МОДЕЛИРОВАНИЕ  ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ  СВОЙСТВ  МЕЛКОЗЕРНИСТОГО  ЦЕМЕНТНО-ПЕСЧАНОГО  БЕТОНА  ПРИ  ОСЕВОМ  РАСТЯЖЕНИИ  И  СЖАТИИ

Черноусов  Николай  Николаевич

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  сопротивления  материалов  Липецкого  государственного  технического  университета,  г.  Липецк

E-mail: 

Черноусов  Роман  Николаевич

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  сопротивления  материалов  Липецкого  государственного  технического  университета,  г.  Липецк

E-mail:  ozzgood@inbox.ru

Суханов  Андрей  Владимирович

аспирант  кафедры  сопротивления  материалов  Липецкого  государственного  технического  университета,  г.  Липецк

E-mail:  pm03sav@mail.ru

Ливенцева  Виктория  Андреевна

студент  Липецкого  государственного  технического  университета,  г.  Липецк

E-mail: 

SIMULATION  OF  PHYSICAL  AND  MECHANICAL  PROPERTIES  OF  FINE-GRAINED  SAND-CEMENT  CONCRETE  IN  AXIAL  TENSION  AND  COMPRESSION  OF

Chernousov  Nikolay  Nikolaevich

candidate  of  Science,  assistant  professor  of  the  strength  of  materials  Lipetsk  State  Technical  University,  Lipetsk

Chernousov  Roman  Nikolaevich

candidate  of  Science,  assistant  professor  of  the  strength  of  materials  Lipetsk  State  Technical  University,  Lipetsk

Sukhanov  Andrey  Vladimirovich

graduate  student  of  the  strength  of  materials  Lipetsk  State  Technical  University,  Lipetsk

Liventseva  Victoria  Andreevna

student  of  Lipetsk  State  Technical  University,  Lipetsk

АННОТАЦИЯ

Проведены  исследования  физико-механических  свойств  мелкозернистых  песчаных  бетонов  (МЗБ)  с  целью  выявления  применимости  известных  зависимостей  для  описания  работы  МЗБ  при  осевом  растяжении  и  сжатии.  Исследования  осуществлялись  на  опытных  образцах  в  виде  «восьмёрок»,  которые  испытывались  в  специально  разработанном  устройстве,  позволяющем  определять  модуль  упругости  при  растяжении  и  осуществлять  квазистатическое  нагружение.  На  основании  опытных  данных  получена  формула,  которая  позволяет  определять  прочность  МЗБ  при  растяжении  в  зависимости  от  прочности  при  сжатии.  Построена  деформационная  модель  работы  мелкозернистого  цементно-песчаного  бетона  при  осевом  растяжении.

ABSTRACT

The  investigations  of  the  physical  and  mechanical  properties  of  fine-grained  sand  concrete  (FGSC)  in  order  to  identify  the  applicability  of  the  well-known  relations  for  the  description  of  the  FGSC  under  axial  tension  and  compression.  Studies  were  carried  out  on  test  specimens  in  the  form  of  "eights",  which  were  tested  in  a  specially  designed  device  that  allows  to  determine  the  tensile  modulus  and  to  implement  a  quasi-static  loading.  On  the  basis  of  experimental  data,  a  formula  that  allows  to  determine  the  tensile  strength  of  the  FGSC,  depending  on  the  compression  strength.  Deformation  model  is  constructed  of  fine-grained  sand-cement  concrete  with  axial  tension.

Ключевые  слова:  Осевое  растяжение;  осевое  сжатие;  мелкозернистый  песчаный  бетон;  аналитические  зависимости

Keywords:  Axial  tension;  axial  compression;  fine-grained  sand  concrete;  analytical  relations

В  Липецком  государственном  техническом  университете  на  базе  научно-исследовательской  лаборатории  кафедры  сопротивления  материалов  с  целью  построения  деформационной  модели  работы  мелкозернистого  цементно-песчаного  бетона  (МЗБ)  проводятся  исследования  его  физико-механических  свойств  при  осевом  растяжении.  Испытания  опытных  образцов  в  виде  «восьмёрок»  толщиной  40  мм  осуществляются  в  специально  разработанном  устройстве,  позволяющем  определять  модуль  упругости  при  растяжении  и  осуществлять  квазистатическое  нагружение.  Опытные  образцы  и  экспериментальная  установка  приведены  на  рис.  1,  2,  3.

Рисунок  1.  Опытный  образец

Рисунок  2.  Схема  испытания  на  сжатие  фрагмента  образца

Рисунок  3.  Экспериментальная  установка

Для  построения  деформационной  модели  проводились  испытания  четырёх  серий  по  три  образца  в  каждой,  в  которых  варьировалось  отношение  цемента  к  песку:  1:1,  1:1,5,  1:2,  1:3. 

После  разрыва  образца  производились  испытания  на  сжатие  его  фрагментов  в  прессе  ИП-100.

Результаты  испытаний  опытных  образцов  на  осевое  растяжение  и  сжатие  приведены  в  таблице  1.

Известна  формула,  связывающая  предел  прочности  бетона  при  растяжении  ()  с  прочностью  при  сжатии  ():

          (1)

Из  опытов  установлено,  что  прочность  при  осевом  растяжении  составляет  приблизительно  0,05…0,1  прочности  при  сжатии.

Таблица  1. 

Результаты  испытания  опытных  образцов  на  осевое  растяжение  и  сжатие

В  результате  обработки  опытных  данных  получена  зависимость

    (2)

которая  позволяет  определять  прочность  МЗБ  при  растяжении  в  зависимости  от  прочности  при  сжатии.  Анализ  опытных  значений  показал,  что  прочность  при  растяжении,  определяемая  по  формуле  (2)  лучше  согласуется  с  опытными  данными. 

Результаты  исследования  деформативных  свойств  при  испытаниях  опытных  образцов  на  растяжение  приведены  на  рис.  4.

Рисунок  4.  Эмпирические  зависимости  для  4-х  серий  «напряжение-деформация»

Моделирование  физико-механических  свойств  МЗБ  при  осевом  растяжении,  основанное  на  опытных  данных,  осуществлено  с  использованием  аналитического  выражения,  устанавливающего  связь  между  напряжениями  и  деформациями  бетона  (формула  Саржина  [2,  с.123]):

 (3)

где:  σ_bt,  R_bt  —  соответственно  текущее  значение  напряжения  и  предел  кратковременной  прочности  бетона  при  осевом  растяжении,  определяемый  по  формуле  (2),  МПа; 

ε_bt,  ε_btR  —  соответственно  текущее  значение  относительной  деформации  и  значение  относительной  деформации,  соответствующее  пределу  кратковременной  прочности  R_bt; 

k  —  коэффициент,  характеризующий  «кривизну»  диаграммы  («упругость»  бетона),    (  —  коэффициент  упругости  бетона).

Другой  вариант  представления  диаграммы  зависимости    от    для  мелкозернистых  бетонов  можно  вывести  из  предложений  Карпенко  Н.И.  [1,  с.  278]  о  построении  диаграмм  «напряжение-деформация»  с  использованием  коэффициента  изменения  секущего  модуля. 

С  целью  определения  наиболее  оптимального  варианта  зависимости    от    для  построения  модели  работы  МЗБ  при  растяжении  были  проанализированы  экспериментальные  данные. 

Выявлено,  что  для  моделирования  физико-механических  свойств  МЗБ  при  растяжении  применимы  зависимости  «напряжение-деформация»,  предложенные  Саржиным  М.  и  Карпенко  Н.И.

Список  литературы

1.Карпенко  Н.И.  Общие  модели  механики  железобетона.  М.:  Стройиздат,  1996.  —  412  с.

2.Sargin  M.  Stress-Strain  Relationships  for  Concrete  and  the  Analysis  of  Structural  Concrete  Sections.  Ontario,  Canada,  University  of  Waterloo,  1971.  —  167  p.