CC BY
21УДК 625.861
Д.М. АНТОНОВСКИЙ, инженер,
Представительство HUESKER Synthetic GmbH (ФРГ) (Москва)
Учет ползучести армирующих геосинтетических материалов
Прогнозирование поведения армирующих геосинтетических материалов в процессе всего срока эксплуатации сооружения является залогом безопасности и эффективности работы. Ключевым является учет развития ползучести, то есть процесса нарастания относительного удлинения и активизированной прочности во времени в процессе восприятия нагрузок при работе материала в конструкции. На стадии проектирования крайне важно оценить активизированную прочность и относительное удлинение армирующего геосинтетического материала в момент окончания расчетного срока службы сооружения, а также разницу между относительным удлинением материала в начале и в конце работы материала.
Армирующие геосинтетические материалы находят широкое применение в различных отраслях строительства, в том числе в сооружениях с максимальной степенью ответственности и расчетным сроком службы 100 лет и выше. Перед использованием каких-либо материалов в подобных ситуациях необходимо предварительное тщательное исследование их ползучести.
Для прогнозирования поведения материала в долгосрочной перспективе необходимо проведение лабораторных испытаний на протяжении по меньшей мере 10 тыс. ч (почти 14 мес непрерывных испытаний). Для сокращения расходимости расчетной модели и фактического поведения материала необходимо проведение серии испытаний материалов после их работы в конструкции не менее 100 тыс. ч (около 11 лет и 5 мес). Данную трудоемкую и длительную работу проводят независимые научно-исследовательские организации и лаборатории, после чего производят сертификацию материала (или группы разных по прочности материалов,
но со схожими свойствами по деформативности, произведенных по одной технологии на одинаковом оборудовании и из однотипного исходного сырья) с присвоением специфического семейства кривых. Пример такого семейства изохрон, получаемых производителем по результатам сертификации, приведен на рис. 1 (без шкалы относительного удлинения).
Изохрона представляет собой зависимость относительного удлинения материала от его прочности (обычно в процентах от кратковременной) при работе (активизации определенной прочности) материала в течение определенного периода. Изохрона получается путем аппроксимации фактических значений прочности и относительной деформации и чаще всего имеет вид многочлена четвертой степени:
yt
■ x4 + bt
x3 + V
x2 + dt
x + ^
(1)
где xt — относительное удлинение материала при его работе в течение периода времени t, %; у( — прочность материала (в процентах от кратковременной прочности материала на разрыв) при относительном удлинении xt при его работе в течение периода времени £ at, Ь, ct, dt, et — безразмерные коэффициенты уравнения зависимости прочности материала (в процентах от кратковременной) от относительного удлинения при его работе в течение периода времени .
Однако зависимость у( = ^ж) может иметь другой вид, отличный от формулы (1), в случае, если удается аппроксимировать данную функцию другой зависимостью с меньшим значением среднеквадратичного отклонения.
100
90
80
70
о. а m m
iä 60
50
40
30
20
10
-
- 1 У/у —
2 ¡/уЯуУ-----------------
- з УЯУ/Г
-
y^r 1 Температура испытаний +20о ........
Относительное удлинение, %
Рис. 1. Общий вид семейства изохрон по результатам сертификации полимерных геосинтетических материалов на ползучесть: 1 - кратковременное испытание на разрыв; 2 - 2 мин; 3 - 1 сут; 4 - 1 мес; 5 - 1 год; 6 - 10 лет; 7 - 114 лет;---------прочность при разрыве
..
m п О со
о
.
1=
Ь(1 "(2 Относительное удлинение, %
Рис. 2. Определение разности относительного удлинения материала за определенный промежуток времени его эксплуатации
www.rifsm.ru
научно-технический и производственный журнал
24
октябрь 2010
feWAHiÜtoli
Ы ®
a
0
Таким образом, существует бесконечное множество подобных изохрон для каждого материала. В любом времени с начала работы материала в конструкции существует точка на соответствующей данному моменту времени изохроне, однозначно определяющая относительное удлинение материала при определенном значении активизированной прочности. Процесс ползучести материала графически представляет собой перемещение данной точки по различным изохронам.
Для практических целей чаще всего хватает изохрон для значений периодов эксплуатации материала в конструкции, приведенных на рис. 1. Понятно, что чем больше работает материал в конструкции, тем ниже становится его прочность при разрыве.
Одной из основных задач при проектировании сооружений с применением геосинтетических материалов является ограничение активизированной (расчетной) долговременной прочности материала таким образом, чтобы не была достигнута разрывная прочность (с учетом соответствующего коэффициента запаса) на момент окончания эксплуатации сооружения. Для практических целей часто используют методику EBGEO [1], изложенную в [2]. Для учета ползучести материала используется специальный понижающий коэффициент А1, который подлежит сертификации при различных расчетных сроках эксплуатации материала.
В большинстве случаев необходимо также ограничивать разницу Де между относительным удлинением материала в конце срока службы (период времени ?2) и удлинением в момент начала его работы в конструкции (период времени
ДЕ = za - Е„.
(2)
Алгоритм определения величины Де по значению расчетной долговременной прочности по двум изохронам, соответствующим периодам времени (1 и (2, проиллюстрирован на рис. 2. Чаще всего значение (1 определяется временем начала эксплуатации сооружения, исключая период строительства. В частности, табл. 24 Стандарта Великобритании BS 8006 [3] ограничивает значение Де при расчетах по второму предельному состоянию следующими максимально допустимыми значениями:
Де = 0,5% при использовании армирующих геосинтетических материалов в устоях мостовых сооружений;
Де = 1% при использовании армирующих геосинтетических материалов в подпорных стенах.
В случае, если данное условие по ограничению ползучести материала не выполняется, возможны два варианта:
— снижение относительной расчетной прочности материала, т. е. повышение кратковременной прочности на разрыв;
— использование материала из другого, менее ползучего сырья.
Наибольшая ползучесть при минимальной прочности наблюдается у нетканых геосинтетических материалов, поэтому они никогда не используются для выполнения функции армирования. Материалы из полиэтилена также крайне редко используются для армирования ввиду высокой ползучести. Материалы из полипропилена и полиэстера ведут себя лучше, однако их эффективность в сооружениях с высокой степенью ответственности недостаточна. Особо следует выделить материалы из полиэстера, производимые по специально запатентованной технологии со щадящей пропиткой при невысоких температурах, которая заметно снижает ползучесть полиэстера, что значительно повышает эффективность их использования.
Из армирующих материалов, производимых, в частности, по ткацкой технологии из высокомодульного
полимерного сырья, хорошо зарекомендовали себя материалы из нерастворимого водой поливинилалкоголя, позволяющие с высокой технической и экономической эффективностью решать ответственные инженерные задачи. Для решения экстремально сложных инженерных задач применяются армирующие материалы из арамида.
Эффективность и надежность инженерных решений с применением геосинтетических материалов сильно зависят от учета специфики их работы и требуют значительной проработки вопросов учета их долговременного поведения в конструкции. Пренебрежение ползучестью геосинтетических материалов и процессом снижения их прочностных характеристик при эксплуатации может привести к нежелательным последствиям, огромному ущербу и дискредитации самой идеи их использования в тех или иных сооружениях.
Ключевые слова: геосинтетические материалы, ползучесть, изохрона, армирование, прочность, относительное удлинение.
Список литературы
1. EBGEO. Empfehlungen für den Entwurf und die Berechnung von Erdkörpern mit Bewehrungen aus Geokunststoffen. Essen: Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V. 2010. 348 S.
2. Антоновский Д.М., Ладнер И.С. Прогнозирование расчетной долговременной прочности геосинтетических материалов // Строит. материалы. 2009. № 11. С. 60-61.
3. British Standard BS 8006:1995. Code of practice for strengthened/reinforced soils and other fills. London: BSI, 1995. 206 p.
EHHUESKER
HUESKER Synthetic GmbH (Германия) на протяжении многих десятилетий разрабатывает, производит и реализует по всему миру инженерные проекты с применением геосинтетических материалов собственного производства для различных отраслей строительства и промышленности.
Представительство
Huesker Synthetic GmbH в России:
Телефон: Факс: E-Mail: Internet :
+7 (495) 221-42-58 +7 (495) 221-42-61 +7 (499) 725-79-08
info@huesker.ru
www.huesker.ru
Реклама
Гу научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
AÜ октябрь 2010 25"
