Объем жб кольца 1000 мм


Расчет бетонного кольца - онлайн калькулятор

Инструкция к калькулятору по расчету бетонных колец

Размеры укажите в миллиметрах:

H – высота бетонного кольца, выбирается исходя из его назначения (для обустройства канализационного септика, водопроводных и газопроводных сетей) и варьируется в широких пределах от 70 до 1000 мм и больше. Размерные характеристики регламентируются ГОСТ 8020-90 (ДСТУ Б В.2.6-106:2010).

D – диаметр кольца (внешний) следует выбирать, учитывая варианты применения, руководствуясь, ГОСТ 8020-90 (700-2000 мм). Для канализационных коллекторов предпочтительнее диаметр больше, в таком случае ниже находится уровень влаги и лучше дренаж сточных вод. Для колец водоносного колодца стоит выбирать небольшой диаметр, поскольку в этом случае потребуется меньший объём земляных работ. В то же время слишком малый размер затруднит обслуживание и чистку колодца.

A – толщина кольца варьируется в пределах 70-140 мм. С увеличением толщины стенок повышается расход бетона и масса изделия. Использование армирующей сетки позволяет уменьшить толщину до 60-80 мм, несколько снизить массу, количество используемого бетона для кольца и не ухудшить прочность. Снижение веса кольца дает возможность не использовать грузоподъемную технику для перемещения и монтажа.

Черно-белый чертеж:

Отметив пункт «Черно-белый чертеж» Вы получите приближенный к требованиям ГОСТ чертеж и сможете его распечатать, не расходуя зря цветную краску или тонер.

Нажмите «Рассчитать».

Результаты расчета:

Объем бетона – позволяет выяснить нужное количество раствора для отливки кольца заданных размеров и закупить компоненты для его приготовления: цемент (М-400), кварцевый песок и гранитный щебень (размер фракции – 1/4 толщины стенки изделия).

Внутренний диаметр определяет фактическую внутреннюю полость, позволяет оценить удобство проведения работ внутри кольца.

Расчет внутреннего объема бетонного кольца показывает вместительность кольца, такие данные пригодятся при вызове ассенизаторской машины необходимой емкости или приготовления реагентов для периодической обработки колодца, обеспечивающего водой.

Высота, ширина и площадь арматурной сетки – необходимые параметры для приобретения армирующего каркаса, регламентированного ГОСТ 23279-2012 или его самостоятельного изготовления. Зная высоту, подготавливают 10-12 стержней из стали 8-10 мм и равномерно располагают по окружности формы (между стенками опалубки) вертикально. Исходя из рассчитанного значения ширины, нарезают стальной проволоки диаметром 5-8 мм, и обвивают ею вертикальные стержни с шагом 160-200 мм. Арматуру фиксируют между собой сваркой или вязальной проволокой. Перед заливкой арматурную сетку обязательно необходимо очистить от ржавчины.

Объем бетонного кольца (жби, железобетонного)

Объем бетонного кольца – величина, которая нужна для вычисления оптимальных размеров изделия в процессе проектирования и монтажа той или иной системы, колодца. Бетонные кольца сегодня используются повсеместно, выступая основными элементами в монтаже колодцев разного типа (канализационные, водопроводные, смотровые, газопроводные и т.д.).

Кольца подбирают в соответствии с требованиями по массе, внутреннему диаметру, высоте. Все важные характеристики прописываются в маркировке изделия. Все бетонные изделия данного типа производят в соответствии с ГОСТом 8020-90, с применением высококачественного бетона, стальной арматуры. Благодаря этому бетонные кольца получаются прочными и надежными, стойкими к агрессивным средам и механическим нагрузкам, долговечными и не боящимися влаги.

Обустройство колодца и канализации может понадобиться в самых разных случаях, актуально как для многоэтажной застройки, так и для частного домостроения. К сооружениям предъявляются определенные требования по прочности, санитарно-гигиеническим нормам, объему и т.д. И обеспечивать все важные свойства колодцу может использование качественных и подходящих по размерам бетонных колец, крышек, опорных колец, днищ и всех конструкционных элементов.

Какие бывают кольца ЖБИ: виды и назначение

Железобетонные кольца – это конструкции круглой формы, без верха и дна (как правило), из которых собираются колодцы различных коммуникаций, септиков, систем, углубляемых в грунт. Это самый простой и экономически оправданный вариант. Бетонные кольца производят с металлическим армированием, поэтому они способны выдерживать немалые нагрузки и служить долго.

Основные виды колец ЖБИ:
  • С замковым соединением – наличие стыковочных выемок и специальных выступов на торцах обеспечивают плотное прилегание колец одно к другому. Целостность конструкции сохраняется даже при давлении грунта, поэтому можно обойтись без дополнительной герметизации.
  • Сквозные для канализации – их производят сплошными, с гладкими стенами и плоским торцом. Самые популярные кольца, соединяются металлическими скобами с заделкой зазоров цементным раствором.

  • Доборные кольца – нужны там, где нужно скорректировать высоту колодца (когда сделать это с использованием стандартных колец не получается). Высота может быть разной, как и масса таких элементов.
  • Фильтрационные – в изделиях есть равномерно распределенные отверстия (перфорация) по поверхности, что обуславливает их использование в обустройстве фильтрационных колодцев.
  • Дополнительные детали – плиты днища, крышки, цельные блоки с крышками и т.д.

По назначению бетонные кольца бывают канализационными и водозаборными, используемыми для монтажа подземных кабельных электрических сетей, газопроводными, а также используемыми в формате коллекторов. Изготавливаются кольца из бетона марок М200-М500 (выбор зависит от того, в каких условиях предполагается эксплуатация железобетонного кольца).

Технология производства

Изготавливают бетонные кольца из тяжелого бетона, который заливают в смонтированную опалубку. В форме предварительно выполняют армирование из стальной проволоки сечением 8-12 миллиметров. На противоположных концах изделия монтируют два вертикальных стержня, призванных выполнять функцию монтажных петель (для подъема краном). Размеры бетонных колец (как и масса) могут быть разными.

В опалубке весь объем бетона уплотняют вибрированием, чтобы убрать все пустоты и сделать бетон максимально плотным и прочным.

Через сутки опалубку демонтируют, потом готовые уже кольца складируют аккуратно на открытых площадках. Через 7 дней изделие набирает отпускную прочность (около 50% от заданной). Полный цикл прочности материал набирает через 28 суток.

Достоинства и недостатки

Железобетонные кольца используются в самых разных сферах, но практически всегда в грунте, когда нужно проложить под землей коммуникации, трубопроводы, инженерные системы и т.д. При выборе изделия обращают внимание на такие параметры, как объем кольца и его размеры, вес. Но до начала расчетов и монтажа желательно изучить основные плюсы и минусы элемента, его особенности.

Главные преимущества железобетонных колец:
  • Длительный срок эксплуатации – произведенные по ГОСТу в условиях завода кольца способны прослужить до 50 лет, сохранив целостность и прочность.
  • Разумная стоимость – что существенно удешевляет создание всего колодца.
  • Универсальность – в железобетонных кольцах обустраивают септики, питьевые колодцы, монтируют подземные коммуникации и т.д.
  • Быстрый монтаж за счет производства колец и доборных деталей, которые точно соответствуют друг другу и позволяют создать колодец любой конфигурации.
  • Высокий уровень механической прочности – кольца стойки к сдвигам грунта, давлению почвенных вод, имеют достаточный запас прочности, чтобы подходить для монтажа в любом типе грунта.

  • Простой уход – независимо от того, каковы диаметр и габариты бетонных колец, все они внутри выполнены с ровной поверхностью, легко и быстро чистятся при необходимости.
  • Экологичность – ввиду того, что бетонные кольца производят из полностью безопасных компонентов без вероятности выделения токсинов и вредных веществ, эксплуатация изделий даже для обустройства питьевых колодцев полностью безопасна.
  • Большой выбор элементов – объем колодца может быть любым за счет наличия в ассортименте колец множества размеров (диаметров, высоты).

Из недостатков бетонных колец стоит выделить такие, как большой вес и габариты (из-за чего смонтировать самостоятельно элементы может быть проблематично, обычно привлекают спецтехнику), гигроскопичность и необходимость выполнять гидроизоляцию.

Маркировка согласно ГОСТ (таблица)

На каждое бетонное кольцо (и остальные детали) наносят маркировку, представляющую собой набор букв и цифр, предоставляющих основную информацию об изделии.

Что включает маркировка бетонного кольца:

  • Буквы – для частного строительства обычно выбирают КС, ПП, ПД.
  • Цифры – говорят о габаритах элемента.
  • Дополнительные параметры – иногда производители указывают еще степень проницаемости бетона (нормальная Н, пониженная П, особо низкая О).
Условные обозначения типов колец по ГОСТу:
  • КЛК – для обустройства городских ливневых канализаций и водостока.
  • КВГ – для водопроводных колодцев и газопроводов.
  • КО – опорное кольцо, использующееся в качестве фундамента колодца.
  • КС – кольцо стеновое, которое устанавливается в качестве основного элемента колодца.
  • КФК – сети коллекторов, дренажные системы.

Числовые обозначения говорят о величине изделий, но лучше всего для поиска оптимального элемента обращаться к специальным таблицам, где все подробно указано.

Пример расшифровки маркировки изделия КС-7-9: стеновое кольцо высотой 900 миллиметров и с толщиной стенок 70 миллиметров.

Стандартные размеры железобетонных колец

Объем колодца зависит от размера колец, которые монтируются. Вариантов очень много, но есть определенные нормы ГОСТа, в соответствии с которыми производят элементы.

Размеры ЖБИ колец по стандарту:
  • Диаметр – показывает 1-я цифра маркировки (обычно указывают внутренний), варьируется в диапазоне 7-20 сантиметров. Диаметр должен быть одинаков для всех элементов колодца.
  • Высота – стандартная равна 90 сантиметрам, варьируется в диапазоне 10-100 сантиметров, указывается в самой маркировке (КС-10, к примеру, это кольцо с диаметром в 1 метр, КС-20 – 2 метра и т.д.). Если высота отличается от стандартной, то она идет в маркировке второй цифрой: КС 7-3 (диаметр 7 дециметров, высота 29 сантиметров).
  • Толщина стенок – может быть от 70 до 120 миллиметров.
  • Удельный вес – от 46 до 2900 килограммов (но вес может указываться в кг на м3).

Дополнительные элементы

Для выполнения расчетов и проекта необходимо учитывать все элементы, которые входят в конструкцию. Только из колец колодцы не строят, обычно для монтажа используют также различные доборные элементы, позволяющие реализовать любую конфигурацию системы.

Какие элементы применяются в монтаже конструкций колодцев:
  • Плиты днища – для создания надежного основания.
  • Доборные кольца – для получения нужного размера колодца, если не удается создать его из стандартных изделий.
  • Плиты перекрытия (они же крышки колодцев) – для накрывания сверху колодца и места под люк.

Также есть еще кольца с крышками, которые представляют собой объединение кольца и крышки в монолитную конструкцию в условиях завода.

Крышки для колодцев

Крышка представляет собой круглую плиту, которой накрывается кольцо, с наличием отверстия в центре или сбоку. В дренажных колодцах монтируют крышки с отверстием под люк в центре, для других целей – сбоку.

Производят крышки из тяжелого высокопрочного бетона класса минимум В15, водонепроницаемого и морозостойкого. Для осуществления монтажа, погрузки/разгрузки изделие оснащено петлями из арматуры.

Плиты днища

Это сборные железобетонные элементы для монтажа подземных инженерный сооружений и коммуникаций. Плиты становятся основанием для камеры, на них сверху монтируют кольца. Благодаря плитам днища получается обеспечить герметичность колодца и защитить его от разрушений, попадания влаги и обвалов грунта. Перед выбором плиты днища нужно знать, сколько весит бетонное кольцо, чтобы правильно рассчитать нагрузку.

Плиты днища – круглое изделие по диаметру колодца. Выполняется из бетона с показателями морозостойкости минимум F100, водонепроницаемости минимум W6, прочности В15 и выше.

Опорные кольца

Это специальные элементы, на которые опирается люк колодца. Изделия круглой формы по внешнему диаметру колодца, небольшой толщины с диаметром внутреннего отверстия минимум 70 сантиметров, чтобы при необходимости вовнутрь мог попасть человек. Вес бетонного кольца составляет около 50 килограммов. Бетон соответствует всем требованиям и стандартам.

Кольца с крышками

Такие изделия предполагают объединение двух элементов – кольца и крышки в условиях завода. На объект поставляется уже готовое изделие, заменяющее собой два других.

Таким образом удается избежать лишнего соединения и добиться большей герметичности, уменьшить объемы монтажных работ и ускорить сборку колодца.

Процесс монтажа

До того, как приступать к монтажу, желательно рассчитать вес бетонного кольца (1 метр колодца сколько равен или просто суммировать вес всех элементов, входящих в конструкцию). Как правило, кольца и другие детали монтируют с использованием спецтехники – вручную все это устанавливать достаточно трудно, но возможно.

Как осуществляется монтаж колец:
  • Выбор места – дренажные системы и водопроводные колодцы, канализационные конструкции не устанавливают рядом с жилыми домами, огородами. Есть определенный стандарт, которому нужно следовать. Чем дальше будет установлен колодец от всех объектов, тем лучше, но не ближе 5 метров к жилым домам и сооружениям. Кроме того, в выбранном месте нужно исследовать грунт на предмет залегания вод. Также заботятся о том, чтобы к месту свободно могла подъехать техника обслуживающих служб.
  • Рытье котлована – лучше с использованием техники. Яму копают на глубину высоты всех колец, на ее дно засыпают несколько слоев песка и щебня (общей толщиной минимум 50 сантиметров), трамбуют.
  • Монтаж дна может осуществляться двумя способами: либо с использованием колодца с глухим дном, либо с установкой плиты днища, а на нее уже сквозного кольца. Далее устанавливаются кольца одно на другое (желательно с привлечением крана), стыки тщательно замазываются раствором, закрепляются металлическими скобами.
  • Подводка коммуникаций, соединений, всех систем и т.д., после чего котлован засыпают, кольца накрывают верхней плитой, монтируют люк.

Какому производителю отдать предпочтение?

Современные производители предлагают кольца и другие элементы для колодцев в большом разнообразии. Как правило, вся продукция производится в соответствии с нормами, регламентируемыми ГОСТом и СНиП. Но цены на продукцию могут быть разными, как и ассортимент.

Выбор всегда остается за клиентом, который должен обращать внимание на качество самих элементов: внешний осмотр, наличие сертификатов, подтверждающих соблюдение требований производства, наличие оборудования и соответствие изделия указанным техническим характеристикам.

На сегодняшний день на территории России кольца и другие изделия выпускает около 250 компаний, ниже представлены проверенные и надежные.

Хорошо зарекомендовавшие себя на рынке производители бетонных колец:
  • «Завод промышленных строительных деталей» — работает на рынке больше 45 лет, крупный производитель ЖБК в Тюменской области. Есть своя аккредитованная строительная лаборатория, осуществляющая контроль за качеством продукции.
  • «МастерСтрой» — работает под Москвой в Вознесенске, несмотря на то, что специализируется на продаже валового/кулевого цемента, также изготавливает напорные трубы, ЖБ кольца.
  • «МонолитСтрой» — компания работает в Подмосковье, изготавливает и реализует ЖБИ с 2007 года. Ассортимент представлен составными и мостовыми сваями, плитами днища, ФБС, стеновыми кольцами, крышками колодцев и т.д.
  • «Торговая Компания Вира» — в Санкт-Петербурге расположена производственная линия предприятия. Компания изготавливает безнапорные трубы, железобетонные кольца. Продукция очень тщательно проверяется в процессе многоступенчатого контроля.
  • «ГазоБлоки» — компания из Воронежа, выпускает товарный бетон, облицовочный и силикатный кирпич, а также размерный ряд бетонных колец и доборных элементов.

На территории страны железобетонные кольца поставляет большое количество компаний. Вышеперечисленные гарантируют соответствие всем стандартам и заявленным свойствам, но в любом случае проверять все нужно очень тщательно при покупке, ориентируясь на расчеты и проект.

Железобетонные кольца — технические характеристики, размеры, объем

Обустройство канализации и колодца – это обязательное условие в частной и многоэтажной застройке. К таким сооружениям предъявляются определённые требования, поэтому они должны полностью соответствовать санитарно-гигиеническим нормам. Кроме того, устраивая колодец очистную систему для загородного дома, любой человек рассчитывает, что сооружение прослужит не один десяток лет, служа верой и правдой.

Поэтому оптимальным решением при выполнении таких работ будет установка бетонного кольца. Это изделие из прочного и долговечного материала, способное прослужить практически вечно, при условии, что кольцо правильно подобрано, монтаж выполнен с соблюдением всех требований. Поэтому имеет смысл рассмотреть особенности бетонных колец, разобраться в размерном ряде и способах установки.

Блок: 1/9 | Кол-во символов: 873
Источник: http://bydom.ru/news/read/betonnye-kolca-dlya-kolodcev—osobennosti—razmery—harakteristiki.html

Объем кольца ЖБИ с рекомендациями к применению

Базовые характеристики

  • Высота: 90 см;
  • Наружный диаметр: 118 см;
  • Внутренний диаметр: 100;
  • Толщина стенки: 9 см;
  • Объем: 0,706858 м3. (0,7 м3)

 

Не очень популярный товар, однако зря.Постараемся объяснить почему.Естественно спрос на данное кольцо не превышает планку среднего, в таблице размеров оно на последнем месте если не брать в расчет укороченные варианты.Основная масса заказов приходится на обустройство питьевых колодцев, либо для полива огорода.Очень редко люди берутся ставить его для осушения участка.Во-первых, это ограниченное число мест(где грунтовая вода в жару буквально под ногами), а во-вторых, не является первой необходимостью. Как можно увидеть примеров минусов в упрек метровых достаточно.Разберем плюсы.

На первом месте наравне с ценой, ошибочное мнение о размерах.Правило конечно работает, но рискну предположить впитывание отходов в грунт не на 100 % зависит от площади точки соприкосновения.Все мы знаем, что такое баня.В теории можно предположить как деды закапывали небольшие бочки лет 30 назад, которые и по сей день сухие.А ведь мыльная вода далеко не редкость в процессе мытья.

Мы подводим к тому, что бюджетные варианты, какими считаются метровые, при нужном грунте вполне себе достойно, если конечно же вы планируете делать сливную яму из двух стопок(он же септик)Как накопительная часть, первый колодец из трех метровых колец это очень даже прилично.

Как правило в своем большинстве грунт имеет хорошую пропускную способность, но увы попадаются и жесткие слои, поэтому быть уверенным нельзя.В любом случае во второй колодец сливается относительно чистая жидкость.Может звучать навязчиво, но три стопки метровых колец, настоящее очистное сооружение.Не обязательно делать тройные, можно сделать первую 3 элемента, вторую и третью по два.И так далее по желанию.Как минимум обдумать можно.Примерно такой вариант мы описали в септике ромашка, где подробно описали принцип работы тройного перелива.

Подведем итог:

В каком случае подойдут ЖБИ бетонные кольца КС 10-9

  •  Вы ищите бюджетный вариант для септика под ключ в Новосибирске;
  •  Хотите переливной септик, но переплачивать не готовы;
  •  Знаете что у вас грунт 60-70% песка и уверены что вода уходит быстро;
  •  У соседей сделано также и прекрасно работает;
  •  Ваш дом используется только для летнего проживания;
  •  Живете круглый год, но понимаете что пользуетесь в меру;
  •  Вам не лень сортировать жиры в специальных контейнерах;
  •  Планируете выкопать септик своими силами и заказать только самогруз;

Некоторые пункты покажутся вам неприемлемыми для себя, однако прошу учесть тот факт, что все люди живут в разных условиях и у каждого свой взгляд на вещи.

Как рассчитать объем септика из бетонных колец

Категория: Блог.

Перед тем, как купить бетонные кольца, совершенно не лишним будет рассчитать необходимый объём септика из бетонных колец. Есть множество способов провести такой расчет, но необходимо понимать, что каждый из них позволяет получить результат с разной степенью приближенности. Это связано, прежде всего, с тем, что каждый из них в качестве исходных данных принимает для расчета усредненное значение водопотребления на одного проживающего в доме человека, по вполне понятным причинам, это значение может серьёзно отличаться, как в меньшую, так и большую сторону. Тем не менее, нормой считается 300-350 литров стоков на одного проживающего в день, однако использовать эти значения напрямую в расчете мы не рекомендуем, по крайней мере, не проведя дополнительного анализа. 

Давайте рассмотрим основные аспекты, влияющие на выбор необходимого объёма септика из бетонных колец, а также выберем кольца жби для строительства такого септика.

 Формула расчета септика из бетонных колец

V = n * Q * 3/1000
Значения элементов:
V – объем септика в м3;
n – количество потребителей, постоянно проживающих в доме;
Q – расход воды на одного проживающего, в сутки;
3 – длительность в днях цикла очистки сточных вод (согласно СНиП).

Это весьма упрощенный вариант, но его точности вполне достаточно для выбора объема септика для частного дома. Например, исходя из наиболее частых случаев, для 3-х постоянно проживающих человек в доме вполне достаточно  септика из 3-х бетонных колец 1,5 м серии КС15-9, при потреблении 400 литров воды в сутки, и даже остается некоторый запас по емкости сооружения. К сожалению, из подобного расчета явно не видно, что речь идет только об объёме приемной камеры бетонного септика (которая герметична, изолирована от грунта, в частности - используется днище септика из бетонных колец ПН15). Этот расчет нельзя использовать для выгребных ям.  Ведь, во-первых - способность грунта под дном такой ямы отфильтровывать взвесь быстро снизится, во-вторых, не будет выполняться требование СанПин о минимум 3-х днях, для очистки стоков. 

Поскольку производится расчет именно септика, в конструкцию которого обязательно включается несколько переливных емкостей и дренажный колодец, либо поле фильтрации. то полученный результат из расчета следует разбить минимум на две емкости. Этим Вы не только продлите срок службы строящегося септика и дренажного колодца, но и обеспечите более качественную очистку стоков, а также сократите до минимума необходимость откачки ила. 

 

Метки: Бетонные кольца

бетонного, метр выгребной ямы, дно из железобетона, диаметр канализационной 1500, посчитать колодец

Выбирать бетонное кольцо следует в зависимости от целей, для которых оно будет применяться

Правильно оборудованная система канализации – залог полноценного комфорта. Даже на небольшом дачном участке можно пользоваться всеми благами цивилизации, оборудовав на участке выгребную яму из бетонных колец разного диаметра.

Кольца для выгребной ямы: общая информация

Железобетонные кольца широко применяются для строительства канализационной системы – смотровых колодцев или выгребных ям. Использование колец считается самым простым и удобным способом обустройства системы канализации.

Кольца изготавливаются из арматуры и бетона, они весьма прочные и используются преимущественно для долговечных работ.

Канализационная система, оборудованная ЖБ-кольцами, надежно защищена от различных погодных условий и защищает грунтовые воды от утечки канализационных стоков.

Можно выделить два вида колец – еврокольца с замком и обычные железобетонные кольца. Второй тип колец соединяется между собой цементным раствором и железными скобами.

Преимущества использования ЖБ-колец:

  • Длительный срок эксплуатации изделия;
  • Устойчивы к нагрузкам;
  • Не пропускают влагу;
  • Простота монтажа и эксплуатации;
  • Невысокая стоимость;
  • Можно использовать для оборудования системы канализации, небольших тоннелей, линий электропередач и теплосетей;
  • Защищают от грунтовых вод.

К недостаткам можно отнести чисто технические аспекты – тяжелый вес ЖБ-колец предусматривает транспортировку в большом автомобиле, а их установка возможна лишь при использовании специальной техники.

Классификация и объем ЖБ-колец

Данные кольца изготавливаются из тяжелого бетона В25, морозоустойчивость которых F-100, водопроницаемость W4. ЖБ-кольца имеют маркировку, согласно которой можно определить классификацию кольца.

Железобетонные кольца подразделяются на сборные, доборные, с крышкой, с замком и с дном.

Вначале на маркировке указывается тип конструкции: КС – кольцо стеновое, КСД – кольцо стеновое с днищем. После типа прописывается размер кольца, первая группа цифр обозначает диаметр кольца, после дефиса – высота изделия. Например, КС-15 обозначает стеновое кольцо диаметром 1500 см.

При монтаже выгребной ямы на участке, прежде всего, учитывается размер будущих канализационных стоков. В зависимости от глубины сточной ямы высчитывается необходимое количество железобетонных колец и их виды.

Стандартная высота колец – 90 см, но при необходимости можно дополнить конструкцию кольцами других размеров. В зависимости от нужд выбирается и диаметр — от 70 до 200 см. Толщина бетонной стенки 7-14 см.

Прочность конструкции во многом зависит от нижнего колодезного кольца – специалисты рекомендуют устанавливать кольцо с дном. Далее идут стеновые кольца и закрывается выгребная яма крышкой с люком. Диаметр элементов септика везде должен быть одинаковым, в ином случае конструкция будет неустойчивой и возможно подтекание стоков в грунт.

Объем бетонного кольца 1 метр: нюансы постройки септиков

Однокамерный септик из железобетонных колец должен иметь дно и крышку. Такая выгребная яма считается малоэффективной, ее устанавливают чаще всего на даче.

Устанавливается стоковая яма на расстоянии не более 20 м от жилого дома. Чем дальше находится септик, тем больше труб придется прокладывать от канализации в доме до ЖБ септика. При этом минимальное расстояние до жилых построек – 5 м. При установке септика следует учитывать количество людей, которые будут пользоваться канализацией. В среднем человек использует примерно 200 л воды на канализацию за день.

При выборе колец из железобетона важно знать, сколько литров стоков сможет вместить в себя данная конструкция. Считается, что минимальный объем септика из колец – 6 кубов. Чтобы посчитать объем ЖБ-кольца нужно количество жильцов умножить на 200 л, полученную сумму умножить на 3 (промежуток времени, за который стоки перерабатываются в яме). Для получения объема кольца конечную сумму разделить на 1000. Исходя из таблиц в интернете выбрать подходящее по диаметру ЖБ-кольцо. В одном стандартном кольце 90 х 150 см помещается примерно 1,59 л воды или стоков.

При монтаже септика из колец нужно помнить, что поверхность, на которую ставятся кольца, должна быть строго горизонтальная.

Если нет возможности установить нижнее кольцо с дном, можно засыпать плотный слой щебени и залить раствором цемента. Верх септика накрывается кольцом с герметично закрывающимся чугунным канализационным люком.

Выгребная яма из бетонных колец без дна: монтаж своими руками

Прежде чем приступать к укладке колец, нужно подготовить котлован глубиной 3 метра под выгребную яму. Его ширина должна быть немного больше диаметра выбранных для септика ЖБ-колец.

Вырыть яму под котлован можно самостоятельно лопатами, а можно нанять специальную технику для более быстрого выполнения работы.

Дно котлована должно быть выровнено песком, поверх которого устанавливается бетонное кольцо с дном или обычное стеновое кольцо.

Как монтировать септик из ЖБ-колец:

  1. Установить первое кольцо. Проверить, чтобы оно не клонилось в сторону.
  2. Установив следующее стеновое кольцо, засыпать пространство между септиком и ямой.
  3. Постепенно выстроить септик, не забывая проверять уровень установленных ЖБ-колец.
  4. Стыки между кольцами заделать раствором цемента с песком.
  5. С помощью перфоратора или болгарки сделать отверстия под трубы канализации. Сточная труба из дома устанавливается под небольшим углом.
  6. Если система канализации состоит из нескольких септиков, помимо трубы для отвода стоков, нужно проложить трубу, соединяющую септики. Эта труба располагается на 20-30 см ниже сточной.
  7. Чтобы стоки не попали в грунт, важно правильно выбрать гидроизоляцию. Для этого используется битумная или полимерная мастика.
  8. Завершающий этап – установка крышек на септик. После высыхания стыков можно приступать к пользованию выгребной ямы.

Септик из колец из железобетона не требует особых правил эксплуатации, однако важно вовремя чистить его и использовать специальные бактерии для лучшей переработки стоков.

Как посчитать объем кольца (видео)

Работа железобетонного септика во многом зависит от качества материалов, из которого он изготовлен. Все элементы в обязательном порядке должны иметь правильную маркировку. Соблюдая все нюансы и технологии монтажа, сточная яма прослужит довольно долго.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Усиление железобетонных балок с использованием углепластика и стеклопластика

Бетонные балки были усилены путем двойного обертывания срезанных кромок балок под углом 45 ° в противоположных направлениях либо полимером, армированным углеродным волокном (CFRP), либо полимером, армированным стекловолокном (GFRP). Исследование включало 3 балки с оберткой из углепластика, 3 балки с оберткой из стеклопластика и 3 контрольных балки, все из которых имели длину 150 250 2200 мм и изготовлены из бетона C20 и конструкционной стали S420a в лабораториях факультета технического образования Университета Гази, Турция.Образцы в формах выдерживали поливом на открытом воздухе в течение 21 дня. Испытания на четырехточечный изгиб были проведены на образцах для испытаний балки, и были собраны данные. Данные были оценены с точки зрения смещения нагрузки, несущей способности, пластичности и потребления энергии. В усиленных балках из углепластика и стеклопластика, по сравнению с контролем, наблюдалось увеличение прочности на 38% и 42% соответственно. Во всех балках, как и ожидалось, напряжение разрушения-изгиба возникло в центре. Наибольшее растрескивание наблюдалось в области изгиба 4.Сравнение материалов CFRP и GFRP показывает, что детали, усиленные GFRP, поглощают больше энергии. Оба материала дали успешные результаты. Применение более толстой эпоксидной смолы в балках из углепластика и стеклопластика считалось эффективным для предотвращения разрушения.

1. Введение

В связи с увеличением населения городов существует очень высокий спрос на квартиры. Более того, из-за продолжающейся тенденции к переезду в город наблюдается резкий рост городского населения, и поэтому необходимы новые жилые районы для удовлетворения высокого спроса.Наряду с демографическим бумом возникла потребность в большем количестве общественных зданий, таких как социальные объекты и школы. Таким образом, для оптимального использования национальных ресурсов необходимо изучить способы ремонта и укрепления поврежденных зданий.

Термин «ремонт» подразумевает изменение функционально или визуально поврежденного здания, чтобы сделать его похожим на новое. «Укрепление» включает в себя изменения в здании для увеличения его несущей способности, жесткости, пластичности и устойчивости. В этом исследовании основное внимание уделяется укреплению.Стяжка не размещена в соответствии со значениями расстояния, указанными в плане строительства, недостаточная продольная основная арматура, недостаточно закрепленная арматура, случайное размещение арматуры, обрушение ненесущих стен и дымоходов, а также использование бетона низкого качества - вот некоторые из причин, вызывающих в необходимости усиления [1].

Необходим такой метод усиления, чтобы во время процесса укрепления жильцам здания не нужно было опорожнять здание; соседние постройки не подвергаются усилению, а укрепление завершается в короткие сроки.Более того, благодаря этому конкретному методу усиления ожидается, что здание будет более прочным и хорошо подготовленным с точки зрения норм сейсмостойкости. Кроме того, этот конкретный метод должен соответствовать текущему эстетическому состоянию и быть доступным.

Norris et al. усиленные бетонные балки в растянутых областях с FRP и аналитически и экспериментально изучили результаты. Они обнаружили, что углепластик, нанесенный вертикально на трещины, увеличивает долговечность и жесткость.Они сообщили, что из-за накопления напряжения наблюдались хрупкие разрушения [2].

Качлакев и МакКарри применили 2 различных метода армирования в дислокационных областях балок: нанесение текстиля на область сдвига полностью и частично. В этом исследовании они предложили рентабельный метод усиления [3].

Ян и Нанни усилили натурные балки с пластинами из стеклопластика, предотвращающими изгиб и сдвиг. С помощью экспериментов по 4-точечному изгибу были определены значения отражения нагрузки и натяжения.Во всех образцах наблюдалось увеличение прочности на 150% [4].

Alkan исследовал процесс закругления углов при усилении FRP. В круглых балках пропускная способность FRP достигла 67%. Автор отметил замечательный эффект закругления углов [5].

Perera et al. применил тот же метод упрочнения к образцам миллиметровой балки. Образцы, армированные углепластиком, были подвергнуты испытанию на трехточечный изгиб. Углепластик был обернут одним слоем вокруг балок во всей области растяжения и на половине сторон.Результаты показали, что усиленные балки несут на 80% больше нагрузки [6].

Мааледж и Леонг изучили сцепление углепластика и бетонных блоков и обсудили его с точки зрения аналитических результатов. Испытаниям подвергались поверхности сцепления различных образцов, а поврежденные образцы исследовались с помощью модели конечных элементов. В целом они сообщили о хорошей корреляции между вычислительными решениями и экспериментальными результатами [7].

2. Материалы и методы
2.1. Материалы

Образцы диаметром 9 мм были приготовлены из материалов C20 и S240.Использовались деформированные стержни Ø8 и Ø12. В обеих областях сдвига 1/3 было использовано на 50% больше арматуры. В таблице 1 показан план усиления, а на рисунке 1 показаны детали армирования.


Количество бетонных балок, использованных в экспериментах, и их размеры (мм) Комментарий

3 шт.
150 × 250 × 2200
3 управляющие балки (группа 1)

3 единицы
150 × 250 × 2200
3 бетонные балки были усилены углепластиком в области сдвига (группа 2)
(обе области сдвига (1/3) были обернуты под углом 45 ° в обоих направлениях)

3 шт.
150 × 250 × 2200
3 бетонные балки были усилены стеклопластиком в области сдвига (группа 2)
(обе области сдвига (1 / 3) были намотаны под углом 45 ° в обоих направлениях)

2.1.1. Механические свойства материалов формы, использованных в исследовании

Древесина тополя (30 мм) использовалась в качестве материала формы в исследовании. Были сконструированы формы диаметром 9 мм, изготовленные из готового к использованию формовочного масла.

2.1.2. Механические свойства бетона, использованного в исследовании.

Бетон C20, использованный в исследовании, был получен на заводе по производству товарного бетона. Свойства бетона C20: тип цемента: CEM I 32,5, величина осадки = 10 см, максимальный размер заполнителя = 16 мм, водоцементное соотношение = 0.58, вес воды = 228 кг, вес цемента = 393 кг. Бетоны, помещенные в формы, уплотняли с помощью вибратора, полученного из строительной лаборатории. Образцы в формах выдерживали поливом на открытом воздухе в течение 21 дня. Образцы бетонных цилиндров были испытаны через 29 дней после даты изготовления, и значения нагрузки и напряжения представлены в таблице 2.


C20 образцы Диаметр цилиндра (мм) Осевая нагрузка (кН) Сечение (мм 2 ) Осевое напряжение сжатия (кН / мм 2 )

1 150 64 17663 0.0038
2 150 63 17663 0,0039
3 150 62 17663 0,0036

900,3 . Механические свойства эпоксидной смеси, использованной в исследовании.

Sikadur 330 (1,31 кг / л) с компонентами A и B, густая, как тесто. Компоненты А и В сначала перемешивали по отдельности в разных контейнерах в течение 3 минут, а затем А выливали на В и смешивали вместе.Смесь наносили на поверхность штукатурным шпателем и плоским скребком. Количество клея составляло 2 кг / м 2 . Для нанесения второго слоя на углепластик через 1 день была нанесена эпоксидная смола. Во избежание внешнего воздействия процедура закрытия была произведена на 1 день позже. При нанесении эпоксидной смолы тщательно контролировали температуру и количество используемого клея [8].

2.1.4. Механические свойства углепластика, использованного в исследовании

Углепластик, который сделан из углеродного волокна, представлял собой одноосную обертку Sika Wrap с плотностью 230 г / м 2 , 0.Толщиной 13 мм и получали в виде рулонов 0,60 × 50 м [8].

2.1.5. Механические свойства GFRP, использованного в исследовании.

GFRP, который изготовлен из стекловолокна, представляет собой одноосную обертку Sika Wrap 430 G с плотностью 430 г / м 2 и выпускается в виде m рулонов. Прочность на сжатие GFRP составляла 3300–4500 МПа, а относительное удлинение при разрыве - 0,048 [8].

2.1.6. Механические свойства армирования и условные обозначения образцов бетонных балок

Механические свойства образцов бетонных балок, изготовленных для целей усиления, представлены в таблице 3.

2 Как результат наблюдалось уменьшение смещения.Несмотря на то, что прочность балок с углепластиком увеличилась на 35%, смещение уменьшилось на 41%. Кроме того, на 43% увеличилась прочность балок из стеклопластика и на 53,6% уменьшилось смещение.

Диаграмма нагрузки-смещения образцов диаграмм K101, K102 и K103 представлена ​​на рисунке 6, диаграмма нагрузка-перемещение усиленных диаграмм образцов балок KC201, KC202 и KC203 представлена ​​на рисунке 7, диаграмма нагрузки-смещения Схемы усиленных образцов балок KG301, KG302 и KG303 представлены на рисунке 8 соответственно.




3.3. Показатели пластичности балок

Показатели пластичности были рассчитаны по соотношению нагрузка-смещение. Была определена величина деформации в точке, где вертикальная линия пересекает 85% прочности монолитной балки кривой нагрузки-смещения. Коэффициент пластичности определяется как значение, определяемое делением этого значения деформации на значение деформации ползучести. В железобетонных несущих системах различают 2 типа пластичности: пластичность при кривизне и пластичность при перемещении [10].

Несмотря на то, что для расчета пластичности можно использовать соотношение моментной пластичности, вместо этого использовалось соотношение нагрузка-смещение.

3.4. Энергопотребление в образцах балок

При расчете потребления энергии балок используются кривые нагрузка-смещение. Площадь под кривой показывает потребление энергии [10].

Показатели энергопотребления всех балок были рассчитаны с использованием площади под кривыми нагрузки-смещения. Определенное количество энергии расходуется на преобразование в деформацию.Количество преобразуемой энергии прямо пропорционально длине пластичной области. Поскольку энергия - это способность выполнять работу, количество потребляемой энергии имеет значение. На кривой «нагрузка-смещение» потребление энергии было найдено в точке, где произошла максимальная нагрузка.

3.5. Значения нагрузки на трещину

Данные, собранные с помощью 4 тензодатчиков, размещенных в области сдвига балок, представлены в таблице 6, а трещины изгиба при максимальной нагрузке образцов балок представлены в таблице 7.

903 9003 901


Номер Образец Тип Количество Поверхность (мм 2 ) Степень усиления (Н / мм 2 ) (Н / мм 2 ) (Н / мм 2 )

1 K101 S420a 2ø12 0.00602 0,0036 44,93 68
2 K102 S420a 2ø12 37500 0,00602 0,0036 44,93 2ø12 37500 0,00602 0,0036 44,93 68
4 KG201 S420a 2ø12 37500 0.00602 0.0036 44.93 68
5 KG202 S420a 2ø12 37500 0.00602 0.0036 44.93

44.93

2ø12 37500 0,00602 0,0036 44,93 68
7 KG301 S420a 2ø12 37500 0.00602 0,0036 44,93 68
8 KG302 S420a 2ø12 37500 0,00602 0,0036 44.93 44.93
900 2ø12 37500 0,00602 0,0036 44,93 68

: прочность на сжатие бетонного цилиндра,: предел текучести стали и: предел прочности стали на растяжение.
2.2. Методы

Всего было изготовлено 9 балок (мм) из бетона C20 и конструкционной стали S420a. Затем балки были усилены углепластиком (3 балки) или стеклопластиком (3 балки) путем двойного обертывания их в зоне сдвига под углом 45 ° в противоположных направлениях. Другой набор из 3 лучей использовался в качестве элементов управления. Вся зона растягивающего напряжения в области сдвига была усилена обертыванием. Всего было установлено 6 датчиков смещения для определения трещин в 6 различных зонах: 2 точки с каждой стороны балок симметрично и 2 точки в зонах растяжения и давления.В образцах балок, нагруженных в 4 различных точках, эффективный пролет был принят равным 2000 мм. Также были определены значения нагрузки и смещения.

2.2.1. Типы упрочняющих материалов и методы

Типы упрочняющих материалов и методы представлены в таблице 4.

90 112 KG302

Номер Образцы Типы и методы упрочнения

1 K101 Control
2 K102 Control
3 K103 Control
4 KC201 CFRP 45 ° с двойной оберткой напротив
5 KC202 Углепластик 45 ° с двойной обмоткой в ​​противоположных направлениях
6 KC203 Углепластик под 45 ° с двойной оберткой в ​​противоположных направлениях
7 KG301 GFRP 45 ° двойная упаковка в противоположных направлениях
8 GFRP с двойной обмоткой под 45 ° в противоположных направлениях
9 KG303 GFRP под 45 ° с двойной обмоткой в ​​противоположных направлениях

2.2.2. Подготовка балок

Образцы балок были перенесены в лабораторию через 30 дней после изготовления. Три контрольных образца были отложены, а оставшиеся 6 балок были обработаны для подготовки поверхности перед упрочнением. Боковые стороны и низ балок шлифовали, чтобы удалить неровности, образовавшиеся из-за плесени. Пыль удаляли водой под давлением. Подготовка экспериментальных пучков показана на рисунке 2.

2.2.3. Усиление балок путем прикрепления углепластика под углом 45 ° или GFRP

Первые 3 образца были отложены в качестве контрольных и не были усилены.Область растяжения балок (K101, K102 и K103; см. Рисунок 3) были подготовлены для эксперимента путем удаления всех движущихся частиц на поверхности. Одна треть каждой балки на обоих концах была определена как зона усиления. На поверхность зоны упрочнения нанесли эпоксидную смолу (2 кг / м 2 ). Углепластик на 3 балки и стеклопластик на 3 других балках были прикреплены под углом 45 °, не оставляя воздушных карманов. Чтобы удалить воздушные карманы между тканью и балкой, использовался прокатный цилиндр.Через день такое же количество эпоксидной смолы было нанесено на углепластик. Через неделю монтажные кубики для тензодатчика были прикреплены эпоксидной смолой в местах, где будет проводиться определение трещин. Через десять дней после этого процесса были проведены эксперименты по загрузке. Нанесение углепластика и стеклопластика на бетонные балки показано на рисунке 3.


2.2.4. Экспериментальная установка

Эксперименты проводились с загрузочным устройством «Модель бренда» в лаборатории механики факультета строительного образования Университета Гази в Анкаре.Устройство имеет 2 точки опоры на тележке, движущейся по рельсу. Расстояние между этими двумя опорами было установлено на 2000 мм, одна из которых была неподвижной.

Четырехточечная нагрузка была приложена к верхней части балок по 2 точкам. Расстояние между зонами нагружения составляло 660 мм. Были получены металлические пластины толщиной 10 мм для использования в зонах приложения нагрузки. Намагниченный аппарат, к которому был присоединен линейный переменный дифференциальный трансформатор (LVDT), был помещен поверх балок.Тензодатчики были прикреплены к каждой балке в тех же 6 точках. Данные регистрировались каждые 5 секунд с помощью системы сбора данных по 8 каналам: 6 трещин, 1 смещение и 1 данные нагрузки.

Нагрузка была применена к 2 точкам наверху балки и к 2 точкам, где точки опоры расположены внизу. Одна из точек опоры была неподвижной, а другая подвижной. Образование трещин наблюдалось с использованием данных, собранных в 6 точках на каждой балке. LVDT измеряет смещение с 0.В середине каждой балки помещалась точность 001 мм. Запись контролировалась на цифровом экране регистратора данных. Тензодатчик и LVDT показаны на рисунке 4, а схема механизма нагружения показана на рисунке 5.



3. Результаты и обсуждение

Данные, полученные в настоящем исследовании, обсуждаются с точки зрения нагрузки. грузоподъемность, грузоподъемность, растяжение и энергопотребление.

3.1. Несущая способность бетонных балок

Если нагрузка на бетонную балку, склонную к прогибу, низкая, в областях растяжения может не быть трещин.В этом случае арматура и бетон вместе несут нагрузку на растянутую секцию. Однако, поскольку было бы неэкономично, за исключением балок с предварительным натяжением, поддерживать все участки растяжения в качестве, предотвращающем растрескивание, трещины возникают в области растяжения бетонных материалов [9].

Бетон между трещинами может немного улучшить растяжение. Однако, поскольку эта помощь незначительна, в секции с трещинами предполагается, что вся несущая способность поддерживается арматурой.Одно можно сказать наверняка: армирование не может предотвратить растрескивание. Основная функция арматуры - удовлетворять растягивающее напряжение и поддерживать минимальный размер трещин [10].

Согласно турецким стандартам TS500 [11], при определении прочности бетона на сжатие в его зоне сжатия, распределение растягивающего напряжения преобразуется в эквивалентный прямоугольник путем умножения значения на 0,85. Очень полезно знать поведение отклоняющих балок, которые подвергаются нагрузке, прежде чем рассчитывать их несущую способность.Первые трещины, возникающие в области растяжения, являются результатом достижения единичного удлинения внешнего растягиваемого волокна до верхнего предела растяжения бетона. Моменты трещин неармированных балок принимаются равными их разрушающему моменту [11].

3.2. Графики «нагрузка-смещение»

Значения смещения были записаны точно по центру балок образца с помощью LVDT с той же скоростью и путем каждого сброса электронных счетчиков. Значения смещения всех образцов балок при максимальной нагрузке представлены в таблице 5.


Образцы балок Максимальная нагрузка (Н) Смещение (мм)

K101 99000 32
K102 92600 49
K103 95900 55
KC301 116400 26
KC302 119200 901 30
30
K
KG301 122700 35
KG302 124600 28
KG303 121000 44


Образцы балок Максимальная нагрузка (Н) Тензодатчик 2 (мм) Тензодатчик 5 (мм)

K101 99000 28 0,15
K102 92600 28 0,13
K103 95900 20 0,24
KC201 116400 057 0,16
KC202 119200 0,50 0,48
KC203 117500 0,59 0,80
KG301
KG301 0,491200 900 KG302 124600 0,30 0,25
KG303 121000 0,10 0,26


901 901
900 Максимальная нагрузка (Н) Тензодатчик 4 (мм)

K101 99000 62
K102 92600 68
K103 9512900 74
KC201 116400 0.68
KC202 119200 0,71
KC203 117500 0,66
KG301 122700 0,14
KG301 1246 0,14
KG301 1246
KG302 121000 0,22

Сдвиговые трещины в контрольных балках были обнаружены как 28 мм в размерах 2 и 0.15 мм в 5. В образце из углепластика произошло 100% уменьшение трещин в образце из углепластика в 2, в то время как в 5 увеличилось на 295%. В балках из стеклопластика 2 размера трещины уменьшились на 87% и увеличились на 119% в 5. , с помощью уплотнения арматуры, область сдвига в области 2 была значительно усилена. Эффект сдвига более эффективен в области 5.

Изменения в областях растяжения балок такие же, как указано выше. Среднее изменение управляющих балок против максимальной нагрузки составило 70 мм.Трещины были уменьшены на 71% в балках из углепластика и на 139% в балках из стеклопластика. Считается, что улучшения в этой области улучшат жесткость балки.

3.6. Значения энергопотребления

Количество потраченной энергии было рассчитано путем определения момента выхода и отказа. Кривые, полученные для всех балок, и площади под этими кривыми представлены в таблице 8. Эти значения рассматриваются в связи со значениями смещения и нагрузки. По сравнению с контрольными балками, балки из углепластика снизились на 32%, тогда как их было на 16%.Увеличение потребления энергии на 3%. Среди балок из стеклопластика наблюдалось снижение отказов на 27% и увеличение потребления энергии на 22%.

9013 KC203

Образцы балок Макс. Pu (кН) Центральное разрушение (мм) Энергопотребление (кНмм)

K101 99000 45,44 942,216
K102 92600 92600 985,482
K103 95900 50,24 1214,443
KC201 116400 35,28 1416,874
KC202
KC202
117500 31,50 1376,716
KG301 122700 37,63 1466.931
KG302 124600 29.40 1147,853
KG303 121000 33,74 1255,316

Pu: нагрузка обрушения в соответствии с пределом текучести стали.
4. Выводы

Увеличение прочности балок, усиленных углепластиком, составило 84%, а уменьшение смещения составило 39,5%. Увеличение прочности балок, усиленных стекловолокном, составило 45%, а уменьшение смещения составило 53.6%.

В железобетонных балках, усиленных углепластиком, произошло снижение количества отказов на 29% по сравнению с контрольными балками, но потребление энергии увеличилось на 14,5%. В образцах железобетонных балок, усиленных стеклопластиком, произошло снижение количества отказов на 25% по сравнению с образцами контрольных балок, но потребление энергии увеличилось на 18%.

При увеличении нагрузки усиленные балки разрушились при сдвиге. В образцах прочность увеличилась в некоторой степени, но не наблюдалось увеличения пластичности и энергозатрат.Наблюдалось заметное увеличение прочности на изгиб. В усиленных балках из углепластика и стеклопластика, по сравнению с контролем, наблюдалось увеличение прочности на 38% и 42% соответственно.

Балки из стеклопластика распадаются на слои легче, чем балки из углепластика. Во всех балках, как и ожидалось, напряжение разрушения-изгиба возникло в центре.

Наибольшее растрескивание наблюдалось в области изгиба 4. В контрольных балках размер трещины составлял 0,25 мм во вторичных областях сдвига.С другой стороны, в той же области размер трещины составлял 0,54 мм в балках из углепластика и 0,33 мм в балках из стеклопластика.

Значения трещин, зарегистрированные в центре и внизу балок, где наблюдались максимальные изгибные и растягивающие напряжения, составили 0,68 мм в контрольных балках и 0,71 мм и 0,14 мм в балках из углепластика и стеклопластика соответственно. Величина смещения контрольных балок составила 45 мм, 21 мм и 29 мм в балках из углепластика и стеклопластика соответственно.

Сравнение материалов CFRP и GFRP показывает, что детали, усиленные GFRP, поглощают больше энергии.Оба материала дали успешные результаты. В настоящих заявках было замечено, что скругление углов было успешным и что двойное обертывание в 2 противоположных направлениях не более эффективно, чем одинарное обертывание по сравнению с литературой. Применение более толстой эпоксидной смолы в балках из углепластика и стеклопластика считалось эффективным для предотвращения разрушения. Поскольку этот материал легкий, не подверженный коррозии, гибкий и доступен в больших размерах, он превосходен. Кроме того, в случае усталости из-за его упругих свойств он имеет низкую пластичность.Таким образом, он полезен для временного армирования.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов относительно публикации данной статьи.

.Усовершенствованная модель бетона

в гидрокоде для моделирования бетонных конструкций при взрывной нагрузке

Исследуются формулировки усовершенствованной модели RHT для бетона, принятой в AUTODYN, и проводятся численные исследования для изучения фактических характеристик модели RHT при различных условиях нагружения. Обнаружено, что использование значений по умолчанию в модели RHT не позволяет имитировать реалистичное поведение бетона при различных условиях нагружения. Таким образом измененные параметры в модели RHT предлагаются для лучшего отражения реалистичного поведения бетона в таких условиях нагружения.Кроме того, численное моделирование обычных бетонных плит и многослойных бетонных плит, подвергающихся взрывной нагрузке, проводится с использованием AUTODYN как с параметрами по умолчанию, так и с измененными параметрами RHT. Экспериментальные данные полевых взрывных испытаний используются для проверки разработанной численной модели. Показано, что результаты численного моделирования с использованием модифицированных параметров RHT и результатов полевых взрывных испытаний хорошо согласуются с точки зрения характера повреждений, диаметра кратера и ускорения.Следовательно, можно сделать вывод, что модель RHT с измененными параметрами может хорошо отражать механическое поведение бетонных конструкций. Проверенная модель может быть использована для параметрического исследования влияния ключевых параметров (например, прочности на сжатие, энергии разрушения и толщины) на взрывостойкость бетонной конструкции.

1. Введение

Во всем мире одним из основных строительных материалов, используемых как для строительных, так и для инфраструктурных элементов, является бетон.В настоящее время возникают опасения по поводу безопасной среды обитания и эффективных защитных сооружений и инфраструктуры. Характеристики бетонных конструкций, подвергающихся серьезным нагрузкам, таким как взрыв, широко изучались в последние несколько десятилетий [1–5]. Бетон - хрупкий материал, состоящий из цементного теста, заполнителей и добавки (по желанию). Хрупкое поведение бетона и других геоматериалов, то есть горных пород и грунта, очевидно, имеет разную прочность на сжатие и растяжение.Бетон также демонстрирует характеристики упрочнения под давлением и деформационного упрочнения при статической нагрузке, а также упрочнения со скоростью деформации при растяжении и сжатии при динамической нагрузке до разрушения. Когда бетон начинает разрушаться, он постепенно теряет свою несущую способность, и это явление также называется деформационным разупрочнением [6].

В последнее время специальное исследование было посвящено разработке надежных методов и алгоритмов для точного анализа поведения конструкций и инфраструктур, подвергающихся динамическим нагрузкам.Некоторые методы, такие как коды явного численного анализа AUTODYN [7] и LSDYNA [8], доступны для моделирования взаимодействия между взрывной волной и бетонными конструкциями. В AUTODYN доступны различные численные методы, такие как чисто лагранжевые и лагранжево-эйлеровы алгоритмы взаимодействия, для анализа интерактивного отклика между взрывной волной и бетонной конструкцией при взрывной нагрузке [3, 9, 10].

Есть много факторов, которые влияют на надежность численного моделирования.Среди этих факторов ключевую роль играет модель материала, поскольку она воспроизводит основные физические механизмы материала при различных условиях нагружения. В последние годы разработан ряд моделей материалов для бетона, таких как модель RHT [1, 11], модель поврежденной пластичности бетона (также известная как модель MAT 72R3 в LSDYNA) [11, 12] и модель бетона HJC [ 13, 14]. Эти прочные модели материалов способны отображать различное поведение бетонных материалов при различных условиях нагрузки.Когда бетон подвергается динамической нагрузке, такой как взрывная нагрузка или высокая ударная нагрузка, он проявляет сильно нелинейный отклик. Кроме того, из-за общей сложности основных моделей определение параметров (то есть остаточная прочность, деформация разрушения и критерии разрушения в модели) также играет важную роль в достижении реальных характеристик бетонных материалов. Это требует достаточного понимания формулировки моделирования и связанных с этим соображений.

В этой статье формирование модели RHT в гидрокоде AUTODYN тщательно оценивается и исследуется с помощью численных испытаний путем построения зависимости напряжения от деформации бетона в различных условиях напряжения.Выделены и обсуждены некоторые потенциальные проблемы моделирования с использованием существующей формы модели RHT. В рамках существующей формулировки рекомендуются модифицированные параметры RHT, которые способны воспроизвести более реалистичное поведение разупрочняемого бетона после пика при растяжении и сжатии. Кроме того, модель RHT с набором параметров по умолчанию и с измененным набором параметров применяется для моделирования серии физических испытаний бетонной плиты и многослойной бетонной плиты при взрывной нагрузке.Результаты моделирования сравниваются с экспериментальными наблюдениями. Результаты численного моделирования с использованием модифицированной модели RHT также сравниваются с результатами, полученными с использованием модели MAT 72R3 в LSDYNA. Затем делаются выводы на основе исследования модели материала и моделирования бетонной плиты, подвергшейся взрывной нагрузке.

2. Модель бетона RHT в AUTODYN

Модель бетона RHT - это усовершенствованная модель пластичности для хрупких материалов, разработанная Riedel et al.[1] из Института Эрнста Маха. Эта модель учитывает некоторые устойчивые характеристики, такие как упрочнение под давлением, деформационное упрочнение, упрочнение со скоростью деформации, деформационное разупрочнение и третья инвариантная зависимость. В пространстве напряжений реализованы три поверхности, зависящие от давления: поверхность предела упругости, поверхность разрушения и остаточная поверхность (как показано на рисунке 1) для правильного моделирования реакций упрочнения и разупрочнения материала. Ключевое формирование этих трех поверхностей обсуждается в следующих разделах, а подробное описание этой модели можно найти в [1, 10, 11].


2.1. Поверхность предела упругости и поверхность предпикового нагружения

Поверхность предела упругости преобладает над упругими напряжениями. С увеличением напряжений происходит деформационное упрочнение до достижения поверхности разрушения (как на рисунке 1). поверхность получается уменьшением масштаба от поверхности, что может быть выражено с помощью следующего уравнения: где масштабный коэффициент - это отношение упругого растягивающего напряжения () или сжимающего напряжения () к соответствующему пределу прочности (для предела прочности на растяжение или предела прочности на сжатие). прочность) по радиальному пути.Принимая во внимание тот факт, что бетон вызывает неупругое поведение при растяжении примерно на 50 ~ 80% и при сжатии примерно на 30% от соответствующей максимальной прочности [10, 15], в (1) изменяется линейно с давлением между величиной, связанной с одноосным растяжением и то, что связано с одноосным сжатием [10]. Функция параболической крышки используется для обеспечения согласованности между неупругими объемными и девиаторными напряжениями [11].

Поверхность предпикового нагружения затем определяется путем интерполяции между упругой поверхностью и поверхностью разрушения с использованием наклона упрочнения.Это можно увидеть на рисунке 2 в случае одноосного сжатия, из которого уравнение может быть выражено как где определения и показаны на рисунке 2. На рисунке показано, что пластическая деформация предшествует пределу прочности на разрыв; является полной пластической деформацией, и ее можно определить по секущему модулю между поверхностью предела упругости и поверхностью разрушения.


2.2. Поверхность разрушения

В модели RHT поверхность разрушения может быть выражена как функция гидростатического давления, угла Лоде и скорости деформации: где представляет собой меридиан сжатия, и его можно выразить как

.

Экспериментальное исследование прочностных характеристик и водопроницаемости гибридного бетона, армированного стальным волокном

Результаты исследования, проведенного с целью изучения влияния гибридизации волокон на прочностные характеристики, такие как прочность на сжатие, разрывная прочность на разрыв и водопроницаемость армированного стальным волокном бетон (SFRC). Стальные волокна разной длины, то есть 12,5 мм, 25 мм и 50 мм, имеющие постоянный диаметр 0,6 мм, систематически комбинируют в различных пропорциях смеси для получения моно, бинарных и тройных комбинаций при каждой из 0.5%, 1,0% и 1,5% объемной доли волокна. Бетонная смесь, не содержащая волокон, также была залита для справки. Всего было испытано 1440 кубических образцов размером мм, по 480 каждый на прочность на сжатие, прочность на разрыв и водопроницаемость при 7, 28, 90 и 120 днях отверждения. По результатам этого исследования было замечено, что комбинация волокон длиной 33% 12,5 мм + 33% 25 мм + 33% волокон длиной 50 мм может быть признана наиболее подходящей комбинацией для использования в гибридном бетоне, армированном стальным волокном (HySFRC ) для оптимальных характеристик с точки зрения требований к прочности на сжатие, разделенной прочности на разрыв и водопроницаемости вместе взятых.

1. Введение

Бетон - один из наиболее широко используемых строительных материалов в мире. Его свойства, такие как способность легко отливать любую желаемую форму, легкая доступность составляющих его материалов, экономичность и многие другие преимущества, делают его популярным строительным материалом. Однако у бетона действительно есть несколько недостатков, таких как хрупкость, низкая прочность на разрыв и низкая пластичность. Прочность бетона на растяжение находится в диапазоне 7–10% от его прочности на сжатие.

Прочность - основное требование к любой бетонной конструкции, поскольку она должна выдерживать все нагрузки и оставаться функциональной в течение всего расчетного срока службы. Некоторые из причин разрушения конструкций - это плохой дизайн, использование некачественных материалов, плохое качество изготовления, ухудшение состояния бетона из-за попадания вредных ингредиентов и т. Д. Вода обычно участвует в любой форме разрушения, а в пористых твердых телах проницаемость материала для воды обычно определяет скорость разрушения.

Таким образом, из многих факторов, влияющих на долговечность бетонных конструкций, проницаемость была определена как один из ключевых [1]. Проницаемость бетона определяется как легкость, с которой жидкость, жидкость или газ проходят через него под давлением. Чем ниже будет проницаемость бетона, тем более прочным будет бетон.

Было обнаружено, что многие факторы, такие как содержание цемента, тип цемента, тип заполнителя, форма и размер, примеси в цементе, суперпластификаторы, срок отверждения, температура отверждения, методы отверждения и т. Д., Влияют на проницаемость бетона [2, 3].Многие исследователи проводили исследования влияния вышеупомянутых факторов на проницаемость бетона. Также исследовалось влияние пуццолановых материалов, таких как микрокремнезем, летучая зола и зола рисовой шелухи на проницаемость бетона [4–7].

Бетон, армированный волокном (FRC), представляет собой композитный материал, состоящий из цемента, заполнителя и произвольно распределенных дискретных волокон. Обычный неармированный бетон - хрупкий, с низкой прочностью на растяжение и деформационной способностью. Короткие, дискретные и беспорядочно распределенные волокна оказались очень эффективными в преодолении некоторых недостатков обычного бетона.Было проведено множество исследований бетона, армированного стальным волокном (SFRC) с использованием моностальных стальных волокон, и было замечено, что добавление волокон улучшает его прочность на сжатие до некоторой степени и значительно увеличивает прочность на растяжение, прочность на изгиб и сдвиг. , и прочности на изгиб [8–16]. Степень улучшения вышеуказанных свойств зависит от многих факторов, включая размер, тип, форму, соотношение сторон и объемную долю используемых волокон [17–19].

В последнее десятилетие были предприняты попытки изучить влияние добавления волокон на проницаемость FRC с использованием моноволокон.Исследователи использовали различные моноволокна, такие как сталь, углерод, полипропилен, поливиниловый спирт, нейлон и стекло, для изучения характеристик проницаемости бетона с трещинами и без трещин [20–26].

В основном волокна делятся на два типа: металлические и неметаллические. Стальные и углеродные волокна называют металлическими волокнами, а такие волокна, как полимерные, углеродные, стеклянные, а также волокна природного происхождения, объединяются под зонтиком неметаллических волокон [27–32]. Кроме того, в зависимости от длины волокна их можно разделить на макро- и микроволокна.Обычно исследователи использовали в своих исследованиях только моноволокна. Концепция гибридизации волокон появилась в последнее десятилетие. Гибридизация волокон означает включение волокон из разных материалов или волокон из одного и того же материала, имеющих разную длину / соотношение сторон [33–38]. Гибридный бетон, армированный стальным волокном (HySFRC), является последним достижением в области FRC. При повышении структурных и механических свойств бетона в обязательном порядке необходимо увеличивать долговечность этих материалов.

Чтобы открыть новые области применения, HySFRC должен быть спроектирован таким образом, чтобы обеспечивать адекватные рабочие характеристики, прочность, пластичность и, что наиболее важно, долговечность. Используя концепцию гибридизации, можно разработать бетон с превосходными свойствами. Долговечность бетона в основном зависит от его устойчивости к проникновению влаги. Влага, попадающая в бетон, может вызвать коррозию стальной арматуры и значительно сократить срок службы конструкций. Как таковая, долговечность бетона в значительной степени зависит от проницаемости бетона, которая определяется как легкость, с которой он позволяет жидкостям проходить через него.Несмотря на то, что долговечность является ключевым фактором, влияющим на долговечность бетонных конструкций, были проведены лишь ограниченные исследования для изучения влияния добавления различных стальных волокон на долговечность бетона.

2. Значение исследования

Всесторонний обзор литературы, который был проведен, но кратко изложен в предыдущих параграфах, показывает, что влияние добавления гибридных стальных волокон на характеристики проницаемости и прочности HySFRC до сих пор не исследовалось. и информация по этому поводу скудная.Таким образом, в этом исследовании была предпринята попытка изучить комбинированный эффект добавления гибридных стальных волокон на водопроницаемость и прочностные характеристики, такие как прочность на сжатие и разделенная прочность на растяжение смесей HySFRC, изготовленных с различными объемными долями волокон, каждая объемная доля содержащие различные комбинации стальных волокон различной длины.

3. Методика эксперимента
3.1. Материалы и дозирование смеси

Весовое соотношение ингредиентов, составляющих эталонную бетонную смесь, составляло 1: 1.52: 1,88 с водоцементным соотношением 0,46 по массе. Прочность на сжатие в течение 28 дней эталонной бетонной смеси составила 38,65 МПа. Использовались пуццолановый портландцемент, крупнозернистый щебень с максимальным размером 12 мм и речной песок местного производства. Материалы соответствовали соответствующим индийским стандартным техническим условиям [39, 40]. Гофрированные стальные волокна длиной 12,5 мм, 25 мм и 50 мм, каждое с постоянным диаметром 0,6 мм, использовали в различных комбинациях по весу. Три объемные доли волокон, то есть 0.Использовали 5%, 1,0% и 1,5%, причем каждая объемная доля содержала различные пропорции смеси стальных волокон с разными пропорциями в моно, бинарных и тройных комбинациях. В таблице 1 представлены 13 таких комбинаций смесей волокон, соответствующих каждой объемной доле волокна 0,5%, 1,0% и 1,5%, в результате чего всего получается 39 смесей из фибробетона. Кроме того, для справки был использован бетон, не содержащий волокон. Всего в этом исследовании было приготовлено 40 бетонных смесей.


(%) Весовая доля смеси волокон (%)
12.5 мм
длинные волокна
25 мм
длинные волокна
50 мм
длинные волокна

0,5, 1,0 и 1,5
100 - -
75 25 -
50 50 -
25 75 -
- 100 -
75 - 25
50 - 50
25 - 75
- - 100
- 75 25
- 50 50
- 25 75
33 33 33

: объемная доля волокна.
3.2. Технологичность SFRC и HySFRC и отливка образцов

Испытание на перевернутый конус оседания использовалось для измерения удобоукладываемости бетона, содержащего различные комбинации стальных волокон. Этот тест был специально разработан для измерения работоспособности FRC. Время, необходимое для опорожнения конуса для всех смесей, использованных в этом исследовании, было в пределах, предписанных для FRC, за исключением некоторых смесей, сделанных с объемной долей волокон 1,5%, где было довольно трудно поддерживать удобоукладываемость в определенных пределах даже при увеличенной дозе суперпластификатора. и во время смешивания в этих смесях наблюдалось комкование волокон.

Отливка образцов производилась в лабораторных условиях на стандартном оборудовании. Каждая смесь бетона состояла из стандартных кубических образцов размером мм для определения прочности на сжатие, прочности на разрыв и водопроницаемости, которые проводились после 7, 28, 90 и 120 дней выдержки в питьевой воде. Для всех 40 бетонных смесей было отлито 1440 кубических образцов, по 480 экземпляров каждый для прочности на сжатие, прочности на разрыв и водопроницаемости.

3.3. Испытания на прочность при сжатии

Испытания на прочность на сжатие были проведены в соответствии с IS: 516–1956 на машине для испытаний на сжатие 2000 кН. Опорные поверхности машины были очищены, и испытательный образец был помещен в машину таким образом, чтобы нагрузка прилагалась к сторонам, отличным от литой поверхности образца. Максимальную сжимающую нагрузку на образец регистрировали как нагрузку, при которой образец не выдерживал дальнейшего увеличения нагрузки. Среднее значение трех образцов было принято в качестве репрезентативного значения прочности на сжатие для каждой смеси.Прочность на сжатие рассчитывалась путем деления максимальной сжимающей нагрузки на площадь поперечного сечения кубического образца, по которому была приложена нагрузка.

3.4. Испытания на разрыв при раздельном растяжении

Прочность при раздельном растяжении определяли на машине для испытаний на сжатие путем размещения образца по диагонали. Процедура, принятая в этом исследовании для испытаний прочности на разрыв при растяжении, была такой же, как и в некоторых предыдущих исследованиях [41, 42]. Прочность на разрыв при разделении определяли по следующей формуле: где spt - прочность на разрыв при разделении, МПа, - нагрузка при раскалывании, Н, - размер кубического образца в мм.

3.5. Тесты на водопроницаемость

Водопроницаемость фибробетона была получена путем испытания образцов на приборе для определения водопроницаемости. Водопроницаемость определялась в соответствии с процедурой, изложенной в IS: 3085–1965 [43]. Испытательные ячейки оборудования для испытания на проницаемость имеют поперечное сечение 115 мм 115 мм. Кольцевое пространство между испытательной формой и кубом было заполнено смесью смолы и воска, смешанной в соотношении 2: 1 по объему. Перед испытанием образцы были высушены и окрашены смесью смолы и воска на всех поверхностях, кроме двух, через которые планировалось однонаправленное течение воды под необходимым давлением.Кольцевое пространство в нижней части формы для испытаний было плотно набито кусочками джута, пропитанными расплавленной смесью. Эта смесь в состоянии курения добавлялась, чтобы заполнить оставшуюся часть кольцевого пространства, и сжималась стальной линейкой, чтобы выпустить весь захваченный воздух. Уплотнению давали затвердеть в течение 24 часов, а затем проверяли, пропуская воздух снизу, при этом покрывая верхнюю поверхность слоем воды. Отсутствие пузырьков воздуха, выходящих из уплотнения, подтвердило его безупречное качество.Уплотнение обеспечивало однонаправленный поток через образец сверху вниз, а не сбоку. Испытательная ячейка была спроектирована так, чтобы выдерживать рабочее давление 1,5 МПа, и образцы в настоящем исследовании были испытаны при давлении в диапазоне от 0,8 МПа до 1,0 МПа. Измерения разряда проводились через равные промежутки времени до достижения установившегося состояния, которое подтверждалось, когда разряд, проходящий через образец, становился постоянным. После достижения устойчивого состояния измерения снимали через равные промежутки времени в течение 48 часов.Для определения коэффициента проницаемости использовался средний расход. Устойчивое состояние обычно достигалось в течение периода испытаний от 7 до 15 дней. Коэффициент проницаемости рассчитывали по следующей формуле: где - коэффициент проницаемости, м / с, - скорость истечения, куб.см, - размер образца, измеренный в направлении потока, - площадь поперечного сечения образца, - измеренный напор воды, вызывающий поток, м.

4.Результаты и обсуждение

Всего было испытано 39 смесей, по 13 каждая с объемной долей 0,5%, 1,0% и 1,5%, содержащих различные комбинации стальных волокон, на прочность на сжатие, прочность на разрыв и водопроницаемость при 7, 28 , 90 и 120 дней отверждения. Смесь, не содержащая стальных волокон, также была испытана в качестве контрольной / контрольной смеси. В следующих разделах представлены результаты для различных смесей, содержащих различные комбинации стальных волокон, через 28 дней отверждения, поскольку тенденции более или менее схожи для других периодов отверждения.

4.1. Прочность на сжатие
4.1.1. Монобетон, армированный стальным волокном

Для смесей из монофибры, при объемной доле 0,5%, было обнаружено, что прочность на сжатие увеличивается на 5,28%, 24,06% и 16,82% при добавлении 100% 12,5 мм, 100% 25 мм и 100% волокон длиной 50 мм, соответственно, поверх простой бетонной смеси через 28 дней выдержки. Аналогичным образом, для смеси, содержащей 1,0% объемной доли, было обнаружено, что прочность на сжатие увеличилась на 8,85%, 26,61% и 20%.32% с добавлением 100% волокон длиной 12,5 мм, 100% 25 мм и 100% 50 мм соответственно по простой бетонной смеси через 28 дней отверждения. Для объемной доли 1,5% увеличение прочности на сжатие порядка 13,69%, 29,54% и 14,45% наблюдалось при добавлении 100% волокон длиной 12,5 мм, 100% 25 мм и 100% 50 мм соответственно. над обычным бетоном. На рис. 1 представлены типичные тенденции прочности на сжатие смесей, содержащих моностальные волокна при объемной доле волокна 1,0%.


Для смесей моно стальной фибры с добавкой 100% 12.Волокна длиной 5 мм, прочность на сжатие увеличилась на 5,28%, 8,85% и 13,69% для 0,5%, 1,0% и 1,5% содержания волокна, соответственно, через 28 дней отверждения. Аналогичным образом, с добавлением 100% волокон длиной 25 мм прочность на сжатие увеличилась на 24,06%, 26,61% и 29,54% для 0,5%, 1,0% и 1,5% волокон, соответственно, через 28 дней отверждения. Для волокон длиной 100% 50 мм увеличение прочности на сжатие порядка 16,82%, 20,32% и 14,45% наблюдалось для 0,5%, 1,0% и 1.5% содержания клетчатки соответственно. Падение прочности на сжатие при объемной доле 1,5% для смеси со 100% волокон длиной 50 мм может быть связано с эффектом комкования стальных волокон во время смешивания. На рис. 2 представлено влияние объемной доли волокна на прочность на сжатие смесей моностальных волокон, изготовленных из 100% волокон длиной 25 мм.


Оптимальная длина волокна для прочности на сжатие для всех объемных долей, испытанных для смесей SFRC, составляет 25 мм, тогда как 12.Волокна длиной 5 мм работали плохо. Это может быть связано с тем, что требуется некоторая минимальная длина волокна, чтобы противостоять трещинам и их распространению. Для волокон длиной 50 мм их количество для определенной объемной доли меньше по сравнению с волокнами 25 мм и, таким образом, может быть не столь эффективным для остановки распространения трещин, что дает плохие характеристики по сравнению с волокнами 25 мм.

4.1.2. Эффект гибридизации волокон

Сначала обсуждаются результаты смесей HySFRC, содержащих бинарные комбинации стальных волокон, а результаты смесей HySFRC, содержащих тройные комбинации стальных волокон, представлены позже.

Было замечено, что при добавлении 75% стальных волокон длиной 12,5 мм + 25% 25 мм, представленных на Рисунке 5, прочность на сжатие увеличивается на 8,82%, 11,06% и 10,88% на 0,5%. , 1,0% и 1,5% содержания волокна, соответственно, по сравнению с простой бетонной смесью наблюдалось через 28 дней отверждения. Для смеси HySFRC, которая содержала 50% стальных волокон длиной 12,5 мм + 50% 25 мм, прочность на сжатие была увеличена на 11,65%, 13,51% и 10,55% для 0,5%, 1,0% и 1,5% объемной доли соответственно по сравнению с простой бетонная смесь на 28 сутки выдержки.На рис. 3 представлена ​​типичная тенденция для смесей HySFRC, содержащих бинарные комбинации стальных волокон длиной 25 мм и 50 мм для объемной доли волокна 0,5%.


Аналогичные тенденции наблюдались для смеси, содержащей 25% 12,5 мм + 75% 25 мм, а увеличение прочности на сжатие по сравнению с простой бетонной смесью составило 14,96%, 17,26% и 15,47% для 0,5%, 1,0%. , и 1,5% содержания волокна, соответственно, через 28 дней отверждения. Аналогичным образом для смесей бинарных стальных волокон длиной 100% 12,5 мм и 100% 50 мм стальной фибры с добавкой 75% 12.5 мм + 25% стальной фибры длиной 50 мм наблюдалось повышение прочности на сжатие на 15,73%, 12,67% и 10,55% при содержании волокна 0,5%, 1,0% и 1,5% соответственно по сравнению с простой бетонной смесью. через 28 дней отверждения. Для смеси HySFRC, которая содержала 50% стальных волокон длиной 12,5 мм + 50% 50 мм, прочность на сжатие была увеличена на 10,88%, 14,89% и 12,41% для 0,5%, 1,0% и 1,5% объемной доли соответственно сверх обычная бетонная смесь через 28 суток выдержки. Аналогичные тенденции наблюдались для смеси, содержащей 25% 12.5 мм + 75% 50 мм, а увеличение прочности на сжатие по сравнению с простой бетонной смесью составило 14,22%, 17,51% и 14,84% для 0,5%, 1,0% и 1,5% содержания волокна, соответственно.

В комбинациях бинарных смесей, состоящих из 100% стальных волокон длиной 25 мм и 100% 50 мм, с добавлением стальных волокон длиной 75% 25 мм + 25% 50 мм, прочность на сжатие увеличивается на 21,59%, 21,72% и 13,87% для 0,5%, 1,0% и 1,5% волокон соответственно по сравнению с простой бетонной смесью через 28 дней отверждения.Для смеси HySFRC, которая содержала 50% стальных волокон длиной 25 мм + 50% 50 мм, прочность на сжатие была увеличена на 18,79%, 23,88% и 21,34% для 0,5%, 1,0% и 1,5% объемной доли соответственно сверх обычная бетонная смесь через 28 суток выдержки. Аналогичные тенденции наблюдались для смеси, содержащей 25% 25 мм + 75% 50 мм, и увеличение прочности на сжатие по сравнению с простой бетонной смесью составило 12,82%, 22,18% и 16,67% для 0,5%, 1,0% и 1,5% волокна. content соответственно.

Однако для трехкомпонентной смеси, содержащей 33% 12.5 мм + 33% 25 мм + 33% стальных волокон длиной 50 мм, результаты представлены на рисунке 4; Увеличение прочности на сжатие по сравнению с обычным бетоном составило 19,35%, 23,37% и 21,92% для 0,5%, 1,0% и 1,5% объемной доли, соответственно, через 28 дней отверждения.

.

Численное исследование несущей способности прямоугольных бетонных элементов, армированных стеклопластиком, с использованием модели CDP в ABAQUS

Настоящая работа демонстрирует нелинейный анализ методом конечных элементов (NLFEA) 13 концентрически и внецентренно нагруженных коротких прямоугольных бетонных колонн, армированных стеклопластиком и обычным стальные стержни. Штанги из стеклопластика легкие, обладают высокой прочностью на разрыв и коррозионной стойкостью. Модель NLFEA для прямоугольных бетонных образцов была разработана с использованием коммерческого программного обеспечения ABAQUS Standard и откалибрована для различных материалов и геометрических параметров на основе результатов предыдущих экспериментальных испытаний исследуемого образца.Поведение железобетона моделировалось с использованием модели поврежденной пластичности бетона (CDP), поведение стальных стержней моделировалось как билинейный упругопластический материал, а стержни из стеклопластика рассматривались как линейный упругий материал. После калибровки параметров CDP контрольный образец был использован для дальнейшего численного параметрического анализа для исследования влияния критических параметров, то есть площади бетона ( A c ), прочности бетона на сжатие () и отношение продольной арматуры () и поперечной арматуры () к несущей способности колонн.Результаты показывают, что выбранная модель NLFEA может точно имитировать поведение колонок, и было хорошее согласие численных результатов, полученных с помощью ABAQUS Standard, с экспериментальными результатами.

1. Введение

Полимер, армированный стекловолокном (GFRP), представляет собой легкий, устойчивый к коррозии, немагнитный и электроизоляционный материал с очень высокой прочностью на разрыв и низкой теплопроводностью. Арматура из стеклопластика используется как эффективная замена стальной арматуре в железобетонных конструкциях.Из-за немагнитных и непроводящих свойств материала GFRP может быть предпочтительнее использовать почти чувствительные инструменты в лабораториях и больницах [1–4]. Кроме того, меньшее бетонное покрытие используется для элементов, армированных стекловолокном, из-за коррозионно-стойких свойств стержней из стеклопластика. На очистных сооружениях сточных вод и химических очистных сооружений, морских сооружениях и сооружениях, подверженных воздействию солей для борьбы с обледенением, коррозия обычной стали приводит к снижению эксплуатационной надежности конструкций. Из-за этой проблемы железобетонные (ЖБИ) конструкции в таких агрессивных средах имеют срок службы всего около 50 лет.Замена стали композитами из стеклопластика, такими как стержни из стеклопластика, может быть полезной для экономии огромных затрат на ремонт для обеспечения долговременной работоспособности и долговечности конструкций [5]. На протяжении всего срока службы железобетонных конструкций стержни из стеклопластика были признаны экономичными. Армированные волокном полимерные стержни (FRP), имеющие плотность менее одной четверти плотности стальных стержней с более высокой прочностью на разрыв и коррозионной стойкостью в химических средах, обладают рядом преимуществ по сравнению со сталью [6, 7]. Кроме того, из-за высокой прочности, высокой коррозионной стойкости и меньшего количества бетонного покрытия стержни из стеклопластика широко используются для модернизации старых или поврежденных железобетонных зданий [8].

Исследовательские группы провели обширную экспериментальную работу по сравнению с численной работой по изучению поведения сжатых и изгибных элементов GFRP RC. Nguyen et al. [9] изучили продольное изгибание на кручение (LTB) двутавровых балок из армированного волокном полимера (FRP) с помощью нелинейного анализа методом конечных элементов и пришли к выводу, что из-за изменения высоты нагрузки и фиксации торцевого коробления балка с FRP оказывает большее влияние на прочность на изгиб по сравнению с балкой с постоянными упругости стали. Ян и др.[10] исследовали повреждающее поведение балок GFRP RC путем проведения экспериментов и FEA и сообщили, что разработанная модель FEA достаточно точна, чтобы предсказать поведение повреждений балок GFRP RC. Amiri et al. [11] представили КЭ-модель армированных геополимерных бетонных элементов изгиба с использованием коммерческого программного обеспечения ABAQUS и обнаружили отклонения в экспериментальных и численных результатах для прогибов, но картина трещин показала хорошее соответствие. Najafgholipour et al. [12] провели FEA железобетонных внешних и внутренних соединений балки-колонны с использованием модели CDP в ABAQUS и изучили деформации, совместную способность к сдвигу и трещины, с заключением, что результаты FEA хорошо согласуются с экспериментальными результатами.Prachasaree et al. [5] изучили поведение колонн из стеклопластика с различными типами хомутов и пришли к выводу, что влияние продольной арматуры из стеклопластика на прочность колонны невелико, но поперечная арматура значительно влияет на удерживающее давление за счет увеличения прочности бетона и неупругой деформации. Alsayed et al. [13] выполнили испытания колонн 450 × 250 × 1200 мм при концентрической нагрузке и пришли к выводу, что при использовании того же отношения продольного армирования стали и стержней из стеклопластика, способность колонн, армированных стеклопластиком, снижается на 13%.Nunes et al. [14] провели экспериментальные и численные исследования пултрузионных колонн из стеклопластика, которые подвергались эксцентрическим нагрузкам, и пришли к выводу, что когда нагрузка применяется в пределах границы керна, несущая способность колонны снижается до 40%. Кроме того, было достигнуто хорошее согласие между экспериментальными и численными результатами. Turvey и Zhang [15] также провели экспериментальное и численное исследование, чтобы исследовать механизм разрушения коротких бетонных колонн, армированных стеклопластиком.Численное исследование проводилось с использованием как обобщенной теории пучков (GBT), так и ABAQUS.

Из обзора литературы было замечено, что численное поведение элементов сжатия, армированных GFRP, с использованием программного обеспечения FEA ABAQUS менее определено, и численное параметрическое исследование не проводилось. Таким образом, для точного моделирования и анализа численного поведения арматуры из стеклопластика в колоннах и для предоставления новых расчетных кодов для армирования из стеклопластика необходимо экспериментальное и численное параметрическое исследование, исследуя критические параметры, которые влияют на осевую способность колонн из RC.Основная цель настоящего исследования состоит в том, чтобы предложить модель NLFEA в ABAQUS, которая точно моделирует поведение железобетона, и подтвердить ее в сравнении с результатами предыдущих экспериментальных испытаний кривых нагрузки-прогиба 13 образцов колонн. После валидации модели NLFEA эта откалиброванная численная модель была использована для построения кривых нагрузки-прогиба колонн по сравнению с предыдущими экспериментальными результатами Эльчалакани и Ма [16], а затем было выполнено численное параметрическое исследование контрольных образцов из стали и стеклопластика. .Также были изучены структуры трещин в бетоне в колоннах RC. Наконец, экспериментальные результаты и результаты FEA для концентрически нагруженных стальных колонн и колонн GFRP RC были сопоставлены с теоретическими результатами. Значение настоящей работы состоит в том, что предложенная модель FEA ABAQUS может быть использована для дальнейшего анализа различных параметров колонн.

2. Конечно-элементное моделирование
2.1. Общая методология

Численное моделирование колонн из армированного стеклопластом бетона было выполнено с использованием коммерческого программного обеспечения ABAQUS Standard 6.12. Во время моделирования образцов подробно обсуждались модели конкретных материалов, граничные условия, а также различные геометрические и материальные параметры. Бетонный материал был смоделирован как однородное твердое трехмерное сечение. Модель пластичности Друкера – Прагера использовалась для численного моделирования ограниченного бетона из стеклопластика [17–19]. Как правило, численная модель должна быть достаточно богатой, чтобы фиксировать критические и существенные явления, но не должна быть достаточно сложной, чтобы увеличить время анализа компьютера.После моделирования геометрии контрольной модели она была откалибрована для угла расширения, отношения напряжений, коэффициента формы, эксцентриситета пластического потенциала и параметра вязкости модели поврежденной пластичности бетона (CDP), различных типов элементов и размеров ячеек для достижения лучших результатов. по сравнению с предыдущими экспериментальными результатами.

2.2. Геометрия модели, граничные условия и нагрузка

Все колонны из стали и GFRP RC были закреплены внизу, а верхний конец оставался свободным во всех направлениях с приложенной осевой нагрузкой.Ограничение встроенной области, доступное в стандарте ABAQUS Standard, использовалось для определения связывания арматурных стержней, т. Е. Стальных стержней и стержней из стеклопластика, с бетоном, которое ограничивает узлы элементов арматурных стержней совместимыми степенями свободы (DOF) элементов основной области (бетон ), как показано на рисунке 1 (c). Чтобы определить осевую нагрузку-прогиб истории железобетонных колонн до разрушения, статическая монотонная нагрузка была приложена к вершине с помощью метода контроля смещения. Индуцированное смещение 20 мм применялось в верхней части центра концентрических колонн и на расстоянии, равном требуемому эксцентриситету от центра образцов вдоль более слабой оси эксцентрических колонн.Стальные пластины толщиной 50 мм были прикреплены к верхней и нижней части колонн с использованием «стяжки» для применения граничных условий и равного распределения приложенных нагрузок. Эти пластины рассматривались как жесткие элементы с модулем Юнга 210 ГПа и плотностью 7,85 · 10 -9 т / мм 3 . Геометрия и детали моделирования конечно-элементных моделей стальных колонн показаны на рисунке 1.


Различные свойства бетонного материала, а также приращения и размеры нагрузки в Step Module стандарта ABAQUS Standard приведены в таблице 1.Модуль упругости ( E c ) бетона был рассчитан с использованием кода ACI по формуле


Значение параметра

Плотность бетона (т / мм 3 ) 2,4 × 10 −9
Коэффициент Пуассона, 0,2
Модуль Юнга, E c (Н / мм 2 ) 26587
Бетонное покрытие для стальных образцов (мм) 40
Бетонное покрытие для образцов из стеклопластика (мм) 20
Начальный и максимальный размер приращения нагрузки 0.01
Минимальный размер приращения 10 −10

Для определения взаимодействия между бетонными колоннами и стальными плитами использовалась концепция главной и подчиненной поверхностей. Нижняя поверхность верхней стальной пластины и нижняя поверхность колонны были приняты в качестве основных поверхностей, а верхняя поверхность колонны и верхняя поверхность нижней стальной плиты рассматривались как подчиненные поверхности.Другими словами, поверхности, передающие нагрузку, были взяты за эталонные поверхности. Бетонное прозрачное покрытие меньшего размера использовалось для образцов GFRP RC из-за коррозионных свойств стержней GFRP в соответствии с Elchalakani et al. Геометрия и детали моделирования конечно-элементных моделей колонн GFRP RC показаны на рисунке 2.


Всего в ABAQUS было смоделировано 13 полномасштабных прямоугольных образцов колонн RC при различных условиях нагружения, из которых 6 образцов были усилены в продольном направлении. и поперечно стальными стержнями, а оставшиеся 7 образцов были усилены стержнями из стеклопластика.Три эксцентриситета нагрузки (25 мм, 35 ​​мм и 45 мм) и три расстояния лигатуры (75 мм, 150 мм и 250 мм) были использованы для изучения их влияния на поведение прогиба нагрузки сжатых элементов.

Использованный предел прочности бетона на сжатие составил 32 МПа. Геометрические характеристики и характеристики материала всех образцов приведены в таблице 2.


Образец этикетки Тип арматуры Прочность на сжатие бетона (МПа) Основная арматура Бетонное покрытие ( мм) Поперечное армирование Эксцентриситет при испытании (мм)
Стержни Степень усиления (%) Диаметр стержней (мм) Расстояние (мм)

S45- 150 Сталь 32 6- ɸ 12 мм 1.63 40 6 150 45
S25-150 25
SC-150 0

S35-75 Сталь 32 6- ɸ 12 мм 1,63 40 6 75 35
S25-75 25
SC-75 0

G45-150 GFRP 32 6- ɸ 12.7 мм 1,83 20 6,35 150 45
G25-150 25
GC-150 0

G35-75 GFRP 32 6- ɸ 12,7 мм 1,83 20 6,35 75 35
G25-75 25
GC-75 0 900

GC-250 GFRP 32 6- ɸ 12.7 мм 1,83 20 6,35 250 0

2.3. Поврежденная пластичность бетона (CDP) Модель

В ABAQUS есть три основные модели для определения неупругого поведения бетона, включая модель растрескивания с размазанным бетоном (CSCM), модель поврежденной пластичности бетона (CDP) и модель бетона с хрупким растрескиванием (BCC). Модель CDP имеет дело с пластическим поведением, сжатием, растяжением, ограничением и механизмом повреждения бетона и может привести результаты к точности по сравнению с другими моделями.По сравнению со сталью бетон с самого начала проявляет нелинейность при испытании на растяжение или сжатие.

Модель CDP определяет два механизма разрушения бетона: сжатие и растрескивание. Модель CDP обычно применяется для моделирования нелинейного поведения железобетона [20–22]. Таким образом, в текущем исследовании поведение бетонного материала было определено с помощью модели CDP, данной Лю и Чен [23], как показано на рисунке 3, который описывает взаимосвязь между неупругой деформацией, пластической деформацией, а также напряжением и деформацией сжатия. из бетона.Параметр повреждаемости d c , пластическая деформация ɛ pl и неупругая деформация ɛ в определяются с использованием [23]. Модель CDP в ABAQUS состоит из поведения бетона при пластичности, сжатии и растяжении.


.

Смотрите также