Tunnel qoplamasi uchun po'lat tolali temir-beton (SFRC).
Elyafni tortib olish harakati tolaning shakli, o'lchami va moyillik burchagi kabi omillarni hisobga olgan holda eksperimental ravishda o'rganiladi. Bundan tashqari, quyidagi bo'limlarda po'lat tolali beton qoplamani to'liq tavsiflash uchun o'rnatilgan tajribalar va mos keladigan raqamli modellar keltirilgan.
2. Mahalliy yuk ostida po'lat tolali beton
Kirish qismida aytib o'tilganidek, astar segmentlari qurilish va yakuniy bosqichlarda yuqori konsentratsiyali yuklarga (ya'ni mahalliy yuklarga) duchor bo'ladi. Natijada paydo bo'ladigan yorilish kuchlanish kuchlanishlari ko'pincha dizayndagi hal qiluvchi omil bo'lib, tegishli mustahkamlash bilan qarshilik ko'rsatishi kerak. Po'lat tolali temir-betondan foydalanish yuk ko'tarish qobiliyatini oshirishi va bunday konsentratsiyali yuklanish holatlarida sinishning harakatiga ijobiy ta'sir ko'rsatishi mumkin. Po'lat tolali betonning optimal qo'llanilishini amalga oshirish uchun, ayniqsa, qoplama segmentlarida, qisman zonali yuk ostida po'lat tolali betonning yuk ko'tarish va sinish harakati bo'yicha tizimli eksperimental va raqamli tadqiqotlar o'tkazildi.
(1) Mahalliy yuk ostida SFRC bo'yicha eksperimental tadqiqotlar
Mahalliylashtirilgan mintaqaviy yuk ostida SFRC ning yuk ko'tarish va sinish xatti-harakatlarini tavsiflash uchun tolaga bog'liq bo'lmagan va tolaga bog'liq o'zgaruvchan parametrlarni o'z ichiga olgan to'liq miqyosli tajriba o'tkazildi. Elyaf bilan bog'liq bo'lmagan o'zgaruvchilarga betonning mustahkamligi, namuna o'lchami, maydon nisbati va yukning eksantrikligi kiradi. Bundan tashqari, astar segmentlarining aylana va bo'ylama bo'g'inlarida yuzaga keladigan ikkita tegishli konsentrlangan yuk holatini hisobga olgan holda, fazoviy (ya'ni, nuqta yuklari) va hududiy (ya'ni, chiziqli yuklar) taqsimlangan mahalliy sirt yuklari ko'rib chiqiladi. Elyaf bilan bog'liq omillarga tolaning xossalari (masalan, mustahkamlik, o'lcham, geometriya va tomonlar nisbati), tolaning tarkibi va yo'nalishi va turli tolalar turlarining kombinatsiyasi (ya'ni, tolalar aralashmasi) kiradi.
O'rganilgan beton tayanch aralashmasi dizayni odatda astar segmentlarida qo'llaniladigan bilan bir xil.
Misol sifatida 150 mm x 150 mm x 300 mm namunani olib, mahalliy yuklash uchun sinov qurilmasi namoyish etiladi.
Yakuniy mahalliy bosim kuchlanishini (ya'ni, oxirgi yuk ko'tarish qobiliyatini), stressni siljitish reaktsiyasini va buzilish va yorilish xususiyatlarini tahlil qilish orqali turli parametrlarning yuk ko'taruvchanligi va sinish harakatlariga ta'siri o'rganildi. Keyinchalik, ba'zi asosiy natijalar va asosiy topilmalar taqdim etiladi.
(2) Maydon nisbati va tola qo'shilishi miqdori
Konsentrik bo'shliqda mahalliy yukning ta'siri ostida, maydon nisbati (= /=2.25, 4, 9 va 16) va tola qo'shilishi (60 kg/m3 kancali po'lat tola) yuqori quvvatli betonning (=84,5 MPa) mahalliy siqish kuchlanishiga va bo‘ylama munosabatlariga turli ta’sir ko‘rsatadi. Siqilish reaktsiyasining ta'siri. E'tibor bering, keyingi tadqiqotlarda mahalliy bosim kuchlanishi qo'llaniladigan yukning yuklangan maydonga bo'linishi sifatida aniqlanadi.
Stress-o'zgarish egri chizig'idan ko'rinib turibdiki, po'lat tolalarni qo'shish betonning oxirgi mahalliy bosim kuchlanishini sezilarli darajada oshirishi mumkin (47% gacha). Oddiy beton bilan solishtirganda, yuqori maydon nisbatlarida po'lat tolalarning yuk ko'tarish qobiliyatiga ta'siri sezilarli darajada ekanligini ko'rish mumkin.
Kutilganidek, oddiy beton va po'lat tolali betonning yakuniy mahalliy siqish kuchlanishi ham maydon nisbati oshishi bilan sezilarli darajada oshadi, bu atrofdagi betonning chegaralovchi ta'siri bilan bog'liq. Kosmosda mahalliy maydon yuklari bo'lsa, oxirgi mahalliy bosim kuchlanishi va maydon nisbatining kvadrat ildizi o'rtasidagi mutanosib munosabatni aniq aniqlash mumkin. Samolyotda mahalliy yukni yuklashda cheklash effekti to'liq bo'lmaganligi sababli, oxirgi mahalliy bosim kuchlanishining ortishi nisbatan past bo'ladi. Bunday holda, u maydon nisbatining kub ildiziga mutanosib ekanligi aniqlanadi. Ushbu korrelyatsiyalar yuqori quvvatli SFRC bardosh bera oladigan mahalliy kuchlanishlarni hisoblash uchun asos bo'lib xizmat qiladi.
Maksimal kuchlanishga erishgandan ko'p vaqt o'tmay, ShKning kuchlanish-o'zgarish egri chizig'i keskin pasayishini ko'rsatdi, bu sinov paytida namuna to'satdan shikastlanganligini ko'rsatdi. Bundan farqli o'laroq, SFRC egiluvchan buzilish xatti-harakatiga mos keladigan joy almashinuvi ortishi bilan asta-sekin stressni kamaytirish xususiyatini namoyish etadi. Qisman maydon yukini tekis taqsimlashda bu ta'sir unchalik aniq emas, chunki u to'liq cheklanmagan.
Yuqori quvvatli shaxsiy kompyuter va SFRC namunalarining odatiy sinish usullari, mos keladigan kuchlanish-o'zgartirish egri chiziqlari. Umuman olganda, yakuniy yukga yaqin bo'lgunga qadar kompyuter va SFRC uchun ko'rinadigan yorilish yoki parchalanish kuzatilmadi. Ko'p o'tmay, barcha ShK namunalari ko'proq yoki kamroq parchalangan sharoitlarda, ayniqsa, yuqori quvvatli betonda, yukning siljishi egri chizig'ining keskin pasayishi bilan muvaffaqiyatsizlikka uchradi. Katta maydon nisbatlarida, sinov davomida bitta katta bo'linish yoriqlari paydo bo'ldi va yon yuzadan pastga kirib ketdi, kichik maydon nisbatlarida esa shaxsiy kompyuter namunasi butunlay qulab tushdi. Bundan farqli o'laroq, barcha SFRC namunalari sinov oxirigacha o'z yaxlitligini saqlab qoldi va bir nechta yoriq naqshlarini namoyish etdi. Katta maydon nisbati ostida, kichik miqdordagi betonning parchalanishi bilan birga yoriqlar asosan SFRC namunasining yuqori qismida paydo bo'ldi. Hudud nisbati kamayishi bilan, pastki yarmida ham yoriqlar va chayqalishlar tobora ko'proq rivojlanadi.
(3) Elyaf turi va aralashmasi
Po'lat tolalarni tortib olish xatti-harakatlarini o'rganishdan shuni ko'rsatish mumkinki, tolalarning xususiyatlari mahalliy yuk ostida SFRC ning yuk ko'tarish va sinish harakatlariga ham sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Har xil turdagi po'lat tolalar yordamida 60kg / m3 tolalar tarkibida (fazoviy yuk taqsimoti, d=9) tayyorlangan yuqori quvvatli SFRCning yakuniy mahalliy bosim kuchlanishi ko'rsatilgan. Kompyuter bilan solishtirganda, mahalliy bosimning yuqori darajasi 28% dan 51% gacha. Kutilganidek, yuqori quvvatli kancali katta o'lchamdagi tolalar (Lh60) yuk ko'tarish qobiliyatini oshirishda eng samarali bo'lib chiqdi. Biroq, sinov shuni ko'rsatdiki, yuqori quvvatli katta o'lchamdagi tolalar yordamida tayyorlangan SFRC oddiy quvvatli katta o'lchamdagi tolalar (L60) bilan tayyorlangan SFRC bilan solishtirganda yuk ko'tarish qobiliyatini faqat 15% ga oshirdi, ammo natijalar tortib olish sinovi shuni ko'rsatdiki, yuqori quvvatli tolaning eng yuqori yuk ko'tarish qobiliyati tortib olinadigan yuk odatdagi quvvatli tolalarga qaraganda deyarli ikki baravar ko'p.
For SFRC prepared using fiber blends, positive synergistic effects can be observed for certain combinations of fiber types. In high-strength concrete, however, this effect is only evident at relatively high fiber contents (>80-100 kg/m3). Turli xil tolali aralashmalarni o'rganish shuni ko'rsatdiki, bunday yuklash sharoitida kancali mikrofiberlar va tekis tolalar kombinatsiyasi eng foydali ekanligini isbotladi. Taqqoslangan ikkita tola aralashmasining yakuniy mahalliy bosim kuchlanishi deyarli bir xil bo'lsa-da, 50% katta o'lchamli tolalar va 50% mikrofiberli SFRC (SFRC L60+S60) ko'proq egiluvchanlik xususiyatiga ega ekanligini ko'rish mumkin. post-krek bosqichida (SFRC L40+M40+S40 bilan solishtirganda). Elyaf aralashmasining mustahkamlovchi ta'siri tufayli uning yuk ko'taruvchanligi va sinishi xatti-harakatlariga ijobiy ta'siri, ayniqsa, mahalliy eksantrik yuklanish uchun yaqqol namoyon bo'ladi.
(4) Elyaf yo'nalishi
Ma'lumki, valentlik kuchlanishi yo'nalishi bo'yicha tekislangan tolalar eng yaxshi yorilish qobiliyatiga ega. Mahalliy yuklashda yuklanish yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan yorilish kuchlanishi odatda bardoshli mahalliy bosim kuchlanishini cheklaydi va buzilish rejimida ustunlik qiladi. Shu sababli, tolaning yo'nalishi mahalliylashtirilgan yuk ostida SFRC ning yuk ko'taruvchanligi va sinishi xatti-harakatlariga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin. Ushbu ta'sirni o'rganish uchun tolaning yo'nalishi vertikal va gorizontal qoliplarda namunalar ishlab chiqarish orqali nazorat qilindi va SFRCda mahalliy yuklash sinovlari o'tkazildi.
Yuklash yo'nalishiga nisbatan uchta fazoviy yo'nalishda (x, y, z) po'lat tolalar (60 kg / m3 ilgak uchi katta o'lchamli tolalar) ulushi elektromagnit uskunalar bilan o'lchandi va vertikal va gorizontal qoliplar bilan tayyorlangan SFRC namunalari. solishtirildi. (150 mm x 150 mm x 300 mm). Gorizontal mog'or namunasida tolalarning taxminan 46% yuklash yo'nalishi bo'yicha yo'naltirilgan. Shuning uchun, tik turgan namunalar bilan solishtirganda, kamroq tolalar yuk yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan ikki yo'nalish bo'ylab yo'naltiriladi, ular mahalliy yuk taqsimotining asosiy kuchlanish kuchlanish yo'nalishlariga mos keladi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, gorizontal qolipda tayyorlangan namunaning oxirgi mahalliy bosim kuchlanish qiymati sezilarli darajada kamayadi (23% gacha). Bundan tashqari, so'nggi mahalliy siqish kuchlanishiga erishgandan so'ng, kuchlanishning siljishi egri chizig'i kuchlanishning keskin pasayishi bilan tavsiflanadi, bu esa kamroq egiluvchan buzilish xatti-harakatlarini namoyon qiladi. Bu ta'sir mustaqil maydon nisbatlarining eksperimental holatida ham namoyon bo'ldi.
Mahalliy yuklashda tolalarning to'kish yo'nalishiga (vertikal/gorizontal qolipga) qarab dominant yo'nalishiga ta'siri muhimroqdir, chunki bu holda asosiy kuchlanish kuchlanishlari birinchi navbatda ko'ndalang yo'nalishda (perpendikulyar) ta'sir qiladi. yuklanish yo'nalishi).
• Elyaf hajmi:
Alohida tolalar va matritsalar darajasida alohida tolalarning tortib olish harakati interfeys sharoitlari, tolalar shakli va yorilishga nisbatan tolaning moyillik burchagi bilan boshqariladi. Tolaning tortishish markazining holatiga va yorilish tekisligiga nisbatan moyillik burchagiga bog'liq bo'lgan bitta tolaning tortishish kuchi va siljish munosabatlarini bashorat qiluvchi yarim analitik model ishlab chiqildi. Model beton matritsaga o'rnatilgan bitta po'lat tolani tortib olish jarayonida faollashtirilgan asosiy mexanizmlarni (ilgak uchini to'g'rilash, betonning parchalanishi va tolaning sinishi), tola turi va mustahkamligining turli xil konfiguratsiyalarini hisobga olgan holda ushlay oladi. betonning mustahkamligi, tolaning moyillik burchagi va ko'milish uzunligi.
• Yoriq hajmi:
Elyaf-temir-beton kompozitsiyasi ichidagi yoriqlar darajasida, yoriqlar orqali o'tadigan tolalar faollashadi va tolaning tarkibiga va tolaning yo'nalishiga bog'liq bo'lgan qoldiq yorilishdan keyingi mustahkamlikni ta'minlaydi. Ko'p darajali SFRC modelida yoriqdan keyingi javob yoriqdan o'tadigan barcha alohida tolalarning tortishish kuchi-o'zgartirish munosabatlarini birlashtirish orqali tolaning anizotropiya yo'nalishlarini hisoblaydigan cho'zilgan ajratish usuli bilan taxmin qilinadi.
• Strukturaviy o'lchamlar:
Strukturaviy miqyosda yorilishdan keyingi xatti-harakatlar zichlashtirilgan interfeys elementlariga asoslangan diskret yoriq modeli orqali olinadi. Interfeys elementlari oddiy chekli elementlar (hajm elementlari) orasiga joylashtiriladi, bu esa yoriqlarni diskret xaritalash imkonini beradi va to'g'ridan-to'g'ri yoriqlar kengligi haqida ma'lumot beradi. Interfeys elementlarining xatti-harakati yoriq shkalasi bo'yicha ko'p darajali SFRC modellaridan olingan strech-ajratish qoidalari bilan boshqariladi. Po'lat barlarning mavjudligini hisobga olish uchun, shuningdek, diskret po'lat barlarning to'rga bog'liq bo'lmagan kontaktli tasviri ham ishlab chiqilgan. Po'lat panjaralar truss elementlari sifatida modellashtiriladi va po'lat bar elementlaridagi nazorat nuqtalari va o'rnatilgan hajm elementlaridagi ularning proyeksiya nuqtalari o'rtasida joylashgan cheklovlar orqali beton matritsaga ulanadi. Bog'lanish-slip mexanizmi cheklovlarda ta'minlanadi va elastik-plastmassa v.Mises hosil yuzasi va po'latning chiziqli qattiqlashishi ko'rib chiqiladi.
