АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ОЦЕНКА ПОВЕРХНОСТНОЙ ПОРИСТОСТИ БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Currently in the territory of the Republic of Belarus the normative document is used in order to evaluate the surface of concrete and reinforced concrete products and constructions [1]. According to this normative document concrete surfaces of the constructions are divided into 7 categories from A1 to A7. The author suggests that the methods for evaluation of the surface quality, specified in [1], are not sufficient. Wherefore, the article reflects the works performed on development of the installation, methods and program to determine the surface porosity of concrete products. It describes the method to determine a particular and integral surface porosity through receipt and processing of the digital image with the developed program. It allows to automate the evaluation process of the surface and significantly speed up it (especially, in case of a great number of pores on the studied surface). The installation for receipt of the sample contrast images was developed, the modes for images photographic recording were selected. This installation for photographic recording used CANON EOS 1100D camera, on a special stand, used to maintain a constancy of focal length and distance to the registered object. VBA based program was developed, it allows to determine the pores size and their distribution, calculate their number and evaluate the form, and also allows to determine particular porosity for concrete diameters and integral porosity. The obtained value of the integral porosity can be used for a clarified calculation of the relative and absolute adhesion value when developing compositions of the release agents. Based on the obtained calculation results it is possible to plot a graph of the pores distribution that formalise and simplifies the aim of the surface quality evaluation. В настоящее время на территории Республики Беларусь при оценке поверхности бетонных и железобетонных изделий и конструкций пользуются нормативным документом [1]. Согласно данному нормативному документу бетонные поверхности конструкций разделены на 7 категорий от А1 до А7. Автором высказано мнение о недостаточности методов оценки качества поверхности, изложенных в [1], в связи с чем в статье отражены выполненные работы по разработке установки, методики и программы для определения поверхностной пористости бетонных изделий. Приведена методика определения частной и интегральной поверхностной пористости посредством получения и обработки цифрового изображения разработанной программой. Она позволяет автоматизировать процесс оценки поверхности и значительно ускорить процесс оценки (особенно в случае большого количества пор на исследуемой поверхности). Разработана установка для получения контрастных изображений образцов, подобраны режимы фоторегистрации изображений. В данной установке для фоторегистрации использовался фотоаппарат CANON EOS 1100D, на специальной стойке, служащей для обеспечения постоянства фокусного расстояния и расстояния до регистрируемого объекта. Разработана программа на основе VBA, позволяющая вычислять: размеры пор, их распределение, подсчитать их количество и оценить форму, также позволяет вычислить частную пористость для конкретных диаметров и интегральную пористость. Полученное значение интегральной пористости может быть использовано для уточненного вычисления величины относительной и абсолютной адгезии при разработке составов разделительных смазок. На основе получаемых результатов вычислений возможно построение графиков распределения пор, что формализует и упрощает задачу оценки качества поверхности.

RAPID ASSESSMENT OF POZZOLANIC ACTIVITY IN DETERMINING THE EFFECTIVENESS OF EXPANSIVE SULFO-ALUMINATE TYPE ADDITIVES ABSTRACT

Применение расширяющихся добавок на основе сульфоалюминатных композиций для модификации цементных систем позволяет не только компенсировать усадку, но в ряде случаев получить расширение и самонапряжение. На сегодняшний день рынок изобилует расширяющимися добавками на основе сульфоалюминатных композиций, представляющими собой как искусственно синтезированные материалы, так и механические смеси на основе метакаолина, глиноземистого цемента и гипса (цемент типа «М»). Выбор того либо иного вида добавки, а также ее дозировка назначаются в зависимости от проектных требований к бетону: компенсация усадки, достижение требуемых величин линейного расширения и самонапряжения и т. п. Каждый индивидуальный случай применения такого рода добавок в бетоне требует дополнительных исследований в бетоне по действующим ТНПа, которые занимают от 14 до 28 сут. В ряде случаев такой период испытаний является слишком длительным, и требуются ускоренные методы определения эффективности. В данной статье представлены исследования возможности применения в качестве одного из критериев эффективности расширяющейся добавки пуццолановой активности. Обоснована возможность определения пуццолановой активности по ускоренной методике Чапеля, что позволит в короткий период времени (1-2 сут) определиться с выбором той либо иной расширяющейся добавки. В качестве исследуемых добавок рассмотрены расширяющиеся комплексы на основе механических смесей глиноземистого цемента и гипса, метакаолина и гипса, также с добавлением извести. Предложен диапазон необходимых для получения цементов с компенсированной усадкой или самонапряжением 1 МПа значений пуццолановой активности. The use of expansive additives based on sulpho-alumina compositions to modify cement systems not only compensates for shrinkage, but in some cases allows for expansion and self-stressing. Today the market is replete with expansive additives based on sulfoaluminate compositions, which are both artificially synthesized materials and mechanical mixtures based on metakaolin, high alumina cement and gypsum (type “M” cement). The choice of a particular type of additive, as well as its dosage, is determined depending on the design requirements for concrete: shrinkage compensation, achieving the required values of linear expansion and self-stress, etc. Each individual case of this type of concrete admixture requires additional research in concrete under the existing norms, which take 14 to 28 days. In some cases, such a test period is too long and requires accelerated methods to determine efficiency. This article presents research into the possibility of using the pozzolana activity of expansive additive as one of the performance criteria. It has been substantiated that pozzolanic activity can be determined using the accelerated Chapelle test, which will allow a short period of time (1-2 days) to determine the choice of a particular expansive additive. Expansive complexes based on mechanical mixtures of alumina cement and gypsum, metakaolin and gypsum, also with the addition of lime, have been considered as additions under study. The range of pozzolanic activity values required to produce cements with compensated shrinkage or self-stress of 1 MPa is proposed.

РАСЧЕТ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ ОСНОВАНИЯ ВЕРТИКАЛЬНО НАГРУЖЕННОЙ ОДИНОЧНОЙ СВАИ ВДАВЛИВАЮЩЕЙ (ВЫДЕРГИВАЮЩЕЙ) СИЛОЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ ГРУНТОВ

The article discusses modern practical approaches to the calculation of pile bases, gives the actual picture of their deformation and loss of stability under the influence of vertical pressing/ pulling loads. It is stated that the currently used methods for assessing the load-bearing capacity and stability of the pile base (theoretical, engineering-practical, numerical), based on simplified idealized models, the theory of solid body elasticity, do not correspond to the actual state, properties and behaviour of dispersed soils under load. This greatly reduces the reliability of the results obtained for them (the difference between the calculated and experimental data reaches 100 %), and therefore they need to be clarified. Therefore, the aim of this work is to improve the accuracy and reliability of calculation methods by taking into account the actual operation of piles in the ground and its properties. Analysis of experimental data showed that the loss of stability of the pile base at the stage of exhaustion of its load-bearing capacity well corresponds to the assumptions and principles adopted in the theory of ultimate soil equilibrium. In this regard, the article offers a theoretical solution that develops the provisions of the theory of the ultimate stress state of soils in relation to the assessment of the bearing capacity and stability of the Foundation of piles. The solution is obtained for the condition of a flat problem when loading a multi-layer base of a pile with a vertical pressing force. In the design scheme, the following basic assumptions are made: - the loss of stability of the pile base occurs as a result of shifts on the sliding surface of an undisturbed volume of soil in the form of a truncated cone, including the pile, relative to stationary soil; - sliding surfaces have constant faces close to rectilinear, which are rigidly oriented in space by angles of inclination to the vertical-βi, along the length of the trunk, and αi-to the horizontal, at the level of the end of the pile; - the maximum normative load on the pile is determined under the condition of the maximum ordinate of the development of the limit equilibrium region zmax = 0.25d, which corresponds to the critical draft sкр ≤ ξ su.. The proposed theoretical solution can be used to develop methods for assessing the load-bearing capacity and stability of both finished and Packed piles of various types, for which partial coefficients of the working condition are established, depending on their parameters, soil properties and manufacturing method. В статье рассматриваются современные практические подходы к расчету оснований свай, даны фактическая картина их деформирования и потери устойчивости при воздействии вертикальной вдавливающей/выдергивающей нагрузки. Констатируется, что используемые в настоящее время методы оценки несущей способности и устойчивости основания свай (теоретические, инженерно-практические, численные), построенные на упрощенных идеализированных моделях, теории упругости твердого тела, не соответствуют фактическому состоянию, свойствам и поведению дисперсных грунтов под нагрузкой. Это сильно снижает достоверность полученных по ним результатов (разница между рассчитанными и опытными данными достигает 100 %), в связи с чем они требуют уточнения. Поэтому целью работы является повышение точности и надежности расчетных методов посредством учета фактической работы свай в грунте и его свойств. Анализ опытных данных показал, что потеря устойчивости основания свай на стадии исчерпания его несущей способности хорошо соответствует допущениям и принципам, принятым в теории предельного равновесия грунтов. В связи с этим в статье предложено теоретическое решение, развивающее положения теории предельного напряженного состояния грунтов применительно к оценке несущей способности и устойчивости основания свай. Решение получено для условия плоской задачи при нагружении многослойного основания сваи вертикальной вдавливающей силой. В расчетной схеме приняты следующие основные допущения: - потеря устойчивости основания сваи происходит в результате сдвигов по поверхности скольжения ненарушенного объема грунта в форме усеченного конуса, включающего сваю, относительно неподвижного грунта; - поверхности скольжения имеют постоянные близкие к прямолинейным грани, жестко ориентированные в пространстве углами наклона к вертикали – βi, по длине ствола, и αi – к горизонтали, в уровне конца сваи; - предельная нормативная нагрузка на сваю определяется при максимальной ординате развития области предельного равновесия zmax = 0,25d, что соответствует критической осадке sкр ≤ ξ su. Предложенное теоретическое решение может быть применено для разработки методов оценки несущей способности и устойчивости как готовых, так и набивных свай различных типов, для которых установлены частные коэффициенты условия работы, зависящие от их параметров свойств грунтов и способа изготовления.

РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТНЫХ СЕТЧАТЫХ ПЛИТ НА УПРУГОМ СЛОЕ

In this work, the authors have developed the procedure for calculation of mesh slabs on an elastic base modeled by an elastic homogeneous isotropic layer affected by the external load. The history of development of calculations of structures on an elastic basis demonstrates that, due to the scientific and technical progress, methods for calculation of aforementioned structures were improved and refined. This can be traced on various models of the elastic foundation that were used to simulate real soils in their natural occurrence or in an artificial base when setting up fundamentally new problems of structural analysis. Variety of practical tasks results in ambiguous modelling of the elastic base. The authors refer to the works of Tarasevich A. N., Kozunova O. V. and Semenyuk S. D. that provide extensive systematic review of elastic base models for calculation of foundation beams, beam and foundation slabs, as well as for calculation of cross tapes for shallow foundations. The relevance and timeliness of the proposed work is due to the fact that the issues of calculation of mesh slabs and the system of cross tapes on an elastic base have not yet been fully studied. The authors are familiar with the works of M. I. Gorbunov-Posadov, I. A. Simvulidi, G. Ya. Popov, S. D. Semenyuk, S. N. Klepikov, where various approaches are used to conduct the researches in calculation of mesh slabs and spatial monolithic foundations as the system of cross tapes on an elastic base. The procedure proposed is based on the Ritz variational method and the mixed method of structural mechanics using the Zhemochkin influence functions. To calculate the coefficients of canonical equations and the absolute terms for the mixed method of structural mechanics by way of the Zhemochkin method, the ratios of deflections with the normal restrained in the center of the slab are used in the calculation. The numerical implementation of the new general-purpose approach is carried out, as an example, for the rectangular foundation slab with holes, symmetrically loaded by the uniformly distributed load, on the elastic uniform isotropic layer. Graphical results of calculations are given, describing the settlements of the foundation mesh slab and the distribution of contact stresses under the slab. В рассматриваемой работе авторами разработана методика расчета фундаментных сетчатых плит на упругом основании, моделируемом упругим однородным изотропным слоем, под действием внешней нагрузки. Из истории развития расчета конструкций на упругом основании видно, что методы их расчета совершенствовались и уточнялись по мере развития научно-технического прогресса. Это можно проследить на различных моделях упругого основания, которыми моделировались реальные грунты в естественном залегании или в искусственном основании при постановке принципиально новых задач расчета конструкций. Разнообразие практических задач приводит к неоднозначному моделированию упругого основания. Авторы ссылаются на работы А. Н. Тарасевича, О. В. Козуновой и С. Д. Семенюка, в которых приведен обширный систематизированный обзор моделей упругого основания для расчета фундаментных балок, балочных и фундаментных плит, а также для расчета перекрестных лент фундаментов мелкого заложения. Актуальность и своевременность предлагаемой работы в том, что вопросы расчета сетчатых плит и системы перекрестных лент на упругом основании до настоящего времени не исследованы в полной мере. Авторам известны работы М. И. Горбунова-Посадова, И. А. Симвулиди, Г. Я. Попова, С. Д. Семенюка, С. Н. Клепикова, в которых различными подходами проведены исследования по расчету сетчатых плит и пространственных монолитных фундаментов, как системы перекрестных лент на упругом основании. Предлагаемая методика основана на вариационном методе Ритца и смешанном методе строительной механики с использованием функций влияния Жемочкина. Для определения коэффициентов канонических уравнений и свободных членов смешанного метода строительной механики через способ Жемочкина в расчете используются соотношения прогибов с защемленной в центре плиты нормалью. Численная реализация нового универсального подхода выполнена на примере симметрично нагруженной равномерно-распределенной нагрузкой прямоугольной фундаментной плиты с отверстиями на упругом однородном изотропном слое. Приводятся графические результаты расчета для осадок фундаментной сетчатой плиты и распределения контактных напряжений под плитой.

STRESS-STRAIN BEHAVIOR OF HIGH-STRENGTH CONCRETE REINFORCED WITH POLYPROPYLENE FIBERS

Целью настоящего исследования является исследование влияния полипропиленовых волокон, вводимых в бетонную смесь, на прочностные характеристики и снижение эффекта взрывного откалывания в бетоне, при повышении температуры. Полипропиленовая фибраобразует в бетоне трехмерный армирующий каркас, который воспринимает растягивающие усилия. Ее применение повышает долговечность, снижает истираемость поверхности, повышает ударную вязкость, устраняет усадку, предупреждает образование трещин, повышает морозостойкость. Для приготовления бетонной смеси использовали следующие компоненты: цемент марки М-500, песок кварцевый, щебень, микрокремнезем, суперпластификатор, вода, полипропиленовая фибра. Водоцементное отношение в испытании составило от 0,23 до 0,32. С целью изучения влияния температуры на прочностные характеристики высокопрочного бетона приготовили 16 составов бетонной смеси. Образцы нагревали до температуры 800 °С при скорости нагрева около 20 °С в минуту. После достижения данной температуры образцы в течение 24 часов медленно остывали до комнатной температуры, после чего измерялось снижение их массы и остаточное сопротивление на сжатие. При нагревании образцов в интервале температур от 160 °С до 180 °С в бетоне с ППВ происходит образование каналов, по которым при дальнейшем нагревании выходит пар. Испытания показали, что в образцах с полипропиленовым волокном (ППВ) не наблюдается эффекта взрывного откалывания. Полипропиленовые волокна уменьшают потерю сопротивления, и устраняют хрупкое разрушение. В исследовании изучено влияние длины и количества ППВ на прочность бетона на сжатие. Использование полипропиленовых волокон повышает огнестойкость и хрупкость высокопрочного бетона, способствует его вязкому разрушению. Образцы бетона без ППВ после нагружения полностью разрушились, тогда, как образцы бетона с ППВ при аналогичной нагрузке сохранили свою геометрию. Введение волокна в высокопрочный бетон способствует повышению прочности на сжатие и термостойкости образцов. После расплавления волокон, образовались капилляры, через которые пар может выйти из массива бетона, предотвращая, таким образом, взрывное откалывание бетона. The purpose of this study is to study the effect of poly-propylene fibers introduced into the concrete mix on the strength characteristics and reduction of the effect of explosive chipping in concrete when the temperature increases. Polypropylene fiber forms a three-dimensional reinforcing frame in concrete that accepts tensile forces. Its use increases durability, reduces surface abrasion, increases impact strength, eliminates shrinkage, prevents the formation of cracks, and increases frost resistance. The following components were used to prepare the concrete mix: M-500 cement, quartz sand, crushed stone, microsilicon, superplasticizer, water, polypropylene fiber. The water-cement ratio in the test was from 0.23 to 0.32. In order to study the effect of temperature on the strength characteristics of high-strength concrete, 16 concrete mix compositions were prepared. The samples were heated to a temperature of 800 °C at a heating rate of about 20 °C per minute. After reaching this temperature, the samples were slowly cooled to room temperature for 24 hours, after which the decrease in their mass and residual compressive resistance were measured. When samples are heated in the temperature range from 160 °C to 180 °C in concrete with PPV, channels are formed through which steam escapes during further heating. Tests have shown that there is no explosive chipping effect in samples with polypropylene fiber (PPV). Polypropylene fibers reduce the loss of resistance, and eliminate brittle fracture. The study examined the effect of the length and amount of PPV on the compressive strength of concrete. The use of polypropylene fibers increases the fire resistance and brittleness of high-strength concrete, contributes to its viscous destruction. Samples of concrete without PPV after loading completely collapsed, while samples of concrete with PPV under a similar load retained their geometry. The introduction of fiber into high-strength concrete increases the compressive strength and heat resistance of samples. After melting the concrete, capillaries were formed through which steam can escape from the concrete mass, thus preventing explosive chipping of the concrete.

ABOUT THE POSSIBILITY OF APPLICATION OF GRIND BLAST FURNACE GRANULATED SLAG PJSC “SEVERSTAL” IN CEMENT SYSTEMS

В металлургическом производстве образуются технологические отходы (шлаки, шламы, пыль, окалина и другие), количество которых исчисляется в сотнях миллионов тонн. Одним из наиболее распространенных металлургических отходов является доменный гранулированный шлак, который при помоле приобретает гидравлические свойства и может использоваться как компонент вяжущего для цементных систем. Приведены результаты исследования свойств доменного шлака ПАО «Северсталь» (г. Череповец, РФ), а именно химический и фазовый состав предоставленных образцов шлака, а также индекс его активности по EN 15167 в зависимости от тонкости помола. На данном этапе исследований шлака не видится препятствий для использования шлака ПАО «Северсталь» в качестве компонента вяжущего в цементных системах. Показано, что с точки зрения прочности на сжатие и изгиб, а также расплыва стандартного конуса, который косвенно характеризует водоудерживающую способность вяжущего, предпочтительной является тонкость помола Sуд = 3 500…4 000 см2/г. Использование вяжущего, состоящего на 100 % из шлака, нецелесообразно без применения активатора. In the process of enrichment and smelting of metals, technological wastes (slags, sludge, dust, scale and others) are generated, the amount of which is calculated in hundreds of millions of tons. One of the local metallurgical waste is granulated blast-furnace slag, which, after grinding, acquires the hydraulic properties and can be used as a component of a binder. The results of studying the properties of blast-furnace slag of Severstal Iron and Steel Works (Cherepovets, Russia), namely the chemical and phase composition of the provided slag samples, as well as the index of its activity according to EN 15167, depending on the fineness of grinding are presented. At this stage of slag research, there are no obstacles to using slag from Severstal as a binder component in cement systems. It is shown that from the point of view of compressive and bending strength, as well as the spreading of a standard cone, which indirectly characterizes the water-holding capacity of the binder, the fineness of grinding 3500...4000 cm2/g is preferable. The use of a binder consisting of 100 % slag is not recommended without the use of an activator.

OPTIMIZATION OF THE COMPOSITION OF A COMPLEX POLYFUNCTIONAL ADDITIVE BY THE STRENGTH CRITERION OF CEMENT STONE AND CONCRETE

В материале статьи приведены результаты исследований влияния новой комплексной полифункциональной добавки, содержащей пластификатор, ультрадисперсный микрокремнезем (УДМК) и ускоряюще-уплотняющий компонент, на кинетику твердения (темп роста) и уровень прочности на сжатие тяжелого конструкционного бетона. С применением методов математической статистики оценено влияние на процесс твердения (рост прочности) цементного камня и цементного бетона, составляющих полифункциональную добавку компонентов (при разном их соотношении в комплексе в целом). На этом основании (включая результаты экспериментальной оценки прочности образцов цементного камня и бетона) разработаны и запатентованы составы полифункциональной добавки в бетон, характеризующиеся оптимальным диапазоном содержания в ее составе компонентов: суперпластификатора на основе поликарбоксилатных смол ‒ 0,25 %...0,5 % от массы цемента, ультрадисперсного микрокремнезема (SiO2) ‒ 0,25 %...1,0 % от МЦ, ускорителя твердения ‒ сульфата натрия (Na2SO4) ‒ 0,35 %...0,5 % от МЦ и уплотняющей структуру добавки ‒ сульфата алюминия (Al2(SO4)3) ‒ 0,15 %...0,25 % от МЦ, при меньших значениях для тяжелого конструкционного бетона класса ≤ С50/60 и бόльших значениях для высокопрочного, особо плотного бетона класса ≥ С70/85 (прочностью fcm.28 ≥ 100 МПа). В исследованиях прочностных характеристик и эксплуатационных свойств бетона применены стандартизованные методики испытаний. Результаты экспериментальных исследований подтверждены производственными испытаниями разработки, их данные заактированы и подтверждают возможность экономии цемента на 10 %…15 % без снижения прочностных и эксплуатационных свойств бетона, при снижении затрат тепловой энергии на обогрев изделий из бетона с добавкой в 1,5…2,0 раза (за счет сокращения времени подачи теплоносителя до 1,5…2,0 ч (с последующим твердением по методу термоса) и снижения температуры разогрева бетона до 45 °С…50 °С). The article presents the results of studies of the effect of a new complex multifunctional additive containing a plasticizer, ultradispersed microsilica (UDMS) and an accelerating-sealing component on the hardening kinetics (growth rate) and the level of compressive strength of heavy structural concrete. Using the methods of mathematical statistics, the influence on the hardening process (growth of strength) of cement stone and cement concrete of the components constituting a multifunctional additive (with their different ratios in the complex as a whole) was evaluated. On this basis (including the results of an experimental assessment of the strength of cement stone and concrete samples), compositions of a polyfunctional additive to concrete have been developed and patented, characterized by the optimal range of content in its composition of components: superplasticizer based on polycarboxylate resins – 0.25 %...0.5 % of the mass of cement, ultradispersed microsilica (SiO2) – 0.25 %...1.0 % of WC, hardening accelerator – sodium sulfate (Na2SO4) – 0.35 %...0.5 % from WC and the additives that seal the structure - aluminum sulfate (Al2(SO4)3) – 0.15 %...0.25 % of WC, at lower values for heavy structural concrete of class ≤ С50/60 and higher values for high-strength , especially dense concrete of class ≥ С70/85 (strength fcm.28 ≥ 100 MPa). In studies of the strength characteristics and operational properties of concrete, standardized test methods were used. The results of experimental studies are confirmed by production tests of the development, their data are recorded and confirm the possibility of saving cement by 10 %...15 % without reducing the strength and operational properties of concrete, while reducing the cost of heat energy for heating concrete products with an additive of 1.5...2.0 times (by reducing the time of supplying the coolant to 1.5...2.0 h (with subsequent hardening by the thermos method) and reducing the temperature of concrete heating to 45 °C...50 °C).

INFLUENCE OF THE INTENSITY OF DEVELOPMENT OF DESTRUCTIONS STRUCTURE OF CEMENTS UNIFORMLY COMPRESSED CONCRETES WITH INCREASING LOAD ON THEIR DEFORMATION AND DISRUPTION

В статье приведены особенности процесса интенсивности развития деструкций, псевдопластического деформирования и разрушения однородно и неоднородно сжатого тяжелого бетона прочностью в диапазоне fc,10 = 23,6; 40,8; 71,0 МПа [2…5 и др.] и отмечаемое отличие процесса интенсивности развития деструкций, деформирования и разрушения одноосно сжатого тяжелого, мелкозернистого и керамзитового бетона прочностью fc,10 = 50,2; 54,9 и 36,9 МПа при «мягком» и «жестком» режимах нагружения одноосно сжатых бетонных призматических колонн 5 типоразмера. Выполнен анализ литературных источников с исследованиями изменения упруго-пластических характеристик vc, Еcsek тяжелого, мелкозернистого и конструкционного керамзитового бетона с учетом влияния значимых факторов и их изменение с увеличением уровня нагрузки при описании зависимости σc-εcх. Установлено, что рекомендованные строительными нормами vcи, и Ес одноосно сжатого бетона количественно и качественно не отражают характер изменения упруго-пластических свойств тяжелого, керамзитового и мелкозернистого бетона (цементно-песчаной матрицы) центрально сжатого бетона с ростом уровня нагрузки. Предложены аналитические выражения зависимости σc-εcх, описывающие опытные значения диаграмм деформирования одноосно сжатого тяжелого, мелкозернистого (цементно-песчаной матрицы) и керамзитобетона серии В призменной прочностью fc,10 =50,2; 54,9 и 36,9 МПа исследованных бетонных образцов 5 группы типоразмеров с «мягким» и «жестким» режимами нагружения. Приведены исследования, свидетельствующие о том, что механизм деформирования и процесс развития деструкций (разуплотнения) структуры цементного камня, тяжелого, мелкозернистого и керамзитобетона с ростом уровня нагрузки отражаются на нелинейном характере изменения упруго-пластических свойств: vc -коэффициента упругости; секущего модуля упругости Еcsek = Еc ∙vc, которые отображают реологические свойства цементных бетонов в рекомендуемых выражениях (1…3). Предложены аналитические выражения зависимости изменения коэффициентов упругости (vc) и коэффициентов интенсивности развития деструкций (KD) одноосно сжатых бетонов с ростом уровня нагрузки при «мягком» и «жестком» режимах нагружения исследованных серий цементных бетонов с использованием: εсx; εсlx ; νсu ; νс, отражающих процесс изменения упруго-пластических свойств тяжелого, керамзитового, мелкозернистого бетона и цементного камня на восходящих и нисходящих участках полных диаграмм деформирования цементных композитов при центральном сжатии кратковременной статической нагрузкой. Исследованиями отмечено, что интенсивность развития деструкций в структуре однородно нагруженного тяжелого бетона существенно (в 1,17 раза) ниже, чем в одноосно сжатом мелкозернистом (цементно-песчаной матрице) и керамзитовом бетоне, и в 1,52 раза менее в цементном камне. Экспериментами установлено характерное расположение уровней параметрических точек Ѳcх; fоcrс; fνcrс тяжелого бетона с ростом уровня нагрузки исследованных видов бетонов, отражающих интенсивность развития деструкций структуры цементных бетонов. The article presents the features of the process of the intensity of the development of destruction, pseudoplastic deformation and fracture of uniformly and inhomogeneously compressed heavy concrete with strength in the range fc,10 = 23,6; 40,8; 71,0 MPa [2...5 and others] and the marked difference in the intensity of the development of destruction, deformation and fracture of uniaxially compressed heavy, fine-grained and expanded clay concrete with strength fc,10 = 50,2; 54,9 and 36,9 MPa under the “soft” and “hard” loading conditions of uniaxially compressed concrete prismatic columns of the 5th standard size. An analysis of literary sources was carried out with studies of changes in the elastic-plastic characteristics of vc, Еcsek heavy, fine-grained and structural expanded clay concrete taking into account the influence of significant factors and their change with increasing load when describing the dependence σc-εcх. It was found that the recommended by the Building Standards vcи , and Ес uniaxially compressed concrete quantitatively and qualitatively do not reflect the nature of the change in the elastic-plastic properties of heavy, expanded clay and fine-grained concrete (cement-sand matrix) of centrally compressed concrete with increasing load level. Proposed analytical expressions of the dependence σc-εcх, describing experimental values of deformation diagrams of uniaxially compressed heavy, fine-grained (cement-sand matrix) and expanded clay concrete of series B with prismatic strength fc,10 = 50,2; 54,9 and 36,9 MPa of the investigated concrete samples of the 5th group of standard sizes with “soft” and “hard” loading conditions. Studies are given that indicate that the mechanism of deformation and the process of development of destructions (decompression) of the structure of cement stone, heavy, fine-grained and expanded clay concrete with increasing load level affects the nonlinear nature of the change in the elastic-plastic properties: vc - coefficient of elasticity; secant modulus of elasticity Еcsek = Еc ∙ vc , which reflect the rheological properties of cement concrete in recommended expressions (1...3). Analytical expressions are proposed for the dependence of changes in the elastic coefficients (vc) and the coefficient of developmental rate of destruction (KD) of uniaxially compressed concrete with an increase in the load level under the “soft” and “hard” loading conditions of the investigated series of cement concrete using: εсx; εсlx ; νсu ; νс , reflecting the process of changing the elastic-plastic properties of heavy, expanded clay, fine-grained concrete and cement stone in the ascending and descending sections of the complete diagrams of deformation of cement composites under central compression with a short-term static load. Studies have noted that the intensity of the development of destruction in the structure of uniformly loaded heavy concrete is significantly (1,17 times) lower than in uniaxially compressed fine-grained (cement-sand matrix) and expanded clay concrete and 1,52 times less in cement stone. The experiments established a characteristic arrangement of the levels of parametric points Ѳcх; fоcrс; fνcrс of heavy concrete with an increase in the load level of the investigated types of concrete, reflecting the intensity of the development of destruction of the structure of cement concrete.

EXPERIMENTAL RESEARCH OF THE DISPLACEMENTS OF THE REINFORCED CONCRETE SLABS OF HIGHWAYS PAVEMENT AND ASSESSMENT of the ACCURACY OF THE CALCULATION METHOD

В статье приводятся результаты экспериментальных и численных исследований контактной задачи нелинейной теории упругости: физически нелинейная анизотропная неоднородная плита на линейно-упругом однородном основании. Для определения фактического распределения осадок под железобетонной плитой проводились натурные испытания плиты 2ПП30.18-30 серии 3.503.1-1. По результатам натурных испытаний были построены изополя перемещений плиты при различных вариантах загружения. Для решения контактной задачи применяется способ Жемочкина, для определения прогибов плиты с защемленной в начале координат нормалью – метод Ритца. Прогибы срединной поверхности плиты от единичной силы определялись в виде ряда по первым 5 частным решениям Клебша. Для определения приемлемости предлагаемой методики расчета железобетонных плит на линейно упругом основании проведена обработка теоретических численных исследований и экспериментальных данных при помощи математической статистики. Прогибы плиты являются основополагающими при вычислении величин изгибающих и крутящих моментов, а также поперечной силы. Поэтому статистическая обработка численных и экспериментальных результатов выполнялась по значениям прогибов при различных стадиях приложения нагрузки на плиту. При этом рассматривалось центральное нагружение плиты. Для точек в местах расположения прогибомеров определены отношения экспериментальных прогибов к прогибам, вычисленных теоретически. Способ Жемочкина в общем позволяет довольно точно описать распределение осадок и реактивных давлений под плитой. Однако значения осадок при численных исследованиях занижены в среднем в 1,5 раза по сравнению с натурными испытаниями. Анализ табличных данных показывает хорошую сходимость предлагаемой методики расчета с опытными данными при центральном загружении. Обеспеченность точности предлагаемой методики при отклонении в 30 % составила 83,3 %, при отклонении в 40 % составила 93,4 %. Отклонение объясняется нелинейным поведением грунта в реальности, в то время как при численных исследованиях используется линейная модель грунта. The article presents the results of experimental and numerical researches of the contact problem of nonlinear elasticity theory: a physically non-linear anisotropic inhomogeneous slab on a linear-elastic homogeneous base. Static load tests of the 2PP30.18-30 plate of the 3.503.1-1 series were performed to determine the actual distribution of displacements under the concrete slab. Based on the results of static load tests, the slab displacement fields were constructed for various loading options. The Zhemochkin method is used to solve the contact problem. The Ritz method is used to determine the displacements of a slab with a pinched normal at the origin. The displacements of the middle surface of the slab from the unit force were determined as a series based on the first 5 Clebsch partial solutions. Theoretical numerical researches and experimental data were processed using mathematical statistics to determine the acceptability of the proposed method for calculating reinforced concrete slabs on a linearly elastic base. Slab displacements are fundamental when calculating the values of bending and torques, as well as the transverse force. Therefore, statistical processing of numerical and experimental results was performed based on the values of displacements at various stages of load application on the slab. The central loading of the slab was considered. The relations of experimental displacements to theoretical displacements are determined for points in the locations of displacement meters. The Zhemochkin method allows quite accurately describe the distribution of displacements and the reactive pressure under the slab in general. However, the values of displacements in numerical researches are underestimated by an average of 1.5 times compared to static load tests. Analysis of tabular data shows a good convergence of the proposed calculation method with experimental data for Central loading. The accuracy of the proposed method was 83.3 % for a deviation of 30 %, and 93.4 % for a deviation of 40 %. The deviation is explained by the nonlinear behavior of the soil in reality, while the numerical studies use a linear model of the soil.

РЕШЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ КОНТАКТНОЙ ЗАДАЧИ ШАРНИРНЫХ УЗЛОВ ОПИРАНИЯ БАЛКИ НА УПРУГИЕ ЧЕТВЕРТЬПРОСТРАНСТВО И ОДНУ ВОСЬМУЮ ПРОСТРАНСТВА

The article discusses the solution of the spatial contact problem arising when calculating a reinforced concrete rafter beam pivotally supported by concrete walls. The walls are modeled by the elastic quarter-space on the left and by one-eighth of the elastic space on the right. This contact problem is solved using the numerical method - the Zhemochkin method. For this purpose, the contact area is divided into fragments. Rigid one-way ties are set in the center of each fragment to implement contact between the beam and the wall. It is assumed that the forces arising in these ties provide uniform distribution of reactive pressures in the appropriate fragment. Then, the system of linear algebraic equations for the mixed method of structural mechanics shall be prepared and solved. Different Green functions are assumed for the left and right wall. The problem under consideration is nonlinear, and it requires an iterative process to calculate the effective area of contact and the values of the related reactive pressures. The iterative process shall be finished when contact stresses at the boundary of separation of the structure from the walls are identically equal to zero, or when there are no stretched Zhemochkin ties. Isolines of contact stresses and vertical displacements of the contact areas of the walls are plotted for the flexibility index corresponding to the real ratio of rigidity of supported structures and the flexibility index corresponding to the support of the absolutely rigid beam. The function is found, describing the torque arising in the beam versus the distance from the edge of one eighth of the elastic space. A beam can be considered as supported on the left and right by the elastic quarter-space when the distance from the beam axis and the edge of one-eighth of the space exceeds the twofold beam width. В статье рассматривается решение пространственной контактной задачи, возникающей при расчете железобетонной стропильной балки, шарнирно опираемой на бетонные стены. Стены моделируются слева упругим четвертьпространством и справа -одной восьмой пространства. Данная контактная задача решается с использованием численного метода -метода Б. Н. Жемочкина. Для этого область контакта разбивается на участки. В центрах каждого участка устанавливаются жесткие односторонние связи, через которые осуществляется контакт балки со стеной. При этом предполагается, что усилия, возникающие в установленных связях, вызывают равномерное распределение реактивных давлений в соответствующем участке. Далее составляется и решается система линейных алгебраических уравнений смешанного метода строительной механики. Для левой и правой стен принимаются различные функции Грина. Рассматриваемая задача является нелинейной и требует итерационного процесса для определения фактической области контакта с величинами соответствующих реактивных давлений. Моментом окончания итерационного процесса служит тождественное равенство нулю контактных напряжений на границе отрыва конструкции от стен либо отсутствие растянутых связей Б. Н. Жемочкина. Построены изолинии контактных напряжений и вертикальных перемещений контактных областей стен при показателе гибкости, соответствующем реальному соотношению жесткостей опираемых конструкций, и показателе гибкости, соответствующем опиранию абсолютно жесткой балки. Установлена зависимость возникающего крутящего момента в балке от расстояния до края одной восьмой упругого пространства. Балку можно считать как опираемую слева и справа на упругое четвертьпространство, когда расстояние от оси балки и края одной восьмой пространства превышает двойную ширину балки.