CC BY
345
Abstract Keywords:
In this article the problem of energy-efficiency and energy-saving in temporary housing, energy-efficiency,
construction in the Russian Federation is considered. The analysis of the engineering of energy-efficiency, energy-
study of the topic of energy-saving at the construction stage is carried out. saving, construction
A multi-criterial method of designing one of the main energy consumers Date of receipt in edition: 03.05.18
is temporary housing. Date of acceptance for printing: 05.05.18
УДК 669.018-419.8(035)
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ Т.С. Имомназаров, А.М. Аль Сабри Сахар, М.Х. Дирие
Российский университет дружбы народов, инженерная академия, г. Москва
Аннотация Ключевые слова:
Статья посвящена проблемам внедрения в практику строительства композитная арматура, армату-
неметаллического композитного армирования. Рассмотрены не- ра из стекловолокна, базальтовая
достатки и преимущества композитной арматуры в сравнению со арматура, стальная арматура
стальной арматурой. Предложены предложения о мерах, обеспечива- История статьи:
ющих массового внедрения композитной арматуры. Дата поступления в редакцию
14.04.18
Дата принятия к печати 19.04.18
Совершенствование свойств стальной арматуры достигло того уровня, развитие выше которого нецелесообразно развитие, по причине либо отсутствия необходимости в этом либо теоретической возможности. Ёе механические и технологические свойства, выполненные принимаемые в соответствии с действующими стандартами, достаточны для решения огромного большинства проблем с минимально возможной стоимостью его использования в железобетоне. Тем не менее, существует узкий список проблем, в которых экономически обоснованной альтернативой является композитная арматура, которая представляет собой диэлектрик с высокой химической стойкостью и радиопрозрачностью.
Основой композитной арматуры как изделия является материал, который образован из композитного волокна (базальт, стекло, арамид, углерод) и связующее — термореактивная синтетическая смола (пластик). В виду высокой стоимости армирование углеродного и арамидного волокна распространения не получили..
В статье были рассмотрены преимущества и недостатки композитной арматуры, была опубликована таблица с техническими характеристиками металлического и композитной арматуры. (табл.1).
Таблица 1
Критерий оценивания Металлическая арматура Неметаллическая стеклопластиковая арматура Неметаллическая базальтопластиковая арматура
Используемый материал сталь 35ГС, 25ГС и др. стеклянные волокна, связанные полимером базальтовые волокна, связанные полимером
Прочность при растяжении 360 МПа 1200 МПа 1300 МПа
Модуль упругости 200 000 МПа 43 000 МПа 45 000 МПа
Удлинение относительное 25 % 2,2 % 2,2 %
Экологичность Экологична Экологична (имеется санитарно-эпидемиологическое заключение,не выделяет вредных и токсичных веществ)
Срок службы по строительным нормам минимум 80 лет
Коррозийная стойкость к агрессивным средам корродирует с выделением продуктов ржавчины устойчива к коррозии, нержавеющий материал первой группы химической стойкости, в том числе к щелочной среде бетона
Поведение под нагрузкой, зависимость «напряжение-деформация» кривая линия, текучесть под нагрузкой прямая линия, упруго-линейная зависимость
Теплопроводность теплопроводна Низкая теплопроводность
Электропроводность электропроводна нетеплопроводна — диэлектрик
Область применения по строительной норме возможно использование во всех видах строительства, рекомендации НИИЖБ;
Длина от 6 до 12 метров любая, по желанию заказчика
Плотность 7.6 т/м3 1,9 т/м3
Недостатки Коррозия, высокая стоимость вероятность приобретения фальсифицированного товара при обращении к нелегальным поставщикам
Композитная арматура в сравнении со стальной обладает рядом существенных недостатков:
- низкий модуль упругости;
- низкая огнестойкость изделий армированных композитной арматурой;
- невозможность изготовления гнутых арматурных изделий из арматуры в состоянии поставки;
- невозможность использования в качестве сжатой арматуры;
- значительно более высокая стоимость.
Несмотря на традиционно сложившееся мнение за последние десятилетия о наиболее целесообразном использовании композитного армирования в конструкциях с предварительным напряжением, до сих пор были реализованы только несколько подобных примеров и, как правило, в качестве
экспериментальных образцов. Фактически практика показала, что это было неправильное позиционирование в области применения, которое было подавлено массовым внедрением.
В дополнение к техническим барьерам для широкого использования композитной арматуры существуют значительные организационные трудности:
- нет единых требований на уровне государственных или международных стандартов на механические свойства, методы контроля и правила приемки арматуры;
- ввиду принципиальной разницы в диаграмме деформации композитной арматуры от стальной не существует понимания по назначению расчетных характеристик. Как правило, расчетные характеристики либо вообще не известны, либо указаны изготовителем на основе индивидуальных соображений;
- нет четкой терминологии и классификации, нет дифференциации для напряженного и ненапряженной арматуры с соответствующими требованиями;
- методы расчета композитных бетонных конструкций не стандартизированы;
- методы для расчета минимального процента арматуры не стандартизированы;
- опыт эксплуатации изделий с данной арматурой недостаточно изучен;
- во многих случаях неверное позиционирование в области применения;
- нет никаких нормативных требований к ширине открытия трещины в конструкциях с композитной арматурой;
- не используется единая методика для контроля механических свойств композитной арматуры используется унифицированная методология;
- требования не стандартизированы, а характеристики сцепления композитной арматуры с бетоном не контролируются каким-либо образом.
Наибольшим препятствием при использовании композитной арматуры является полное отсутствие какой-либо нормативной базы. Единственное упоминание в текущем СНиП — это абзацы. 6.10 и 8.13 ГОСТ 31384-2008 «Защита железобетонных и железобетонных конструкций от коррозии»:
В пять раз более низкий модуль упругости по сравнению со стальной арматурой приводит к уменьшению предельной нагрузки изогнутого элемента без предварительного напряжения не только во второй группе предельных состояний, но и в первом. Высокая деформируемость композитной рабочей арматуры фактически не позволяет производить большинство конструкций, которые обычно выполняются в железобетоне. Если учесть, что в качестве сжатой композитную арматуру использовать невозможно, то расчет и конструкция композитных структур не могут быть выполнены методами, которые оправданы по отношению к железобетону. Уравнения равновесия действительные в отношении сечений со стальной арматурой совер-шенно не работают в отношении сечений с арматурой, имеющей значительно более низкий модуль упругости [1]. При увеличении удлинения растянутой зоны изогнутого элемента высота зоны сжатия уменьшается, а форма диаграммы напряжений изменяется таким образом, что приводит к уменьшению прочности элемента вдоль поперечного сечения.
Расчет сечения, нормального к продольной оси, композитобетонной конструкции выполняют по формулам, выбираемым в зависимости от величины фактического процента армирования:
Pro =0-85(3lf £//£с"
J с nfbcu + Jfu
где E— модуль упругости композитной арматуры;
в1 — коэффициент полноты эпюры в сжатой зоне;
f — расчетное сопротивление композитной арматуры.
В зависимости от соотношения р и р принято три возможных механизма разрушения изгибаемого композитобетонного элемента:
- при достижении предельных деформаций в сжатом бетоне;
- при одновременном достижении деформации в сжатом бетона и растянутой арматуре;
- при достижении предельных деформаций в растянутой арматуре.
Для трех перечисленных расчетных ситуаций приняты принципиально различные уравнения равновесия и выражения для определения напряжений в бетоне и арматуре, которые при этом справедливы только в области величины процента армирования выше минимального.
В следствие низкого модуля упругости композитной арматуры при проценте армирования ниже определенного уровня и при незначительных напряжениях в арматуре композитобетонная изгибаемая конструкция может разрушиться по бетону. Такой характер разрушения невозможен в случае сечения со стальной арматурой. По этой причине высокие прочностные показатели композитной арматуры в подавляющем большинстве случаев остаются нереализованными. Учитывая данное обстоятельство, на стадии расчета обязательным является контроль минимального процента армирования индивидуально для каждого расчетного случая, т.к. в случае с композитной арматурой его величина не может иметь фиксированного значения, которая, к примеру, в американских нормах [1] является функцией расчетного сопротивления арматуры и геометрических параметров сечения. Таким образом ошибки в оценки минимального процента армирования композитобетонной конструкции могут привести к разрушению сжатой зоны изгибаемого элемента на стадии образования трещин при нагрузках менее проектных.
Распространенное мнение об отсутствии необходимости контроля ширины раскрытия трещин в конструкциях армированных композитной арматурой входит в противоречия с существующими по данному направлению национальными нормами. К примеру, в соответствии с японскими нормами допускаемая ширинараскрытия трещин — 0,5 мм. Канадские нормы: 0,5 мм для конструкций, эксплуатируемых; на открытом воздухе и 0.7 мм для конструкций внутри помещений. В соответствии с американским стандартом АС1 318 требования по ширине раскрытия трещин, как со стальной арматурой, так и композитной — идентичны. Однако расчет ширины раскрытия трещин для изгибаемых композитобетонных конструкций выполняют по иному соотношению:
о к ь/> УКА
Ч
где Ег — модуль упругости арматуры, в МПа;
в — относительная высота сжатой зоны бетона, безразмерна.
кь — коэффициент, харсктеризующий силу сцепления арматуры с бетоном, безранмерный;
^ — напряжение в арматуре, в МПа;
к — высота сечения, в мм;
А — удвоенная; площадь сжатой зоны сечения, приходящейся на один стержень растянутой рабочей арматуры, в мм2.
Вычисление напряжнний в арматуре и высоты сжатой зоны сечения производится по принципиально иным выражениям относительно принятых в действующих СНИП для расчета железобетонных конструкций. Коэффициент принимаюм от 0,771 до 1,83 в зависимости от уровня сцепления арматуры с бетоном. Для арматуры, пр оизводимой в Российской Федераци и, значен ие д анного коэф фициента не известно, поскольку соотвосствующих экспериментальных исследований выполнен о не б ыло.
Серьезной технологической проблемой является невозможносеь выполнения гнутых арматурных изделий из композитной арматуры в еостоянии поставки. Без гнутых изделий (хомутов, гнутых стержней, шпилек и т.д.) сконструироватз армирование конетрукции нхвосможно. Фактически производитель работ должен комплектовать оеъзкт арматурными изделиями исключительно по договоренности с производителем самой арматуры, что потенциельно несет в себе значительные организационные сложности.
Весьма существенным недостатком композитобетонных конструкций в сравнении с аналогичными железобетонными является их меньшая огнестойкость. Огнестойкость изделий в значительной степени зависит от конструкции ее армирования и величины защитного слоя.
Экспериментальные данные свидетельствуют, что минимальное значение предела огнестойкости составляет 13 минут для изгибаемых конструкций, при этом разрушение является хрупким [2]. При интенсивном разогреве рабочей арматуры до 100°С происходит активное выделение пара из смежных со стержнем микротрещин бетона. При этом мгновенно повышается давление на поверхности арматуры, что приводит к разрушению волокна. Логично предположить, что предел огнестойкости может значительно отличаться для различных производителей арматуры, а также зависеть от материала ро-винга1, однако, очевидно, что композитную арматуру нельзя применять без специальных конструктивных мероприятий либо дополнительной огнезащиты несущих конструкций, к которым предъявляются требования по огнестойкости.
Выводы. В железобетонных изделиях повсеместно заменить стальную арматуру на композитную очень сложно. Благодаря существующему соотношению цен со стальной арматурой, использование композитной арматуры целесообразно и эффективно только в том случае, если необходимо использовать ее свойства, которые нет в стальной арматуре. Прежде всего, это касается химической стойкости, радиопрозрачности и диэлектрических свойствах.
Чтобы расширить область широкого применения композитного армирования в строительстве, необходимо предпринять следующие меры:
- разработать стандарты, регулирующие требования к качеству арматуры, ее механическим свойствам и методам контроля;
- разработать строительные нормы, регулирующие правила расчета и проектирования сложных композитобетонных конструкций, и установить требования к контролируемым параметрам в предельных состояниях;
- подготовка предложений по оценке характеристик периодического профиля арматуры;
До реализации этих мер можно проектировать композитобетонные конструкция только с использованием иностранных стандартов проектирования и исключительно под арматуру конкретного производителя.
ЛИТЕРАТУРА:
1. ACI 440.1R-06 Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars. American Concrete Institute, 2006. — 44 p. 2. Фролов, Н.П. Стеклопластиковая арматура и стеклопластбетонные конструкции. — М.: Стройиздат, 1980.-104с.
2. Фролов, Н.П. Стеклопластиковая арматура и стеклопластбетонные конструкции. — М.: Стройиздат, 1980.-104с
3. Васильев В.В., Протасов В.Д., Болотин В.В. и др., Композиционные материалы. — М.: Машиностроение, 1990.
4. Гартемова Е.Б. Стекло и стеклопластики. — Волгоград: Издательство ВолгГасу, 2006. 124 с.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Имомназаров Т.С., Аль Сабри Сахар А.М., Дирие М. Х. Применение композитной арматуры. — Системные технологии. — 2018. — № 27. — С. 24—29.
1Ровинг представляет собой некрученую прядь, состоящую из нескольких комплексных нитей или одной комплексной нити (директ-ровинг), и характеризуется тексом и диаметром элементарной нити
Энтропия в слабо-диссипативной теории Колмогорова-Арнольда-Мозера
THE USE OF COMPOSITE REINFORCEMENT
Imomnazarov T.S., S.A.M. Al-Sabri , M.H.Dirie
Department of Architecture and Construction Engineering Academy
Peoples' Friendship University of Russia
Abstract
The article covers problems of implementation into practice of construction of non-metallic composite reinforcement. The advantages and disadvantages of composite reinforcement in comparison with steel are considered proposals of activities ensure mass introduction of composite reinforcement. .
composite reinforcement, fiberglass reinforcement, basalt reinforcement, steel reinforcement
Keywords:
Date of receipt in edition: 14.04.18 Date of acceptance for printing: 19.04.18
УДК 517.957
ЭНТРОПИЯ В СЛАБО-ДИССИПАТИВНОЙ ТЕОРИИ КОЛМОГОРОВА-АРНОЛЬДА-МОЗЕРА
М.Р. Богданов, А.С. Кабанов, М.И. Ястребцева Московский политехнический университет, г. Москва
Слабо-диссипативная теория Колмогорова-Арнольда-Мозера изучает малые возмущения гамиль-тоновых систем в классе всех гладких динамических систем. Из этого следует, что мы разрушаем интеграл динамики, задаваемый гамильтонианом, но используем методы гамильтоновой механики и термодинамики для изучения численных характеристик маловозмущённой системы в качестве асимптотического анализа расчётных численных данных. Самый простой наиболее исследованный пример в слабо-диссипативной теории связан с «Bogdanov-map». Это описание при подходящем выборе параметров имеет достаточно много асимптотически (не)устойчивых периодических орбит, что позволяет нам проводить анализ численных термодинамических величин на практике, сравнивая эти результаты с работами Клаузиуса.
Аннотация
В данной статье указаны результаты численного расчета основных термодинамических переменных. Зависимость термодинамических потенциалов от температуры и давления, и геометрические характеристики динамики. Динамика представляется с помощью дискретной аппроксимации в виде ломаных Эйлера как семейство векторных полей, показывающих в бифуркации Богданова-Такенса.
Ключевые слова:
термодинамика, численный расчет основных термодинамических переменных, энтропия История статьи: Дата поступления в редакцию
11.05.18
Дата принятия к печати 19.05.18
