Работа сталефибробетона на местные нагрузки | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 6 апреля, печатный экземпляр отправим 10 апреля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №21 (416) май 2022 г.

Дата публикации: 26.05.2022

Статья просмотрена: 92 раза

Библиографическое описание:

Александров, К. Н. Работа сталефибробетона на местные нагрузки / К. Н. Александров. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2022. — № 21 (416). — С. 5-9. — URL: https://moluch.ru/archive/416/92114/ (дата обращения: 29.03.2024).



Вычислительная техника современности позволяет выполнить расчет различных строительных конструкций с учетом разного рода аспектов, таких, например, как учет нелинейных свойств материалов, условий закрепления и т. д. Задействовав метод конечных элементов, заложенный в нелинейном процессоре ПК «Лира-САПР 2017», автор в своей работе провел численный эксперимент, который может заменить натурный эксперимент, требующий куда больших временных и материальных ресурсов. Стоит помнить, что развитие методов математического моделирования строительных конструкций является одним из важнейших направлений современной строительной науки. Автором проведено численное исследование на конечно-элементных моделях, были получены схемы разрушения, распределения касательных напряжений и распределения деформаций по высоте нормального сечения сталефибробетонного элемента.

Ключевые слова: сталефибробетон, бетон, фибра, композиционный материал, бетон, конструкция.

Как известно по работам зарубежных и отечественных ученых, добавление стальной фибры меняет характер разрушения образцов. При образовании трещин при разрушающей нагрузке, опытный образец оставался целым. Из этого было выдвинуто предположение, что при срезе сталефибробетонной балки фибра так же будет влиять на возникающие внутренние усилия и работу конструкции в целом.

Суть эксперимента заключается в моделировании балки в плоской задаче. Как нам известно значение поперечной силы при расчете по наклонному сечению ж.б балки Q=Qb+Qsw. Согласно СП 360.1325800.2017 [1] расчет ведется аналогичным образом, за исключением значения Rfbt. Целью моделирования является нахождения значений поперечной силы получаемой при использовании сталефибробетона вместо обычного бетона. Предположим, что Q=Qb+Qsw+Qf. Предполагается получить значения касательных напряжений и, зная о прямой зависимости τxот Q, найти Qf.

В качестве расчетной схемы принималась половина балки длиной 600 мм. От вертикальных перемещений по оси Z закреплялось нижнее сечение балки. Используемая расчетная схема представлена на рисунке 1.

Расчетная схема (рисунок авторов)

Рис. 1. Расчетная схема (рисунок авторов)

Схема армирования балки (рисунок авторов)

Рис. 2. Схема армирования балки (рисунок авторов)

Расчетная модель представляет собой однопролетную шарнирно-опертую балку. Нагрузка приложена в виде распределенных сил. Модель состоит из квадратных конечных элементов (КЭ) плоской задачи (балка — стенка) размерами — 5×5 мм, позволяющих моделировать плоское напряженное состояние.

Общий вид замоделированной балки (рисунок авторов)

Рис. 3. Общий вид замоделированной балки (рисунок авторов)

Для того чтобы смоделировать сталефибробетон в нелинейной постановке были использованы следующие типы КЭ: для арматуры — КЭ тип 210 (физически нелинейный универсальный стержневой элемент), для сталефибробетона — тип 231 — физически нелинейный параллелепипед размерами 0,01х0,01х0,01 (м). Так же контакт окружающего фибробетона и арматуры считается абсолютный.

На балку прикладываплась нагрузка с шагом 10 кН передавалась через специальные грузораспределительные пластины КЭ тип 41 с толщиной 50 мм, для них был принят упругий закон деформирования. При моделировании получили общее число КЭ –5142, общее число узлов –10922.

Задание сталефибробетона проводилось на основании экспериментальных данных, полученных в работе Евдокимовой Т. С. [2]. Рассматривалсь различное количество добавляемой фибры от 1 % до 2 %.

Принятая диаграмма деформирования фибробетона

Рис. 4. Принятая диаграмма деформирования фибробетона

Где Rfb – расчетное сопротивление сталефибробетона на сжатие;

– напряжение в сталефибробетоне в точке излома диаграммы;

– относительные деформации, соответствующие ;

– относительные деформации при осевом сжатии сталефибробетона;

– максимальные относительные деформации при сжатии;

– расчетное сопротивление фибробетона на осевое растяжение.

– напряжение в фибробетоне в точке излома диаграммы;

– относительные деформации, соответствующие;

– относительные деформации при осевом растяжении сталефибробетона;

– максимальные относительные деформации при растяжении.

Принятая диаграмма деформирования арматуры

Рис. 5. Принятая диаграмма деформирования арматуры

Моделировались наклонные трещинины с помощью расшивки узлов, на основании эксперементальных данных из работы Филатова В. Б. [3], после достижения в КЭ напряжений, превышающих 1,75Rfbt в момент образования, и Rfbt в процессе развития трещин. Данный способ моделирования трещин позволил образовывать трещины в местах возникновения максимальных растягивающих напряжений и развивать их в соответствии с положением площадок главных растягивающих напряжений. Это позволило наиболее точно смоделировать напряжённое состояние сталефибробетона в вершине трещины и определить ее направление (рисунок 6).

Схема трещинообразования в сталефибробетонной балке (рисунок авторов)

Рис. 6. Схема трещинообразования в сталефибробетонной балке (рисунок авторов)

В результате численного эксперимента автором были получены изополя напряжений, изополя перемещений. С учетом принципа Сен-Венана изополя напряжений и перемещений рассматривались в зоне образовавшихся трещин.

Пример полученных результатов τx(рисунок авторов)

Рис. 7. Пример полученных результатов τx(рисунок авторов)

Вывод

В данной работе проводилось сравнение значений τxв зоне раскрытия трещин, а именно возникающих в арматуре. Так как касательные напряжения имеют прямую зависимость от поперечной силы, то исходя из полученных результатов работа сталефибробетонной балки с содержанием фибры (1 %) улучшает работу на действие поперечных сил примерно на 27,2 %. C содержанием фибры (1,5 %) улучшает работу на действие поперечных сил примерно на 28,9 %. А вот с содержанием фибры (2 %), наоборот, видим ухудшение до 26,5 %. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Номер участка

Значения τ xy , кН/м2

Бетон B 25

Значения τ xy , кН/м2

Фибра 1 %

Значения τ xy , кН/м2

Фибра 1,5 %

Значения τ xy , кН/м2

Фибра 2 %

1

15,9

17,4

17,4

17,5

2

22,8

11,2

10,8

11,3

3

12

10,9

10,8

11

4

13,4

8,79

8,59

8,86

5

12,5

9,16

9,06

9,21

6

9,38

11,1

11,1

11,1

7

14,9

8,35

8,04

8,41

8

8,63

9,09

9,08

9,16

Среднее значение

13,68

10,75

10,61

10,81

%

-

27,2 %

28,9 %

26,5 %

Литература:

  1. Свод правил СП 360.1325800.2017. Конструкции сталефибробетонные. Правила проектирования. / АО «НИЦ «Строительство». М.: 2017.
  2. Евдокимова Татьяна Сергеевна. Напряженно-деформированное состояние и расчет прочности кососжимаемых фиброжелезобетонных элементов: диссертация... кандидата Технических наук: 05.23.01 / Евдокимова Татьяна Сергеевна; [Место защиты: ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет], 2017.- 150 с.
  3. Филатов В. Б., Коваленко М. В. Моделирование работы сборно-монолитной железобетонной балки в зоне поперечного изгиба // Вестник Евразийской науки, 2020 № 3, https://esj.today/PDF/57SAVN320.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
Основные термины (генерируются автоматически): рисунок авторов, напряжение, поперечная сила, работа, содержание фибры, осевое растяжение, плоская задача, прямая зависимость, расчетная схема, расчетное сопротивление.


Похожие статьи

Сравнительный анализ методов расчета длины анкеровки арматуры

Rs — расчетное сопротивление арматуры растяжению для предельных состояний первой группы

здесь Rbt — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению

Для ненапрягаемой арматуры при анкеровке стержней периодического профиля с прямыми...

Численные исследования сталефиброжелезобетонных элементов...

Rs — расчетное сопротивление арматуры растяжению для предельных состояний первой.

За расчетную поперечную силу принята. Расчет прочности нормального сечения при.

В статье анализируются задача на устойчивость железобетонного изгибаемого элемента под...

Оценка эффективности дисперсного армирования бетона...

Рис. 1. Осевое растяжение сплошного образца и образцов с дефектами.

Очевидно, что напряжение не может распределяться по поперечному сечению дефектного образца

Проведены исследования по определению прочности дисперсно-армированного фиброй...

Анализ факторов влияния на расчет железобетонных балок...

 Ключевые слова: железобетонная балка, поперечная сила, факторы. Построение общей расчетной модели, адекватно описывающей сопротивление конструкции действию среза в комбинации с изгибом и продольными усилиями, является одной из сложных задач теории...

Анализ нагрузок, действующих на элементы конструкции ГТД

В зависимости от уровня максимальной скорости полета ЛА воздухозаборники разделяются на

В качестве основной нагрузки на элементы ВУ будем рассматривать осевое усилие от газового потока.

Рис. 6. Схема действующих газовых сил на лопатку НА осевого компрессора.

Исследование работы железобетонных балок с пролетом среза...

Расчетная схема балок представляет собой множество конечных элементов в виде

Нагружение сосредоточенной силой, действующей на балку, моделировалось

Распределение главных сжимающих и главных растягивающих напряжений: главные сжимающие

5. Ладин, Р. А. Исследование работы коротких железобетонных балок на основе ППП АП ЖБК/ Р. А. Ладин...

Анализ теоретических и экспериментальных исследований...

Расчетное сопротивление контактного шва срезу рекомендуется определять как сумму сопротивлений

где Rτ — расчётное сопротивление бетона на срез; b — ширина балки; ha -высота сборной

Впоследствии большая работа по исследованию работы контактного шва...

Опыт модификации конструкции антенного сооружения

При приложении расчетной нагрузки оказалось, что в ряде балок напряжения превышают предел текучести, а значит, есть возможность пластических деформаций данных балок в эксплуатации. Кроме того, существует возможность разрушения менее пластичных сварных...

Решение некоторых классических пространственных задач теории...

В данной статье представлено решение в напряжениях некоторых осесимметричных задач для

Осевую составляющую перемещения находим при помощи следующих уравнений [3]

Решение системы уравнений (11) при отсутствии массовых сил и конечном числе членов ряда...

Продольно-поперечный изгиб стержней переменного...

К таким расчетным схемам можно, например, привести буксировочные водила для летательных аппаратов.

Автор: Чупеев Геннадий Васильевич. Рубрика: Технические науки.

Чупеев, Г. В. Продольно-поперечный изгиб стержней переменного поперечного сечения / Г. В. Чупеев.

Похожие статьи

Сравнительный анализ методов расчета длины анкеровки арматуры

Rs — расчетное сопротивление арматуры растяжению для предельных состояний первой группы

здесь Rbt — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению

Для ненапрягаемой арматуры при анкеровке стержней периодического профиля с прямыми...

Численные исследования сталефиброжелезобетонных элементов...

Rs — расчетное сопротивление арматуры растяжению для предельных состояний первой.

За расчетную поперечную силу принята. Расчет прочности нормального сечения при.

В статье анализируются задача на устойчивость железобетонного изгибаемого элемента под...

Оценка эффективности дисперсного армирования бетона...

Рис. 1. Осевое растяжение сплошного образца и образцов с дефектами.

Очевидно, что напряжение не может распределяться по поперечному сечению дефектного образца

Проведены исследования по определению прочности дисперсно-армированного фиброй...

Анализ факторов влияния на расчет железобетонных балок...

 Ключевые слова: железобетонная балка, поперечная сила, факторы. Построение общей расчетной модели, адекватно описывающей сопротивление конструкции действию среза в комбинации с изгибом и продольными усилиями, является одной из сложных задач теории...

Анализ нагрузок, действующих на элементы конструкции ГТД

В зависимости от уровня максимальной скорости полета ЛА воздухозаборники разделяются на

В качестве основной нагрузки на элементы ВУ будем рассматривать осевое усилие от газового потока.

Рис. 6. Схема действующих газовых сил на лопатку НА осевого компрессора.

Исследование работы железобетонных балок с пролетом среза...

Расчетная схема балок представляет собой множество конечных элементов в виде

Нагружение сосредоточенной силой, действующей на балку, моделировалось

Распределение главных сжимающих и главных растягивающих напряжений: главные сжимающие

5. Ладин, Р. А. Исследование работы коротких железобетонных балок на основе ППП АП ЖБК/ Р. А. Ладин...

Анализ теоретических и экспериментальных исследований...

Расчетное сопротивление контактного шва срезу рекомендуется определять как сумму сопротивлений

где Rτ — расчётное сопротивление бетона на срез; b — ширина балки; ha -высота сборной

Впоследствии большая работа по исследованию работы контактного шва...

Опыт модификации конструкции антенного сооружения

При приложении расчетной нагрузки оказалось, что в ряде балок напряжения превышают предел текучести, а значит, есть возможность пластических деформаций данных балок в эксплуатации. Кроме того, существует возможность разрушения менее пластичных сварных...

Решение некоторых классических пространственных задач теории...

В данной статье представлено решение в напряжениях некоторых осесимметричных задач для

Осевую составляющую перемещения находим при помощи следующих уравнений [3]

Решение системы уравнений (11) при отсутствии массовых сил и конечном числе членов ряда...

Продольно-поперечный изгиб стержней переменного...

К таким расчетным схемам можно, например, привести буксировочные водила для летательных аппаратов.

Автор: Чупеев Геннадий Васильевич. Рубрика: Технические науки.

Чупеев, Г. В. Продольно-поперечный изгиб стержней переменного поперечного сечения / Г. В. Чупеев.

Задать вопрос