail. ru, Russia, Voronezh, Military Educational Scientific Center Air Force «Аir Force Academy named after Professor N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin»
Kazmin Igor Alexandrovich, head of the electro-gas service of the air force command, kazminia@,mail.ru, Russia, Moscow, Main Command of Aerospace Forces,
Ponomarev Sergey Vasilyevich, head of the complex, pnomsv@,mail. ru, Russia, Voronezh, Military Educational Scientific Center Air Force «Аir Force Academy named after Professor N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin»
УДК 355.7; 69.059.28
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СТОЙКОСТИ БЕТОНА
СПЕЦИАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ ИМПУЛЬСНЫХ
НАГРУЗКАХ ВЗРЫВА
Д.П. Мандрица
Рассмотрены вопросы определения характеристик стойкости бетонов специальных сооружений в условиях воздействия взрывных нагрузок. Выполнены экспериментальные исследования воздействия ударной волны взрыва в ближней зоне действия на образцы бетона специальных сооружений. Построены экспериментально-теоретические зависимости для оценки максимальных деформаций и максимальных разрушающих нагрузок образцов бетона, подвергнутых воздействию взрывных нагрузок в ближней зоне.
Ключевые слова: стойкость бетона, специальные сооружения, напряженно-деформированное состояние, деформация, максимальные нагрузки.
В настоящее время предъявляются повышенные требования к живучести несущих конструкций и специальных сооружений стартовых комплексов (СК), эксплуатируемых в условиях сложного статического и динамического нагружений. Современный опыт проектирования таких сооружений свидетельствует о том, что основываясь только на теоретических исследованиях, весьма сложно построить математическую модель поведения (деформирования) бетонных (железобетонных) конструкций при различных нагрузках и воздействиях. Поэтому в процессе проектирования, строительства и эксплуатации специальных сооружений СК проводятся обширные экспериментальные исследования как на физических моделях, так и в натурных условиях, а затем по результатам испытаний строится или уточняется математическая модель исследуемого объекта. Методы построения математических моделей являются предметом теории идентификации.
Процесс идентификации предполагает, во-первых, использование априорной информации для определения вида и структуры модели, и, во-вторых, обработку данных измерений для получения необходимой апостериорной информации об исследуемом объекте.
Характеристики физико-механических свойств бетонов (железобетона), используемых при создании несущих конструкций стартовых сооружений СК РКК, являются исходной информацией для назначения расчетных характеристик как при проектировании, так и при эксплуатации таких сооружений. Основным источником получения указанных величин являются обширные лабораторные и натурные испытания образцов бетона и железобетона с последующей обработкой результатов экспериментальных исследований.
Существующие на сегодня модели деформирования бетона (железобетона) [1 - 8] учитывают динамические нагрузки, вызванные аварийными или производственными взрывами, сейсмическими воздействиями, порывами ветра, малоцикловыми перегрузками и т.п. Динамические свойства бетона исследовались в работах А.А. Гвоздева, Ю.М. Баженова, В.С. Удальцова, И. К. Белоброва, В. И. Щербины, А.Л. Амбарцумяна и др.
При действии внезапно приложенных импульсных нагрузок в несущих бетонных и железобетонных конструкциях возникают значительные пластические напряжения и деформации, которые больше, чем при статическом их приложении. В работах [1 - 6,11,12] установлен факт повышения прочностных показателей бетона и арматуры при высокоинтенсивной динамической нагрузке. Отмечается, что механические свойства высокопрочных бетонов и арматуры значительно отличаются от свойств мягких сталей и среднемарочных бетонов.
Для тяжелых бетонов в работе [2] получена зависимость для коэффициента динамического упрочнения бетона
kbd = 1,58 - 0,35lg т max + 0,07(lg т max )2,
где kbd = Rbd / Rb; Rbd -расчетное сопротивление бетона сжатию при динамическом упрочнении; т max - время нагружения до момента разрушения.
В работе [3] установлено запаздывание разрушения бетона, время задержки разрушения тз р связано с перенапряжением
^тз.р = 7,55 - 4,88Rbd /Rb .
Предложенные в данных работах модели механических свойств бетона могут быть использованы только при оценкенадежности бетонных и железобетонных конструкций. Для оценки живучести (стойкости) несущих конструкций используются следующие группы показателей: системные запасы прочности; компенсационные характеристики; характеристики ин-
86
тенсивности деградации. Учитывая, что после аварийного воздействия несущие конструкции специальных сооружений продолжают испытывать эксплуатационные нагрузки, необходимо учитывать в составе первой группы показателей живучести характер и величину деформаций и остаточную прочность бетона (железобетона) после аварийного воздействия.
Основной целью экспериментально-теоретических исследований было выявление особенностей работы образцов бетона после действия импульсной нагрузки взрыва зарядов ВВ компактной формы.
Основными задачами экспериментально-теоретических исследований явились:
1) анализ характера деформирования и образцов бетона классов В20, В30, В40 при действии импульсной нагрузки взрыва;
2) построение диаграмм деформирования образцов бетона различных классов после воздействия импульсной нагрузки взрыва заряда ВВ.
Методика эксперимента. В качестве образцов бетона принимались бетонные кубы размерами 70*70*70 мм классов В20, В30 и В40. В качестве варьируемого фактора использовалась высота подвеса заряда ВВ, которая составляла 20,30,40 и 50 см.
Схема приложения импульсных нагрузок представлена на рис.1.
Рис. 1. Схема приложения импульсных нагрузок
Образцы бетона после испытания импульсной нагрузкой взрыва зарядов ВВ представлены на рис.2.
Рис. 2. Образцы бетона после испытания импульсной нагрузкой взрыва
зарядов ВВ
87
Отдельные результаты статических испытаний образцов бетона различных классов представлены на рис.3.
Рис. 3. Высота подвеса ВВ 20 см, бетон В30
Анализ экспериментальных исследований позволил построить регрессионные зависимости для максимальных деформаций образцов бетона и максимальных нагрузок, выдерживаемых ими до разрушения (рис. 4, 5).
220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20
0
'Paapyi иаЮШ; я нагр /'зка, w -
\
V
/ V
Выс< на по/: веса, с
10 15 20 25 30 35 40 45
50
Рис. 4. График разрушающей нагрузки образцов бетона:
бетон В20, -бетон ВЗО,-бетон В40
88
3 2.8 2.6 2 А 2.2 2 1.8 1.6 1 А 1.2 1-
Макси мальн! pie дед юрмаи iHH; MMi
\
\
. /
/ \
■ / \
1 \
-
Бысс на под веса, с
10 15 20 25 30 35 40 45
50
Рис. 5. График для максимальной деформации образцов бетона: х х х х - бетон В20, + + + +- бетон ВЗО,--бетон В40
Разрушающие нагрузки: для бетона В20
F =-(7,18 10-4 ) h4 +0,02• h3 -0,041-h2 +0,386• h + 1,08,
F = -(3,07 • 10-5 ) h3 + 0,003 • h2 - 0,068 • h - 0,068 • h +1,42,
для бетона В30
F =-(3,07 для бетона В40
F = -(4,817 10-6 ) И4 +(5,31 10-4) • Л3 -0,018 • И2 + 0,179 • И + 1,17. Максимальные деформации: для бетона В20 х х х х у(х) = -(7,02• 10-6 ) • И4 + (6,81 10-4) • И3 - 0,021 • И2 + 0,21 • И +1,74,
для бетона ВЗО
+ + + +
у(х) = -(3,07 10-5 )• И3 +0,003• И2 -0,068• И + 1,42, ■ ■ ■ ■
для бетона В40-
у(х) = -(4,817 10-6 ) • И4 +(5,31 10-4) • И3 - 0,018 • И2 + 0,179 • И + 1,17. Выводы
1. Характер деформаций и разрушений бетонных образцов после воздействия импульсных нагрузок взрыва носит неравномерный характер с наличием сколов по различным плоскостям.
2. Анализ диаграмм деформирования образцов бетона показывает, что на начальной стадии характерна значительная пластическая деформация бетона. Данная тенденция обусловлена уплотнением бетона за счет мини-трещин, образовавшихся после воздействия импульсной нагрузки взрыва.
3. Максимальные деформации образцов бетона не превышают 2,4 мм при относительной деформации £ь= 0,033.
4. Максимальные нагрузки при статических испытаниях в бетонных образцах после воздействия импульсных нагрузок не превышают 135 кН, допустимые напряжения 24 МПа.
Список литературы
1. Амбарцумян А.Л. К исследованию закона деформации бетона при скоростном и кратковременном нагружении // Вестник трудов ВИА. 1959. № 143. С. 15 - 20.
2. Баженов Ю.М. Бетон при динамическом нагружении. М., 1970.
372 с.
3. Баженов Ю.М., Удальцов В.С. Об эффекте задержки разрушения бетона на при динамическом нагружении // Материалы XV Итоговой научно-исследовательской конференции ВНО ВИКА. М., 1964. Вып. 11. С. 8 - 11.
4. Байков В.Н., Горбатов Е.В., Димитров 3.А. Построение зависимости между напряжениями сжатого бетона по системе нормируемых показателей // Известия вузов. Сер. «Строительство и архитектура». 1977. № 6. С. 75 - 84.
5. Белобров И.К. Особенности деформирования железобетонных балок при действии кратковременных динамических нагрузок. // Теория железобетона. 1972. С. 75 - 84.
6. Белобров И.К., Щербина В.И. Влияние быстрых загружений на прочность железобетонных балок // Влияние скорости нагружения, гибкости и крутящих моментов на прочность железобетонных конструкций. 1970. С. 37 - 87.
7. Ильин О.Ф., Попов Г.И. Прочность нормальных сечений железобетонных элементов из бетонополимера. 1978.
8. Котляревский В. А. Анализ работы импульсивно нагруженных балок с учетом запаздывания динамической текучести // Строительная механика и расчет сооружений. 1980. № 2. С. 59 - 62.
9. Котляревский В. А. Динамический расчет балки за пределом упругости с учетом эффектов скоростного деформирования // Строительная механика и расчет сооружений. 1979. № 6. С. 48 - 55.
90
10. Попов Г.И. Динамика короткого стального стержня с неоднородными свойствами запаздывающей текучести по его длине // ПМТФ. 1977. № 6. С. 149 - 154.
11. Попов Г.И. Железобетонные конструкции, подверженные действию импульсных нагрузок. М.: Стройиздат, 1986. 128 с.
Мандрица Дмитрий Петрович, канд. техн. наук, доц., MANDRIZA66@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия им. А. Ф.Можайского
DEFINITION OF PARAMETERS OF FIRMNESS OF CONCRETE OF SPECIAL CONSTRUCTIONS A TPULSE LOADINGS OF EXPLOSION
D.P. Mandritsa
In article questions of definition of characteristics of firmness of concrete of special constructions in the conditions of influence of explosive loadings are considered. Experimental researches of influence of a shock wave of explosion in a near operative range on samples of concrete of special constructions are executed. Experimentally-theoretical dependences for an estimation of the maximum deformations and the maximum ultimate loads of samples of concrete subjected to influence of explosive loadings in a near zone are constructed.
Key words: firmness of the concrete, the special constructions, the is intense-deformed condition, deformation, the maximum loadings.
Mandritsa Dmitry Petrovich, candidate of technical sciences, docent, MANDRIZA 66@mail. ru, Russia, St. Petersburg, Mozhaisky Military Space Academy
