Расчетная оценка прочностных и деформативных характеристик и диаграмм деформирования фибробетонов с агрегированным распределением волокон

Размещено на http://www.allbest.ru/

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 10Ч10Ч10см 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 R_b,ser и R_bt,ser для фибробетонов класса В 30 с процентом фибрового армирования µ=4% (примером является таблица 1).

Расчетные сопротивления фибробетонов для предельных состояний первой группы R_b и R_bt получали как частное от деления нормативных сопротивлений сжатию и растяжению на соответствующие коэффициенты надежности по бетону при сжатии _bc = 1,3 и при растяжении_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 µ=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 µ=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 µ=4% с агрегированным распределением волокон

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:

K = f (t), (1)

где f - соответствующая функция; t - возраст фибробетонов.

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

, (2)

где X_R, Y_R - 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<K<2 и K>2).

В качестве функции Y/Y_R в выбранной нами функции (2) выступают приращения прочностных R_b, R_bt и деформативных е_bR, е_btR характеристик, а также начального модуля упругости E_b=E_bt фибробетонов, приготовленных по челночной технологии, а в качестве аргумента Х/X_R - относительный возраст фибробетона t/28 , то есть возраст в сутках, отнесенный к базовому - 28 суток.

Статистическая обработка полученных результатов позволила определить значения значений управляющих параметров К для прочностных R_b, R_bt , деформативных е_bR, е_btR характеристик и начального модуля упругости E_b=E_bt фибробетонов, изготовленных по челночной и конвейерной технологиям и проанализировать их.

Анализ показал, что значения управляющих параметров К для прочностных R_b, R_bt, деформативных е_bR, е_btR характеристик и начального модуля упругости E_b=E_bt 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

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:

, (3)

фибробетон деформация напряжение

где R и _R - максимальная прочность и соответствующие ей деформации на сжатие или растяжение; К=_RЕ/R - численный параметр, равный отношению начального Е (касательного) модуля упругости к предельному (секущему) модулю упругости R/_R в момент достижения максимума функции (3) с координатами R и _R.

В тех же рекомендациях предлагалось принимать диаграммы деформирования бетона при сжатии «_{b b}» и при растяжении «_{bt bt}» подобными, имеющими одинаковый начальный Е_b=Е_bt и секущий модуль упругости R_b/_bR = R_bt/_btR , 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 R_b и R_bt и деформативных _bR, _btR, Е_b, Е_bt характеристик при необходимых сроках твердения при сжатии и растяжении - по зависимости (2) или таблице 2.