Определение прочностных и энергетических характеристик фибробетона. Методические указания

В процессе испытания образцы нагружают непрерывно до их разделения на части с фиксацией полной диаграммы состояния материала F–V. Погрешность перемещения не должна превышать 0,01 мм, а усилия, действующего на образец, – 1 % от измеряемого максимального усилия, при этом время испытания должно составлять не менее 1 минуты.

Пример дополнительного построения диаграммы фибробетонного образца, армированного стальной фиброй в количестве 1 % по объему, и определения энергозатрат на отдельных этапах деформирования и разрушения образца приведен в приложении.

3. По формуле (25) определяют условные удельные энергозатраты на статическое разрушение (энергозатраты на деформирование образца до начала движения магистральной трещины):

где t и b – ширина и высота образца, м; a0 и a0t – глубина начального надреза на нижней (растянутой) и верхней (сжатой) гранях образца, м; Wm – энергозатраты на процессы развития и слияния микротрещин до формирования магистральной трещины статического разрушения, МДж; We – энергозатраты на упругое деформирование до начала движения магистральной трещины статического разрушения, МДж.

4. Рассчитывают условные удельные эффективные энергозатраты на статическое разрушение по формуле

где Wl – энергозатраты на локальное статическое деформирование в зоне магистральной трещины, МДж.

5. Вычисляют условный критический коэффициент интенсивности напряжений (трещиностойкость) по формуле

21

где b – полная высота образца, м; Fc* – прилагаемая нагрузка, соответствующая точке С, МН; t – ширина образца, м; l0 – база испытаний, м; a0 – глубина начального надреза, м; λ – относи-

тельная длина начального надреза (λ ab0 ).

6. Определяют прочность на осевое растяжение по формуле

при трехточечном изгибе. Полученные расчетно-эксперимен- тальные данные записывают в табл. 11.

9. Теоретические значения вязкости характеризуются энергией разрушения (Wфб), необходимой для вытягивания волокон

22

из матрицы, а экспериментальные – критерием хрупкости χcF, определяемым по графику зависимости прогиба от прилагаемых нагрузок. Учитывая это, для сопоставления указанных величин введен коэффициент пропорциональности, равный kпр = 0,1:

10. Сравнивают расчетные характеристики прочности на растяжение при изгибе и вязкости разрушения, которыми студенты задавались при проектировании состава фибробетона, с экспериментальными, полученными в процессе выполнения лабораторной работы, записывают в табл. 12, после чего формулируют выводы.

Таблица 12

Силовые и энергетические характеристики фибробетона

23

Рекомендуемая литература

1.Баженов Ю. М. Технология бетона : учебник / Ю. М. Баженов – М. :

АСВ, 2002. – 500 с.

2.Николаева Е. А. Основы механики разрушения / Е. А. Николаева. – Пермь : Пермский гос. техн. ун-т, 2010. – 103 с.

3.Железобетонные изделия и конструкции : научно-технический справочник / под ред. Ю. В. Пухаренко, Ю. М. Баженова, В. Т. Ерофеева. – СПб. : НПО «Профессионал», 2013. – 1045 c.

4.Рабинович Ф. Н. Дисперсно-армированные бетоны. – М. : Строй-

издат, 1989. – 176 с.

5.Рабинович Ф. Н. Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции. – М. :

АСВ, 2011. – 646 c.

6.ГОСТ 10180 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».

7.ГОСТ 310.3 «Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема».

8.ГОСТ 29167 «Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении».

24

Приложение

Пример определения энергозатрат на отдельных этапах деформирования и разрушения фибробетонного образца

На рис. П1 показан характер разрушения фибробетонного образца, армированного стальной фиброй в количестве 1% по объему.

Рис. П1. Полная диаграмма состояния фибробетона F–V

Полная диаграмма состояния трансформируется в расчетную путем дополнительных построений, которые выполняются следующим образом:

1.Из точки D нисходящей ветви диаграммы, обозначающей выполнение условия F/V = const, опускают перпендикуляр DK на ось OV.

2.Из точки С, характеризующей максимальную нагрузку, опускают перпендикуляр СН к оси ОV и проводят линию СА, параллельную упругой зоне ОТ (рис. П2).

3.Расчетным путем или планиметрированием определяют энергоза-

траты на деформирование и разрушение образца (Wm – энергозатраты на процессы развития и слияния микротрещин до формирования магистраль-

ной трещины статического разрушения; We – энергозатраты на упругое деформирование до начала движения магистральной трещины статического разрушения; Wl – энергозатраты на локальное статическое деформирование

взоне магистральной трещины), численно равные площадям фигур ОТСА,

АСН, НСDK.

Площади под отдельными участками диаграммы представляют в виде суммы площадей более простых фигур – треугольников и прямоугольников, на которые разбиваются эти участки. Площади фигур рассчитывают по координатам точек, образующих эти фигуры (рис. П3).

25

Рис. П2. Расчетная диаграмма состояния фибробетона F–V с дополнительными построениями

Рис. П3. Расчетная диаграмма состояния фибробетона F–V

сдополнительными построениями и расчетом площадей

3.1.Определяют площадь фигуры OTCA (Wm). Длины этих отрезков соответствуют координатам точек А по оси прогибов для отрезка ОА и С – по оси нагрузок для отрезка АС. Таким образом, длина отрезка ОА равна 0,00017, а длина отрезка АС – 0,0049. Энергозатраты на процессы развития

ислияния микротрещин до формирования магистральной трещины статического разрушения находятся по формуле

26

3.2. Определяют площадь фигуры АСН (We). Основание треугольника представляет собой отрезок АН, его длину находят как разность длин отрезков ОА и ОН по формуле

Высота треугольника представляет собой отрезок СН, длина которого определяется как абсцисса точки С. Энергозатраты на упругое деформирование до начала движения магистральной трещины статического разрушения находят по формуле

3.3. Определяют площадь фигуры НСDK (Wl). Для этого данную фигуру делят на более простые – прямоугольники и треугольники.

Рассчитывают высоту первого прямоугольника, для чего находят абсциссу верхнего правого угла, равную 0,0041 МН. Ширину этого прямоугольника находят вычитанием двух ближайших рассматриваемых ординат (0,0027 – 0,0014 = 0,0013 м). В результате площадь данной фигуры состав-

ляет 0,00000533 МДж или 5,33 Дж.

Рассчитываютвысотупервоготреугольника,длячегоопределяютразность двухближайшихрассматриваемыхабсцисс(0,0049–0,0041=0,0008МН), а основание равно ширине рассмотренного прямоугольника (0,0013 м). В результате площадь данной фигуры составляет 0,00000052 МДж или 0,52 Дж.

Аналогичным способом определяют площадь оставшихся прямоугольников и треугольников. Энергозатраты на локальное статическое деформирование в зоне магистральной трещины рассчитываются по формуле

27

Учебное издание

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ФИБРОБЕТОНА

Методические указания

Составители: Пухаренко Юрий Владимирович, Пантелеев Дмитрий Андреевич, Жаворонков Михаил Ильич

Редактор О. Д. Камнева Корректор М. А. Молчанова Компьютерная верстка И. А. Яблоковой

Подписано к печати 25.10.2017. Формат 60 84 1/16. Бум. офсетная. Усл. печ. л. 1,6. Тираж 100 экз. Заказ 107. «С» 75.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.

Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, ул. Егорова, д. 5/8, лит. А.

28