Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Строительная механика

Диссертационная работа:

Смирнов, Дмитрий Александрович. Упругость и ползучесть сталефибробетона : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.17 / Смирнов Дмитрий Александрович; [Место защиты: С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т].- Санкт-Петербург, 2011.- 106 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/988

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы диссертации

Сталефибробетоном называют композиционный материал, состоящий из бетонной матрицы (чаще всего мелкозернистой) с равномерным распределением по ее объему хаотично расположенных дискретных стальных волокон (фибр).

Сталефибробетон обладает набором специфических свойств, существенно превосходящих свойства обычного бетона, и в мировой практике занимает значительную долю (12-15%) в общем объеме используемого бетона.

Как показали исследования за последние три десятилетия, дисперсное армирование улучшает механические характеристики бетонов: повышается прочность при осевом растяжении (до 60-80%), прочность на растяжение при изгибе (до 250%), увеличивается модуль упругости, снижаются деформации усадки и ползучести. Кроме того, повышается трещиностойкость, ударная прочность, износостойкость, морозостойкость и др. Применение сталефибробетона позволяет использовать более эффективные конструктивные решения, чем при обычном армировании, создает условия для снижения материалоемкости и трудоемкости строительства.

Эти качества сталефибробетона способствуют широкому внедрению его в практику строительства монолитных и сборных покрытий дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов, постоянной и временной обделки сводов тоннелей, элементов мостовых конструкций, фундаментов под оборудование ударного и динамического действия, конструкций сборного железобетона (сваи, лотки, трубы и др.).

В связи с этим остается актуальным вопрос о прогнозировании механических характеристик фибробетона в зависимости от характеристик его составляющих. Это позволяет решать задачи оптимального проектирования конструкций из фибробетона, уменьшает объем экспериментальных работ.

Степень изученности проблемы

В настоящее время как теоретически, так и экспериментально достаточно полно изучены прочностные характеристики фибробетона. Исследована зависимость прочности от таких параметров как процент армирования, длина, диаметр и форма волокон, учитывается влияние ориентации волокон, прочности и состава бетона. Изучением этих вопросов занимались отечественные ученые Вылегжанин В. П., Гетун Г. В., Косарев В. М., Курбатов Л. Г., Лобанов И. А., Лысенко Е. Ф., Рабинович Ф. Н., Романов В. П., Янкелович Ф. Ц. и др., а также ряд зарубежных исследователей: Mangat P. S., Rangan B. V., Romualdi J. P., Shah S. P., Swamy R. N. и др. На базе проделанных работ созданы нормативные документы для расчета сталефибробетонных конструкций.

Упругие и реологические характеристики фибробетона изучались в ряде работ экспериментального и теоретического плана. Среди таких работ следует отметить работы Аболиньша Д. С., Арончика В. Б., Браунса Я. А., Завицкиса Я. А., Кравинскиса В. К., Ольховой Л. И., Прасолова Е.Я., Сакварелидзе А. В., Сопильняка А. В., Эйзеншмита P. O., Azari M. M., Hannant D. I., Mangat P. S. и др.

Поскольку фибробетон является разновидностью композиционных материалов, то следует указать, что упругие характеристики таких материалов изучались в рамках механики композитов. Широкое распространение получили работы Дзако М., Келли А., Кристенсена Р., Сендецки Дж., Фудзии Т., Шепери Р. А. и др.

В механике композитов часто указывают только верхнюю и нижнюю границы упругих характеристик, действительные значения которых заключены между этими границами. Хорошо известны границы Фойгта-Рейсса, а также более точная вилка Хашина-Штрикмана. Однако, верхняя граница по Рейссу («правило смесей»), рекомендованная СП 52-104-2006 «Сталефибробетонные конструкции» для определения модуля упругости фибробетона, дает слишком завышенные значения упругих характеристик.

Представленные в обзоре теоретические работы дают большой разброс определяемых величин. В большинстве работ при выводе выражений для упругих характеристик рассматривается конкретное напряженное состояние (чаще всего линейное растяжение). Коэффициент Пуассона фибробетона изначально предлагается принимать равным коэффициенту Пуассона матрицы (Арончик В. Б.) или определять по «правилу смесей» (Янкелович Ф. Ц.). Лишь некоторые авторы (Кравинскис В. К.) получают выражение для коэффициента Пуассона. Кроме того, большинство авторов при построении своих теорий прибегают к использованию вспомогательных параметров (например, коэффициент пропорциональности деформаций арматуры в теории Кравинскиса В. К. или относительная величина условно выделенной оболочки связующего вокруг волокна у Арончика В. Б.).

Что касается экспериментальных данных, относящихся к модулю упругости фибробетона, то следует отметить их немногочисленность и противоречивость. В некоторых работах указывается, что дисперсное армирование волокнами, ориентированными хаотично, мало влияет на упругие свойства бетонов (Павленко В. И., Арончик В. Б.) – наблюдаемый прирост упругих модулей составляет около 3% на каждый процент армирования. Лысенко Е. Ф., Гетун Г. В., Кравинскис В. К. утверждают, что модуль упругости бетона за счет фибрового армирования увеличивается до 10%. С другой стороны, Арончик В. Б. приводит опытные данные, согласно которым увеличение модуля упругости составляет 40-60%.

Экспериментальные данные о влиянии фибрового армирования на коэффициент Пуассона бетона обнаружены не были.

Деформативность фибробетона при длительном действии нагрузок в настоящее время в теоретическом плане изучена явно недостаточно. Имеющиеся предложения сводятся к использованию принципа упруго-вязкоупругой аналогии (Кристенсен Р., Шепери Р.) с применением интегрального преобразования Лапласа и относятся к нестареющим материалам.

Подавляющее большинство работ посвящено экспериментальному исследованию реологических свойств и установлению характеристик ползучести сталефибробетона на основании этих исследований (Сопильняк А. В., Эйзеншмит P. O., Ольховая Л. И., Сунак О. П.). Общепринятым является мнение, что фибровое армирование уменьшает деформации ползучести бетона, однако в количественном отношении опытные данные довольно неоднозначны. Swamy R. N. сообщает о том, что при растяжении деформации ползучести сталефибробетона могут быть в несколько раз меньше, чем деформации ползучести мелкозернистого бетона. Сакварелидзе А. В. на основании проведенных им опытов делает вывод, что по сравнению с обычным бетоном удельная ползучесть фибробетона меньше в 1.65 раза. По данным Павленко В. И., Гусева В. Г. ползучесть фибробетона до 2 раз меньше ползучести бетона. Лысенко Е. Ф., Гетун Г. В., Сопильняк А. В. отмечают, что возрастание деформаций ползучести сталефибробетона подобно увеличению аналогичных деформаций мелкозернистого бетона, но по абсолютной величине при сжатии первые на 15-22%, а при растяжении – до 37% меньше вторых.

Проведенный анализ литературных источников, указанные противоречия теоретических работ и экспериментальных данных предопределили задачи и цели наших исследований.

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы являлось теоретическое исследование деформативности фибробетона и получение зависимостей для упругих и реологических характеристик фибробетона, пригодных для практических расчетов.

Научная новизна работы

В ходе исследований получены следующие новые научные результаты:

предложен простой способ определения начальных значений упругих характеристик фибробетона (модуля упругости и коэффициента Пуассона); при этом рассматривается произвольное напряженное состояние (а не только растяжение-сжатие, как обычно) и не привлекаются никакие дополнительные параметры, кроме упругих характеристик бетона и фибр;

показано, что при дальнейшем деформировании модуль упругости (модуль деформации) зависит от вида и уровня напряженно-деформированного состояния, и получены зависимости модуля упругости от величины приложенного напряжения;

получены выражения для мер продольной и поперечной ползучести фибробетона (при этом могут использоваться любые меры ползучести бетона); показано, что длительный коэффициент Пуассона фибробетона является постоянной величиной, равной коэффициенту Пуассона бетона (что весьма важно, т. к. открывает возможность применения теорем Маслова – Арутюняна);

с использованием полученных результатов решены некоторые прикладные задачи.

Теоретическая и практическая значимость работы

Полученные в диссертации результаты можно использовать при проектировании конструкций из фибробетона, а также как основу для дальнейших исследований.

Апробация результатов исследования

Основные результаты диссертации были представлены в докладах:

62-ой международной научно-технической конференции молодых ученых и студентов, СПбГАСУ, 2009 г.;

67-ой научной конференции СПбГАСУ, 2010 г.;

68-ой научной конференции СПбГАСУ, 2011 г.;

64-ой международной научно-технической конференции молодых ученых и студентов, СПбГАСУ, 2011 г.;

XXIV международной конференции «Математическое моделирование в механике деформируемых тел и конструкций. Методы граничных и конечных элементов», Санкт-Петербург, 2011 г.

Публикации по теме диссертации

Результаты исследования опубликованы в 5 статьях, 3 из которых – в рецензируемых изданиях, включенных в список ВАК РФ.

Структура диссертации

Диссертация изложена на 105 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, перечня использованной литературы и двух приложений.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net