Влияние структуры армирования бетона на напряженно-деформированное состояние конструкций Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

лируемых армировок (конструктивная независимость от других консолей и расстрелов яруса, повышение

Рис. 4. Принципиальная схема консольно-распорной регулируемой армировки с креплением анкерами: 1 - анкер; 2 - узел регулирования положения консоли; 3 - узел регулирования положения распора; 4 - регулируемый узел крепления консоли к распору

точности монтажа,

возможность регулирования в случае радиальных отклонений и т.д.).

Ее использование позволяет значительно повысить ремонтопригодность армировки, в несколько раз увеличить жесткость конструкции при незначительном повышении металлоемкости, повысить точность и технологичность монтажа.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Прокопов А.Ю. Технология армирования вертикальных стволов шахт безрасстрельными конструкциями армировки: Автореф. дис. ... канд. техн. наук - Тула, 1998.

2. Страданченко С.Г. Технология армирования вертикальных стволов

на участках родного массива:

деформирующегося по-Автореф. дис. . канд. техн. наук - Тула, 1998.

3. Ягодкпн Ф.И, Страданченко С.Г., Прокопов А.Ю. Защита армировки вертикальных стволов от влияния сложных горно-геологи-ческих

условий// Научно- технические проблемы строительства и охраны горных выработок: Сб. науч. тр. / Ново-черк. гос. техн. ун - т. Новочеркасск, 1996. - С. 18 - 24.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Пркопов А.Ю. - Южно-Российский государственный технический университет.

се

© А.А. Шубин, 2002

YAK 691.327.

А.А. Шубин

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ АРМИРОВАНИЯ БЕТОНА НА НАПРЯЖЕННО-АЕФОРМИРОВАННОЕ ОСТОЯНИЕ КОНСТРУКЦИЙ

пыт использования бетона в конструкциях, применяемых в поверхностном и шахтном строительстве, предопределяет обеспечение полноты учета влияния условий эксплуатации сооружений на кинетику изменения его свойств. Бетон как материал для различных конструкций (крепей, плит, обделок и т.п.) должен обладать определенными, наперед заданными физикомеханическими свойствами: необходимой прочностью, хорошим сцеплением, достаточной плотностью для защиты от коррозии, а также, в ряде случаев, некоторой степенью деформируемости без потери несущей способности.

При изучении прочности и деформации твердых тел, в частности бетона и железобетона, большое внимание уделяется механизму разрушения и этих материалов, пониженной в сотни раз по сравнению с теоретической прочностью кристаллической решетки составляющих их минералов. Интерес к исследованию разрушения бетона и железобетона связан, в первую очередь, с тем, что в процессе деформирования этих

материалов большую роль играет фактор времени. С ростом напряжений и увеличением длительности действия нагрузки упругие деформации перерастают в необратимые и вязкопластические, которые могут привести к нарушению сплошности, т.е. разрушению.

Как показывают исследования [1], зарождение очагов разрушения связано с пластической деформацией, причем макроразрушению материалов предшествуют сложные микроскопические процессы накопления повреждений. Бетоны относятся к материалам с так называемой "несовершенной" структурой: большим количеством пор, включений, трещин, разнообразием состава. Это определяет широкий спектр проявления физической сущности процессов ползучести и разрушения. Для бетонов с хорошим сцеплением между составными компонентами главной особенностью является появление и развитие микротрещин.

На стадии преобразования микротрещин в магистральную трещину, при работе бетона на сжатие, существенную роль играют силы внутреннего трения. Они, подобно арматуре, сдерживают местные поперечные деформации, распределяя их более равномерно по всему сечению модели и не допуская лавинообразного развития первой трещины. Вместо нее образуется множество мелких трещин. Внешне это проявляется в

виде пластической деформации бетона. При осевом же растяжении или изгибе неармированного бетона, сдерживающие и распределяющие силы отсутствуют, поэтому несущая способность бетона недоиспользуется из-за раннего развития трещин в каком-нибудь одном сечении. В железобетонных изгибаемых конструкциях наблюдаются три стадии напряженно-деформированного состояния. В конце первой упругой стадии напряжения в растянутой зоне достигают предела прочности бетона на растяжение. При дальнейшей увеличении нагрузки, в растянутой зоне образуются трещины, однородность элемента нарушается, и с ростом относительных деформаций начинают проявляться неупругие свойства сильно сжатого бетона. На последующем этапе нагружения происходит разрушение элемента. При этом возможны два случая. В первом - предельного состояния достигает арматура - в ней напряжения доходят до предела текучести, что является причиной разрушения бетона в сжатой зоне и всего элемента. Во втором случае напряжения в сжатой зоне бетона меньше предела текучести - разрушение элемента носит хрупкий характер: сечение считается переармированным, в нем прочность стали недоиспользуется. Такое явление опасно и нежелательно.

В последние годы у нас в стране и за рубежом ведутся исследования по созданию конструктивных элементов из бетонов с дисперсным армированием. Дисперсно-армированный бетон может быть применен для отделок тоннелей, в монолитных бетонных конструкциях, при изготовлении сборных элементов и набрыз-гбетона. Установлено, что при уменьшении шага арматуры менее 15 мм, значительно возрастает прочность бетона на растяжение и изгиб. В рабочем состоянии фибробетонной конструкции весь бетон в сечении находится под влиянием арматуры в связанном упаковочном состоянии. Связанность тела бетона, в данном случае, зависит от процента армирования, а так же свойств, размеров и конфигурации фибр, слагающих его. Повышение коэффициента удельной поверхности элементов фибр в сечении бетона и определяет новые свойства фибробетона по сравнению с железобетоном. Взаимодействие фибры с компонентами, смягчающими бетон, может быть продемонстрировано на следующем примере. В обычном бетоне существует некоторый минимально необходимый уровень растягивающего напряжения в зерне минерала, обеспечивающий докритическое состояние. Такой уровень напряжения возникает в наиболее нагруженных сечениях кристаллического сростка. Превышение допустимой величины напряжения приводит к удлинению сростка и, в какой-то момент, нарушению связи. При наличии заполнителя в виде фибр, кристаллические зерна под нагрузкой снова удлиняются, но при этом фибра деформируется и снижает напряжения в зернах. Благодаря этому фактору происходит повышение однород-

ности распределения напряжений в цементных сростках с вписанными фибрами.

Последнее умозаключение подкрепляется теоретическими и практическими исследованиями деформируемости фибробетона, проведенными авторами в лабораториях ШИ ЮРГТУ (НПИ) и Шахтинского завода железобетонных изделий. Для составления физических уравнений за основу был принят закон линейного деформирования материалов, обладающих свойствами наследственности [2]. Окончательный вид уравнения для определения деформации фибробетона, соответствующий рассматриваемому моменту времени, может быть записан в следующей форме:

)

еМ) — е7(т)^К"’ “ ' йт ,

Е V) 1 йт 1

т

где <г (Ь), е (Ь) и Е) - соответственно напряжения, деформации и модуль деформации фибробетона в момент времени Ь т - нижний предел интегрирования, представляющий собой возраст бетона в момент его нагружения; т- единичный промежуток времени. Учитывая, что т1 < т < Ь, можно предположить, что

0 и 4)>4) • « »М = 4т+С(т),

dS (ґ,т)

сіт

Е (г)

где

- упруго-мгновенная деформация; С (ґ,т) -

Е Г)

мера ползучести фибробетона, характеризующая относительную деформацию в момент времени от единичной нагрузки, записываемая в виде

С (г,г) = 1Со + А

1 - е"

-

где С - предельная мера ползучести (деформации) фибробетона при допластичном состоянии <С; А -процент заполнения сечения бетона элементами фибр; а - коэффициент, зависящий от прочностных и адгезионных свойств материала фибр.

Промышленные эксперименты согласуются с теоретическими данными и показывают, что разрушение фибробетона происходит не сразу, а постепенно. Вначале в бетоне образуются микротрещины, число которых постепенно увеличивается. Образование сплошной трещины происходит при более значительной величине деформации, чем в обычном бетоне. Фибра как бы поддерживает бетон, помогая ему сопротивляться растягивающим напряжениям. Результаты проведенных исследований говорят о возможности использования фибробетонных конструкций в различных областях строительства с полным анализом работы конструкции, как в качественном, так и в количественном отношении.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ахвердов И. М. Моделирование напряженного состояния бетона и железобетона. - Минск: Наука и техника, 1973.

2. Ержанов Ж. С. Теория ползучести горных пород. - Алма-Ата, КазССР: Наука, 1964.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Шубин А.А. - Южно-Российский государственный технический университет.