Robototehnika-info.ru

Робототехника Инфо
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет угла внутреннего трения бетона; для чего нужен показатель

Расчет угла внутреннего трения бетона — для чего нужен показатель?

Термин «угол внутреннего трения бетона» используется для обозначения откоса между материалом и ровной поверхностью (например, о сталь). На результаты влияют сразу несколько факторов: тип вещества, влажность, шероховатость плоскости и вес. Значение берут из таблиц или высчитывают по формуле. Определение показателя выполняется в лабораторных или в полевых условиях.

Что это такое?

Угол внутреннего трения также называют углом естественного откоса.

Под этим термином подразумевают наклон, который образуется между материалом и горизонтальной поверхностью (например, стали). Это характеристика, которая используется во время строительных работ, обозначает сопротивление сдвигов по грунту. Когда используют это обозначение, имеют в виду максимально возможные углы наклона бетона. У разных стройматериалов результат колеблется приблизительно между 15 и 43 градусами. На показатели трения влияет тип грунта: сухой он, влажный или твердый. Обозначается символом φ. Этот фактор зависит и от таких условий содержания бетона:

  • тип материала;
  • сопротивление поверхности;
  • веса вещества;
  • влажности;
  • шероховатости плоскости.

Зачем рассчитывают?

Это значение обязательно учитывается во время строительства. Высчитывая угол внутреннего трения, можно определить прочность постройки. Этот показатель показывает силу, с которой частицы бетона сцепляются между собой. Угол зависит от коэффициента естественного откоса: чем меньше эти величины, тем больше подвижность изделия. Его вычисление необходимо для расчетов во время работы на стройке, определения плотности постройки и создания откосов, карьеров и насыпей.

Коэффициент

Показатель трения бетона определяется по формуле fsinφ=tgβ. Это обозначает, как угол дилатации равен углу внутреннего трения. Из этого уравнения получают значение — коэффициент трения. Его еще возможно найти по формуле f=tgφ. Это значение постоянно для сухих материалов, так как если пойдет дождь, то на изделие будет дополнительно действовать гидродинамическое давление. Иногда можно не проводить расчеты, а обратиться к таблицам, в которых есть усредненные данные. Но не стоит полностью на них полагаться, лучше самостоятельно рассчитывать все значения перед началом строительных работ. По основным требованиям, показатель трения для бетона равен 37 градусам.

Определение

Проведя исследования бетона на сопротивление строится график, из которого выводится угол трения.

Чаще используют способ среза материала. При этом выделяют 2 варианта проведения эксперимента: с предварительным уплотнением и без него. Для этого берут несколько образцов. После этого определяют сопротивление бетона и строят график, из которого выводят угол трения. Если расчеты проводят по методу медленного консолидированного среза, то можно определить значение для стабильных веществ, а если быстрого, то для постепенно уплотняющихся образцов.

Вычислить значение можно в полевых условиях. Для этого необходим котлован или откос. При этом используют метод кольцевого среза. При испытаниях создают несколько срезов скважины, в которых сохраняется естественное давление на стенки. Для более точного результата необходимо провести сразу 3 проверки. Кроме этого, можно использовать метод обрушивания бетона. Рабочие используют зондирование для выявления значения φ.

Обзор работы Вермеера и Де Борста о неассоциированной пластичности грунтов и бетона. Часть 1. Общее содержание

Предлагаем читателям ознакомиться с содержанием довольно объемной статьи «Неассоциированная пластичность для дисперсных грунтов, бетона и скальных пород» [1], написанной профессором Делфтского технического университета (Нидерланды) П.А. Вермеером и профессором Шеффилдского Университета (Великобритания) Р. Де Борстом на основе обзора публикаций и собственного опыта. Рассматриваемая работа была опубликована в 1984 году в журнале Heron, издаваемом Делфтским техническим университетом, и среди прочих сыграла большую роль в развитии геотехники. Отметим, что ее первый автор спустя 15 лет стал одним из создателей знаменитой модели упрочняющегося грунта (Hardening Soil Model), которую мы рассматривали в статье «Еще раз о модели упрочняющегося грунта от ее создателей и пользователей», опубликованной в журнале «Геоинфо» 27 мая 2019 года.

Читайте так же:
Печи для производства цемента сухим способом

Здесь мы приводим общее содержание большой работы Вермеера и Де Борста, а в следующих частях рассмотрим представленную в ней информацию более подробно.

Во введении к своей статье «Неассоциированная пластичность для дисперсных грунтов, бетона и скальных пород» [1] П.А. Вермеер и Р. Де Борст напомнили, что к моменту написания их работы теория пластичности была более хорошо разработана для металлов. Гипотезы, которые принимались относительно пластичности металлов, были просты, подтверждались большим количеством экспериментальных данных и обеспечивали прочную основу для стройной математической теории, которая среди прочих включала теоремы о единственности (однозначности) решения и о верхней и нижней границах для предельной нагрузки при квазистатическом нагружении. Авторы назвали ее ассоциированной теорией пластичности (теорией, основанной на ассоциированном законе текучести, или течения).

Однако, как отмечают Вермеер и Де Борст, фундаментальная гипотеза, которая лежит в основе ассоциированной теории пластичности и, следовательно, успешного применения этой теории при проектировании стальных конструкций, неприменима к другим используемым в гражданском строительстве материалам, таким как дисперсные грунты и бетон. Для этих материалов эксперименты опровергли гипотезу нормальности (постулат стабильности материала), сформулированную Друкером (1952, 1964). Поэтому методы проектирования земляных и бетонных сооружений, такие как методы круговых поверхностей скольжения для склонов и анализ предела текучести для бетонных плит, нельзя строго охарактеризовать как подходы с верхним пределом критической (разрушающей) нагрузки. И, что еще более серьезно, в этом случае становится сомнительной пригодность некоторых основополагающих моделей для использования при вычислениях с помощью метода конечных элементов. Действительно, некоторые такие законы используют ассоциированную пластичность, например в моделях Друкера – Прагера (Drucker, Prager, 1952) и Димаджио – Сандлера (DiMaggio, Sandler, 1971). Но такие модели, как правило, бесполезны, если рассматривать результаты их применения для решения ряда практических задач, что Вермеер и Де Борст показывают в своей работе на основе литературных данных и собственных конкретных примеров.

Недостатки ассоциированной пластичности были сначала признаны для дисперсных грунтов, а затем и для скальных пород и бетона. При этом многие инженеры и ученые на момент написания рассматриваемой статьи были мало знакомы с теорией неассоциированной пластичности. Поэтому Вермеер и Де Борст рассмотрели не только новые разработки, но и устоявшиеся концепции.

В первом (вводном) разделе авторы кратко описывают содержание своей работы [1].

Во втором разделе приводится краткое объяснение явления дилатансии при сдвиге в несвязном дисперсном грунте (песке) или в сцементированном гранулированном материале (бетоне, скальной породе). Далее показано, что материал, сохраняющий объем при пластической деформации, дает другую реакцию при нагрузке по сравнению с материалом, объем которого при пластической деформации увеличивается. Различия имеются как в отношении кривой «нагрузка – деформация», так и в отношении предельной нагрузки. В статье приводятся конкретные примеры того, что даже предельные нагрузки могут зависеть от характеристик дилатансии гранулированного материала.

В третьем разделе рассматриваются типичные данные, полученные при трехосных испытаниях песков, бетона и скальных пород. Обсуждаются такие элементарные параметры материала, как модуль Юнга и коэффициент Пуассона для описания упругих свойств, а также удельное сцепление и угол внутреннего трения для определения прочности. Авторы показывают, что ассоциированная пластичность не может удовлетворительно описать результаты таких испытаний. Существенное отличие от неассоциированной теории пластичности от ассоциированной касается введения угла дилатансии, который контролирует неупругие (пластические) изменения объема. Этот параметр подходит для описания свойств не только дисперсных грунтов, но и бетона или скальных пород. Авторы рассматривают оценку угла дилатансии по данным испытаний.

Читайте так же:
Цементные растворы с добавлением спиртов

В разделе 4 рассматриваются устоявшиеся концепции. Описанная в нем идеально-упругопластическая модель, как показывают авторы, является основой для более сложных моделей (которые рассматриваются в последующих разделах). Кроме того, эта модель полезна для решения ряда практических задач. По словам авторов, они применяли ее на практике во многих конечноэлементных вычислениях. При этом они столкнулись с некоторыми неожиданными эффектами, которые оказались следствиями принятия неассоциированной пластичности. Эти эффекты рассматриваются в разделе 5.

В шестом разделе обсуждается механизм упрочнения для фрикционных материалов и развиваются некоторые мысли по поводу моделей упрочнения. Авторы указывают, что для бетона и скальных пород, которые обладают как сцеплением, так и внутренним трением, ситуация сложнее, чем для песка, поскольку упрочнение в принципе может быть применено как к сцеплению, так и к мобилизованному углу внутреннего трения. Учитывая данные трехосных испытаний, авторы утверждают, что принятие фрикционного упрочнения обычно приводит к более хорошему описанию результатов испытаний, чем принятие упрочнения сцепления, которое обычно применяется для описания упрочнения металлов.

Конкретная идея, по которой фрикционное упрочнение сочетается с разупрочнением сцепления, подробно рассматривается в разделе 7. На простом примере авторы показывают, что повышенная пластичность при более высоких уровнях давления (нагрузки) может очень хорошо описываться с использованием такого подхода, поэтому он кажется авторам многообещающим.

Использование неассоциированных моделей пластичности (моделей, основанных на неассоциированном законе течения) может приводить к неединственным предельным нагрузкам и может включать нестабильное структурное поведение (как это показано в главе 5 для идеально-пластической модели). Неединственность предельных нагрузок и нестабильное поведение могут также встречаться и для модели упрочнения (упрочняющейся модели), что проиллюстрировано в разделе 8, где представлен анализ полосы сдвига. Авторы показывают, что неединственные решения (бифуркации) возможны до достижения максимальной прочности. Теоретический анализ они сопровождают некоторыми результатами численных расчетов.

В девятом разделе приводится общий обзор моделей пластичности, целью которых является описание поведения «напряжение – деформация» для несвязных дисперсных грунтов или сцементированных гранулированных материалов при циклическом нагружении. Авторы утверждают, что относительно того, какое направление следует предпочесть, единодушия мало. Но некоторые идеи, которые кажутся им наиболее многообещающими, они обсуждают более подробно и на примерах показывают, что такие подходы могут привести к разработке моделей, которые могут разумно описать поведение дисперсных грунтов, подвергаемых циклическому нагружению.

В разделе 10 приводятся общие выводы. Авторы напоминают, что, по результатам испытаний, бетон и скальные породы являются более жесткими и прочными, чем несвязные дисперсные грунты, но пластическое течение достаточно хорошо описывается критерием текучести Мора – Кулона, который включает угол трения и силу сцепления частиц грунта (удельное сцепление). Пластическое течение почти всегда сопровождается увеличением объема, но степень деформирования при этом значительно отличается от той, которая следует из ассоциированной теории пластичности.

Авторы также делают вывод, что использование концепции угла дилатансии может быть полезным не только в механике дисперсного грунта, но и для бетона и скальных пород. Незадолго до и вскоре после пиковой прочности угол дилатансии достигает постоянного значения в зависимости от конкретного материала. При этом он как минимум на 20 град. меньше угла внутреннего трения. Из-за такой большой разницы и необходимо использовать неассоциированный закон течения, который соответствует пластическому потенциалу (потенциалу пластической деформации), похожему на функцию текучести, но вместо угла внутреннего трения включающему угол дилатансии.

Читайте так же:
Цемент песок отсев вода пропорции

То есть применительно к практическим инженерным проблемам могут быть существенные различия между результатами использования теорий, основанных на ассоциированном и неассоциированном законах текучести. При этом испытания песков, бетона и скальных пород и численные результаты решения некоторых практических задач действительно показали необходимость использования неассоциированной теории пластичности.

Применение ассоциированного закона текучести приводит к завышению жесткости и несущей способности. Наиболее поразительным численным результатом является возникновение «постпикового» ослабления грунта как следствие использования полностью неассоциированного закона течения. Это можно объяснить нарушением постулата стабильности Друкера.

Однако, по сути, как указали авторы в заключении (и в аннотации) к рассматриваемой работе, она состоит из трех частей, поскольку в ней рассматривается три типа материальных моделей возрастающей сложности.

Первая из них представляет собой идеально-пластическую модель, в которой используются пять указанных выше параметров (модуль Юнга, коэффициент Пуассона, удельное сцепление, угол внутреннего трения, угол дилатансии). Эта модель основана на результатах испытаний, а не на гипотезе Друкера о стабильности материала. Авторы считают, что ее можно назвать «моделью для студентов», поскольку она является хорошим введением в теорию пластичности. Она подходит для анализа предельных состояний (граничных условий) и для общей аппроксимации деформаций при рабочих нагрузках.

Вторая модель получена дополнением к первой учета таких особенностей, как фрикционное упрочнение и разупрочнение сцепления (для учета ослабления сцепления сцементированных гранулированных материалов с увеличением неупругой деформации). Ее, по мнению авторов, можно назвать «моделью для инженеров», поскольку она обеспечивает баланс между точностью и простотой. Ее анализ показывает, что пластические деформации имеют тенденцию к локализации в тонких полосах сдвига, которые могут возникать даже до достижения максимальной прочности.

Если доработать второй вариант так, чтобы учесть гистерезис и накопление деформаций для несвязных и сцементированных зернистых материалов при циклическом нагружении, то сложность снова возрастает и в результате получается третья модель, которую авторы называют «моделью для ученых». Тем не менее может быть получена привлекательная в вычислительном отношении модель при использовании концепции ограничительной (предельной) поверхности в дополнение к поверхности текучести, а также правила отображения. Чтобы использовать эти понятия в рамках неассоциированной модели типа Мора – Кулона, авторы предложили новое правило отображения.

Авторы заканчивают свою работу словами о том, что главной особенностью их исследования является единый подход к механическому поведению песков, скальных пород и бетона. Разница между механикой дисперсного грунта, механикой бетона и механикой скальных пород в основном заключается в практическом применении этих трех дисциплин. К тому же они расходятся из-за доминирующей роли воды в дисперсных грунтах, роли трещин и контактов в горных породах, а также роли трещин растяжения и арматуры в железобетоне.

В следующих частях мы более подробно рассмотрим содержание отдельных разделов этой работы и приведем соответствующие рисунки и формулы.

Реометр для цемента Pheso

Реометр для цемента Pheso Реометр для цемента Pheso

Реология измеряет течение и деформацию вещества, она изучает поведение под нагрузкой влажных материалов, которые нельзя отнести ни к твердому телу, ни к жидкости. К таким материалам относится и бетонная смесь, представляющая собой так называемую упруго-вязкую среду. В бетонной промышленности реология является важнейшей частью материаловедения. Реологические модели позволяют получить необходимую информацию об изменениях внутренней структуры реального тела под нагрузкой. К этой информации относятся характеристики внутреннего трения, вязкости и адгезии (сцепления). Важно точно измерять реологию в условиях, которые имитируют условия рабочей площадки, чтобы оптимизировать финансовую составляющую и качество бетона.

Читайте так же:
Сухая смесь цемент песок гост

Реометр Pheso был разработан специально для испытания неоднородных материалов, таких как бетон, зернистые суспензии и другие неоднородные смеси. Он адаптирован к реальным задачам цементной и бетонной промышленности, а так же прост в использовании. Позволяет определить реологические параметры: профили смешения, профили сдвига и энергию смешения.

Реометр Pheso универсален, поскольку его диапазон крутящего момента подходит для мягких и жестких суспензий, от жидкостей до сухих порошковых материалов в объемах образцов от 1 до 20 литров. Может работать в центральном или планетарном режиме, имеет сменные рабочие элементы, что позволяет измерять различные характеристики материала в цементной пасте, строительном растворе или бетоне, с высокой или низкой текучестью, включая бетон «0 slump», а также сухие материалы или волокнистые суспензии.

Реометр Pheso отличается фирменным программным обеспечением и компьютерным управлением непосредственно крутящего момента до 160 Нм. Надежная конструкция делает оборудование пригодным как для лабораторной среды, так и для производственных помещений, где необходим ежедневный контроль качества. Удобный интерфейс позволяет пользователям программировать процедуры смешивания и тестирования с настраиваемой скоростью вращения и длительностью для каждого шага, чтобы легко получить тест потока, тест роста напряжения и кривые цикла сдвига.

Работа в планетарном режиме и высокий сдвиг перемешивания с использованием крыльчатки в форме аттритора позволяют проводить длительные испытания без сегрегации в моделировании полевых условий. Можно эмулировать всю цепочку событий от процесса производства партии на бетонном заводе до доставки и размещения на рабочем месте. Длительные испытания в течение нескольких часов могут проводиться без перерыва, поскольку смешивание происходит непосредственно в реометре одновременно с измерением реологических свойств. Таким образом, реология измеряется в точной последовательности смешивания, без необходимости переноса материала из внешних смесителей.

  • оценка влияния различных форм агрегатов или распределения размеров частиц на реологию
  • изучение влияния различных химических примесей (воздухововлекающих агентов, пластификаторов, замедлителей) и их взаимодействия с другими материалами, такими как дополнительные цементирующие материалы или волокна
  • сравнение эффективности и удобства размещения различных специальных строительных растворов
  • долгосрочные исследования реологического поведения от начального смешивания до доставки на место работы
  • определение оптимальной дозировки, времени добавления и времени смешивания для самоуплотняющегося бетона
  • измерение влияния добавления воды или скорости добавления примеси на реологию бетона.
  • контроль качества бетонных смесей, оптимизация конструкции смеси, подбор сырья и др.
  • поиск оптимальной последовательности смешивания бетона с волокнами (момента для добавления волокон)
Выбор смеси и цикл сдвига в самоуплотняющемся бетоне

Диаграммы выше показывают профили смешения и профили сдвига с различными добавками в самоуплотняющемся бетоне. Красная кривая с замедленным растворением добавки показывает случай неполного перемешивания.

Влияние формы агрегатов на реологический профиль

В этом примере выборка сферических крупных агрегатов (синего цвета) сравнивалась с агрегатом с эквивалентным размером частиц пластинчатой формы. Смесь, содержащая пластинчатый заполнитель, привела к увеличению крутящего момента на 35% и увеличению энергии перемешивания на 20%

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Ранее было показано, что угол внутреннего трения пород в основном определяется гранулометрическим, составом коллектора, поэтому с течением времени он не изменяется. Следовательно, можно заключить, что причина уменьшения прочности коллектора — снижение в нем нормальных напряжений.  [46]

Параметры уравнения (1.7) — ф — угол внутреннего трения и с — удельное сцепление ( сокращенно сцепление) — являются количественными характеристиками прочности грунта. Название характеристик несколько условно и не вполне отражает действительную природу сил сопротивления грунтов сдвигу.  [48]

Учитывая, что в данном случае угол внутреннего трения грунта р — 30, коэффициент А 26 9 и коэффициент В 1 6 5, находим предельное сопротивление анкера по формуле ( 15): / ( Л — с.  [49]

Читайте так же:
Пва песочно цементный раствор

Из перечисленных углов наиболее крутым обычно является угол внутреннего трения , несколько меньшим — угол обрушивания к наиболее пологим — угол естественного откоса.  [50]

Далее, по мере перенасыщения грунта водой угол внутреннего трения приобретает ясно выраженную тенденцию к резкому уменьшению — до 14 и ниже.  [52]

Для связных пород, например глины, угол внутреннего трения характеризует сцепление частиц породы и определяется по сопротивлению сдвига. Его величина равна 13 — 25 и зависит от влажности и состава пород. Для твердых пород угол внутреннего трения определяет зависимость между касательными и нормальными напряжениями в каждой точке массива, находящегося в сложнонапряженном состоянии, и определяется графически с использованием теории прочности Мора. Его величина равна 45 — 87 и возрастает с повышением крепости пород.  [53]

При температуре, близкой к 0, угол внутреннего трения мерзлых грунтов практически будет равен углу внутреннего трения грунтов немерзлых, — сцепление же мерзлых грунтов имеет значительно большую величину по сравнению со сцеплением грунтов немерзлых.  [54]

Тем не менее в расчетной практике нередко принимают угол внутреннего трения равным углу естественного откоса, что идет в запас устойчивости. Влажные массы пылеватого песка и в особенности глины могут сохранять откосы значительной крутизны — так называемые углы стояния, что объясняется наличием сцепления. Угол естественного откоса ( так же как и угол внутреннего трения) при встряхивании песка несколько уменьшается; он зависит от напряженного состояния и от добавочного давления грунтовой воды. Однако при полном погружении песка в стоячую воду угол pj тот же, что и для песка в сухом состоянии. При действии же текущей воды параллельно начальному откосу его наклон уменьшается.  [55]

Тем не менее в расчетной практике нередко принимают угол внутреннего трения равным углу естественного откоса, что идет в запас устойчивости. Влажные массы пылеватого песка и в особенности глины могут сохранять откосы значительной крутизны — так называемые углы стояния, что объясняется наличием сцепления. Угол естественного откоса ( так же как и угол внутреннего трения) при встряхивании песка несколько уменьшается; он зависит от напряженного состояния и от добавочного давления грунтовой воды. Однако при полном погружении песка в стоячую воду угол р1 тот же, что и для песка в сухом состоянии. При действии же текущей воды параллельно начальному откосу его наклон уменьшается.  [56]

Механические свойства глинистых пород характеризуются следующими показателями; угол внутреннего трения 19 — 26; сцепление 0 38 — 105 — 0 88 — 105 Па; модуль общей деформации при давлениях от О ДО 2 — Ю5 Па колеблется от 75 — 105 до 120 — 105 Па. Эти данные позволяют отнести глины палеогена к слабо — и среднесжимаемым породам.  [57]

Пуассона; ylp — удельный вес; фф — угол внутреннего трения ; с — сцепление; сх — коэффициент касательного сопротивления; R — несущая способность грунта.  [58]

С увеличением крепости пород увеличиваются их упругие свойства и угол внутреннего трения .  [59]

Показателями сил трения, действующих в грунте, считают угол внутреннего трения и удельное сцепление. Эти две характеристики определяют прочностные свойства грунтов и необходимы для расчета устойчивости оснований и откосов, расчета давления грунтов на подпорные стенки и других расчетов.  [60]

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector