CC BY
18УДК 624.012.45.04
С.Н. КАРПЕНКО, д-р техн. наук, Научно-исследовательский институт строительной / физики РААСН (Москва); А.Н. ПЕТРОВ, д-р техн. наук, А.В. ЕВСЕЕВА, инженер, Петрозаводский государственный университет
Опыт построения диаграммы-изохроны для высокопрочного модифицированного бетона
Экспериментальные исследования по изучению свойств высокопрочных бетонов, модифицированных органоминеральным модификатором, проведенные Карпенко Н.И., Каприеловым С.С., Безгодовым И.М., Кузнецовым Е.Н., Андриановым А.А., Ромкиным Д.С. и другими, подтвердили установленные ранее закономерности нелинейной ползучести: инвариантность быстро натекающих деформаций относительно возраста бетона в момент загружения и противоречие принципу наложения воздействий. Эти обстоятельства создают существенные трудности при решении задач ползучести на базе общих нелинейных теорий, в частности двух-компонентной модели [1]. Как показано в работе [2], указанных трудностей при решении инженерных задач можно избежать, если использовать так называемый диаграммный подход с представлением диаграмм деформирования бетона в виде диаграмм-изохрон.
В качестве диаграммы-изохроны рассматривается кривая, все точки которой достигаются за равный промежуток времени — время нагружения конструкции. В общем случае при построении диаграмм-изохрон различают три условных режима нагружения: при постоянных напряжениях, при линейном росте напряжений и линейном росте деформаций. Как показали проведенные ранее исследования, при непродолжительном за-гружении в пределах одних суток диаграммы-изохроны практически совпадают с диаграммами кратковременного загружения, в дальнейшем с увеличением времени нагружения зависимость диаграммы-изохроны от режима изменения становится более существенной, однако после примерно ста суток нагружения эта разница практически исчезает. Учитывая практическую направленность задачи, предлагаемые в настоящей работе зависимости предполагают постоянство действующих напряжений в течение всего времени нагружения, при этом допускается возможность работы бетона на нисходящей ветви диаграммы.
Связь между напряжениями и относительными деформациями бетона для диаграмм-изохрон записывается в обобщенном виде, предложенном Н.И. Карпенко [3]:
еМ,т) =-^-, (1)
где $ — — время нагружения.
Коэффициент секущего модуля
= + К-?ь(1,т)] \-щ(1,т)г,-щ(1,т)г,\ (2)
где г] = (Гь(т)/ — уровень напряжений.
Знак плюс соответствует восходящей, а минус — нисходящей ветви диаграммы. Кроме этого, требуется соблюдение равенства:
67,(i,T)+C720,r) = l.
Коэффициент секущего модуля в вершине диаграммы-изохроны:
Pb (t, т) = Rb (t, т) / Еь (t, т)£ьо (t,
(3)
где £м(*,т) — абсцисса вершины.
Ордината вершины диаграммы-изохроны определяется по эмпирической формуле, учитывающей экспериментально установленное снижение прочности бетона в условиях длительного загружения:
Rb(t,т) = [k + Q■-k№-т)]Rb{т),
(4)
где k — коэффициент, отражающий экспериментально установленные пределы снижения прочности бетона при длительном загружении и изменяющийся от 0,9 до 0,75. При практическом проектировании рекомендуется принимать k = 0,85;
<р(?-т) — эмпирическая функция.
Анализ экспериментальных данных показал, что в диапазоне изменения времени загружения от 1 мин. и практически до бесконечности функция может быть представлена простой зависимостью, линейной относительно логарифма времени нагружения:
<p(t -т) = 1,46 - 0,122ln(i - т),
(5)
где ^ — Т) — время нагружения в минутах.
На функцию (5) накладывается ограничение ^ — т) < 1.
В условиях длительного загружения полные деформации бетона складываются из двух составляющих — линейно-упругой и нелинейной. Линейно-упругая незначительно снижается в соответствии со снижением а нелинейная нарастает в результате ползучести бетона. Приращение нелинейной составляющей существенно превосходит соответствующее снижение линейно-упругой во всех практически важных для расчета случаях (нарушение этого соотношения возможно только при очень высоких скоростях нагружения). Такой характер деформирования позволяет предложить для описания роста абсциссы вершины диаграммы-изохроны простую зависимость, аналогичную (4):
£ьo(t>т) = £ьo(rЖt-т),
(6)
где Ht -т) = 0,76 + 0,059ln(i - г). (7)
Параметры подкоренного выражения формулы (2), определяющие форму ветвей диаграммы-изохроны,
52
научно-технический и производственный журнал
июнь 2013
jVJ ®
Параметры R, МПа Rb, МПа В*, МПа Rbn, МПа Еь, МПа
По данным [4] 120 90 94 46670 2,54-10-3
По СП 63.13330.2012 - - 94 70 42750 2,6-10-3
* - расчетное значение при коэффициенте вариации 0,135 .
также выражаются через функции, линейные относительно логарифма времени нагружения: для восходящей ветви
1,25-0,1
Rb(t,r)
[0,67 + 0,081 ln(i-r)] < 2;
(8)
для нисходящеи ветви R
(f,r) =
0,35 + 0,22
[1,2 + 0,048 ln(i-r)] < 2, (9)
где ^ = 9,8 МПа.
Зависимости (1—9) использованы для построения диаграмм-изохрон высокопрочного модифицированного бетона, реологические свойства которого были экспериментально исследованы в лаборатории проблем прочности и качества в строительстве НИИСФ РААСН. Для изготовления образцов-призм 100x100x400 мм использовалась бетонная смесь с содержанием цемента 497 кг/м3 и водоцементным отношением 0,128. Содержание песка и щебня двух фракций 707 и 1000 кг/м3 соответственно. Бетонная смесь модифицировалась введением добавки МБ 10—30С в количестве 109 кг/м3 по методике С.С. Каприелова. Гидроизолированные образцы-близнецы из бетона одного замеса в возрасте 28 сут после определения призменной прочности были загружены длительной нагрузкой при двух уровнях напряжений 0,3 и 0,6 от призменной прочности. Прочностные и де-формативные характеристики бетона приведены в таблице.
На рисунке показаны расчетные, по зависимостям (1—9), диаграммы-изохроны для трех режимов загруже-ния: 1 — при —т=60 мин, 2 — при —т =100 сут и 3 — при —т =360 сут. Опытные точки 4 получены путем суммирования линейно-упругих деформаций и деформаций
1,0
0,75
0,5
0.25 1,0
0,75
0,5
0.25 1,0
0,75
0,5 0,25
/ \ 3
/
/ 2
4
/ ! /
/ 1 N.
L
/
0-2-4 Расчетные диаграммы-изохроны
-8-10"3
ползучести по данным [4]. Расчетные диаграммы-изохроны также могут быть построены по зависимостям (1—9) с использованием расчетных данных СП 63.13330.2012, приведенных в таблице. В координатах Ц — £ъ эти кривые практически совпадают.
Соотношение теоретических и опытных данных показывает, что расчетные диаграммы-изохроны с достаточной для практических расчетов точностью описывают нелинейный характер деформирования бетона при длительном действии нагрузки и могут быть рекомендованы в качестве расчетного аппарата при проектировании железобетонных конструкций.
Список литературы
1. Галустов К.З. Развитие нелинейной теории ползучести бетона и расчет железобетонных конструкций. М.: Издательство физико-математической литературы, 2006. 248 с.
2. Петров А.Н. Нелинейная модель ползучести железобетона и ее приложение к расчету плосконапряженных элементов. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2003. 252 с.
3. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996. 416 с.
4. Карпенко Н.И., Каприелов С.С., Ромкин Д.С., Безгодов И.М., Андрианов А.А. Результаты исследования физико-механических и реологических характеристик высокопрочного бетона. Известия ОрелГТУ, выпуск № 1/21 (553). Орел. 2009. С. 39-54.
Ю.З. Балакшин, В.А. Терехов
Технология
производства
стеновых
цементнопесчаных изделий
Справочное пособие
для производственного обучения
М.: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2012. 276 ^
Авторы многие годы отдали работе в промышленности строительных материалов и накопили значительный объем знаний и технических документов производстве стеновых материалов не только из опыта работы промышленности в СССР и России, но и многих предприятий Европы, Америки и Азии, в том числе и по производству широкой номенклатуры цементнопесчаных изделий методом вибропрессования.
В книге описано производство и применение стеновых материалов методом вибропрессования из цементнопесчаных бетонов. Рассмотрена существующая и перспективная номенклатура изделий и их свойства. Описаны сырьевые материалы для производства цементнопесчаных изделий: песок, щебень, вяжущие и химические до-бавки.Сформулированы специфические требования к сырьевым материалам, а также рекомендации по подбору состава бетонной смеси. Подробно представлена технология производства цементнопесчан-ных вибропрессованных стеновых изделий. Особое внимание уделено технологическому контролю на производстве и техническому контролю и обслуживанию оборудования.
Книга предназначена для организации производственнотехниче-ского обучения на предприятии, будет полезна инженерно-техническому персоналу и широкому кругу специалистов.
По вопросам приобретения книги обращаться по тел./ факсу: (499) 976-22-08, 976-20-36 E-mail: mail@rifsm.ru
rj научно-технический и производственный журнал
М ® июнь 2013 53
