Исследование деформаций ползучести высокопрочного сталефибробетона при разгрузке

Исследование деформаций ползучести высокопрочного сталефибробетона при разгрузке

А.В.Мишина

В МГСУ были проведены масштабные исследования высокопрочного сталефибробетона на основе высокопрочного бетона. Состав этого инновационного материала был разработан в НИИЖБ [5]. Сталефибробетонные образцы испытывались кратковременной нагрузкой, проводились также длительные нагружения различной продолжительности и интенсивности [2].

Данная статья посвящена испытаниям, заключавшимся в загружении образцов в разном возрасте (7, 14 и 28 суток) различными уровнями нагрузки, наблюдении в течение 7 суток и последующей разгрузке. Уровень загружения составлял 0,3 и 0,6 от разрушающей нагрузки, определенной по образцам-близнецам в день проведения испытания (рис. 1).

Перед загружением образцы зачищали, парафинировали и оборудовали измерительными приборами.

Загружение происходило ступенями с приложением 10% от предполагаемой нагрузки и с выдержками по 5 минут на каждой ступени, разгрузка происходила аналогичным образом.

Из общих деформаций выделялись упругие деформации в момент нагружения и пластические на выдержке. Кривые изменения средних относительных деформаций ползучести получали вычитанием из общих деформаций пластических и деформаций усадки.

При загружении в возрасте 7 суток пластические деформации составили 6% от общих деформаций как при низком, так и высоком уровне напряжений, в возрасте 14 и 28 - 2-3% при низком уровне напряжений и 6-7% при высоком. То есть в раннем возрасте при низком уровне напряжений ползучесть проявляется сильнее, затем ее проявление уменьшается, а при высоком уровне напряжений доля деформаций ползучести при загрузке не зависит от возраста. Следующий замер деформации был произведен спустя сутки после нагружения.

Рис. 1. Схема загружения и разгрузки образцов в различном возрасте.

Пластические деформации составили уже 20% от общих деформаций в возрасте 7 и 14 суток и 10% при загружении в возрасте 28 суток как для низкого, так и высокого уровня напряжений. Очевидно, что пластические деформации активнее проявляются в первые сутки после нагружения.

Во время разгрузки образцов при низком уровне напряжений пластические деформации составили 1-2% от общих деформаций разгрузки в возрасте 7, 14 и 28 суток, при высоком - соответственно 12, 4 и 8%. На следующий день после разгрузки доля пластических деформаций была в два раза меньше аналогичных деформаций при загрузке в возрасте 7, 14 и 28 суток для обоих уровней нагружения.

Что касается упругих деформаций, то при загрузке и разгрузке они были практически равны, разница составляла не более 5%. Численные значения упругих деформаций для уровня 0,3 | оказались в два раза меньше, чем для уровня

0,6 IV

После разгрузки деформации регистрировались в течение 7 суток. Полученные значения сравнивались с деформациями, накопленными к этому моменту загруженными и продолжающими находиться под нагрузкой образцами. Сравнение позволяет сделать вывод, что у образцов, загруженных в возрасте 7 и 14 суток, деформации последействия составили 50 % от деформаций ползучести, а в возрасте 28 суток - 60% при низком и высоком уровнях напряжения.

В соответствии с принципом наложения воздействий уравнение для деформаций ползучести можно записать следующим образом:

е(я,т,1) = (г1-С(я1,т1,1) +

Но2 - о) ) • С

где е (ц, т, г) - текущее значение деформаций ползучести; С (ц, т,, г) - мера ползучести при сжатии для времени нагружения т и уровня ц; С (ц2, т2, г) - то же самое для т2 и уровня ц2 = 0.

При полной разгрузке образцов а1 = -а2 = а выражение (1) принимает вид:

£

Поскольку при разгрузке деформации ползучести возвращаются в среднем на 50%, общее выражение для меры ползучести при разгрузке можно записать так:

Сар

Теоретическое описание полученных диаграмм разгрузки производилось с помощью двух методик, а именно:

- усовершенствованного метода В.М.Бондаренко и Н.И. Карпенко [1]:

С(»7,*,г) = С(»7,оо,г)-

С

Х + а^^-Х)^ 5 + 1 ^ '

где С (ц, т) - мера ползучести в момент времени V,

С (ц, оо, I) - предельная мера ползучести при t ^ ж;

С (ц, т, т) - дефицит меры ползучести; ~ т

( = — - относительное время нагружения; а, т, 5- эмпирические параметры, зависящие от времени и уровня нагружения;

- метода И.Е. Прокоповича и М.М. Заставы [3]:

С

где П(( ( ) = 0 ,5 + (0 • е ^ сА • ;

/(/¿о )=(-Z5•e~a•'0' )( ) -Вое~о'0'"'»), В, а, й, у- эмпирические параметры, подбираемые на основании экспериментальных данных.

Эмпирические коэффициенты для обоих методов были подобраны в [2].

Учет нелинейности деформаций ползучести можно выразить формулой:

С

где С(Ъ, т,) - мера линейной ползучести по формулам (4), (5); ( (ц, т) - функция нелинейности вида [2], адаптированная к исследуемому сталефибробетону [4].

120

1, суткгг

Рис. 2. Деформации ползучести при разгрузке для образцов, загруженных в 7 суток

О -1-1--1--------1-—и

О 1 2 3 4 5 б 1 а Я 10 11 12 }3 14

(.СУТЫ]

Рис. 3. Деформации ползучести при разгрузке для образцов, загруженных в 14 суток

112

3 2013

Результаты теоретического описания диаграмм разгрузки сталефибробетонных образцов представлены на рисунках 2-4.

Проведенные исследования, сравнение экспериментальных и теоретических диаграмм разгрузки показывают, что кривые изменения ползучести загрузки и разгрузки образцов из сталефибробетона аналогичны классическим кривым ползучести для обычного бетона [2]. Таким образом, при низком уровне напряжений все методики позволяют довольно точно описать экспериментальные кривые, а при высоком это получается менее точно.

Литература

1. Бондаренко В.М., Карпенко Н.И. Уровень напряженного состояния как фактор структурных изменений и реологического силового сопротивления бетона // Academia. 2007. № 4.

2. Карпенко Н.И., Травуш В.И., Каприелов С.С., Безгодов И.М., Андрианов А.А., Мишина А.В. Исследование физико-механических и реологических свойств высокопрочного сталефибробетона // Academia. 2012. №1. С. 106-113.

3. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996.

4. Карпенко Н.И., Травуш В.И., Андрианов А.А., Мишина А.В. Исследование ползучести высокопрочного сталефибробетона / /Вестник Одесской государственной академии строительства и архитектуры. Вып. 49. Ч. 1. Одесса, 2013. С. 161-166.

5. Мишина А.В., Чилин И.А., Андрианов А.А. Физико-технические свойства сверхвысокопрочного сталефибробетона // Вестник МГСУ. 2011. №3. Т. 2. С. 159-165.

Literatura

1. Bondarenko V.M., Karpenko N.I. Uroven naprjazhennogo sostojanija kak faktor strukturnyh izmenenij i reologicheskogo silovogo soprotivlenija betona // Academia. 2007. № 4.

2. Karpenko N.I., Travush V.I., Kaprielov S.S., BezgodovI.M., AndrianovA.A., MishinaA.V. Issledovanie fiziko-mehanicheskih i reologicheskih svojstv vysokoprochnogo stalefibrobetona // Academia. 2012. №1. S. 106-113.

3. Karpenko N.I. Obshchie modeli mehaniki zhelezobetona. M.: Strojizdat, 1996.

4. Karpenko N.I., Travush V.I., Andrianov A.A., Mishina A.V. Issledovanie polzuchesti vysokoprochnogo stalefibrobetona // Vestnik Odesskoj gosudarstvennoj akademii stroitelstva i arhitektury. Vyp. 49. Ch. 1. Odessa, 2013. S. 161-166.

5. MishinaA.V.,ChilinI.A.,AndrianovA.A. Fiziko-tehnicheskie svojstva sverhvysokoprochnogo stalefibrobetona // Vestnik MGSU. 2011. №3. T. 2. S. 159-165.

The Research of High-Strength Steel Fiber Reinforced

Concrete Creep under Unloading. By A.V.Mishina

Experimental study of high strength steel fiber reinforced concrete creep was carried out. Research included specimens loading at different age (7, 14, 28 days) and with various load levels, monitoring for 7 days and subsequent unloading. As the result diagrams of loading and unloading were constructed and theoretical processing was accomplished.

Ключевые слова: высокопрочный сталефибробетон, напряжения, деформации, ползучесть.

Key words: high performance steel fiber reinforced concrete, stress, strain, creep.

Рис. 4. Деформации ползучести при разгрузке для образцов, загруженных в 28 суток