3400

Введение.

Современное строительство

смесью разных. Часто прибегают к комбини-

открывает

нам

широкие возможности и

нерованному армированию, при котором арми-

стоит на месте. Оно неразрывно связано с ре-

рование железобетонных конструкций часть

шением задач для повышения эффективности

стержневой арматуры заменяется на фибро-

строительства, таких как: снижение трудоем-

вую.

кости; снижение материальных затрат; при-

Принципы технологии и методы дис-

менение прогрессивный материалов.

персного армирования во многом зависят не

В настоящее время, бетон занимает ли-

только от армирующих материалов, но и от

дирующие позиции среди других строитель-

бетонной матрицы. Именно вид бетона опре-

ных материалов. Но наряду с этим, у бетонов

деляет характер армирования и параметры

имеется существенный недостаток - он плохо

дисперсной арматуры [1].

воспринимает

растягивающие

напряжения,

Целью работы является расчет растяну-

поэтому возникает необходимость в армиро-

тых и изгибаемых элементов с дисперсным и

вании, что существенно продляет срок экс-

комбинированном армированием и сравнение

плуатации конструкции.

полученных результатов с данными экспери-

Стержневое армирование, не так сильно

ментов.

влияет на трещиностойкость бетона. В мире

Анализ видов дисперсного армирова-

все

большую

популярность

набирает

-дисния. Благодаря дисперсному

армированию

персное армирование бетона, при котором в

бетон обретает высокие физико-механиче-

бетонной смеси равномерно распределен ар-

ские характеристики, что подтверждают ла-

мирующий

компонент - стальные

фибры.

бораторные

исследования

и

эксперименты.

Данные вид армирования открывает широкие

На качество конструкции влияет вид армиру-

перспективы в конструктивном и технологи-

ющего материала, не все волокна отвечают

ческом отношении.

заданным требованиям.

Дисперсное армирование широко -ис

В настоящее время различают три -ос

пользуется во многих странах, это объясня-

новных

армирующих

волокна: волокна

ется тем, что специалисты преследуют цель

(фибры) из стальной тонкой проволоки; во-

повысить прочность на растяжение , трещино-

локна стеклянные; волокна на основе поли-

стойкость. Дисперсное армирование может

пропилена.

быть

представлено одним видом

фибр

или

Модуль

упругости стальной фибровой

численного можно сделать вывод, что сталь-

арматуры в 6 раз больше, чем модуль упруго-

ные волокна являются наиболее перспектив-

сти бетона. Модуль упругости стекловолок-

ными для армирования бетона.

нистых материалов в 3 раза больше модуля

Стальные фибры изготавливаются пу-

упругости бетона. Модуль упругости волокна

тем резки тонкой стальной проволоки, фрезе-

на основе

полипропилена составляет -четрованием заготовок - слябов, экструдирова-

верть упругости бетона. Исходя из вышепере-

нием и рубкой тонкого листа . Примеры сталь-

ных фибр представлены на рис. 1.

Для получения однородной армирован-

самым послужит уменьшением объема тради -

ной бетонной

смеси

необходимо

обращатьционной арматуры.

внимание на относительную длину фибр.

Фибры из стального листа имеют неод-

Применение коротких фибр невыгодно, по-

нозначный профиль, торцы развернуты друг

тому то их длины не хватает для заанкерива-

от

друга, что

обеспечивает эффективное

ния в бетон. Для лучшего сцепления фибры с

сцепление с бетоном. Прочность на растяже-

бетоном следует использовать арматуру с ре-

ние данных фибр составляет 380-650 МПа.

льефной

поверхностью, гнутые

фибры,

Весьма актуальной является вопрос по-

фибры с различного рода анкерами и т.п. Для

лучения фибр из отходов промышленного

армирования бетонов

широко

используютпроизводства. Это

касается тонкого

сталь-

проволоки фибры, которые нарезают длиной

ного листа и отработанных канатов. Для по-

30-160 мм, их диаметр составляет 0,3-1,6 мм.

лучения волокон из отработанных канатов

Эффективно применять фибры с отги-

необходимо разрезать эти канаты, затем их

бами на концах и рельефным очертанием , это

расщепляют на фибры. Необходимо следить

обеспечит более прочное сцепление бетона с

за геометрическими параметрами этих фибр,

фибрами.

При

успешном

использованииведь

большая

длинна понижает

качество

стальной

проволоки

увеличится

объем

еефибр. Необходимо

контролировать, чтобы

производства (на данный момент объем со-

поверхность стальных канатов была очищена

ставляет меньшую долю от объема производ-

от смазки, так как смазка ухудшает сцепление

ства арматурной стали , порядка 3%), а это тем

с бетоном.

Бетоны, армированные стальными фиб-

Перед

проектированием

фибробетон-

рами имеют следующие параметры от кото-

ных

конструкций

необходимо

назначить

рых зависит равномерное распределение во-

объем содержания фибр для армирования , по-

локон в бетоне: отношения длины волокон к

сле чего подбирают оптимальные сечения

диаметру;

объемного

содержания

волокон;

конструкций. Такой подход диктуется эконо-

размера частиц заполнителя.

мическими и технологическими возможно-

Фибробетон может применятся в раз-

стями изготовления конструкций.

личных областях [1,3].

Оптимальное содержание фибр в бетоне

Традиционный

метод

перемешивания

составляет 1-1,5 % (80-120 кг фибр на 1м3).

бетонной смеси не является гарантией равно-

При более высоком содержании растет трудо -

мерного распределения фибр в объеме бетон-

емкость изготовления конструкции и понижа -

ной смеси, результатом выступают образова-

ется конкурентоспособность.

ния в виде комков в смеси, из-за которые пре-

Исследованиями доказано,

что

разру-

пятствуют образованию необходимой одно-

шение дисперсно-армированных конструк-

родности. Эта актуальная проблема в техно-

ций связано с применением количества фибр

логическом

процессе,

которая

возникает

ниже минимального уровня, а также содержа-

независимо от вида вяжущего или волокон

нии в бетоне большого количества тонких во-

[4,6,7].

локон. В последнем случае момент образова-

В ходе многочисленных исследований и

ния трещин в конструкции и момент ее разру -

экспериментов, установлено, что для равно-

шения могут оказаться весьма близкими друг

мерного

распределения

волокон

в

смесикдругу. Таким образом, на практике в данном

необходимо контролировать длину и диаметр

случае используют мелкозернистый бетон.

волокон, их количества в объеме матрицы.

Расчет

сталефибробетонных

-кон

Большую

роль

играет

длина

используемыхструкций. Расчет проводился в соответствии

волокон. Чем больше длина волоконтем

с [2,5]

Рассмотрим

результаты

эксперимен-

больше анкерующая способность в бетоне , но

тальных

исследований

прочности

стали-

вместе с этим снижается качество перемеши-

фибробетонных образцов

при

статической

вания волокон с бетонной смесью в бетонос-

нагрузке. Испытаниям подвергались образцы

месителе. Многие исследователи считают оп-

– балки 10х10х1650мм. Образцы

изготавли-

тимальное

отношение:

=100,

где

-

вались

из

мелкозернистого бетона

состава

длина фибр;

- диаметрl

фибр. Однако в по-

Ц:П=1-2,5. Образца армировались стальными

/d

l

фибрами диаметром 0,8мм и стержневым ар-

следнее

время это значение снижается до50-

d

мированием d=6 мм, с коэффициентом стерж-

80.

На качество фиброармированной смеси

невого армирования

=0,00471.

огромное

значение

оказывает

равномерное

В

качестве

расчетных

характеристик

μ

распределение

фибр

в бетоне. Не менее

фибробетона

принимаем: бетон

класса B30;

важно следить, чтобы фибровая арматура по-

расчетное сопротивление бетона сжатию(I

ступала в бетоносмеситель постепенно вогруппа

предельных состояний) Rb

=

14,5

время перемешивания.

МПа; расчетное сопротивление бетона растя-

Следует

обратить

внимание,

что

по

жению

(I

группа

предельных

состояний)

мере увеличения волокон в объеме бетона-

Rb = 1,55 МПа. В расчете приняты характери-

понижается удобоукладываемость. Отметим

стики

стальной

фибры«Hendix»

также, что

на

удооукладываемость бетонаТУ 1211-205-46854090-2005, с параметрами:

влияет длина и диметр волоконесли длину

расчетное сопротивление фибр Rf = 950 МПа;

волокон увеличить, то удобоукладывамость

модуль упругости фибр Ef = 1,9·105 МПа. Ре-

ухудшится, так же и при уменьшении диа-

зультаты экспериментов представлены на ри-

метра волокон при прочих равных условиях.

сунке 2.

Для проведения эксперимента и расче-

(правило смеси) с учетом особенностей ра-

тов была использована расчетная схема при-

боты бетонной матрицы. При этом несущая

веденная на рис. 3. Теоретические предпо-

способность сечения элемента определяется

тянутой зоне; предельными

- при сжатии,

0,00471 · 0,28 = 0,00132∙

зонеμ

= μ K

=

Предельное

состояние

характеризуется

-в

растянутой

напряжениями: предельными

- при растя-

;

равномерно распределенными в сжатой зоне

.

μ

= μ K

= 0,00471 ·

жении,

равномерно

распределенными

в рас-

-в сжатой зоне

R

R

Граничная относительная высота сжа-

сталефибробетонной;

R

-

при растяжении;

0,23 = 0,00108

формуле:

(3)

R

- при сжатии.

той зоны определяется по

,

Рассчитываем по первому варианту: со-

=

−;0,008R

= 0,85 − 0,008 · 14,5 =

противление

растяжению

сталефибробетона

= 0,734

εR =

,

исчерпывается из-за обрыва некоторого коли -

где

ω

εR = 0,73

lв,

бетоне.

l

,

и выдергивания

остальных[2]:

чества

фибр

ω φ

−

φ=0,85; σ =0. По формуле (3) полу-

<

,

где

=50 мм - длина заделки фибры

чим

.

Рассчитаем

изгибаемые

элементы

при

R

Расчетное

сопротивление

растяжению условии М

М

, где М

– предельный из-

m [k k

μ γ

R

1 −

,

+ 0,1R (0,8(1)−

М

(4)

определяем по формуле:

момент, который может быть во-

гибающий ≤

= R

bx0,5h .

При этом

=

2

μ

− 0,005)

принят сечением элемента [2].

]

При фибровом армировании

γ

,

высоту сжатой зоны х опреде -

R

Подставляя расчетные значения в (1)

ляем из формулы

1,1[0,5 · 0,530,00471·

·

получаем:

0,8 −

2 ·

МПа,

− 0,005)

=

,

· ,

.

(5)

R

=

м;

М

=

60 (1-

,

)

Подставляя

расчетные значения в (5) и в

где

= 1,1;

0,38

γ

x

,

= 0,002

кгс м.

+0,1

= 17,2 · 0,1 ·

(4) получаем:

m

R

k

=0,53; μ

=0,00471;

R

=600.

0,002

· 0,5 · 0,1 = 18,56

∙

∙(6)

где

-

= R

+ (K φ μ R )

.

Расчетное сопротивление сжатию опре-

При комбинированном армировании ис -

K

пользовалась формула:

A (h − a −

деляем по формуле:

,

(2)

a) − R b(h − x)(

− a)

а

М

= R

bx

b −

− a

+ R

коэффициент, учитывающий работу

фибр в сечении , равный 0,481;

а- коэффици-

ент эффективности косвенного армирования

На рис. 4 изображена схема усилий и

фибрми.

φ

эпюра напряжений в сечении, нормальной к

Подставляя расчетные значения в(2)

продольной

оси

изгибаемой

фибробетонной

получаем:

=

,

·

,

,

·

,

= 0,04

балки, при расчете по прочности (при фибро-

балки, при расчете по прочности (при комби-

а

;

вом армировании), а на рис. 5 - схема усилий

R

= 14,5 + (0,23 · 4,2 · 0,00471 · 600) =

и эпюра напряжений в сечении , нормальной к

φ =

,

=

,

·

,

=

,

= 4,2

;

L =

продольной

оси

изгибаемой

фибробетонной

17,2

Фибровая

МПа.

нированном армировании) [2].

R A R bx = R b h − x + R A

M

Момент

M = W R

Высоту сжатой зоны х определяют из

трещинообразования

формулы

∙

+

7)

определяем по формуле

,

(8)

Подставляя расчетные

значения в (7) и в (6)

где

W

- момент сопротивления,

для крайнего

(

)

− 1,2

= 17,2 · 10 · 0,002

10 −

W

=

+ S

получаем при x= ,002 м:

растянутого волокна сечения

+ 218 · 0,002(10 − 1,2 − 1,2)

м ;

М

−

W

= 0,013

(

Mкгс

м.

;

(9)

кгс м.

,

= 0,013 · 1,55 =

−0,38 · 10(10 − 0,002)

0,002

=

Подставляя расчетные значения в (9) и в

− 1,2

Так

как

М=28,5 кгс

м

>

2

(8) получаем:

20,9

·

Расчет

элементов из фибробетона по

кгс м

49,4

то условие соблюдается.

M

=

раскрытию трещин включает в себя расчет по

20,9

Расчет· ,

·

образованию трещин и расчет по их раскры-

сталифибробетонных элементов

по прогибам

f ≤ f

f = ∫

;d

тию.

.

,

=

= 0,84 + 1,34 = 2,18

равен

Определяем момент

образования

тре-

условия:

;

М

;

M

= 28,5 кгс ·м

щин. Максимальный мо

ент в сечении будет

+

где

f

– прогиб сталифибробетонного элемента

Выводы. Испытания показали, что из-

от

действия

внешней

;

делиянагрузкииз фибробетона обладают более высо-

– значение

предельно

допустимого

про-

ким уровнем трещиностойкости, чем железо-

fгиба; М - изгибающий момент в сечении х от

бетонные,

что

объясняется

особенностями

действия

единичной

силы;

- полная

структуры

этого

материала. Дисперсное ар-

мирование приводит к более равномерному

кривизна элемента в сечении х , от внешней перераспределению

возникающих

в

бетоне

нагрузки;

и

-

кривизна

от постоян-

усилий, блокирует развитие трещин, препят-

ных и кратковременных и длительных нагру-

ствуя тем самым образование магистральных

трещин.

зок;

мм =0,65 см;

принимаем не

Установлено, что

при

использовании

больше

1/150

длины

пролета;

f

f = 6,54

f

комбинированного армирования повышается

см>

из

см.

общая несущая способность конструкции.

Исходя

результатов

исследования

Выполнен

расчет

изгибаемых

элемен-

= 1

f = 0,65

можно предположить, дисперсное армирова-

тов с дисперсным и комбинированном арми-

ние положительно скажется при поведение

рованием.

Сравнение

полученных

результа-

конструкции в случае пожара [8, 9, 10].

тов с данными экспериментов показало хоро-

Введение. На строительной площадке в

образуя сварной шов. Данная структура ме-

основном применяется электрическая дуго-

талла шва является грубой, что неблагопри-

вая сварка соединения металлов. Суть такой

ятно сказывается на качестве шва. Это проис-

сварки в том, что источником температуры

ходит из-за снижения прочности и пластич-

является электрическая

дуга

между двумяности металла. Размера участка в ширину со-

электродами. При этом одним из электродов

ставляет примерно половину ширины шва.

является металл конструкции.

Температура

участка

составляет

около

Сама электрическая дуга, по сущности,

1530°С.

является мощным разрядом [1]. Условно про-

Участок 2 - неполного расплавления. На

цесс зажигания дуги можно разделить на три

этом участке происходит переход от наплав-

стадии (рис. 1). Первая стадия - короткое за-

ляемого металла к основному. По сути это

мыкание электрода на заготовку. Вторая ста-

граница сплавления. Она представляет собой

дия - отвод электрода на 3-5 мм и образова-

очень узкую область основного металла, Раз-

ние сначала прослойки из жидкого металла, а

мер участка в ширину составляет 0,1—0,4 мм.

затем и шейки. Третья стадия - возникнове-

На участке прочность и пластичность пони-

ние устойчивой дуги.

жены, по сравнению с основным металлом.

Короткое замыкание производится с це-

Температура

участка

составляет1530

-

лью разогрева электрода выполняющего роль

1470°С.

катода. Температура электрической дуги мо-

Участок 3 – перегрева. Это уже область

жет доходить до 6000оС. При этом металл

основного металла, нагретого до темпера-

подвергается термическому воздействию. На

туры 1470 — 1100°С. Поэтому механические

рис. 2 приведена схема термического цикла

свойства металла пониженные(например,

сварки низкоуглеродистой стали. Рассмотрим

пластичность). Размер участка в ширину со-

схему термического цикла подробнее [2].

ставляет 3 — 4 мм.

Участок 1 - наплавленный металл. На

этом участке металл сначала находится в рас-

плавленном состоянии.

Затем

затвердевает,

Рис. 2. Схема термического цикла сварки низкоуглеродистой

Участок 4 – нормализации. На этом

Участок 6 – рекристаллизации. На этом

участке металл нагревается до температуры

участке металл нагревается до температур до

880 - 1100°С. Металл на таком участке имеет

510 - 720°С. В отдельных случаях это ведет к

высокие

механические

свойства. Размер

разупрочнению. Размер участка в ширину со-

участка в ширину составляет 0,2 — 0,4 мм.

ставляет 0,1 — 1,5 мм.

Участок 5 - неполной перекристаллиза-

Участок 7 – синеломности. На этом

ции. В этой зоне металл нагревается до тем-

участке нагрев металла до температур 200 —

ператур

720

—

880

°С. Металл

данного

510°С. Этот участок является переходным от

участка

имеет

более

низкие механическиезоны термического влияния к основному ме-

свойства, по сравнению с предыдущим участ -

таллу. Механические свойства металла этой

ком. Размер

участка

в

ширину

составляетзоны понижаются.

0,1—3 мм.