Материал: Безопасность жизнедеятельности в экологически неблагоприятных условиях. Суровцев И.С., Борисов Ю.М
Для заданного в смеси количества цемента (в %) на оси абсцисс проводится вверх вертикальная линия до пересечения с линией, характеризующей количество цемента в смеси (Зона А). Далее от точки О1 вниз проводится вертикальная линия до пересечения с линией характеризующей количество сернокислого алюминия (Зона Б). Высота отрезка до точки О2 будет соответствовать количеству этого компонента. Горизонтальная линия от точки О1 до точки О3 позволяет определить количество опилок в смеси (Зона В) в виде значения высоты отрезка от типа точки О3 до оси абсцисс. Высота отрезка от точки О4 до линии абсцисс определим количество жидкого стекла в смеси.
Пробная партия стеновых блоков из смеси, составленной на основе расчета ее компонентов по предлагаемой методике была изготовлена на установке, представленной на рис. 4, которая работает следующим образом.
В пульте управления имеются два пускателя, первый из которых используется для включения и выключения вибратора, а второй – для опускания и поднятия формы. Перед заполнением форма смазывается эмульсолом, после чего она заполняется приготовленной смесью. Подачей на себя рычага рукоятки фиксатора пригруз под собственным весом опускается на смесь. С помощью пускателя включается вибратор и происходит уплотнение смеси до тех пор, пока упорная балка не примет вертикального положения и не упрется во втулку пригруза. Нажатием второй кнопки пускателя форма поднимается вверх, а после того, как втулка формы упрется во втулку пригруза, произойдет отжатие в сторону упорной балки и форма с пригрузом поднимется в крайнее верхнее положение. После этого пригруз фиксируется в верхнем положении.
1 – рама, 2 – колеса, 3 – форма, 4 – пригруз, 5 – направляющие, 6 – двигатель, 7 – редуктор, 8 – блок, 9 – упорные балки, 10 – канат, 11 – стоки, 12 – пульт управления, 13 – вибратор
Рис. 4. Установка для формирования опилкобетонных блоков
Полученные результаты исследований показали, что в зависимости от назначения строительных конструкций можно заранее устанавливать состав сырьевой смеси для опилкобетона по предложенной методике и изготавливать строительные изделия с заданными прочностными и теплоизоляционными свойствами.
Библиографический список
1.Мурзин, В.С. Технология композиционных материалов и изделий [Текст]: учеб. пособие /В.С. Мурзин. - Воронеж: Воронеж. Гос. Лесотехн. Акад.,1999.-106 с.
2.Производство и применение арболита: Учеб./Под ред. С.М. Хасдана.–М.: лесн.
пром-ть, 1981–216 с.
3.Борвонов В.А. Технология стеновых изделий для малоэтажных зданий на основе арболита и вторичных продуктов производства [Текст]: автореф. дис.... к-та техн. наук:
125
05.23.05./ Борвонов В.А.-Минск, 2004.-17с.
4.Никишов В.Д. Комплексное использование древесины [Текст]: учеб. В.Д. Никишов
–М: Лесная промышленность 1985 – 264 с.
References
1.Myrzin, V.S. technolog of composite materials and products [Text]: studies/ Myrzin V.S.Voronezh: Voronezh. Forestry Academy., 1999.-106 p.
2.Manufacture and application сoncrete sawdust: Textbook/under edit. S.M. Hasdan.-M.: Forest. Ind-ru 1981-216 p.
3.Borvonov V.A. technolog wall products for low floor buildings on a basis сoncrete sawdust and by-products manufactures [Text]: .author's abstract diss. ... cand. tecn.science :05.23.05./ Borvonov V.A Minsk, 2004.-17p.
4.Nikishov V.D. complex use wood [Text]:Textbook. V.D. Nikishov - M: the Wood industry 1985 - 264 p.
УДК 691.17:661.522.13 |
|
Воронежский государственный |
Voronezh State University of Architecture |
архитектурно-строительный университет |
and Civil Engineering |
Д-р техн. наук, проф. И.С. Суровцев; |
D.E., the professor Yu.М. Borisov; |
Д-р техн. наук, проф. Ю.М. Борисов; |
D.E., the professor I.S. Surovcev; |
Аспирант И.В. Фёдоров |
The post-graduate student I.V. Fyodorov |
Россия, г. Воронеж, тел. +7(4732)71-53-84; |
Russia, Voronezh, ph. +7(4732)71-53-84; |
И.С. Суровцев, Ю.М. Борисов, И.В. Фёдоров
ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ СЖАТЫХ ГИБКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ФИБРОКАУТОНА
В статье изложен принцип изучения работы фиброкаутона в нормальных сечениях внецентренно сжатых гибких армированных элементов, результаты экспериментальных исследований. Предложена методика расчета трещиностойкости сжатых гибких элементов строительных конструкций на основе фиброкаутона с учетом упругопластических свойств.
Ключевые слова: фиброкаутон, фибра, композиционные строительные материалы, отходы.
I.S. Surovcev, Yu.М. Borisov, I.V. Feodorov
DEFINITION CRACKFIRMNESS IN THE COMPRESSED FLOPPY BUILDING DESIGNS FROM RUBCON DISPERSELY REINFORCED
In article the principle of studying of work rubcon dispersely in normal sections outside of the center the compressed flexible reinforced elements, results of experimental researches is stated. The design procedure crackfirmness the compressed flexible elements of building designs on a basis rubcon dispersely with the account elastic the plastic properties is offered.
Keywords: rubcon dispersely, fiber, compositive building materials, waste.
В настоящее время с наметившимся ростом и развитием основных отраслей промышленности обозначилась проблема создания новых производственных зданий и сооружений со строительными конструкциями, обладающими повышенной эксплуатационной надежно-
© Суровцев И.С., Борисов Ю.М., Фёдоров И.В., 2009
126
стью, долговечностью и эффективностью. К таким эффективным и перспективным строительным конструкциям можно отнести конструкции из фиброкаутона [0, 0], особенно при их эксплуатации в агрессивных средах.
Фиброкаутон – дисперсно армированный современный высококоррозионностойкий конструкционный бетон на основе каучукового связующего, для наполнения которого используются крупнотоннажные техногенные отходы металлокорда. Он обладает высокой химической стойкостью, прочностью и трещиностойкостью.
Поскольку вопрос трещиностойкости таких конструкций в условиях агрессивной среды является первостепенным, то нами были проведены исследования трещиностойкости в сжатых гибких элементах из фиброкаутона.
Работу фиброкаутона в нормальных сечениях изучали при помощи внецентренно сжатых элементов сечением 50х60 мм (гибкостью λh=16…24), загруженных кратковременно возрастающей нагрузкой, с продольным армированием растянутой зоны. Была испытана
серия, состоящая из 54 стоек. Их армировали продольными стержнями 6 мм А-IIIв в растянутой зоне и поперечной арматурой Ø 4 Вр-I, объединенные в сварные каркасы. Продольное армирование составляло от 0 % до 2 %. Защитный слой составлял 10 мм [0]. Эксцентриситет приложения кратковременного приложения варьировался от 10 до 20 мм.
Для передачи на образец нагрузки с начальным эксцентриситетом ео использовали специальные стальные оголовники, на которых установлены передвижные каретки с шарнирами. Для исключения перелома вблизи оголовников образцы дополнительно армировали хомутами у торцов.
Деформативность гибких внецентренно сжатых фиброкаутоновых элементов оценивали по прогибам и деформациям, которые определяли в зоне действия изгибающего момента. Деформации определяли с помощью тензорезисторов, наклеенных на образцы в зоне чистого изгиба по высоте нормального сечения. Кроме того, таким же способом измеряли деформации по сжатой и растянутой граням, а также деформации в рабочей арматуре. Это делалось, в первую очередь, для определения момента образования трещин. Для этого наклеивали цепочки тензорезисторов с базой 20 мм на растянутую и сжатую грань каждой стойки, а также на рабочую арматуру (на уровне ее центра тяжести). Нагрузка, при которой деформации одного тензорезистора цепочки резко возрастали при уменьшении деформации соседних тензорезисторов, принимали за нагрузку образования трещин. Отсчеты снимали дважды: сразу после нагружения и после выдержки образца под нагрузкой на данной ступени нагружения.
Момент трещинообразования внецентренно сжатых элементов из фиброкаутона, полученный по результатам экспериментальных исследований, фиксировали на разном уровне внешней нагрузки в зависимости от начального эксцентриситета, гибкости и процента армирования. Установлено уменьшение относительного уровня появления нормальных к оси элемента трещин Ncrc/Nu в образцах при снижении начального эксцентриситета, а также при снижении гибкости элемента. Так Ncrc/Nu для образцов, нагруженных с начальным эксцентриситетом ео = 1 см и гибкостью λ = 55, находился в пределах 0,85…0,86 от Nu, гибкостью
λ = 69 - 0,9…0,92 от Nu, гибкостью λ = 83 - 0,945…0,96 от Nu. А при начальном эксцентриситете ео = 2 см и гибкостью λ = 55 – 0,93…0,945 от Nu, гибкостью λ = 69 - 0,95…0,96 от Nu, гибкостью λ = 83 - 0,97…0,98 от Nu. Также установлено, что момент трещинообразования повышается при увеличении процента армирования. Однако, на характер разрушения и картину трещинообразования большее влияние оказывает напряженно-деформированное состояние образца, то есть изменение эксцентриситета приложения нагрузки и гибкости элемента.
При этом уровень образования трещин исследованных образцов повышается при увеличении эксцентриситета приложения продольной силы, гибкости элемента и процента армирования. Причем от процента армирования в меньшей степени чем от других факторов, а в большей степени зависит от эксцентриситета приложения продольной силы и гибкости
127
элемента. Из проведенного эксперимента было установлено, что увеличение начального эксцентриситета приложения нагрузки, процента армирования, а также гибкости образца, увеличивает уровень образования трещин элементов. Увеличение уровня образования трещин элементов при увеличении процента армирования, гибкости и начального эксцентриситета наблюдали на всем интервале варьирования параметров. При этом можно отметить линейную зависимость между уровнем образования трещин внецентренно сжатых элементов из фиброкаутона от этих параметров.
Сравнительный анализ трещиностойкости фиброкаутона с трещиностойкостью бетона и полимербетонов показывает, что образование трещин во внецентренно сжатых элементах из фиброкаутона происходит примерно на том же уровне нагружения, что и в аналогичных элементах из других композитов [4, 5]. При этом отмеченные закономерности в образовании и развитии нормальных трещин носят схожий характер.
В результате эксперимента также было установлено, что в гибких элементах (λh=16…24), нагруженных с эксцентриситетом, появляется растянутая зона в сечении стойки, поэтому необходимо их армировать.
Проведенные исследования также показали, что для внецентренно сжатых гибких элементов из фиброкаутона перед образованием трещин характерна треугольная эпюра напряжений в сжатой зоне. Уровень трещинообразования в большей степени зависит от эксцентриситета приложения внешней силы, гибкости элемента и в меньшей от процента армирования. Принимая это во внимание, для аналитического описания можно рассматривать приближенную схему расчета усилий трещинообразования (см. рис.), особенностями которой являются:
N ео
хcrc
ho |
|
а |
|
h
y
kt
k 
s
ky
Nkt |
sAs |
|
Rkt |
k |
zt |
|
|
Nk |
|
z |
|
Рис. Схема расчета усилий трещинообразования |
|
128
–вне зависимости от уровня нагружения и характера напряженного состояния сечения остаются плоскими, то есть выполняется гипотеза плоских сечений;
–напряжения в сжатой зоне распределяются по треугольной эпюре;
–напряжения в растянутой зоне распределяются по прямоугольной эпюре;
–в момент образования трещин деформации фиброкаутона определяются с учетом упругопластических свойств.
Учитывая вышеизложенное, напряжения в крайнем сжатом волокне, выраженные через предел прочности фиброкаутона при растяжении, можно записать в виде:
k |
kRkt |
xcrc |
(1) |
|
|||
h x |
|
||
|
|
crc |
|
Напряжения в арматуре определяем через деформации растянутой зоны:
|
s |
kR |
|
ho xcrc |
(2) |
|
|
||||
|
kt |
|
h xcrc |
|
|
|
|
|
|
|
где k E R - коэффициент, характеризующий упругопластические свойства фиброкаутона,
R
или, другими словами, отношение касательного модуля упругости в начале восходящей ветви диаграммы к секущему модулю, полученному в вершине диаграммы деформирования фиброкаутона при сжатии, εR – деформация при сжатии соответствующая максимальному
сопротивлению фиброкаутона; = Еs/Ek.
Уравнения равновесия с учетом сделанных допущений и выражений (1, 2) в момент образования трещин имеют следующий вид:
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h x |
|
|
||
|
|
|
|
|
crc |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
|
crc |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ncrc |
bkRkt |
|
|
|
bRkt h xcrc |
|
kRkt As |
|
|
|
0 |
|||||||||||||
h x |
crc |
|
h x |
crc |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
2x3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
crc |
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Ncrc |
е2 bkRkt |
|
|
|
|
|
|
Rkt |
h xcrc |
|
|
|
|
|
||||||||||
3(h x |
crc |
) |
2 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
(ho xcrc ) |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
kR |
|
A |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
kt s |
|
h x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
crc |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчетное значение эксцентриситета равно: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
e e (х h/2) e / (х h/2) , |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 Ncrc , |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
2E |
J |
, |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
э |
|
|
сек |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Есек – секущий модуль деформаций, вычисляем аналогично другим композитам:
E |
Е |
1 1 |
k |
. |
|
||||
сек |
дл |
Rдл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
Решая систему уравнений (3) относительно xcrc, Ncrc, получаем усилие трещинообразования и высоту сжатой зоны в момент образования трещины.
Известно, что при длительном приложении нагрузки композиты снижают свои прочностные характеристики. Поэтому при расчете конструкций из фиброкаутонов и сталефиб-
129