2291

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

а

б

Рис. 2. Изменение предела прочности при сжатии цементного камня в возрасте 28 (а)

и 365 (б) суток в зависимости от вида и содержания минеральных добавок (красной штриховой линией показан уровень прочностных показателей контрольного состава)

Обобщая результаты экспериментальных исследований, можно отметить, что ельниковский доломит является инертной минеральной добавкой, повышение его доли в составе цементных композитов до 20 % от массы вяжущего приводит к снижению прочностных показателей для всех исследованных временных интервалов (от 1 суток до 1 года). При этом применение оптимальных концентраций минеральных добавок ТГН и ТС(ГН+ИА), подвергнутых предварительной термоактивации в течение 2 часов при температуре 700ºС, позволяет повысить прочностные показатели цементного камня. Наибольший эффект наблюдается при использовании термоактивированной никитской глины в количестве 5-15 % от массы модифицированного цементного вяжущего. Результаты экспериментов подтверждают перспективность исследований в области разработки эффективных минеральных добавок для цементных бетонов, получаемых на основе термоактивированных полиминеральных глин, в том числе в присутствии карбонатных пород.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Список литературы

1.Пятница, А.И. Особенности определения износа и оценки ресурса эксплуатируемых объектов из железобетона / А.И. Пятница, Г.В. Мурашкин // Современные проблемы науки и образования. – 2009. – № 6–1.

2.Калашников, В.И. Эволюция развития составов и изменение прочности бетонов. Бетоны настоящего и будущего/ В.И. Калашников // Строительные материалы. – 2016. – №1–2. – С. 96–103.

3.Yu, R. Development of an eco-friendly Ultra-High Performance Concrete (UHPC) with efficient cement and mineral admixtures uses / R. Yu, P. Spiesz, H.J.H. Brouwers // Cement and Concrete Composites. – 2015. – Vol. 55. – P. 383–394.

4.Ghafari, E. The effect of nanosilica addition on flowability, strength and transport properties of ultra-high performance concrete / E. Ghafari, H. Costa, E. Julio, A. Portugal // Materials and Design. – 2014. – Vol. 59. – P. 1–9.

5.Tran, N.T. Synergistic response of blending fibers in ultra-high-performance concrete under high rate tensile loads / N.T. Tran, D.J. Kim // Cement and Concrete Composites. – 2017. – Vol. 78. – P.132–145.

6.Поспелова, М.А. Регулирование кинетики твердения цементных систем химическими добавками: дис. … канд. техн. наук: 05.23.05 / Поспелова Марина Алексеевна. –

Белгород, 2003. – 129 с.

7.Brykov, A.S. Hydration of portland cement in the presence of highly reactive metakaolin / A.S. Brykov, S.A. Krasnobaeva, M.V. Mokeev // Materials Sciences and Applications. – 2015. – Vol. 6. – P. 391.

8.Горбачев, Б.Ф. Состояние и перспективы развития в Российской Федерации сырьевой базы каолина / Б.Ф. Горбачев // Промышленные минералы: проблемы прогноза, поисков, оценки и инновационные технологии освоения месторождений: материалы Международной научно-практической конференции. – Казань: ЗАО Издательский дом «Казанская недвижимость», 2015. – С. 111–114.

9.Fernandez, R. The origin of the pozzolanic activity of calcined clay minerals: A comparison between kaolinite, illite and montmorrilonite / R. Fernandez, F. Martirena, K.L. Scrivener // Cement and Concrete Research. – 2011. – Vol.41. – P. 113–122.

10.Гайфулин, А.Р. Влияние добавок глинитов в портландцемент на прочность при сжатии цементного камня / А.Р. Гайфулин, Р.З. Рахимов, Н.Р. Рахимова // Инженерно-

строительный журнал. – 2015. – № 7 (59). – С. 66–73.

11.Rakhimov, R.Z. Effect of the Addition of Thermally Activated Heavy Loam to Portland Cement on the Properties of Cement Stone / R.Z. Rakhimov, N.R. Rakhimova, A.R. Gayfullin, V.P. Morozov // Inorganic Materials: Applied Research. – 2018. – Vol. 9, No. 4. – P. 679–686.

12.Низина, Т.А. Влияние добавок в портландцемент обожжённой глины на прочность цементного камня / Т.А. Низина, В.В. Володин, А.С. Балыков, Д.И. Коровкин // Региональная архитектура и строительство. – 2019. – №3 (40). – С. 58–68.

13.Sabir, B.B. Metakaolin and calcined clays as pozzolans for concrete: a review / B.B. Sabir, S. Wild, J. Bai // Cement and Concrete Composites. – 2001. – Vol. 23. – Р. 441– 454.

14.Tironi, A. Kaolinitic calcined clays – Portland cement system: Hydration and properties / A. Tironi, C.C. Castellano, V.L. Bonavetti, M.A. Trezza // Construction and Building Materials. – 2014. – Vol. 64. – P. 215–221.

15.Влияние термоактивированных глин и карбонатных пород на фазовый состав и свойства модифицированного цементного камня / Т.А. Низина, А.С. Балыков, В.В. Володин, В.М. Кяшкин, А.А. Ерофеева // Известия высших учебных заведений.

Строительство. – 2019. – № 8 (728). – С. 45–55.

16.Antoni, M. Cement substitution by a combination of metakaolin and limestone / M. Antoni, J. Rossen, F. Martirena, K. Scruver // Cement and Concrete Research. – 2012. – Vol. 42. – P. 1574–1589.

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

17.Композиционный цемент на основе портландцемента, известняка и прокалённой глины / М. Стеенберг, Д. Херфорт, С.Л. Поульсен, Й. Скибстед, Й.С. Дамтоф // Цемент и его применение. – 2014. – №5. – С. 44–49.

18.Кинетика ранних стадий твердения цементных систем с индивидуальными и комплексными добавками на основе термоактивированных полиминеральных глин, карбонатных пород и поликарбоксилатного суперпластификатора / Т.А. Низина, А.С. Балыков, В.В. Володин, Д.И. Коровкин, М.О. Карабанов // Актуальные вопросы современного строительства промышленных регионов России. – 2019. – С. 174–178.

References

1.Pyatnitsa, A.I. Features of the determination of wear and the assessment of the resource of the operated objects made of reinforced concrete. A.I. Pyatnitsa, G.V. Murashkin // Modern problems of science and education. – 2009. – No. 6–1.

2.Kalashnikov, V.I. Evolution of the development of compositions and changes in the strength of concrete. Concrete of the present and future / V.I. Kalashnikov // Building materials. – 2016. – No. 1–2. – P. 96–103.

3.Yu, R. Development of an eco-friendly Ultra-High Performance Concrete (UHPC) with efficient cement and mineral admixtures uses / R. Yu, P. Spiesz, H.J.H. Brouwers // Cement and Concrete Composites. – 2015. – Vol. 55. – P. 383–394.

4.Ghafari, E. The effect of nanosilica addition on flowability, strength and transport properties of ultra-high performance concrete / E. Ghafari, H. Costa, E. Julio, A. Portugal // Materials and Design. – 2014. – Vol. 59. – P. 1–9.

5.Tran, N.T. Synergistic response of blending fibers in ultra-high-performance concrete under high rate tensile loads / N.T. Tran, D.J. Kim // Cement and Concrete Composites. – 2017. – Vol. 78. – P. 132–145.

6.Pospelova, M.A. Regulation of the kinetics of hardening of cement systems with chemical additives: dis. ... Cand. of Sciences: 05.23.05 / Pospelova Marina Alekseevna. – Belgorod, 2003. – 129 p.

7.Brykov, A.S. Hydration of portland cement in the presence of highly reactive metakaolin / A.S. Brykov, S.A. Krasnobaeva, M.V. Mokeev // Materials Sciences and Applications. – 2015. – Vol. 6. – P. 391.

8.Gorbachev, B.F. State and development prospects in the Russian Federation of the raw material base of kaolin / B.F. Gorbachev // Industrial minerals: problems of forecasting, prospecting, evaluation and innovative technologies for the development of deposits: materials of the International Scientific and Practical Conference. – Kazan: JSC Publishing House «Kazan Real Estate», 2015. – P. 111–114.

9.Fernandez, R. The origin of the pozzolanic activity of calcined clay minerals: A comparison between kaolinite, illite and montmorrilonite / R. Fernandez, F. Martirena, K.L. Scrivener. // Cement and Concrete Research. – 2011. – Vol.41. – P. 113–122.

10.Gaifulin, A.R. Influence of glinit additives in Portland cement on the compressive strength of the cement stone / A.R. Gaifulin, R.Z. Rakhimov, N.R. Rakhimova // Magazine of Civil Engineering. – 2015. – No. 7 (59). – P. 66–73.

11.Rakhimov, R.Z. Effect of the Addition of Thermally Activated Heavy Loam to Portland Cement on the Properties of Cement Stone / R.Z. Rakhimov, N.R. Rakhimova, A.R. Gayfullin, V.P. Morozov // Inorganic Materials: Applied Research. – 2018. – Vol. 9, No. 4. – P. 679–686.

12.Nizina, T.A. Influence of additives in baked clay Portland cement on the strength of cement stone / T.A. Nizina, V.V. Volodin, A.S. Balykov, D.I. Korovkin // Regional architecture and engineering. – 2019. – No. 3 (40). – P. 58–68.

13.Sabir, B.B. Metakaolin and calcined clays as pozzolans for concrete: a review / B.B. Sabir, S. Wild, J. Bai // Cement and Concrete Composites. – 2001. – Vol. 23. – Р. 441– 454.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

14.Tironi, A. Kaolinitic calcined clays – Portland cement system: Hydration and properties / A. Tironi, C.C. Castellano, V.L. Bonavetti, M.A. Trezza // Construction and Building Materials. – 2014. – Vol. 64. – P. 215–221.

15.Influence of thermoactivated clays and carbonate rocks on the phase composition and properties of the modified cement stone / T.A. Nizina, A.S. Balykov, V.V. Volodin, V.M. Kyashkin, A.A. Erofeeva // News of higher educational institutions. Construction. – 2019. – No. 8 (728). – P. 45–55.

16.Antoni, M. Cement substitution by a combination of metakaolin and limestone / M. Antoni, J. Rossen, F. Martirena, K. Scruver // Cement and Concrete Research. – 2012. – Vol. 42. – P. 1574–1589.

17. Composite cement based on Portland cement, limestone and calcined clay / M. Steenberg, D. Herforth, S.L. Poulsen, J. Skibstead, J.S. Damtoff // Cement and its application. – 2014. – No. 5. – P. 44–49.

18. Kinetics of early stages of hardening of cement systems with individual and complex additives based on thermally activated polymineral clays, carbonate rocks and polycarboxylate superplasticizer / T.A. Nizina, A.S. Balykov, V.V. Volodin, D.I. Korovkin, M.O. Karabanov // Topical issues of modern construction of industrial regions of Russia. – 2019. – P. 174–178.

BUILDING STRUCTURES, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

BUILDING STRUCTURES,

BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

УДК 624.01

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ КОНСОЛЬНЫХ ОПОР БАЛОК С ПОДРЕЗКОЙ

В.А. Комаров, О.В. Болдырева, А.Ю. Трегуб

Сложное напряженно-деформированное состояние консольной опоры балки с подрезкой сведено к эквивалентному одноосному. Для получения качественной картины распределения напряжений выполнено компьютерное моделирование, позволяющее оценить сопротивление разрушению путем обрыва (растягивающие напряжения) и путем сдвига (касательные напряжения). Приведены результаты исследования напря- женно-деформированного состояния опытных образцов.

Ключевые слова: многоэтажный каркас, балки с подрезкой, консольная опора, напряжен- но-деформированное состояние, главные напряжения, распределение

STRESS-STRAIN STATE of CANTILEVER SUPPORTS OF BEAMS

WITH TRIMMING

V.A. Komarov, O.V. Boldyreva, A.Yu. Tregub

The complex stress-strain state of the cantilever support of a beam with trimming is reduced to the equivalent uniaxial one. To obtain a qualitative picture of stress distribution, computer simulations

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

were performed to estimate fracture resistance by breaking (tensile stresses) and by shear (tangential stresses). The results of the study of the stress-strain state of the prototypes are presented.

Keywords: multi-storey frame, beams with trimming, cantilever support, stress-strain state, main stresses, distribution

Обобщенные характеристики прочности бетона принято представлять в виде предельных поверхностей разрушения, для построения которых требуется проведение большого количества сложных экспериментов. Поэтому на практике используются критерии прочности, полученные упрощенной гипотезой разрушения при сложном напряженно-деформированном состоянии. При этом при принятых критериях прочности любое сложное напряженное состояние сводится к эквивалентному одноосному напряжению. Детальная оценка напряженно-деформированного состояния при испытании натурных образцов консольных опор балок практически невозможна ввиду сложности установления величины напряжений в каждой точке пространственного элемента, поэтому для решения данной задачи использованы компьютерные модели образцов (рис. 1). При моделировании применены универсальные пространственные восьмиузловые изопараметрические конечные элементы КЭ-36 в ПК Лира 9.6. Приняты характеристики бетона с начальным модулем упругости Е =30000 МПа и коэффициентом Пуассона =0,2. Арматура моделировалась стержневыми конечными элементами с учетом коэффициента привидения а=ЕS/Eb.

Рис. 1. Опытные образцы:

а– конструктивное решение, схема приложения нагрузки; б – фрагмент армирования подрезки короткой консоли

При моделировании расчетной схемы сделаны следующие допущения:

бетон в приопорной части ригеля находится в условиях плоского напряженного состояния;

используется фактическая схема армирования, в расчетной схеме применяются два материала со своими модулями деформации;

сечение арматуры учитывается при коэффициенте приведения a=Es/Eb. Загружение образцов произведено симметрично сосредоточенными силами с

пролетами среза а=0,9h01; а=1,5h01; а=2,5h01.

Прианализерезультатовмоделированияосновноевниманиеобращенонакачественную картину напряженно-деформированного состояния. В результате анализа установлено: при небольших пролетах среза а≤0,9h01 главные сжимающие напряжения σ1 концентрируются в наклонной полосе между грузовой и опорной площадками с максимальными значениями надопорнойплощадкойвблизивходящегоуглаподрезки(рис. 2).

Главные растягивающие напряжения σ2 концентрируются в зоне входящего угла подрезки в узле сопряжения продольной арматуры короткой консоли АS с первым сосредоточенным хомутом Аsw1 с максимальным развитием по высоте подрезки к узлу сопряжения сосредоточенных хомутов с арматурой АS балки (рис. 3).

При распределении нормальных напряжений σу зона максимальных напряжений расположена по высоте подрезки в сосредоточенных хомутах Аsw1 между узлами сопряжения с продольной арматурой консоли Аsс и ригеля Аs (рис. 4).

BUILDING STRUCTURES, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

Рис. 2. Изополя главных сжимающих напряжений σ1 при пролете среза а=0,9h01

Рис. 3. Изополя главных растягивающих напряжений σ2 при пролете среза а=0,9h01

Рис. 4. Изополя нормальных напряжений σу при пролете среза а=0,9h01

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

При распределении нормальных напряжений σх зона максимальных напряжений расположена в узле пересечения продольной арматуры короткой консоли Аsс с вертикальными хомутами Аsw1 (рис. 5).

Рис. 5. Изополя нормальных напряжений σх при пролете среза а=0,9h01

Касательные напряжения τху концентрируются на краевых участках опорной и грузовой площадок с развитием по вертикальным сечениям вдоль сосредоточенных хомутов Аsw1 с максимальными значениями на краевых участках опорной площадки входящего угла подрезки, т.е. в местах концентрации нормальных напряжений σу, σх

(рис. 6).

Рис. 6. Изополя напряжений τху при пролете среза а=0,9h01

При увеличении пролета среза до а=1,5h01 изменяется распределение главных сжимающих напряжений. Главные сжимающие напряжения концентрируются над опорной площадкой с развитием по направлению к условной грузовой площадке (узлу пересечения Аsw1 с А/s), а главные напряжения под грузовой площадкой направлены при своем развитии на условную опорную площадку (узел пересечения Аsw1 с Аs) (рис. 7).

Качественная картина главных растягивающих напряжений подобна распределению при пролете среза а=0,9h01 (рис. 8).

BUILDING STRUCTURES, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

Рис. 7. Изополя главных сжимающих напряжений σ1 при пролете среза а=1,5h01

Рис. 8. Изополя главных растягивающих напряжений σ2 при пролете среза а=1,5h01

Распределение касательных напряжений при пролете среза а=1,5h01 имеет следующие особенности. Касательные напряжения концентрируются только на краевом участке опорной площадки короткой консоли и направлены вдоль сосредоточенных хомутов (рис. 9), то есть в местах максимальных значений нормальных растягивающих напряжений σу и σх (рис. 10 и 11).

При пролетах среза а=2,5h01 распределение главных напряжений качественно не изменяется. Главные сжимающие напряжения σ1, как и при средних пролетах среза, сосредоточены у опорной и грузовой площадок, главные растягивающие напряжения концентрируются в узле пересечения продольной арматуры консоли Аsс с вертикальными хомутами входящего угла подрезки.

Распределение касательных напряжений τху по высоте консоли вдоль сосредоточенных хомутов остается неизменным, подобно концентрации напряжений при малых и средних пролетах среза с максимальными значениями на краевых участках опорной площадки короткой консоли, они направлены вдоль сосредоточенных хомутов (рис. 12) в местах максимальных значений нормальных напряжений σу и σх.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

Рис. 9. Изополя напряжений τху при пролете среза а=1,5h01

Рис. 10. Изополя нормальных напряжений σу при пролете среза а=1,5h01

Рис. 11. Изополя нормальных напряжений σх при пролете среза а=1,5h01