Сергей Николаевич Машталер — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры железобетонных конструкций
286123, г. Макеевка, Донецкая Народная Республика, ул. Державина, д. 2
РИНЦ AuthorID: 787062
Sergey N. Mashtaler — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Reinforced Concrete Structures
2 Derzhavina st., Makeevka, 286123, Donetsk People’s Republic
RSCI AuthorID: 787062
Виктор Николаевич Левченко — кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой железобетонных конструкций
286123, г. Макеевка, Донецкая Народная Республика, ул. Державина, д. 2
РИНЦ AuthorID: 582467
Viktor N. Levchenko — Candidate of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Reinforced Concrete Structures
2 Derzhavina st., Makeevka, 286123, Donetsk People’s Republic
RSCI AuthorID: 582467
Кирилл Александрович Казак — аспирант, ассистент кафедры железобетонных конструкций
286123, г. Макеевка, Донецкая Народная Республика, ул. Державина, д. 2
РИНЦ AuthorID: 1311436
Kirill A. Kazak — postgraduate student, assistant of the Department of Reinforced Concrete Structures
2 Derzhavina st., Makeevka, 286123, Donetsk People’s Republic
RSCI AuthorID: 1311436
Введение. Анализ исследований показывает, что повышенные температуры существенно изменяют физико-механические свойства бетонов, включая высокопрочный сталефибробетон, что снижает достоверность расчетных моделей термически нагруженных конструкций. Совместное действие тепловых и силовых факторов обусловливает вариацию прочностных и деформационных характеристик материала. В этом контексте особый практический интерес представляют сооружения, эксплуатируемые в условиях длительного теплового воздействия. Машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) — основной металлургический агрегат для разливки стали, требует массивных фундаментов, работающих в условиях длительного теплового воздействия, что делает исследование их механических характеристик актуальным.
Материалы и методы. Приведены результаты испытаний образцов из высокопрочного сталефибробетона с содержанием фибры μsfb = 0 и 2,5 %. Проведена оценка влияния процента фибрового армирования и повышенных температур на основные механические характеристики материала. На основе полученных данных выполнено численное моделирование фундамента МНЛЗ методом конечных элементов с применением диаграммного расчетного метода, учетом физической нелинейности (по кусочно-линейному закону деформирования), реальных условий эксплуатации и температурного режима. Для моделирования использован программный комплекс «Лира-САПР 2020», обеспечивающий учет неоднородности температурно-усадочных деформаций и фактических диаграмм деформирования материала.
Результаты. Получены параметры напряженно-деформированного состояния (НДС) и значения механических свойств высокопрочного сталефибробетона с учетом продолжительности нагрева до +200 °C. Численное моделирование показало, что неоднородное распределение температуры по объему конструкции существенно влияет на НДС элементов. Применение сталефибробетона в качестве вариативного материала позволило уменьшить растягивающие усилия и напряжения, а также повысить трещиностойкость конструкции.
Выводы. Введение до 2,5 % стальной фибры улучшает механические свойства при нормальной температуре. Кратковременный нагрев снижает прочность и модуль упругости, а длительное воздействие изменяет комплекс физико-механических характеристик. Анализ НДС фундаментов подтвердил эффективность применения сталефибробетона в условиях теплового воздействия.
Introduction. The analysis of existing studies shows that elevated temperatures significantly alter the physical and mechanical properties of concrete, including high-strength steel fibre reinforced concrete, which reduces the reliability of calculation models for thermally loaded structures. The combined action of thermal and mechanical factors leads to variations in the strength and deformation characteristics of the material. In this context, structures operating under long-term thermal exposure are of particular practical interest. Continuous casting machines (CCM), which are the main metallurgical units for steel casting, require massive foundations operating under prolonged thermal effects, making the study of their mechanical characteristics highly relevant.
Materials and methods. The paper presents the test results of specimens made of high-strength steel fibre concrete with a fibre content of µsfb = 0 and 2.5 %. The influence of the percentage of fibre reinforcement and elevated temperatures on the basic mechanical characteristics of the material is estimated. Based on the data obtained, numerical modelling of the CCM foundation using the finite element method was performed using the diagrammatic calculation method, taking into account physical nonlinearity, real-world operating conditions and temperature conditions. The Lira-CAD 2020 software package was used for modelling, which takes into account the heterogeneity of temperature and shrinkage deformations and the actual deformation diagrams of the material.
Results. The parameters of the stress-strain state and the values of mechanical properties for high-strength steel fibre concrete are obtained, taking into account the duration of heating up to +200 °C. Numerical modelling has shown the influence of the heterogeneity of the temperature distribution over the volume of the structure on the stress-strain state of the studied elements. The use of high-strength steel-fibre concrete as a variable material made it possible to reduce the magnitude of tensile forces and stresses, as well as increase the crack resistance of the structure in question.
Conclusions. The introduction of up to 2.5 % steel fibre into the composition of high-strength concrete significantly increases its mechanical properties at normal temperatures. Experiments have shown that short-term heating reduces the strength and elastic characteristics, and prolonged temperature exposure changes the complex of physical and mechanical properties of the material. The analysis of the stress-strain state of the foundations confirmed the effectiveness of the use of high-strength steel-fibre concrete in conditions of thermal exposure.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.