Каталог: Проектирование / Безопасная эксплуатация зданий и сооружений / Методика исследований прочностных свойств высоко-деформативных строительных материалов Назад в оглавление

Опубликованные научно-технические статьи ООО "ЦЭиПСК"

Общее количество статей: 121

Методика исследований прочностных свойств высоко-деформативных строительных материалов

Уникальный номер статьи: 41; дата публикации: 9 июня 2016 г. 22:19

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ВЫСОКО-ДЕФОРМАТИВНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Е. С. Федулов, аспирант

ФБГОУ ВПО СПбГАСУ, Санкт-Петербург

        А. В. Тихомиров, заведующий

лабораторией кафедры  СК ФБГОУ ВПО СПбГАСУ

В строительной области конструкционно-теплоизоляционные материалы получили широкое распространение [1]. Расширение области применения данных материалов возможно за счет оптимального совмещения теплотехнических и прочностных свойств, в частности, обеспечение крепления навесных конструкций, например, таких как навесные вентилируемые фасады, в межэтажное заполнение ограждающей конструкции здания, выполненной из газобетона.

Механика разрушения макропористых материалов – газобетон, пенобетон и пр., отлична от плотных материалов – тяжелых бетонов [2,3]. Работа макро- и мезопористых материалов в зоне пластических деформаций носит индивидуальный характер для каждого материала и с трудом поддается комплексному обобщению. Ввиду чего, важным обстоятельством является определение фактической упругой зоны работы пористого материала, которая обеспечивает требуемый уровень надежности строительной конструкции.

Выявление особенностей работы пористых материалов представляется уместным рассмотреть на примере методики проведения исследования несущей способности анкеров на испытательной машине Instron 10 kN. Стоит отметить, что вопрос крепления навесных вентилируемых фасадов на ограждающие конструкции из конструкционно-теплоизоляционных материалов актуален в целом [4]. Согласно рекомендациям [5], в целях определения фактической упругой зоны работы анкера нагрузку прикладывают согласно графику на рис. 1. Значение нагрузки по оси ординат варьируется от габаритов анкерного крепления и прочности материала основания.

Рис. 1. Принципиальная схема нагружения образцов

Известно, что на приборах с механическим отображением данных измерений имеется отклонение от истинных значений в сторону занижения и завышения значений в первой и последний трети шкалы делений соответственно. Измерительная система машины Instron 5966 с использованием датчика нагрузки серии 2580 работает в диапазоне измерения нагрузки 1:500.   В данном случае, динамометрический датчик используется от 0.2% до 100% его номинального значения без потери точности. Точность измерения нагрузки составляет 0.5% от измеренных значений [6]. Фиксация значений при испытании происходит по средствам ЭВМ в автоматическом режиме, что позволяет исключить «человеческий фактор».

Как видно из рис. 1, первые этапы приложения нагрузки (10%, 20% от разрушающей нагрузки) находятся в первой трети измерительного прибора и, следовательно, истинные значения нагрузки могут быть искажены при использовании приборов с механическим отображением измеряемых значений. На данных участках могут находиться важные физические явления, имеющие отношение к высокодеформативным свойствам материала, – обжатие, обмятие, перемещение пыли по макропорам (см. рис. 2). Данные физические явления хорошо видны на участке 0,10-0,12 мм при испытании анкеров Sormat kbt 6 на вырыв из газобетонного блока марки D400 на испытательной машине Instron 10 kN.

I_GraphA

Рис. 2 Диаграмма зависимости нагрузка-перемещение при испытании на вырыв анкеров Sormat kbt 6 из газобетонных блоков марки D400

Дополнительно, график на рис. 3 показывает появление первоначального обмятия на 1,0-1,5 мм газобетонных кубов 10х10х10см при их испытании на одноосное сжатие на испытательной машине Instron 50 kN.

I_GraphA

Рис. 3. Диаграмма зависимости нагрузка-перемещение при испытании газобетонных кубов на сжатие. Образцы 1,2,3 - газобетонные блоки марки D400; образцы 4,5,6 - газобетонные блоки марки D500

При проведении испытаний машина формирует обширный массив данных, с заданными измеряемыми величинами, с частой опроса 0,1 секунды. Частота синхронной регистрации данных 1кГц [6]. Согласно указанным фактам, имеется возможность получить полную информацию по физическим значениям измеренных величин в каждой точке графика, при этом учитывая то, что фактическая точность измерения перемещения ±0.05% от измеряемой величины [6] дает дополнительную  возможность эффективно отслеживать малые деформации.

 По опыту авторов, встречаются испытания с количеством до 20 000 точек, хотя ранее графики строились по 10-20 точкам. В ходе работы со значительным количеством данных имеются сложности с их аналитической обработкой. При малом значении шага измерений значения первой производной могут колебаться, а общий тренд возможно отследить на значительном отдалении рассматриваемых точек. (см. табл. 1).

Таблица 1. Выдержка (12 позиций) из листа (17 000 позиций) с перечнем точек при испытании газобетонных кубов на одноосное сжатие

№ п/п, i

Время, с

Перемещение, мм

Нагрузка, xi , кН

xi-xi-1, кН

1

2

3

4

5

5263

523,761

0,88305

596,2554

1,12591

5264

523,861

0,8847

597,1498

0,89441

5265

523,961

0,88631

598,0537

0,90387

5266

524,061

0,88781

598,9023

0,84863

5267

524,161

0,88957

599,9782

1,07587

5268

524,261

0,89143

601,1069

1,12872

5269

524,361

0,89316

602,0788

0,97193

5270

524,461

0,8946

602,8337

0,75488

5271

524,561

0,89606

603,5845

0,75079

5272

524,661

0,8979

604,6553

1,0708

5273

524,761

0,89976

605,652

0,99671

5274

524,861

0,90142

606,6086

0,95666

В целях оценки влияния отклонения измеряемых величин данные точки аппроксимированы средствами программы Curve Expert 1.4 и получены следующие зависимости и графы:

Рис. 4. Аппроксимаций группы точек кривой

Рис. 5. Средние квадратичные отклонения аппроксимированной кривой

Перечень точек в табл. 1 аппроксимирован следующей квадратичной функцией:

y = a + bx + cx2,

где a, b, c – коэффициенты со следующими значениями: a =        -1.42660297815E+003; b = 2.65823966378E+003; c =        -1.17283985164E+003.

Стандартное отклонение для данной функции  0.0507409, коэффициент корреляции  0.9999089, что свидетельствует, о том, что на малых участках функция имеет малые среднеквадратические отклонения.

Резюмируя вышеизложенное, возможно заключить, что:

  • новое оборудование с регистрацией данных на малых шагах открывает возможности для более глубокого анализа и подтверждения физических явлений в любых измерительных диапазонах в исследуемых материалах;
  • вывод данных в виде большого перечня строк со значениями требует специальных математических подходов к их анализу;
  • аналитическая аппроксимация полученных данных полезна для анализа малых участков графиков (механика смятия, последние стадии напряженно-деформированного состояния перед разрушением), на которых имеются флуктуации значений, которые, в свою очередь, могут быть не выявлены при изучении общего тренда.

ЛИТЕРАТУРА

1.        Вишневский А.А., Гринфельд Г.И., Смирнова А.С. Производство автоклавного газобетона в России // Сборник трудов 8-ой Международной научно-рактической конференции “Опыт производства и применения ячеистого бетона автоклавного твердения.” 2014. P. 17–20.

2.        Килина О.В., Килин П.С., Кульков С.Н. Моделирование деформационного поведения пористой керамики // Физическая мезомеханика. 2002. Vol. 4, № 5. P. 47–53.

3.        Смолин А.Ю., Коноваленко И.С., Кульков С. Н. О возможности квазивязкого разрушения хрупких сред со стохастическим распределением пор // Письма в ЖТФ. 2006. Vol. 32, № 17. P. 7–14.

4.        Верстов В.В., Федулов Е.С. Повышение надежности и несущей способности анкерных систем при креплении навесных конструкций на пористые основания // Вестник гражданских инженеров. 2014. Vol. 7. P. 68–71.

5.        ФГУ “ФЦС.” Стандарт ФЦС - 44416204-09-2010. Крепления анкерные. Метод определения несущей способности анкеров по результатам натурных испытаний. Москва, 2010. 16 p.

6. Технические характеристики.  Универсальная настольная электромеханическая испытательная машина Instron модель 5966, 10кН.

Консультации технического отдела
+7-903-095-09-10 (Евгений)
Звоните в технический отдел в удобное для Вас время
gip@gip.su