Modeling of properties and strength characteristics of concrete for structures exploited in difficult conditions

N. Sizova, I. Mikheev

Abstract


Concrete production is a complex process, which consists of several important tasks. Design of concrete — the first and most demanding task in this list. Successful solving of this task determines the efficiency, reliability and safety of constructions.

The paper is devoted to the use of mathematical and computer modeling for solving the problem of concrete designing for constructions of railways.

A great amount of literature, which focuses on questions of concrete mix designing, is an indicator of the importance and relevance of the chosen direction.

Methodology of concrete mix design, which has been developed in the Ukrainian Academy of Railways, provides a high mechanical and physical properties of concrete and selected as the basis.

The methodology supplemented possibility of account of influence of plasticizers and additives hardening accelerators.

Expediency and relevance of the use of information technology to solve the problem of designing the concrete composition confirmed by the existence of software for solving such problems (of both domestic and foreign developers), its active development and improvement, and positive experience of the authors in the development of such projects.

The goal of research — the improvement of models, methods and algorithms designing of concrete for construction of railways.

The model represents the mechanical state of the equation in the form of analytical dependence, which approximates the stress–strain diagram of core concrete elements. This model is considered as a parametric curve, the points of which are the result of the experimental curves. The basis of this model is the experimental dependence in the form of diagrams «s–e« (stress — strain). In experimental studies, different stress–strain diagram for the same concrete under different load conditions that exceed the limits of its long–term strength.

Modeling of the deformation diagram of concrete and as a result, the definition of the strength characteristics of concrete made with the involvement of both experimental studies and with the involvement of existing methods of forecasting the strength of concrete

The authors have proposed and experimentally verified a new dependency for the evaluation of concrete strength in time with the use of various types of cements and additives hardening accelerators. The basis of dependence — acceleration factor, which is determined experimentally.

Developed dependency introduced into the algorithm of software «PSB UkrSAR», which allows the design of concrete with the achievement of the desired strength in the specified period of hardening, as well as present the results of the application of dependence in the as a diagram strength development concrete.

Mathematical and computer modeling allows us to solve the problem of designing concrete compositions with desired properties, to carry out numerical simulation and analysis of the results, make recommendations regarding the application and use of concrete for railway designs and constructions.


Keywords


concrete technology; modeling; information technology

References


Bazhenov Y. M. Sposoby opredeleniya sostava betona razlichnykh vidov. — M. : Stroizdat, 1975. — 272 s.

Bartolomey M. L. O primenenii paketa ANSYS dlya issledovaniya deformirovaniya s uchetom treshchinoobrazovaniya / M. L. Bartolomey, N. A. Trufanov // Vestnik PGTU. Mechanika. 2009. — № 1. — С. 15–21.

Basov K. A. ANSYS v primerakh i zadachakh. — M. : Komp'yuter Press, 2002. — 224 s.

Varlamov A. A. Vybor faktorov modelirovaniya raboty betona / A. A. Varlamov, Y. M. Krutsilyak // Nauchno–tekhnicheskiye problemy prognozirovaniya nadezhnosti i dolgovechnosti konstruktsiy i metody ikh resheniya. — SPb : Nestor. — 2001. — S. 62–66.

Voznesenskiy V. A. Sovremennyye metody optimizatsii kompozitsionnykh materialov / V. A. Voznesenskiy, V. N. Virovoy, V. Ya. Kersh i dr. — K. : Budivelnik, 1983. — 144 s.

Gorodetskiy A. S. Informatsionnyye tekhnologii rascheta i proyektirovaniya stroitel'nykh konstruktsiy / A. S. Gorodetskiy, A. V. Shmuckler, A. V. Bondarev. — Kharkov : NTU «KhPI», 2003. — 889 s.

Dvorkin L. I. Osnovy betonovedeniya / L. I. Dvorkin, O. L. Dvorkin. — Spb: Stroi–beton, 2006. — 692 s.

Zenkevich O. Metod konechnykh elementov v tekhnike. — M. : Mir, 1975. — 349 s.

Latoretz E. V. Analiz primeneniya sovremennykh informatsionnykh tekhnologiy dlya resheniya zadach proizvodstva tovarnogo betona / E. V. Latoretz, I. A. Mikheev // Vostochno–Yevropeyskiy zhurnal peredovykh tekhnologiy. — Kharkov : EEJET, 2011. — № 3/9 (45). — S. 4–6.

Mikheev I. A., Plugin A. A., Sizova N. D., Kalinin O. A., Plugin Ant. A. Komp'yuterna prohrama « PSB UkrDAZT ». A.c. 56825 Ukraine. — Publ. 09.10.2014.

Plugin A. A. Fiziko–khimicheskaya model' dolgovechnosti betona i zhelezobetona / A. A. Plugin // Problemy nadiynosti ta dovhovichnosti inzhenernykh sporud ta budivelʹ na zaliznichnomu transporti: Zb. nauk. pr. — Kharkiv: UkrSAR, 2006. — Vyp. 77. — S. 104–119.

Plugin A. A. Programmnoye obespecheniye sistemy proyektirovaniya sostava betona dlya konstruktsiy i sooruzheniy zheleznykh dorog / A. A. Plugin, O. A. Kalinin, N. D. Sizova, I. A. Micheev // Tekhnologicheskiy audit, 2013. — № 6/1 (14). — S. 38–40.

Poruchikov V. B. Metody dinamicheskoy teorii uprugosti. — M. : Nauka, 2001. — 328 s.

Rogovoy S. I. Problema doslidzhennia i realizatsyi diahram stanu betonu v teoriyi rozrakhunku zalizobetonnykh konstruktsiy // Budivelni konstruktsiyi. — K. : Budivelnik, 2003. — Vyp. 59. — S. 137–142.

Skaramtaev B. G. Sposoby opredeleniya sostava betona razlychnykh vidov / B. G. Skaramtaev, P. F. Shubenkin, Y. M. Bazhenov. — M. : Stroizdat, 1966. — 159 s.

Sizov V. P. Ratsional'nyy podbor sostavov tyazhelogo betona. — M. : Stroizdat, 1995. — 174 s.

Sizova N. D. Otsenka izmeneniya prochnosti betona vo vremeni / N. D. Sizova, I. A. Mikheev // Naukovyy visnyk budivnytstva. — Kharkov: KHNUBA KHOTB ABU, 2013. — № 74. — S. 190–195.

Sposib vyznachennya skladu vysokomitsnoho, trishchynostiykoho i vodonepronyknoho betonu: Patent Ukrayiny 62613 UA / MPK 7С04В28/12/ A. M. Plugin, O. A. Kalinin, S. V. Miroshnichenko, A. A. Plugin ta in. — Zayavl.15.04.2003. — № 2003043396. — Opubl. 15.06.2005. — Bul. № 6.

Sposib oderzhannya povnykh diahram stanu: Patent Ukrayiny 55204 А, МКІ Е04С1/04/ S. I. Rogovoy, D. V. Krugliy, R. I. Pahomov. — Zayavl. 19.07.2002. — № 2002076000. — Opubl. 17.03.2003. — Bul. № 3.

Fainer M. Sh. Novyye zakonomernosti v betonovedeniy i ikh prakticheskoye prilozheniye. — K. : Naukova dumka, 2001. — 448 s.


GOST Style Citations


Баженов Ю. М. Способы определения состава бетона различных видов. — М. : Стройиздат, 1975. — 272 с.

 

Бартоломей М. Л. О применении пакета ANSYS для исследования деформирования з учетом трещинообразования / М. Л. Бартоломей, Н. А. Труфанов // Вестник ПГТУ. Механика. 2009. — № 1. — С. 15–21.

 

Басов К. А. ANSYS в примерах и задачах. — М. : Компьютер Пресс, 2002. — 224 с.

 

Варламов А. А. Выбор факторов моделирования работы бетона / А. А. Варламов, Ю. М. Круциляк // Научно–технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения. — СПб: Нестор, 2001. — С. 62–66.

 

Вознесенский В. А. Современные методы оптимизации композиционных материалов / В. А. Вознесенский, В. Н. Выровой, В. Я. Керш и др. — К. : Будівельник, 1983. — 144 с.

 

Городецкий А. С. Информационные технологии расчета и проектирования строительных конструкций / А. С. Городецкий, А. В. Шмуклер, А. В. Бондарев. — Харьков : НТУ «ХПИ», 2003. — 889 с.

 

Дворкин Л. И. Основы бетоноведения / Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин. — СПб : Строй–бетон, 2006. — 692 с.

 

Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. — М. : Мир, 1975. — 349 с.

 

Латорец Е. В. Анализ применения современных информационных технологий для решения задач производства товарного бетона / Е. В. Латорец, И. А. Михеев // Восточно–Европейский журнал передовых технологий. — Харьков : EEJET, 2011. — № 3/9 (45). — С. 4–6.

 

Міхєєв І. А., Плугін А. А., Сізова Н. Д., Калінін О. А., Плугін Ант. А. Комп'ютерна програма «ПСБ УкрДАЗТ». А. с. 56825 Україна. — Опубл. 09.10.2014.

 

Плугин А. А. Физико–химическая модель долговечности бетона и железобетона / А. А. Плугин // Проблеми надійності та довговічності інженерних споруд та будівель на залізничному транспорті : Зб. наук. пр. — Харків : УкрДАЗТ, 2006. — Вип. 77. — С. 104–119.

 

Плугин А. А. Программное обеспечение системы проектирования состава бетона для конструкций и сооружений железных дорог / А. А. Плугин, О. А. Калинин, Н. Д. Сизова, И. А. Михеев // Технологический аудит, 2013. — № 6/1(14). — С. 38–40.

 

Поручиков В. Б. Методы динамической теории упругости. — М. : Наука, 2001. — 328 с.

 

Роговой С. І. Проблема дослідження і реалізації діаграм стану бетону в теорії розрахунку залізобетонних конструкцій // Будівельні конструкції. — К. : Будівельник, 2003. — Вип. 59. — С. 137–142.

 

Скрамтаев Б. Г. Способы определения состава бетона различных видов / Б. Г. Скрамтаев, П. Ф. Шубенкин, Ю. М. Баженов. — М. : Стройиздат, 1966. — 159 с.

 

Сизов В. П. Рациональный подбор составов тяжелого бетона. — М. : Стройиздат, 1995. — 174 с.

 

Сизова Н. Д. Оценка изменения прочности бетона во времени / Н. Д. Сизова, И. А. Михеев // Науковий вісник будівництва. — Харків : ХНУБА ХОТВ АБУ, 2013. — № 74. — С. 190–195.

 

Спосіб визначення складу високоміцного, тріщиностійкого і водонепроникного бетону. Патент України 62613 UA, МПК 7С04В28/12 / А. М. Плугін, О. А. Калінін, С. В. Мірошніченко, А. А. Плугін та ін. — Заявл.15.04.2003. — № 2003043396. — Опубл. 15.06.2005. — Бюл. № 6.

 

Спосіб одержання повних діаграм стану: Патент України 55204 А, МКІ Е04С1/04/ С. І. Роговой, Д. В. Круглий, Р. І. Пахомов. — Заявл. 19.07.2002. № 2002076000. — Опубл. 17.03.2003. — Бюл. № 3.

 

Файнер М. Ш. Новые закономерности в бетоноведении и их практическое приложение. — К. : Наукова думка, 2001. — 448 с.