Расчетная оценка прочностных и деформативных характеристик и диаграмм деформирования фибробетонов с агрегированным распределением волокон Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА

ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И ДИАГРАММ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ФИБРОБЕТОНОВ С АГРЕГИРОВАННЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ВОЛОКОН

Л. Р. Маилян, Э.С.Айвазян Ростовский государственный строительный университет

Для возможности практического внедрения фибробетонов с агрегированным распределением волокон, изготовленных по челночной и по конвейерной технологии [1], и железобетонных конструкций из них необходимо располагать расчетными величинами основных прочностных, деформативных и конструктивных характеристик, а также расчетными диаграммами деформирования фибробетонов, разработка теоретических предложений по которым и осуществлена в настоящей статье.

Ранее [1] нами было установлено практически одинаковое изменение прочностных и деформативных характеристик и диаграмм деформирования фибробетонов с агрегированным распределением волокон независимо от технологии - как челночной, так и конвейерной.

Поэтому все расчетные предложения ниже носят обобщенный характер и делаются для фибробетонов, изготовленных по любой из этих новых технологий.

Нормативные и расчетные характеристики фибробетонов с агрегированным распределением волокон. После установления изменения характеристик фибробетонов с агрегированным распределением волокон, изготовленных по челночной или конвейерной технологии в первую очередь необходима разработка рекомендаций по расчетному определению их нормативных и расчетных сопротивлений для нормированного расчета по предельным состояниям I и II групп.

Для этого необходима определенная статистика, основанная на большом количестве экспериментальных данных.

С этой целью были проведены дополнительные экспериментальные исследования - изготовлено и испытано 80 кубов размером 10х10х10см из фибробетона, приготовленного по челночной и конвейерной технологиям, из которых по 40 испытывались на осевое сжатие и растяжение при раскалывании.

По результатам статистической обработки опытных данных были определены нормативные сопротивления сжатию и растяжению при надежности 0,95. Их значения, являющиеся одновременно расчетными сопротивлениями для предельных состояний второй группы Rb,ser и Rbt,ser для фибробетонов класса В 30 с процентом фибрового армирования ц=4% (примером является таблица 1).

Расчетные сопротивления фибробетонов для предельных состояний первой группы Rb и Rbt получали как частное от деления нормативных сопротивлений сжатию и растяжению на соответствующие коэффициенты

надежности по бетону при сжатии У bc = 1,3 и при растяжении Y bt 1,5

При расчете и проектировании фибробетонных элементов необходимо учитывать также деформативность тяжелых фибробетонов.

При обычной технологии изготовления фибробетонов с произвольной ориентацией волокон при ц=4% их предельную сжимаемость можно принимать при кратковременном нагружении равной 260 . 10-5 , а предельную растяжимость - 30 . 10-5. Другими словами, предельная сжимаемость увеличивается в 1,3 раза, а предельная растяжимость - в 1,5 раза по сравнению с нормированными значениями для бетона без фибр.

Для фибробетонов же с агрегированным распределением волокон, изготовленных по челночной и конвейерной технологиям, при ц=4%, предельную сжимаемость можно принимать при кратковременном нагружении равной 235 . 10-5 , а предельную растяжимость - 27 . 10-5. Другими словами, предельная сжимаемость и растяжимость фибробетонов

при челночной или конвейерной технологии снижается на 10% по сравнению с обычной технологией.

Таблица № 1

Рекомендуемые значения нормативных и расчетных характеристик фибробетона класса В 30 с процентом фибрового армирования ц=4%

с агрегированным распределением волокон

Вид сопротив- ления Нормативные и расчетные характеристики, МПа

нормативные сопротивления RЬи, КЬґп или расчетные сопротивления II группы КЬ,звг КЫ,звг расчетные сопротивления I группы Кь, Кы начальные модули упругости Еь(Ы) 10 3

Сжатие осевое 29,7 22,8 3,57

Растяжение осевое 3,0 2,0 3,57

Предложения по расчетной оценке прочностных и деформативных характеристик фибробетонов с агрегированным распределением волокон, изготовленных по челночной и конвейерной технологиям,

в различные сроки твердения. Разработанные нами расчетные предложения сводятся к рекомендациям по аналитическому описанию коэффициентов изменения прочностных и деформативных характеристик фибробетонов в зависимости от возраста бетона в виде:

К = І (і), (1)

где Г - соответствующая функция; і - возраст фибробетонов.

За единую базовую функцию / (0 в формуле (1) примем зависимость П. Сарджина, рекомендованную ЕКБ-ФИП [2] для описания диаграмм деформирования бетона:

К

У

Г X у

V Хя J

У

я

1 + (К - 2)

V Хя J

(2)

где Хя, Уя - координаты максимума графика функции (2) в абсолютных показателях; К - управляющий параметр, влияющий на форму графика функции (2), трансформирующегося в прямую (К=1), квадратичную параболу (К=2) и действительную ветвь квадратичной гиперболы (1<К<2 и К>2).

В качестве функции У/Уя в выбранной нами функции (2) выступают приращения А прочностных ЯЬ, ЯЬі и деформативных єЬя, єЬіЯ характеристик, а также начального модуля упругости Еь=Еы фибробетонов, приготовленных по челночной технологии, а в качестве аргумента Х/Хя - относительный возраст фибробетона і/28 , то есть возраст в сутках, отнесенный к базовому -28 суток.

Статистическая обработка полученных результатов позволила определить значения значений управляющих параметров К для прочностных ЯЬ, ЯЬі , деформативных еЬк, єЬіК характеристик и начального модуля упругости ЕЬ=ЕЬі фибробетонов, изготовленных по челночной и конвейерной технологиям и проанализировать их.

Анализ показал, что значения управляющих параметров К для прочностных ЯЬ, ЯЬі, деформативных еЬя, єЬіЯ характеристик и начального модуля упругости ЕЬ=ЕЬі фибробетонов, изготовленных как по челночной, так и по конвейерной технологиям, достаточно близки между собой.

Это дало основания рекомендовать единые обобщенные значения управляющих параметров К для фибробетонов с агрегированным распределением волокон, независимо от технологии их производства.

Таблица 2

Функции, аргументы и значения параметров зависимости (2) для определения прочностных и деформативных характеристик фибробетонов при челночной технологии изготовления и в разные сроки твердения

Вид фибробетона Вид функции Функция Аргумент Значения параметров К при сжатии и растяжении

Фибробетон с агрегированным распределением фибр Кд=/(і) Кд і 3,46

я К Кед і 3,58

Ке=/(і) Ке і 3,25

Анализ показал хорошую сходимость разработанных теоретических рекомендаций с нашими экспериментальными результатами.

Аналитическое описание диаграмм деформирования "напряжения-деформации" при сжатии и растяжении фибропенобетонов, с агрегированным распределением волокон, изготовленных по челночной и конвейерной технологиям, в различные сроки твердения и их взаимосвязь. Одной из наиболее удобных и распространенных в мире зависимостей для описания диаграмм деформирования бетона как при сжатии, так и при растяжении, является функция, предложенная П. Сарджином, и рекомендованная ЕКБ-ФИП для расчетов железобетонных конструкций:

К

а _ К”к У ^Я У (3)

Я ^, (3)

(-

КЄЯ У 1єя У

1 + (К - 2)

є

Кєк У

где Я и 6Я - максимальная прочность и соответствующие ей деформации на сжатие или растяжение; К=6ЯЕ/Я - численный параметр, равный

отношению начального Е (касательного) модуля упругости к предельному (секущему) модулю упругости Я/єЯ в момент достижения максимума

функции (3) с координатами Я и єЯ.

В тех же рекомендациях предлагалось принимать диаграммы

деформирования бетона при сжатии «<гЬ - єЬ» и при растяжении «<тЬг - єЬі» подобными, имеющими одинаковый начальный ЕЬ=ЕЬі и секущий модуль упругости ЯЬ/єЬЯ = Яь/ємк , как и параметр К.

В целях единообразия предлагаемых расчетных зависимостей, применим единые функции (2) - (3) как для оценки изменения прочностных и деформативных характеристик, так и для описания диаграмм

деформирования фибробетонов в различные сроки твердения и как при сжатии, так и при растяжении.

В целом, порядок расчетной оценки характеристик и диаграмм деформирования фибробетонов с агрегированным распределением волокон как при челночной, так и при конвейерной технологии их изготовления имеет следующий вид.

На первом этапе определяется изменение прочностных АЯь и АЯЬ{ и деформативных Абш АєЬіЛ, АЕь, АЕЬг характеристик при необходимых сроках твердения при сжатии и растяжении - по зависимости (2) или таблице

2.

На втором этапе производится аналитическое описание диаграмм «о-є> фибробетона с агрегированным распределением волокон при сжатии и растяжении в различные сроки твердения - используется функция (3) с подстановкой в нее вместо Я и єя соответственно (Яь + АЯЬ); (є + АєЬя); АЕЬ, при сжатии и (Яы + АЯы); (єш + Аєья); АЕЬ при растяжении, при этом параметр К:

К _ (єья + АєЬЯ )(ЕЬЯ + АЕЬ ) _ (ЄЬіЯ + АєЬіЯ )(ЕЬі + АЕЬі ) (4)

' (Яь +АЯь ) “ Я +АЯЫ)

Анализ показал хорошую сходимость опытных и расчетных результатов.

Взаимосвязь изменения диаграмм деформирования фибробетонов при сжатии и растяжении обычно наиболее просто и достоверно отражена в уже упоминавшихся рекомендациях ЕКБ - ФИП - в них принимается равенство начальных модулей упругости при сжатии и растяжении Eb = Ebt, то есть касательных к диаграммам «оь - бь» и «оЬ1 - бЬ1» в начале координат и рекомендуется одинаковое значение параметра при сжатии и растяжении

то есть секущих в точках максимумов диаграмм «оь - бь» и «оЬ1 - бЬ1», а также дается одинаковая функция “о - Б" при сжатии и растяжении -формула (3).

Тем самым диаграммы при сжатии и растяжении предполагаются подобными.

Анализ полученных нами опытных данных выявил дополнительные факты взаимосвязи изменения диаграмм «о - б» при сжатии и растяжении фибробетонов с агрегированным распределением волокон, приготовленных как по челночной, так и по конвейерной технологии.

Это касается координат максимумов диаграмм «оь - бь» и «оЬ1 - бЬ1» при любом определенном сроке твердения - оказалось, что они лежат при сжатии и растяжении на одной прямой, проходящей через начало координат графика.

То есть, подобие диаграмм «оь - бь» и «оЬ1 - бЬ1» при сжатии и растяжении имеет место и для фибробетонов с агрегированным распределением волокон, приготовленных как по челночной, так и по конвейерной технологии, в любые сроки твердения.

Выводы

1. По результатам статистической обработки опытных данных при надежности 0,95 определены и рекомендованы для применения при проектировании значения нормативных сопротивлений на сжатие и растяжение ЯЬп и ЯЬ1п фибробетонов класса В 30 при проценте фибрового армирования 4% с агрегированным распределением волокон, изготовленных по предложенным челночной и конвейерной технологиям, а также расчетных

сопротивлений для предельных состояний первой ЯЬ и ЯЬі и второй группы

ЯЬ,^вг и ЯЫ,яег-

2. Предложены расчетные зависимости для определения прочностных и деформативных характеристик при осевом сжатии и растяжении фибробетонов с агрегированным распределением волокон, изготовленных по предложенным челночной и конвейерной технологиям, в любом возрасте от 7 до 365 суток, определены их параметры и коэффициенты.

3. Предложено использовать для расчетного описания диаграмм деформирования «напряжения-деформации» в любом возрасте при осевом сжатии и растяжении фибробетонов с агрегированным распределением волокон, изготовленных по предложенным челночной и конвейерной технологиям, формулу ЕКБ - ФИП с учетом разработанных рекомендаций по оценке изменения их прочностных и деформативных характеристик.

4. Выявлена взаимосвязь изменений прочностных и деформативных характеристик и диаграмм деформирования при осевом сжатии и растяжении фибробетонов с агрегированным распределением волокон, изготовленных по предложенным челночной и конвейерной технологиям, в различном возрасте.

Предложена расчетная зависимость для описания этой взаимосвязи, имеющая в целях единообразия, одинаковый вид и структуру с расчетными рекомендациями, разработанными для определения характеристик фибробетона и его диаграмм деформирования.

Литература

1. Маилян, Л.Р., Налимова, А.В., Маилян, А.Л., Айвазян, Э.С. Челночная технология изготовления фибробетона с агрегированный распределением фибр и его конструктивные свойства. [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2011, №4. - Режим доступа:

http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4y2011/714 (доступ свободный)- Загл. с экрана.-Яз. рус.

2. Кузнецова, О.В., Лазарева, Е.А., Тышлангян, Ю.С.

Композиционные разработки в технологии производства. [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2013, №2. - Режим доступа:

http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2013/1628 (доступ свободный) -Загл. с экрана.-Яз.рус.

3. Кодекс-образец ЕКБ - ФИП для норм по железобетонным конструкциям. [Текст] / Пер. с фр. Л.В. Еленской; под ред. А.А Гвоздева. -М.: НИИЖБ, 1984. - 284 с.

4. Аль Хаддад Абдуль Муаеин Хамид Влияние технологических параметров перемешивания на свойства сталефибробетона [Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук /Аль Хаддад Абдуль Муаеин Хамид. - Л., 1980. - 20 с.

5. Вылекжанин, В. П. О совместной работе стержневой и фибровой арматуры в изгибаемых сталефиброжелезобетонных элементах [Текст]: / В. П. Вылекжанин, В. И. Григорьев // Исследование и расчет новых типов пространственных конструкций гражданских зданий: сб. науч. тр. - Л.: ЛЕНЗНИИЭП, 1985. - С. 69 - 77.

6. Львовский, Е. Н. Ползучесть сталефибробетона при центральном растяжении [Текст]: / Е. Н. Львовский, Л. И. Ольховая; Кишинев. политехн. ин-т. - Кишинев, 1989- 17 с. - Деп. в МолдНИИНТИ 24. 03. 89, № 1098-М 89.

7. ТУ 1276-001-40610949-95 Фибра стальная для дисперсного армирования бетона / Разработчик ЗАО «Фибробетон»-9 с.

8. Шабловский, Е. А. Стальные фибры для дисперсного армирования

бетонных конструкций [Текст]: / Е. А. Шабловский. - М., 1990. - 61 с. -(Серия: Конструкции жилых и общественных зданий. Технология

индустриального домостроения: обзор. информ. / ВНИИТАГ; вып. 4).

9. Браутман, Л., Крок, Р. Современные композиционные материалы [Текст]: - М.: Мир, 1970. - 240 с.

10. Properties of fibre reinforced concrete for rigid pavement / T. F. Fwa, P. Paramasivam // Proc. Int. Symp. Fibre Reinforced Concr., Madras, Dec. 16-19, 1987:ISFRC-87. Vol. 2. - Rotterdam, 1987. - P. 5.17 - 5.27.

11. Use of conventional and high performance steel-fiber reinforced concrete for bridge deck overlays / N. Krstulovic - Opara [et al.] // ACI materials journal. -1995. - Vol. 92, № 6. - P. 669 - 671.