from 01.01.1998 until now
Russian Federation
from 01.01.1965 until now
Russian Federation
from 01.01.2015 to 01.01.2019
BBK 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
Develop recommendations for the use of polymer-concrete bending structures is impossible without the creation or optimization of existing methods of calculation, this is especially true for bending elements that use multi-level reinforcement. Для применения (especially under the influence of aggressive environment) for use as a material for the manufacture of bending structures, we offer rubber concrete. – polymer-concrete, which is characterized by high strength characteristics. It is important to note that the composition of fibrorubcon used industrial waste such as fly ash and steel cord. Beams made from cauton and fibrocahuton were tested for pure bending - the most characteristic form of loading in the study of such elements. As a result of the theoretical studies of polymer concrete beams, the prerequisites were established for the calculation of the first group of limit states of rubcon beams and the method for calculating fibrorubcon beams was optimized. It was determined that fiber reinforcement with a percentage of reinforcement by mass of the rubcon element equal to 2.5% corresponds to the work of rod longitudinal reinforcement with a value of μ = 0.34%.
rubcon, fiber, fibrorubcon, beam, normal cross-sections, rectangular cross-section, bending element, strength
Применение полимербетонов наиболее актуально в изделиях или элементах, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивной среды различного типа. Каучуковый бетон или сокращенно каутон – полимербетон, обладающий практически универсальной химической стойкостью и высокой прочностью на основе жидких каучуков. Применение каутона в конструкциях на данный момент ограничено отсутствием рекомендации по их проектированию и расчета. Исходя из анализа работ [1-6], а так же из анализа нормативной литературы можно сказать, что на прочность нормальных сечений, в большей степени влияет площадь стержневого армирования. В работах [7,8] установлено, что фибра также вносит свой вклад в работу сечений изгибаемых элементов, а в работах [9,10] была установлена степень влияние дисперсного армирования из различного вида волокон на прочностные характеристики каутона. Исследования, проведённые в работе [11] подтверждают положительное влияние стальной фибры, введенной в состав обычного бетона, на прочностные характеристики материала.
В результате экспериментальных исследований изложенных в статье [8] и проведенного анализа нормативной литературы были определены предпосылки метода расчета прочности нормальных сечений каутоновых изгибаемых элементов без дисперсного армирования:
1. Расчет производится в момент разрушения образца.
2. Растягивающие усилия воспринимает арматурный стержень.
3. Значения напряжений в материале сжатой зоны достигают предела прочности, независимо от того по какой зоне разрушается материал.
Несущую способность определяем согласно уравнениям равновесия изгибающих моментов относительно центра тяжести сечения растянутой арматуры:
где x – высота сжатой зоны,
Rk – предел прочности каутона на сжатие,
b – ширина сечения;
Высота сжатой зоны определяется из суммы проекций внутренних усилий на продольную ось элемента.
Для каутоновых изгибаемых элементов без дисперсного армирования:
где Rs – расчетное сопротивление арматуры. Стоит отметить, что в материалах статьи вместо Rs применялся σt – экспериментальный предел текучести для обеспечения сходимости расчетных значений с экспериментальными, т.к. за разрушающую нагрузку во время испытаний принималась та, при которой арматурной сталью достигается предел текучести.
As – площадь стержневой арматуры;
Результаты расчета по приведенной методике приведены в таблице 1.
Таблица 1
Экспериментальные и расчетные значения прочности нормальных сечений каутоновых изгибаемых элементов
Из таблицы 1 видно, что “стандартная” методика расчета прочности нормальных сечений балок (согласно СП 63.13330.2012), обеспечивает достаточную сходимость результатов расчета с экспериментальными значениями.
Однако расчет по приведенной выше методики для фиброкаутоновых элементов не обеспечивает должной сходимости, что говорит о необходимости учета работы фибровых волокон в трещине в процессе их развития. С целью определить степень влияния фибровых волокон на прочность нормальных сечений нами были изготовлены 2 серии балок без стержневого армирования, изготовленные из каутона и фиброкаутона, результаты, испытания которых приведены в таблице 2.
Таблица 2
Экспериментальные значения прочности нормальных сечений каутоновых изгибаемых элементов без стержневого армирования
На основании данных полученных в таблицах 1 и 2 были построены графики (рисунок 1) зависимости изгибающего разрушающего момента от процента продольного армирования для балок без стержневого армирования и для балок армированных одним стержнем диаметров 8 мм.
Рис.1. Графики зависимости изгибающего момента от процента продольного армирования
Как можно увидеть эквивалентный процент продольного стержневого армирования, учитывающий работу волокон металлокорда в нормальных сечениях равен ~0.34%. Данное значение μ соответствует 2,5 % дисперсного армирования от массы элемента. Следовательно, для фиброкаутоновых изгибаемых элементов можно учесть влияние дисперсного армирования при расчете по первой группе предельных состояний путем добавления эквивалентной дисперсному стержневой площади армирования к площади продольного армирования:
где Rfk – предел прочности фиброкаутона на сжатие.
Результаты расчета прочности фиброкаутоновых элементов по оптимизированной методике в сравнение с экспериментальными результатами приведены в таблице 3.
Таблица 3
Экспериментальные и расчетные значения прочности нормальных сечений фиброкаутоновых изгибаемых элементов
Очевидно, что подобный способ учета фибрового армирования при расчете обеспечил достаточную сходимость расчетных значений разрушающего изгибающего момента с экспериментальными значениями
Выводы и рекомендации
Установлены предпосылки для расчета фиброкаутоновых изгибаемых элементов. Определено, что фибровое армирование с процентом армирования по массе каутонового элемента равное 2,5% соответствует работе стержневого продольного армирования со значением μ=0,34%. Оптимизирована методика расчета по первой группе предельных состояний, изложенная в СП, для обеспечения необходимой сходимости результатов расчета с экспериментальными значениями.
1. Nguyen Phan Duy Dvukhsloynyye kautono-betonnyye izgibayemyye element stroitelnykh konstruktsiy: diss. ... kand. tekhn. nauk [Double-layered, rubcon-concrete bending elements of building structures: author: dis. ... PhD]. Voronezh, 2010. - 185 p. (in Russian)
2. Borisov Yu. M., Polikutin A. E., Nguen Phan Duy Napryazhenno-deformirovannoye so-stoyaniye normalnykh secheniy dvukhsloynykh kautono - betonnykh izgibayemykh elementov Nauchnyy vestnik VGAS “Arkhitektura i stroitelstvo” [Scientific Herald of VSACE "Architecture and construction"], Voronezh, 2010. No. 2. Pp. 18-24. (in Russian)
3. Pinaev S.A., Francisco Saviti Mathias da Fonesca Vliyaniye polimertsementnoy zashchity na treshchinostoykost zhelezobetonnykh izgibayemykh elementov. Nauchnyy vestnik Voronezhskogo Gosudarstvennogo Arkhitekturno-Stroitelnogo Universiteta Vysokiye tekhnologii v ekologii [Scientific Herald of Voronezh State University of Architecture and construction. Series: High technology. Ecology], 2011. №9. Pp. 85-88. (in Russian)
4. Pinaev S.A. Korotkie szhatye ehlementy stroitel'nykh konstruktsij iz effektivnogo kompozita na osnove butadienovogo polimera: dis. ... kand. tekhn. nauk polymer: author: dis. ... PhD]. Voronezh, 2001. - 191 s. (in Russian)
5. Potapov, Y. B., Pinaev, S. A., Arakelyan, A. A., Barabash, A. D. 2016. №871. P. 104 - 109.
6. Potapov, Y., Polikutin, A., Panfilov, D., Okunev, caouton, reinforced and concrete // mate Web of Conferences . 2016. №73. https://doi.org/10.1051/matecconf/20167304018
7. Korneev A.M., Buzina O.P., Suhanov A.V. Determinirovannaya matematicheskaya model 'i algoritm analiza napryazhenno-deformirovannogo kostoyaniya izgibaemyh ehlementov s diskretnymi voloknami [termin] -62. (in Russian)
8. Panfilov D. V. Dispersnoarmirovannyye stroitelnyye kompozity na osnove polibutadiyenovogo oligomera: diss. ... kand. tekhn. nauk [Dispersed reinforced building composites based on polybutadiene oligomer: author.dis. ... PhD]. Voronezh, 2004. - 188 p. (in Russian)
9. Borisov Yu. M., Panfilov D.V., Kashtanov S.V., Yudin E.M. Dispersno armirovannyye stroitelnyye kompozity [Construction dispersed reinforced composites, Structural mechanics and design], 2010. No. 2 (5). Pp. 32-37. (in Russian)
10. Polikutin A.E., Potapov Yu.B., Levchenko A.V. Extracting dispersion armirovaniya na prochnost 'normal'nyh sechenij izgibaemyh ehlementov iz kautona [Experimental research on the effect of dispersion of rubcon] // Izvestiya vysshih uchebnyh Stroitel'stvo. Novosibirsk, 2018. №8. P. 28-35 (in Russian)
11. Song, P. S. Mechanical properties of high-strength steel fiber-reinforced concrete / P. S. Song, S. H. Wang // Construction and Building Materials, Vol. 18-2004 - Issue 9 - p. 669-673.
