1737

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Малый собственный вес сборных элементов перекрытий позволяет решать задачи реконструкции без дополнительного усиления вертикальных несущих конструкций, фундамента или основания. Кроме этого при устройстве перекрытий возможны доставка сборного элемента к месту и его монтаж вручную или с использованием легких подъемников.

Важным для практики строительства и реконструкции является решение задачи оптимизации сечений и размеров составных элементов перекрытия в зависимости от пролета, шага вертикальных несущих элементов и величины полезной нагрузки. Указанная задача успешно решается в предлагаемых сборно-монолитных часторебристых перекрытиях благодаря применению предварительно напряженных железобетонных балок, изготовленных по технологии безопалубочного формования, позволяющей получать несущие элементы любых типоразмеров пролетов до 6 метров.

Разработанные перекрытия обладают достаточной несущей способностью, жесткостью и трещиностойкостью, их рекомендуется применять при возведении жилых и общественных зданий в широком диапазоне нагрузок при нестандартных шагах и пролетах конструкций, большого числа проемов и отверстий, при реконструкции зданий и устройстве рабочих площадок.

Список литературы

1.Селяев, В.П. Конструктивные решения сборно-монолитных перекрытий для реконструируемых зданий и сооружений / В.П. Селяев, В.В. Цыганов, В.Л. Агушев, Г.В. Цыганов // Актуальные вопросы строительства: мат-лы Международ. науч.-техн. конф.: в 2 ч.– Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2008. – Вып. 7, ч.2. – С. 313–317.

2.Агушев, В.Л. Сборно-монолитные перекрытия с армирующими элементами на основе предварительно напряженных железобетонных балок / В.Л. Агушев, В.П. Селяев, В.В.Цыганов // Наука и инновации в Республике Мордовия: материалы V Республиканской науч.-прак. конф. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2006. – С. 288–292.

3.Цыганов, В.В. Натурные испытания предварительно напряженных железобетонных балок безопалубочного формования / В.В. Цыганов, Г.В. Цыганов // XXXVI Огаревские чтения: мат-лы науч. конф.: в 3 ч. Технические науки. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2008. – Ч. 3. – С. 39–41.

References

1.Selyaev, V.P. Constructive solutions of prefabricated monolithic slabs for reconstruction of buildings and structures / V.P. Selyaev, V.V. Tsyganov, V.L. Agushev, G.V. Tsyganov // Actual construction issues. Materials of Intern. scientific.-technical. conf.: in Part 2. – Saransk: Publisher Mordovia State University, 2008. – № 7, part 2. – P. 313–317.

2.Agushev, V.L. Precast-monolithic slabs with reinforcing elements on the basis of prestressed concrete beams / V.L. Agushev, V.P. Selyaev, V.V. Tsyganov // Science and Innovation in the Republic of Mordovia: materials V Republican scientific.-technical. conf. – Saransk: Publisher Mordovia State University, 2006. – P. 288–292.

3.Tsyganov, V.V. Field tests on non-formwork of pre-stressed concrete beams / V.V. Tsyganov, G.V. Tsyganov // XXXVI Ogarevsky reading: materials of scientific.- technical. conf.: in Part 3. Engineering. – Saransk: Publisher Mordovia State University, 2008. – Part 3. –P. 39–41.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

УДК 691-022.312

ВЛИЯНИЕ СИЛ ТРЕНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА

В.П. Селяев, П.В. Селяев, Е.В. Сорокин, А.В. Колотушкин, Е.Л. Кечуткина

Установлено, что прочность бетонов на сжатие зависит от величины коэффициента трения (бетона о бетон). Показано, что в зависимости от изменения величины от 0,2 до 0,8 отношение прочности бетона при сжатии к прочности при растяжении может меняться в пределах от 5 до 20, что соответствует экспериментальным и расчетным данным. Экспериментально установлено, что коэффициент трения бетона о бетона может изменяться в пределах от 0,5 до 0,9 и его величина зависит от класса бетона по прочности на сжатие.

Ключевые слова: коэффициент трения, прочность, трещина, нормальные напряжения, касательные напряжения.

FRICTION INFLUENCE ON CONCRETE STRENGTH

V.P. Selyaev, P.V. Selyaev, E.V. Sorokin, A.V. Kolotushkin, E.L. Kechutkina

It is estimated that compressive strength of concrete depends on the friction coefficient (concrete on concrete). It is shown that, when its value changes from 0,2 to 0,8 the ratio of concrete compressive strength can vary from 5 to 20 and it corresponds to experimental and calculated data. It is experimentally proved that friction coefficient of concrete can change from 0,5 to 0,9 and this value depends on the grade of concrete compressive strength.

Keywords: coefficient of friction, strength, crack, normal stress, tangential stress.

Бетоны относятся к материалам, прочность которых зависит от дефектов структуры. В бетоне еще до приложения нагрузки имеются структурные дефекты: макрополости; микрополости; ослабленные участки контактов цементного камня с поверхностью заполнителя; контакты заполнителей без прослойки цементного камня; поры различного уровня. Размеры дефектов и их расположение, ориентация в пространстве (координаты, углы) являются величинами случайными. Однако можно пред-

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

растяжении Rbt – будет равно:

Поделив формулу (10) на формулу (9), найдем соотношение прочностей при сжатии и растяжении в зависимости от коэффициента трения:

Для 1 это отношение равно 6. Формула (11), получившая в литературе назва-

ние критерия Кулона – Навье, дает заниженные значения отношения прочностей. Это можно объяснить тем, что модель основана на представлении об одной, общей при сжатии и растяжении трещине разрушения. В реальном материале имеется множество трещин различных размеров с различной ориентацией в пространстве.

Предположим, что для каждого материала характерны трещины разрушения определенного размера. Эти трещины расположены под различными углами к вертикальной оси (рис.2).

Рис. 2. Расчетная модель бетона со случайным расположением трещин

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

В общем случае, когда начальная трещина размером 2ℓ расположена под произвольным углом к вертикальной оси (см. рис.1), прочность на растяжение можно определить по формуле вида

под этим углом, будет определять величину прочности или временного сопротивления материала при растяжении:

Если на структурный элемент действуют сжимающие напряжения, то разрушение произойдет при выполнении условия (1) Кулона – Навье.

При одноосном нагружении разложим сжимающие напряжения на нормальныеи касательные к плоскости трещины:

Анализ формулы (10) показывает, что наиболее опасная трещина в бетоне располагается под углом 45 . Тогда прочность на сжатие будет определяться из выражения

Разделив функцию (18) на функцию (13), получим выражение, из которого следует, что прочность бетона на сжатие больше прочности на растяжение, и это

В формуле (19) коэффициенты k1 и k2 – константы материала, и в первом приближении можно принять k2 = k1 или k1.

Брейс предложил отношение прочностей при сжатии и растяжении выражать

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

При выводе формулы (20) рассматривалась модель, представленная на рис. 1. Было получено уравнение вида (8), в котором S0, по предложению Марелла, следует определять по формуле

где T0 Rbt

Брейс предположил, что величина мала и ею можно пренебречь. Тогда, принимая 1 Rb , 3 0 , получим формулу (20).

Недостатком этой модели является то, что при сжатии и растяжении рассматривается одна и та же трещина. Однако исследования показывают, что наиболее неблагоприятной ориентацией трещины является: расположение её под

углом 90 при растяжении и 45 – при сжатии к направлению прикладываемого одноосного напряжения.

Экспериментальными исследованиями установлено, что коэффициент трения для горных пород находится в пределах от 0,1 до 1,0, а величина коэффициента зависит от класса бетона по прочности на сжатие, влажности бетона, силы давления и находится в пределах от 0,5 до 0,8 трения бетона о бетон. Экспериментальные данные определения коэффициента трения для бетона приведены в табл.1, 2, 3.

Т а б л и ц а 1 Коэффициент трения скольжения «бетон–бетон» по экспериментальным данным

Известно, что отношение прочности на сжатие к прочности на растяжение для цементных бетонов колеблется в пределах от 7 до 22, коэффициент трения при этом изменяется в пределах от 0,4 до 0,8 (рис.3). Результаты получены в соответствии с данными СНиП 2.03.01.-84*, экспериментально (кривая 7 на рис.3) и по формуле (19).

В табл. 4 приведены значения Rb/Rbt, полученные путем вычислений по формулам (11), (20), (19) при изменении коэффициента трения в пределах от 0 до 1,0.

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Т а б л и ц а 4 Сопоставление расчетных значений Rb/Rbt, полученных по формулам (12), (13) и (14)

Расчетные данные, представленные в табл. 4 и на рис. 3, позволяют сделать вывод о том, что формула (19) при изменении в пределе от 0 до 1 достоверно отражает

зависимость соотношения прочностей Rb/Rbt от коэффициента трения.

Рис. 3. ИзменениесоотношенияRb/Rbt (1, 2, 3) икоэффициентатренияg (4, 5, 6) отклассабетона: 1, 2 – тяжелый, мелкозернистый, легкий; 3 – ячеистый (по данным СНиП 2.03.01-84*); 4, 5 – тяжелый, мелкозернистый, легкий; 6 – ячеистый (по формуле (19) при k = 1);

7 – по экспериментальным данным

При этом коэффициент трения между поверхностями не является коэффициентом внутреннего трения. Между ними возможна корреляция, но это предмет отдельного исследования.

Итак, в результате проведенных исследований установлено:

– прочность бетонов на сжатие зависит от величины коэффициента трения (бетона о бетон). Показано, что в зависимости от изменения величины от 0,2 до 0,8 отношение прочности бетона при сжатии к прочности при растяжении может меняться

впределах от 5 до 20, что соответствует экспериментальным и расчетным данным;

–экспериментально установлено, что коэффициент трения бетона о бетон может изменяться в пределах от 0,5 до 0,9, и его величина зависит от класса бетона по прочности на сжатие.

Список литературы

1.Hoek, E. Proceedings of the ist Congress of the International Society on Rock Mechanics / E. Hoek, Z.T. Bieniawski. – Lisbon, 1966. – Vol.1. – P.243–249.

2.Brace W.F. International Conference on the State of Stress Earth / W.F. Brace. – New York: Elsevier, 1964. – P.110–178.

3. Murell, S. A.F. Proceedings of the 5 the Rock Mechanics Symposium / S.A.F. Murell. – New York, 1963. – P. 563-577.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

УДК 691.21

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ БЕТОНА

ИЗ ГОРНЫХ ПОРОД

Н.И. Макридин, Ю.П. Скачков, И.Н. Максимова, И.А. Суров

Представлены результаты анализа экспериментально полученных параметров конструкционной прочности каменных материалов, используемых в качестве заполнителей для бетонов.

Ключевые слова: заполнители для бетона, горные породы, механическое поведение, комплексная оценка.

INTEGRATED ASSESSMENT OF CONCRETE ROCK FILLERS

MECHANICAL BEHAVIOUS

N.I. Makridin, Y.P. Skachkov, I.N. Maksimova, I.A. Surov

The analysis results of experimentally obtained parameters of rock materials structural strength used as concrete fillers are presented in the article.

Keywords: fillers for the concrete, the rocks, mechanical behavior, the integrated assessment.

В соответствии с подходом механики разрушения композитных материалов реальная прочность материала связывается с его энергией разрушения, модулем упругости и размером дефекта структуры, обусловливающим начало разрушения. При этом предсказано теоретически и показано экспериментально влияние дисперсной фазы на три указанных выше фактора, от которых зависит прочность [1].

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Важнейшим параметром механического поведения структуры материалов конструкционного назначения является трещиностойкость (вязкость разрушения), характеризующая способность материала тормозить развитие дефектов структуры и предопределяющая способность материала как противостоять хрупкому разрушению, так и сопротивлятьсяразвитиюпостепенногоразрушениявтечениезаданноговремени[2–4].

В этой связи оценка параметров механического поведения горных пород, используемых в качестве заполнителей (дисперсной фазы) для бетонов, влияющих на фактор реальной прочности цементного композита, представляет не только теоретический интерес, но и большую практическую ценность, так как в задаче выбора заполнителей, особенно для бетонов нового поколения, эти вопросы весьма слабо освещены в специальной литературе.

Для исследования были изготовлены опытные образцы следующих размеров: 24 60 300 мм из гранита; 23 43 340 мм из известняка; 20 50 300 мм из мрамора; 40 40 200 мм из туфа. Из каждого материала было изготовлено по 15 образцовблизнецов.

На каждом образце последовательно определяли динамический модуль упругости Eд и коэффициент внутреннего трения Kвт с помощью прибора ИКВТ-2; предельную

деформативность с и п растянутой зоны образца при изгибе с помощью тензодатчиков базой 30 мм и измерителя деформаций АИД-1М; условный критический коэффициент интенсивности напряжений Kc* при неравновесных механических

испытаниях на изгиб образцов типа I по методике линейной механики разрушения с использованием разрывной машины типа F-1000; акустическую эмиссию образцов на кривой нагружения с помощью специального акустико-эмиссионного устройства [5] в полосе частотного диапазона 50…150 кГц; энергию разрушения G ; предел прочности

на растяжение при изгибе Rри .

Подготовку образцов и их испытание для оценки перечисленных характеристик проводили в соответствии с методическими рекомендациями по измерению коэффициента внутреннего трения и динамического модуля упругости с помощью прибора типа ИКВТ-2 [5] и ГОСТ 29167. Нагружение образцов производили ступенями в 0,1 ожидаемой прочности на растяжение при изгибе, на каждой ступени нагружения образцы выдерживали в течение 1…1,5 мин для записи показаний приборов или до полного прекращения акустического излучения. Скорость движения подвижного захвата во всех опытах была одинаковой и составляла 166·10-7 м/с. С целью получения хорошего акустического контакта преобразователь АЭ прижимался с постоянным усилием к торцовой поверхности образца-призмы через тонкий слой петролатумной смазки. В данной работе в качестве информативных параметров АЭ при изучении трещиностойкости горных пород приняты суммарная энергия импульсов АЭ на диаграмме нагружения опытных образцов и дифференциальное приращение энергии импульсов АЭ на этапах нагружения. Метод АЭ является наиболее надежным методом

определения нагрузки Fc* , соответствующей динамическому началу движения маги-

стральной трещины при неравновесных механических испытаниях, которая используется для оценки силового критерия вязкости разрушения – критического коэф-

фициента интенсивности напряжений – Kc* .

Воснову методики оценки силовых и энергетических критериев разрушения положены рекомендации ГОСТ 29167 с использованием метода акустической эмиссии (АЭ) для оценки самого процесса разрушения опытных образцов в реальном масштабе времени.

Втаблице приведены средние арифметические значения структурно-механических параметров горных пород, полученные в процессе исследования.