Компрессионное сжатие: Компрессионное сжатие

Содержание

Компрессионное сжатие

Компания ООО «ГеоЭкоСтройАнализ» профессионально занимается комплексным изучением механических свойств грунтов. Среди испытаний грунта одним из основных является метод компрессионного сжатия.

При проведении испытаний при помощи метода компрессионного сжатия наши специалисты руководствуются номами ГОСТ 12248-2010. На основании полученных данных можно определить:

— коэффициент сжимаемости;

— модуль деформации;

— структурную прочность на сжатие;

— коэффициенты вторичной и фильтрационной консолидации;

— относительное суффозионное сжатие и начальное давление суффозионного сжатия для песков засоленного типа, суглинков и супесей.

На основании полученных параметров производится расчет оснований сооружений и зданий.

Методика сжатия заключается в уплотнении грунта, при котором происходит вытеснение воздуха из порового пространства. С подобным эффектом уплотнения грунта, происходящим при его сжатии, можно сравнить возникновение динамических воздействий, связанных с погружением свай, землетрясениями и прохождением транспорта.

Компрессионным сжатием называют сжатие, при котором невозможно боковое расширение. Аналогичные нагрузки испытывают некоторые элементы конструкции основания протяженных сооружений. К подобным сооружениям можно отнести широкий спектр плотин, земляных насыпей, подпорных стен. Если рассматривать центральную часть основания земляной насыпи, то в ней грунт не может расширяться горизонтально, так как его деформация происходит в вертикальном направлении.

Дело в том, что нагрузка, которая связана с весом насыпи, является константой, и нагрузка, испытываемая каждым элементарным столбом грунта, соответствует одному и тому же весу насыпи. Если рассматривать ситуацию по краям насыпи, но там происходит уменьшение ее веса, что не соответствует условиям компрессионного сжатия.

Внешняя нагрузка оказывает различное воздействие на грунт и зависит от того, какова степень его насыщения водой. Если грунт полностью насыщен водой, это приводит к заполнению водой всего объема пор. В этом случае грунт относится к двухкомпонентным средам, и его сжатие возможно только после дренирования.

В трехкомпонентных средах, при частичном заполнении пор водой, воздухом или другим газом, можно говорить о неполном водонасыщении грунта. В водонасыщенных и не полностью водонасыщенных грунтах процесс сжатия отличается. Если проводить сжатие грунта, это не повлияет на изменение в нем объема воды.

В различных случаях можно говорить о сжатии грунта или его консолидации. При консолидации грунта происходит уменьшение объема воды в определенном объеме грунта. Это связано с отжатием или фильтрацией воды, когда на нее действует внешняя нагрузка, что приводит к уплотнению грунта.

При использовании метода компрессионного сжатия наши специалисты определяют следующие параметры:

— коэффициент сжимаемости m0;

— модули деформации Eobd и Еk для ветвей вторичного и первичного нагружения;

— коэффициенты вторичной и фильтрационной консолидации cv и са, применяемые для песков пылеватого и мелкого типа, грунтов глинистого, органо-минерального и органического типа.

Твердые частицы, содержащиеся в грунте, называются его скелетом. Можно представить себе пружину, расположенную в водяном цилиндре. Движение поршня приводит к сжатию пружины и оттоку воды. При отсутствии перемещения поршня нагрузка ложится на воду и пружину. Открытие крана приводит к началу отжатия воды, уменьшению давления в воде и увеличения давления в пружине. Величина перемещения поршня или уплотнение грунта зависит от жесткости пружины. Следовательно, от показателя жесткости грунта зависит осадка консолидации. От размера диаметра крана зависит, с какой скоростью будет отжиматься (дренировать) вода.

Эту модель грунта используют, когда хотят описать процесс консолидации в полностью водонасыщенном грунте. Если нужно описать процесс сжатия в не полностью насыщенном водой грунте, то не обойтись без учета давления воздуха, который находится в поровом пространстве.

Компрессионное сжатие — ГеоСтандарт

Дата публикации: 2017-06-01

Автор: Дмитрий Майзлин

При проведении геологических изысканий приходится проводить большое число исследований, суть которых не всегда понятна заказчикам. Обычные люди, не обладающие специальными знаниями, зачастую просто не могут понять, зачем нужны те или иные опыты, что с их помощью можно определить, и вообще, насколько данные мероприятия необходимы. Например, такое испытание при изучении механики грунтов, как компрессионное сжатие, так ли оно важно и можно ли от него отказаться? Тут стоит прояснить следующий вопрос. При геологических изысканиях на участке под застройку необходимо провести лабораторные исследования образцов грунта. Его механические свойства можно изучить лишь при помощи специальной аппаратуры и оборудования. При изучении механических свойств грунтов применяются различные методики, в том числе и компрессионное сжатие.

Суть исследований

В лабораторных условиях этот метод используется наиболее часто. Компрессионное сжатие позволяет получить данные относительно деформационных параметров грунтов. В ходе процесса часть образца грунта подвергается уплотнению путем сжатия для того, чтобы из его пор полностью вытеснился воздух, а сам образец при этом остался неразрушенным. Увеличение нагрузки производится поэтапно, при этом, как правило, применяется схема 0,5 – 1,0 – 1,5– 2,0 – 3,0 – 4,0 – 5,0.

В сложных случаях процесс будет несколько отличаться. Вначале производится нагрузка образца по вышеописанной схеме, после чего осуществляется разгрузка до 2,0 по обратной схеме, а затем вновь образец нагружается до 5,0. Естественно, такие испытания занимают вдвое больше времени, что, соответственно, приводит к их удорожанию.

Опыты проводятся на одометре, довольно сложном компрессионном устройстве. В настоящее время модификаций таких приборов множество, они различаются по величине прилагаемых на грунт нагрузок и типу задач, которые можно решать с их помощью. При испытаниях на компрессионное сжатие производится определение таких показателей, как:

  • модуль деформации
  • коэффициент сжимаемости
  • прочность структуры при сжатии
  • относительное суффозионное сжатие
  • коэффициент консолидации
  • начальное давление.

Что зависит от компрессионного сжатия

От профессионально проведенных изысканий и лабораторных исследований зависит полнота информации, в свою очередь влияющая на проектные решения, безопасность и долговечность сооружения. Компрессионное сжатие и полученные на его основании показатели дают возможность получить наиболее полное описание свойств грунтов, залегающих в районе участка под строительство. От почвенных характеристик зависит большое количество технических вопросов, возникающих при проектировании и строительных работах. Благодаря полученным результатам проектировщики и архитекторы смогут разработать такой проект, которому будут не страшны ни усадка фундамента, ни деформации и смещение всей конструкции, ни морозное вспучивание и размыв участка. Даже если заказчик убежден, что с геологией на его территории все в порядке, от форс-мажоров не застрахован никто. И испытания грунтов методом компрессионного сжатия в любом случае не будут лишними, поскольку дополнительные гарантии не помешают никогда.

Как заказать геологические изыскания в Москвe

Позвоните нам в офис для размещения заявки.

Сообщите информацию по заказу, для согласования объемов, сроков и стоимости работ.

Проведение работ начинается после оформления и подписания договора.

Наш телефон 8 (499) 409-95-08

 

Компрессионные испытания грунтов

Компрессионные испытания грунтов являются важной составляющей исследований, приводящихся при возведении строительных объектов. Проведение компрессионных исследований грунтовых образцов – это сложная и ответственная работа, справиться с которой могут только профессионалы. Выполнение таких исследований нужно доверять только опытным компаниям, специализирующимся на оказании услуг в данной области, ведь от достоверности результатов, полученных в ходе проведения компрессионных испытаний грунтов, зависит надежность строительного объекта.

Компания «Геодата» специализируется на проведении компрессионных исследований почв на участках предполагаемого строительства. Работающие в нашей компании специалисты, обладают обширным опытом в проведении подобных исследований, знают все нюансы этого непростого дела. Наши сотрудники ответственно подходят к своей работе, понимая всю важность поставленной перед ними задачи. Компрессионные исследовательские работы проводятся по всем правилам, установленным в отношении подобных мероприятий, мы строго придерживаемся предусмотренного регламента. Инженера нашей компании являются высококвалифицированными профессионалами своего дела.

Важность компрессионных исследований почв на участках, где предполагается возведение строительных объектов сложно переоценить, этими мероприятиями нельзя пренебрегать. При проведении таких испытаний не обойтись без специального оборудования, во многом именно поэтому и организации, работающие в строительной сфере, и обращаются к таким компаниям, как наша. Услуги компрессионных исследований грунтов предлагают многие компании, работающие в этой области, но далеко не все фирмы могут выполнить эту задачу должным образом, в этом деле важен опыт и высокий профессионализм. Наша компания работает в этой области уже несколько лет, мы может проводить испытания, требующиеся для строительства в самых сложных условиях. В распоряжении компании «Геодата» самое современное оборудование, мы располагаем всей техникой, которая может потребоваться при проведении таких мероприятий. Все работы, связанные с компрессионными исследованиями, мы выполняем своими силами, не привлекая сторонних специалистов, что позволяет значительно снизить цену на проведение таких изысканий. Демократичная стоимость компрессионных исследований – это одно из главных преимуществ сотрудничества с нашей компанией. Нашими услугами могут воспользоваться частные лица, а также организации, специализирующиеся на строительстве, мы стремимся к увеличению количества клиентов и выполняем взятые на себя обязательства в полной мере.

Для чего проводятся компрессионные исследования

Компрессионные исследования грунтов, как уже было сказано выше, очень важны для строительства. В процессе таких исследований определяются физико-механические параметры взятых образцов грунтов на предполагаемых участках строительства. Эти данные используются для расчёта фундаментов, от них напрямую зависит надежность оснований строительных объектов.

Физико-механические параметры грунтов следуют устанавливать на основании существующих нормативов и технической документации.

Испытания, применяемые для выявления главных механических параметров грунтов

Компрессионные исследования являются одной из самых востребованных разновидностей исследований, приводящихся в лабораториях для выявления деформационных параметров грунтов. Под компрессией подразумевается сжатие грунта, при котором исключается боковое расширение, т.е. образец уплотняется и при этом не разрушается.

Компрессионные исследования, приводящиеся в отношении грунтов на участках, где будет осуществляться строительство, позволяют определить их механические параметры.

Основным из таких параметров является сжимаемость. Этот показатель оценивается в условиях, при которых невозможно боковое расширение. В процессе компрессионных исследований также определяется параметр деформации грунтов.

Изучая грунтовые образцы на компрессию, сначала выявляют степень их плотности, плотность частиц, из которых состоит грунт и его естественную влажность. На основании этих характеристик рассчитывается начальный (до того, как произойдет сжатие) параметр пористости почвы.

Параметр сжимаемости является расчетным модулем деформируемости почв, применяемым при выявлении усадок строений. Благодаря этому параметру, можно выполнять правильную оценку почвы как основания строений.

По степени сжимаемости различают три типа грунтов:

— незначительно сжимаемые;

— обладающие средней степенью сжатия;

— сильно сжимаемые.

Сжимаемость является специфическим свойством почв. Сжимаемость происходит под воздействием приходящейся нагрузки. Другими словами, сжимаемостью почвы называют ее способность к деформированию (уменьшению исходного объема) под влиянием нагрузки, приходящейся извне.

Составляющими грунта являются твердые частицы, в также поры, последние могут быть наполнены жидкостью, как полностью, так и частично. Так как сила сжатия, появляющаяся, как правило, в основаниях строений, сравнительно невелика, по той причине, что объемные изменения твердых частиц, таких как кварц или полевой шпат очень маленькие, то их не принимают во внимание. На основании этого можно сказать, что объем почвы при сжатии изменяется исключительно из-за деформации объема ее пор.

Пористость почвы влияет на степень ее сжимаемости. Параметр сжимаемости также формируется в зависимости от состава грунта, связей в структуре и специфики нагрузки.

На сжимаемость влияют следующие факторы:

— сокращения пористости почв под влиянием нагрузок происходит под влиянием нагрузок, приходящихся извне;

— истончения оболочек, в которые заключены частицы под воздействием увеличивающегося наружного давления;

— изменения исходного состояния.

Сжатие почвы под действием нагрузки называют осадкой.

Изменения почв могут быть как упругими, так и пластическими. Первые появляются под влиянием нагрузок, которые не превышают прочности структуры почвы. После того, как нагрузки исчезают, деформации восстанавливаются.

В тех случаях, когда нагрузки больше прочности структуры почвы, происходит разрушение ее скелета, связей, имеющихся между частицами. Появляются пластические изменения, вызванные передвижением частиц. На скорость появления пластических изменений влияет тип почвы, к примеру, в глинистых она невысокая, а в скальных намного больше.

Пластические изменения подразделяются на два вида: объемные и сдвиговые. Первые вызывают изменение объема пор в почве, т.е. уплотняют ее, а вторые – вызывают изменение ее исходной формы, что может привести к разрушению. А разрушение грунта в свою очередь может повлечь разрушение фундамента, построенного на нем здания.

Показателями сжимаемости служит коэффициент общей деформации и показатель относительного сжатия, модуль расширения в поперечной плоскости и параметр бокового давления почвы.

Исследование почв на сжатие выполняется при помощи следующих методов:

— сжатие грунтовых образцов в одной оси;

— компрессионное сжатие или двухосное;

— трехосное.

Параметр сжимаемости рассчитывается для определения вероятности осадок строений. Благодаря этому параметру можно качественно оценивать грунт, служащий основанием строений.

Чтобы определить основные параметры сжимаемости почв, выполняются их исследования на уплотнение под действием нагрузки, когда изменения грунта могут происходить исключительно в одном направлении, когда есть только внешнее давление, а другие силы отсутствуют.

Самым простым методом испытаний грунтовых образцов, применяемым для всех типов почв, является одноосное сжатие. При таком исследовании нет боковых напряжений почвы, т.е. возможно беспрепятственное боковое изменение грунта. При таком способе испытания не учитывается реакция почвы, расположенной рядом, ограничивающей перемещение в боковые стороны.

Испытания грунтовых образцов, приводящиеся в лаборатории, дают возможность сделать заключение о сжимаемости изучаемых почв.

Компрессионные исследования почв в лаборатории выполняются при помощи специальных приборов, которые называются одометрами. Эти приборы позволяют получить точные данные о механических свойствах грунтов.

Что представляют собой результаты компрессионных исследований грунтов и для чего они нужны

Так как уплотнение почв и их разрушение происходит вследствие изменения параметра пористости, результаты компрессионных исследований оформляют как график соотношения относительного изменения от возрастающей нагрузки. Такое представление результатов наглядно.

Результаты компрессионных испытаний грунтов дают возможность правильно рассчитать основания строительных объектов. Наша компания проводит компрессионные исследования грунтов на профессиональном уровне, заказчик получает точные и достоверные результаты компрессионных исследований, позволяющие верность рассчитать основания для объектов строительства. На проведение исследовательских работ заключается договор, выполняются все необходимые подготовительные мероприятия, испытания проводятся в сжатые сроки.

Доверьте проведение компрессионных исследований грунтов специалистам из компании «Геодата», мы выполним эту работу качественно и за приемлемую цену.

Компрессионное сжатие | Изыскание.msk

Компрессионное сжатие — один из видов инженерных наблюдений, направленный на изучение свойств почвы. Исследования проводятся в лабораторных условиях с помощью специального прибора — одометра (существует множество различных модификаций прибора, способных оказывать разную нагрузку на почву). В процессе исследований образец почвы помещается на специальную полость и затем на нее воздействует вертикальная нагрузка.

Компрессионное сжатие: какие параметры устанавливаются в процессе исследований

Метод компрессионного сжатия позволяет проанализировать и установить технические параметры почвы и спрогнозировать возможные деформации сооружений. Это востребованный вид исследований для изучения деформационных свойств почвы на территории под застройку. В процессе эксперимента на образец действует нарастающая нагрузка и вытесняется воздух из пор почвы.

Компрессионное сжатие грунта проводится для определения:

  • параметров сжимаемости и прочности пород;
  • степени деформации при первичном и вторичном сжатии;
  • коэффициентов консолидации;
  • суффозионного сжатия;
  • первичного сжатия.

Почему важно проводить исследования?

Компрессионное сжатие — довольно популярные инженерные исследования. Оно и понятно: от результатов исследований зависят проектные решения, методика закладки фундамента, вид строительных материалов и способы защиты конструкции от деформаций.

Игнорировать метод компрессионного сжатия грунта не стоит. Ведь без исследований шансы избежать усадку основания сооружения, смещения конструкции или выпучивания грунта становятся минимальными. Затраты на повторное возведение сооружения или его поддержание значительно больше, чем стоимость лабораторных исследований.

Почему стоит заказать компрессионное сжатие грунта в нашей организации «Изыскание МСК»?

Обратившись в нашу компанию «Изыскание МСК» вы получите качественные исследования и достоверную информацию о свойствах почв, на которых планируется застройка. Кроме этого мы обладаем всеми необходимыми приборами, чтобы выполнить качественную геологоразведку или геофизические изыскания на вашей территории.

Заказывая компрессионное сжатие грунта у нас, вы получите:

  • использование современного поверенного оборудования для изучения ваших образцов;
  • подробное описание установленных свойств почвы в техническом заключении;
  • оперативность проведения исследований;
  • возможность заказать комплексные инженерные изыскания для качественной застройки;
  • доступную стоимость услуги;
  • гарантию качества (работаем с допуском СРО и несем ответственность за предоставленный результат).

Закажите метод компрессионного сжатия грунта в нашей организации «Изыскание МСК», если вы хотите получить больше сведений о свойствах почвы и построить качественное сооружение.

2.3.2. Компрессионное сжатие

Наиболее важным деформационным свойством дисперсных грунтов является их сжимаемость под нагрузкой. Уплотнение водонасыщенного грунта происходит вследствие удаления воды из пор, при этом влажность грунта уменьшается. Уплотнение не полностью водонасыщенных грунтов до определенных давлений может происходить без изменения их влажности.

Сжимаемость грунтов под нагрузкой длится во времени. Поэтому при определении сжимаемости грунтов различают показатели, характеризующие зависимость конечной деформации от нагрузки и изменение деформации грунта во времени при постоянной нагрузке. К первой группе показателей относятся: коэффициент сжимаемости и модуль общей деформации грунта; ко второй группе – коэффициент консолидации. Эти показатели определяются в лаборатории при уплотнении грунтов под нагрузкой без возможности бокового расширения в компрессионных приборах (одометрах) (рис. 2.5).

Для исследования используют образцы грунта ненарушенной структуры, отобранные в жесткие металлические кольца. Нагрузку на грунт передают ступенями, выдерживая каждую ступень до полного затухания деформаций.

При сжатии грунта в компрессионном приборе диаметр образца не меняется. Поэтому относительная вертикальная деформация грунта равна относительному изменению объема:

, (2.5)

где h – первоначальная высота образца грунта; – изменение высоты образца под давлением;V – первоначальный объем образца грунта; – изменение объема образца под давлением.

Так как уплотнение грунта происходит главным образом вследствие уменьшения объема пор, то деформацию сжатия грунта выражают через изменение величины коэффициента пористости (рис. 2.6).

Определим из выражения (2.5):

. (2.6)

Из формулы (2.6) получим выражение для коэффициента пористости грунта, соответствующего данной ступени нагрузки:

. (2.7)

Зная коэффициенты пористости грунта при соответствующих ступенях нагрузки, можно построить компрессионную кривую (рис. 2.7). Если после уплотнения образца внешним давлением произвести его разгрузку, то деформации восстановятся тем полнее, чем выше упругие свойства грунта (см. рис. 2.7).

Для небольшого диапазона давлений компрессионная кривая может быть заменена прямой. С приращением внешнего давленияпроизойдет изменение коэффициента пористости(рис. 2.8).

Тангенс угла наклона отрезка компрессионной кривой к оси давлений характеризует сжимаемость грунта в рассматриваемом диапозоне давлений и носит названиекоэффициента сжимаемости грунта :

tg. (2.8)

При изменениях внешнего давления от P1 до P2 этот закон можно распространить и на конечные изменения величин P и e:

,

откуда. (2.9)

Коэффициент сжимаемости – важная характеристика грунта, дающая возможность определить величину осадок оснований и сооружений.

Величина коэффициента сжимаемости связана с величиной модуля общей деформацииE0 следующим соотношением:

, (2.10)

где – коэффициент, зависящий от коэффициента относительной поперечной деформации грунта и приблизительно равный для песков – 0,8; супесей – 0,7; суглинков – 0,5 и глин – 0,4.

Компрессионные испытания следует проводить с учетом условий работы грунта в основаниях, образцы из которых испытывают с ненарушенной структурой и при естественной влажности.

На очертание компрессионных кривых образцов, взятых из глубоких горизонтов, оказывает влияние предшествующая геологическая история нагружения грунта. Грунты, залегающие на большой глубине, бывают уплотнены находящимися над ними слоями. Степень уплотнения некоторых из них может быть выше, чем при действующем на них давлении в настоящее время. Такие грунты называютпереуплотненными. Для переуплотненных грунтов компрессионная кривая имеет два участка (рис. 2.9): первый – до давлений, не превосходящих структурной прочности грунта Pstr, с очертанием, близким к линейному, и очень малыми уменьшениями коэффициента пористости и второй – криволинейный со значительными изменениями коэффициента пористости, что указывает на уплотнение грунта под нагрузкой, превосходящей структурную прочность грунта.

Что касается величины структурной прочности грунтов Рstr, то ее можно определить по компрессионной кривой, испытывая грунты малыми ступенями нагрузкой 0,002 – 0,01 МПа. Резкий перелом компрессионной кривой будет соответствовать достижению структурной прочности грунта.

NormaCS ~ Ответы экспертов ~ Можно ли выполнять компрессионное сжатие, сопротивление срезу и трехосное сжатие на крупнообломочные грунты в лабораторных условиях?

Можно ли выполнять компрессионное сжатие, сопротивление срезу и трехосное сжатие на крупнообломочные грунты в лабораторных условиях?

Согласно обязательного Приложения Е СП 47.13330.2012, по дополнительному заданию, выполняются компрессионное сжатие, сопротивление срезу и трехосное сжатие на крупнообломочные грунты согласно ГОСТ 12248-2010.

Согласно ГОСТ 12248-2010 метод компрессионного сжатия выполняется «для песков мелких и пылеватых, глинистых грунтов, органо-минеральных и органических грунтов», т.е. для песков средних и крупных, а так же для крупнообломочных грунтов данный метод не предназначен. Метод одно одноплоскостного среза, согласно того же ГОСТа, проводят «для песков (кроме гравелистых и крупных), глинистых и органо-минеральных грунтов». Т.е. для крупнообломочных грунтов он так же не подходит. Методом трехосного сжатия проводится определения «угла внутреннего трения j, удельного сцепления с, сопротивления недренированному сдвигу си, коэффициента фильтрационной консолидации cv, для водонасыщенных в природных условиях песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов и модуля деформации Е и коэффициента поперечной деформации для любых дисперсных грунтов». Т.е. модуль деформации Е и коэффициент поперечной деформации для крупнообломочных грунтов, якобы, можно определить.

Однако, согласно того же ГОСТ для крупнообломочных грунтов отсутствуют ступени давления на образец грунта:- для неконсолидированно-недренированного (НН) испытания при кинематическом режиме «приложение вертикальной нагрузки обеспечивается непрерывным приращением вертикальной деформации образца грунта e1 со скоростью 0,5 % — 2 % в 1 мин. Более низкие скорости выбирают для глинистых грунтов полутвердой и твердой консистенции»; при статическом режиме «нагрузку прикладывают ступенями с интервалами от 15 с до 1 мин. Большие интервалы выбирают для глинистых грунтов полутвердой и твердой консистенции».

Где рекомендации для песков и крупнообломочных грунтов? Так же как для глинистых грунтов полутвердой и твердой консистенции?

Метод ускорения сроков компрессионных испытаний грунтов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

DOI: 10.15593/2224-9826/2015.2.09 УДК 624.13

Л.Ю. Колегова, В.Г. Офрихтер

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

МЕТОД УСКОРЕНИЯ СРОКОВ КОМПРЕССИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ГРУНТОВ

В настоящее время проводятся различные виды компрессионных испытаний, в зависимости от вида решаемой инженерной задачи. Распространенные в нашей стране испытания осуществляются по стандартному методу, описанному в ГОСТ 12248, который имеет ряд недостатков. Компрессионные испытания грунтов относятся к наиболее продолжительным видам лабораторных испытаний. Учеными предложен ускоренный метод компрессионных испытаний — метод релаксации напряжений. Высокая продолжительность опытов по методике, рекомендованной ГОСТ 12248, обусловлена необходимостью проведения длительно протекающих процессов фильтрационной консолидации под действием статической нагрузки, что в методе релаксации напряжения не требуется. Метод релаксации грунта не описан в государственных стандартах, но представлен в патенте А.Н. Труфанова «Метод релаксации напряжений Труфанова» или «Способ лабораторного определения деформационных характеристик грунтов» (действующий патент № 2272101), и положен в основу сотрудниками ООО «Новосибирского инженерного центра» при разработке прибора — автоматического компрессионного релаксометра АКР-2. Рассмотрены основные отличия данных компрессионных испытаний, определены достоинства и недостатки методов компрессионных лабораторных испытания грунтов. Приведены сравнения результатов испытаний грунтов методом компрессионного сжатия по ГОСТ 12248 и методом релаксации напряжения.

Ключевые слова: компрессионное сжатие, релаксация, стабилизация напряжений, метод релаксации напряжений, компрессионная кривая, результаты испытаний.

L.Iu. Kolegova, V.G. Ofrikhter

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

METHOD OF IMPROVING THE SPEED OF COMPRESSION TESTS OF SOILS

Now various types of compression perform tests, depending on the type of engineering task solved. The most common tests in our country are carried out according to the standard method described in GOST 12248, which has a number of drawbacks. Compression testing of soils belong to the longest species of laboratory tests. Also scientists have proposed an accelerated method of compression test — a method of stress relaxation. Long duration tests according to the procedure recommended by State Standard 12248, due to the need for long-running processes of filtration consolidation under static load that in the method of stress relaxation is required. Relaxation method is

not described in the ground state standards, but it is presented in the patent A.N. Trufanova «method of stress relaxation Trufanova» or «Process laboratory determination of deformation characteristics of soils» (valid patent № 2272101), and on the basis of its development staff of «Novosibirsk Engineering center «developed a device — an automatic compression relaxometer AKR-2. The article presents the main differences between the data of compression test, the advantages and disadvantages of methods of laboratory testing of soils. The results of laboratory tests of soils on the methods of compression compression according to State Standard 12248-2010 and by the method of stress relaxation.

Keywords: confined compression, relaxation, voltage regulation, method stress relaxation, compression curve, test data.

В современном строительстве одним из главных лабораторных испытаний грунтов являются компрессионные испытания.

В настоящее время проводятся различные виды компрессионных испытаний, в зависимости от типа решаемой инженерной задачи. В монографии Г.Г. Болдырева (2008 г.) приведены основные типы компрессионных приборов, методы испытаний грунтов в этих приборах и их особенности (табл. 1) [1].

Таблица 1

Типы компрессионных приборов

Тип компрессионного прибора Методы испытаний Особенности

Прибор со статическим нагружением ГОСТ 12248 ASTM D2435 Измерение вертикальной деформации и нормального давления Изменение порового давления Изменение скорости волны сдвига Создание обратного давления Изменение давления набухания

Прибор с постоянной скоростью деформации (Метод CRS был предложен Smith and Wahls) [2] ASTM D4186

Прибор с изменением релаксации напряжений (А.Н. Труфанов, патент № 2272101) Релаксация напряжений

Автоматический компрессионный ре-лаксометр АКР2 (Методика ООО «НИЦ»)

Приборы с измерением боковых напряжений (приборы Лазебника, Brooker and Ireland [3], Dyvik et al., конструкция МИСИ и др.) — Дополнительно к предыдущему — измерение боковых напряжений

Компрессионно-фильтрационные приборы ГОСТ 12248 Измерение проницаемости грунтов

Наиболее распространенным методом компрессионных испытаний грунтов является испытание образца грунта при нагружении ступенями, с выдерживанием до стабилизации вертикальной деформации. Стандартное испытание грунта методом компрессионного сжатия проводят по ГОСТ 12248.

Компрессионные испытания по классическому методу длятся значительное количество времени, в зависимости от программы испытаний — от нескольких дней до недель, иногда и месяцев. Поэтому возникает необходимость сократить время испытаний [4].

Учеными предложен ускоренный метод компрессионных испытаний — метод релаксации напряжений.

Рассмотрим подробнее распространенные в нашей стране испытания по стандартному методу, описанному в ГОСТе, и сравним с методом релаксации напряжений в грунте.

1. Классическое компрессионное испытание

При стандартном компрессионном испытании на образец грунта подается заданная нагрузка с помощью подвижного штампа в одометре, в образце грунта под воздействием внешней нагрузки возникают напряжения. В компрессионном приборе давление подается на образец постоянно, до тех пор пока не будет достигнута условная стабилизация образца (приращение относительной деформации < 0,01 в течение заданного временного интервала, в зависимости от типа грунта) [4].

При испытании по стандартной методике ГОСТ 12248-2010 использовался измерительно-вычислительный комплекс АСИС-1 (рис. 1).

Рис. 1. Измерительно-вычислительный комплекс АСИС-1

Устройство АСИС-1 обеспечивает испытание немерзлого грунта методом компрессионного сжатия для определения следующих характеристик деформируемости: коэффициента сжимаемости, модуля деформации, структурной прочности на сжатие, коэффициента фильтрационной консолидации, давления набухания прямым и косвенным методами.

Измерительно-вычислительный комплекс оснащен тензометри-ческим датчиком силы для измерения вертикальной нагрузки и датчиком линейных перемещений для измерения вертикальной деформации. Вертикальная нагрузка на образец грунта подается ступенями при помощи сжатого воздуха.

2. Методы релаксации напряжения

Явления релаксации и стабилизации напряжений в грунтах приводят в своих работах многие ученые, такие как К. Терцаги [5], Н.А. Цытович [6], Г.Г. Болдырев и др. Теория релаксации была разработана Максвеллом и изложена в его известной книге «О динамической теории газов» (1868) [7].

Термин релаксации происходит от латинского relaxation, что означает «ослабление». Под релаксацией понимают процесс постепенного перехода при длительном действии нагрузки упругой деформации в пластическую (необратимую остаточную). Подобное явление означает понижение с течением времени в деформированном материале предела упругости, т.е. его расслабление [8].

Явление релаксации напряжений объясняется на примере реологических моделей упруго-вязкой жидкости Максвелла, модель Ньютона для идеальной вязкой жидкости, реологическая модель Бингама -Шведова для упруго-вязкопластичной среды и модели Маслова применительно к глинистым грунтам [9]. [10].

При испытании по методу релаксации напряжения образцу задается некоторая начальная деформация, которой соответствует начальное напряжение. Затем, когда эта деформация сохраняется постоянной, замеряют изменяющееся во времени напряжение [4].

К образцу грунта с начальным напряжением о0 прикладывается нагрузка, образец деформируется и в нем возникает определенное напряжение о1. Напряжение измеряется датчиками, и при уменьшении до некоторого начального значения о2 происходит релаксация напряжения в грунте (рис. 2) [4].

Штамп

Рис. 2. Релаксация напряжений в грунте: с0 — начальное напряжение; с1 — напряжение, возникающее при приложении нагрузки Р; с2 — значение напряжения в грунте после релаксации напряжения

Испытания грунтов по методу релаксации напряжения описаны в следующих источниках:

1. Патент А.Н. Труфанова «Метод релаксации напряжений Тру-фанова» или «Способ лабораторного определения деформационных характеристик грунтов» (действующий патент № 2272101). По данному методу прикладывается нагрузка для придания образцу определенной деформации, затем фиксируют изменение значений напряжений и вертикальной деформации, рассчитывается скорость изменения напряжения. Завершением этапа релаксации является снижение скорости изменения напряжений до определенного значения.

2. Разработка ООО «Новосибирский инженерный центр» — автоматический компрессионный релаксометр АКР-2. В приборе АКР-2 на образец грунта прикладывается нагрузка, задаваемая в программе испытаний. После каждой ступени в грунте напряжения релаксируют-ся до некоторого значения и прикладывается следующая нагрузка

Испытания по методу релаксации напряжений проводились на автоматическом компрессионном релаксометре АКР2 (рис. 3).

Рис. 3. Автоматический компрессионный релаксометр АКР2 Назначение прибора АКР2:

— исследование механических характеристик грунтов;

— определение параметров компрессионного сжатия структурно-устойчивых и посадочных грунтов, в том числе на ветви разгрузки;

— определение давления набухания грунтов при их замачивании в случае нулевых деформаций;

— исследование сжимаемости и коэффициента оттаивания мерзлых грунтов;

— предварительное уплотнение грунтов перед сдвигом.

3. Проведение испытаний

Для проведения испытаний был отобран песчаный грунт однородного сложения. Определены плотность грунта и плотность твердых частиц грунта пикнометрическим методом по расчетам ГОСТ 5180-84. Характеристики грунта следующие:

Наименование грунта лабораторный песок

Плотность грунта 1,57 т/м3

Плотность твердых частиц грунта 2,66 т/м3

Влажность 8 %

Перед изготовлением каждого образца для испытания грунт был высушен в сушильной камере до воздушно-сухого состояния, и путем добавления воды грунту придавалась определенная влажность — 8 %. Расчетное количество воды определялось по ГОСТ 30416-96.

Одометры приборов АСИС-1 и АКР2 взвешивались, на перфорированные поршни помещались бумажные фильтры и на них укладывался и уплотнялся грунт. Для изготовления двух образцов-близнецов грунт брался из одной пробы с заданной влажностью. Из грунта изготавливались два стандартных образца-близнеца грунта диаметром 87,4 и высотой 25 мм. Размеры образцов соответствуют требованиям ГОСТ 12248-2010. Затем одометры с грунтом повторно взвешивались и определялся вес образца грунта до испытания.

Образцы параллельно загружались на приборы, в которых задавалась одинаковая программа нагружения ступенями давления Р -0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3 и 0,4 МПа.

После проведения испытания грунт с одометром повторно взвешивается, для определения влажности грунта.

4. Обработка результатов

По результатам испытания определяются следующие характеристики деформируемости грунтов3:

3 При расчете характеристик использовались формулы согласно ГОСТ 12248-2010 «Грунты. Методы лабораторного определения прочности и деформируемости».

1. Коэффициент сжимаемости т0, МПа-1, на каждой ступени нагрузки отр, до р,+1 вычисляют с точностью 0,001 МПа-1 по формуле

т = , (3)

Рг +1 » Рг

где е, и е,+1 — коэффициенты пористости, соответствующие давлениям р, и р,+1.

2. Одометрический модуль деформации Еоеа:

Ее. =£- (4)

Ав

3. Компрессионный модуль деформации по данным компрессионных испытаний Ек, МПа:

Ек = ЕоеЛ -р, (5)

где Р — коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе, который допускается принять равным: 0,8 — для песков; 0,7 — для супесей; 0,6 — для суглинков и 0,4 — для глин.

5. Результаты лабораторных испытаний

По результатам лабораторных испытаний определялись деформации образцов-близнецов. Далее высчитывалась относительная деформация. Определялись характеристики деформируемости грунтов -коэффициент сжимаемости, одометрический и компрессионный модуль деформации. Результаты вычислений приведены в табл. 2.

Таблица 2

Определение деформационных характеристик грунта. Испытание на нагрузку № 1

Давление Р, МПа Коэффициент пористости е Относительная вертикальная деформация образца е Коэффициент сжимаемости т0, МПа-1 Одометриче-ский модуль деформации ЕоеС , МПа Компрессионный модуль деформации Ек, МПа

АСИС-1 АКР2 АСИС-1 АКР2 АСИС-1 АКР2 АСИС-1 АКР2 АСИС-1 АКР2

0,1 0,689807 0,688479 0,000114 0,0009 0,01545 0,01352 10,935 12,50 8,748 10

0,3 0,686717 0,685775 0,001943 0,0025

Зависимость между давлением, приложенным ступенями, и относительной деформацией изображено в виде компрессионной кривой на рис. 4-6.

Рис. 4. Компрессионная кривая. Испытание на нагрузку № 1

Рис. 5. Компрессионная кривая. Испытание на нагрузку № 2

Рис. 6. Компрессионная кривая. Испытание на нагрузку № 3

Проведены три испытания на нагрузку и разгрузку образцов-близнецов. Результаты компрессионных испытаний в режиме нагрузки-разгрузки представлены на рис. 7-9.

Рис. 7. Компрессионная кривая. Испытание на нагрузку и разгрузку № 1

Рис. 8. Компрессионная кривая. Испытание на нагрузку и разгрузку № 2

Рис. 9. Компрессионная кривая. Испытание на нагрузку и разгрузку № 3

Выводы

Стабилизация напряжения в образцах песчаных грунтов при стандартном компрессионном испытании на приборе АСИС-1 каждой степени нагружения равнялась 4 ч, соответственно продолжительность одного компрессионного испытания достигала порядка 28 ч.

Стабилизация напряжения в образцах при испытании на приборе АКР2 по методу релаксации напряжения каждой ступени нагружения равнялась 60 с для песков. Но для загрузки нагружения на образец и

выдержки ступени требовалось еще некоторое время. В итоге аналогичные лабораторные испытания песка на релаксометре длились в среднем 21-22 мин.

При испытании в режиме нагрузки-разгрузки песчаных образцов лабораторные испытания на приборе АСИС-1 заняли 67 ч, на релаксометре АКР2 — 37 мин 25 с.

По результатам компрессионных испытаний установлено, что продолжительность испытаний при нагрузке на образец грунта на релаксо-метре АКР2 в среднем в 80 раз короче времени проведения испытании по стандартной методике ГОСТ на измерительно-вычислительном комплексе АСИС-1. Испытания при нагрузке и разгрузке сократились более чем в 100 раз.

Метод релаксации напряжений рекомендуется использовать в практике изыскательских организаций страны. Это позволит значительно сократить сроки проведения инженерно-геологических изысканий и существенно повысить их конкурентоспособность.

Библиографический список

1. Болдырев Г.Г. Методы определения механических свойств грунтов. Состояние вопроса: моногр. — Пенза: Изд-во ПГУАС, 2008. -696 с.

2. Smith R.E., Wahls H.E. Consoliadation Under Constant Rates of Strain // Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE. -1969. — Vol. 95, no. SM2. — P. 519-539.

3. Brooker E.N., Ireland H.O. Earth Pressure at Rest Related to Stress History // Canadian Geotechnical Journal. -1965. — Vol. 2, no. 1. — P. 1-15.

4. Колегова Л.Ю., Офрихтер В.Г. Методы сокращения сроков компрессионных испытаний грунтов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. — 2015. — № 1. — С. 37-50.

5. Terzaghi K. Theoretical soil mechanics. — New York: John Wiley & Sons, 1943. — 510 p.

6. Цытович Н.А. Механика грунтов: учебник для строит. вузов. -Л.: Гос. изд-во строит. лит-ры, 1940. — 389 с.

7. Maxwell J.C. The Scientific Papers. Cambridge: University Press, 1890. Vol. 2. — 850 p.

8. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. — М.: Высшая школа, 1978. — 447 с.

9. Маслов Н.Н. Механика грунтов в практике строительства (оползни и борьба с ними): учеб. пособие для вузов. — М.: Стройиздат, 1977. — 320 с.

10. Гольштейн М. Н. Механические свойства грунтов. — М.: Изд-во лит. по строительству, 1971. — 368 с.

References

1. Boldyrev G.G. Metody opredeleniia mekhanicheskikh svoistv gruntov. Sostoianie voprosa [Methods for the determination of mechanical properties of soils. The state of the question]. Penza: Penzenskii gosudarstvennyi universitet arkhitektury i stroitel’stva, 2008. 696 p.

2. Smith R.E., Wahls H.E. Consoliadation Under Constant Rates of Strain. Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, 1969, vol. 95, no. SM2, pp. 519-539.

3. Brooker E.N., Ireland H.O. Earth Pressure at Rest Related to Stress History. Canadian Geotechnical Journal, 1965, vol. 2, no. 1, pp. 1-15.

4. Kolegova L.Iu., Ofrikhter V.G. Metody sokrashcheniia srokov kompressionnikh ispytanii gruntov [Method of reducing the time compression testing of soils]. Vestnik Permskogo natsional’nogo issledovatel’skogo politekhnicheskogo universiteta. Stroitel’stvo i arkhitektura, 2015, no. 1, pp. 37-50.

5. Terzaghi K. Theoretical soil mechanics. New York: John Wiley & Sons, 1943. 510 p.

6. Tsytovich N.A. Mekhanika gruntov [Soil mechanics]. Leningrad: Gosudarstvennoe izdatel’stvo stroitel’noi literatury, 1940. 389 p.

7. Maxwell J.C. The Scientific Papers. Cambridge, University Press, 1890. Vol. 2. 850 p.

8. Vialov C.C. Reologicheskie osnovy mekhaniki gruntov [Rheologi-cal fundamentals of soil mechanics]. Moscow: Vysshaia shkola, 1978. 447 p.

9. Maslov N.N. Mekhanika gruntov v praktike stroitel’stva (opolzni i bor’ba s nimi) [Soil mechanics in construction practice (landslides and their control)]. Moscow: Stroiizdat, 1977. 320 p.

10. Golshtein M.N. Mekhanicheskie svoistva gruntov [Mechanical properties of soils]. Moscow: Izdatel’stvo literatury po stroitel’stvu, 1971. 368 p.

Получено 13.04.2015

Об авторах

Колегова Лиана Юрьевна (Пермь, Россия) — магистрант кафедры строительного производства и геотехники Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: [email protected]).

Офрихтер Вадим Григорьевич (Пермь, Россия) — доцент кафедры строительного производства и геотехники Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: [email protected]).

About the authors

Liana Iu. Kolegova (Perm, Russian Federation) — Master student, Department of Building Production and Geotechnics, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: [email protected]).

Vadim G. Ofrikhter (Perm, Russian Federation) — Associate Professor, Department of Building Production and Geotechnics, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: [email protected]).

Что такое прочность на сжатие? — Соответствие

Прочность на сжатие относится к способности определенного материала или элемента конструкции выдерживать нагрузки , которые уменьшают размер этого материала или элемента конструкции при воздействии. Силу прикладывают к верхней и нижней части образца для испытаний до тех пор, пока образец не сломается или не деформируется .

Такие материалы, как бетон и горная порода , часто оцениваются с помощью испытания на прочность при сжатии, и в этих случаях происходит разрушение.

Такие материалы, как сталь , также могут быть испытаны на прочность при сжатии, а в случае пластичных материалов имеет место тенденция к деформации. Первоначально пластичный материал будет воспринимать приложенную нагрузку, регулируя свою внутреннюю структуру — процесс, называемый пластическим течением.

Как только деформация концентрируется в одном месте, пластическое течение прекращается и материал ломается. Для пластичных металлов предел прочности при растяжении обычно является предпочтительным показателем для измерения и сравнения.Это связано с тем, что растягивающее напряжение измеряет силы, необходимые для разрыва материала, что лучше подходит для явления пластического течения.

Как измеряется прочность на сжатие?

Прочность на сжатие бетона часто проверяется, чтобы оценить, соответствует ли фактическая бетонная смесь требованиям спецификации проекта. Испытания обычно проводятся в лабораториях дозирования .

Для проведения испытания на прочность при сжатии небольшой образец бетонной смеси сначала отливается в форме куба или цилиндра и выдерживается в течение 28 дней.Для образцов бетона, содержащих дополнительный материал, рекомендуется более длительное время отверждения – 56 дней. Если инженер-проектировщик хочет испытать существующую конструкцию, , то образцы керна берутся из этой конструкции.

Затем образец помещают между двумя плитами машины для испытания бетона и к противоположным сторонам образца прикладывают нагрузку до тех пор, пока он не сломается. Скорость нагружения важна, поскольку слишком низкая скорость нагружения может вызвать ползучесть.

Такие факторы, как пропорции смеси , соотношение вода/цемент и условия отверждения , влияют на прочность бетона на сжатие.

Для расчета прочности на сжатие используется следующая формула: 

Ф = К/Д

Где:  

F = Прочность на сжатие (МПа)

P = Максимальная нагрузка (разрушающая нагрузка), приложенная к образцу (Н) 

A = площадь поперечного сечения образца, выдерживающего нагрузку (мм2) 

Стандартные приложения обычно требуют, чтобы бетон соответствовал требованиям прочности на сжатие от 10 МПа до 60 МПа, тогда как для определенных применений требуется более высокая прочность, и бетонные смеси могут быть разработаны так, чтобы они соответствовали требованиям прочности 500 МПа.Бетон, отвечающий этому требованию прочности , называется сверхвысокопрочным бетоном .

Прочность на сжатие стали и других пластичных материалов можно определить с помощью универсальной испытательной машины . Испытываемый пластичный материал помещается между двумя ровными пластинами и происходит сжатие до тех пор, пока не будет достигнута определенная нагрузка или материал не сломается.

Ключевыми измерениями , которые будут оцениваться в этом случае, являются максимальное усилие, достигаемое до разрушения, или нагрузка при смещении.Нагрузки прикладывают либо механически, либо гидравлически.

Какие материалы имеют самую высокую/самую низкую прочность на сжатие?

В группе хрупких материалов такие материалы, как камня , как правило, имеют более высокую прочность на сжатие 140 МПа. Более мягкие разновидности, такие как песчаник, как правило, имеют более низкую прочность на сжатие, составляющую около 60 МПа.

Прочность на сжатие пластичных материалов, таких как мягкая сталь, используемая в большинстве конструкционных целей, составляет около 250 МПа.

Для каких применений требуется высокая/низкая прочность на сжатие?

Что касается бетона, то сверхвысокопрочный бетон может использоваться для строительства конструкций, которые должны выдерживать большие нагрузки и напряжения, таких как автомобильные мосты, тогда как для стандартного бытового мощения бетон может иметь более низкую прочность на сжатие. 30 МПа.

Напряжение сжатия и его обзор с 5 важными фактами

Тема обсуждения: Напряжение сжатия и деформация

Что такое сжимающая сила?

Определение напряжения сжатия:

Свойства материала при растяжении и сжатии представляют собой осевые нагрузки вдоль ортогональных осей. Нагрузки, которые растягиваются на границах системы, описываются как растягивающие нагрузки, а сжимаемые на границах системы описываются как сжимающие нагрузки.

Внешняя сила, приложенная к телу, деформирует тело таким образом, что тело уменьшается в объеме, а длина называется сжимающим напряжением.

Восстановленная деформация тела при воздействии внешней сжимающей нагрузки. Увеличение напряжения сжатия для тонких длинных цилиндров имеет тенденцию к структурному разрушению из-за коробления колонн. Когда материал не выдерживает сжатия, происходит коробление под напряжением.

напряжение сжатия

Измерение напряжения сжатия

Формула напряжения сжатия:

Нормальная сила приложена к единице площади.

Где,

Сила сжатия (F): сила сжатия — это нагрузка, необходимая для сжатия материала для соединения материала.

Единица напряжения сжатия:

Единица СИ такая же, как единица силы по отношению к единице площади.

Итак, он представлен как N / M 2 или PA.

Размер сжимающего напряжения:

Размер напряжения сжимания [ML -1 T -2 ] .

Напряжение сжатия положительное или отрицательное?

Ответ: сжимающее напряжение отрицательно, так как оно сжимается, так как изменение размера (dL) имеет противоположное направление.

Являются ли предел текучести и предел прочности при сжатии одинаковыми?

Ответ: Нет, деформация при растяжении и сжатии не одно и то же. Значение будет меняться в зависимости от применимости.

Прочность на сжатие:

Это способность материала выдерживать сжатие, возникающее из-за напряжения сжатия.Есть материалы, которые могут выдерживать только растяжение, некоторые материалы могут выдерживать только сжатие, а есть материалы, которые могут выдерживать как растяжение, так и сжатие. Предельная прочность на сжатие – это значение, полученное при полном разрушении материала. Испытание на сжатие проводится так же, как и испытание на растяжение. Единственная разница заключается в том, что используемая нагрузка является сжимающей нагрузкой.

Прочность на сжатие выше у камня и бетона.

Напряжение сжатия мягкой стали | низкоуглеродистая сталь:

 Материал, который подвергается большим деформациям перед разрушением, — это пластичные материалы, такие как мягкая сталь, алюминий и его сплавы.Хрупкие материалы, когда подвергается сжимающему напряжению, возникает разрыв из-за внезапного высвобождения накопленной энергии. Принимая во внимание, что когда пластичный материал подвергается сжимающему напряжению, материал сжимается, и деформация происходит без какого-либо разрушения.

Напряжение сжатия и напряжение растяжения | Сжимающий стресс против растягивающего напряжения
Раскрытие напряжения
Результаты Стремление сжимания Последствия сжатия в материале. Напряжение растяжения, возникающее при растяжении материала
Толчок или растяжение Принимая во внимание, что сжимающее напряжение представляет собой толчок, придаваемый телу внешними силами для изменения его формы и размера. Растягивающее напряжение — это тяга, прикладываемая к телу внешними силами для изменения его формы и размера.
Сжатие или удлинение Сжимающее напряжение создается за счет внешней сжимающей силы Растягивающее напряжение возникает из-за того, что сила удлинения стремится к растяжению.
Применение на стержне Когда стержень подвергается сжимающему напряжению, деформация является сжимающей (отрицательной). Когда стержень испытывает растягивающее напряжение, деформации являются растягивающими (положительными).

Кривая деформации сжатия

Диаграмма напряжение-деформация: Напряжение сжатия

Диаграмма напряжения-деформации для сжатия отличается от диаграммы растяжения.

При испытании на сжатие кривая напряжения-деформации представляет собой прямую линию до предела упругости.За этой точкой отчетливый изгиб кривой, представляющий начало пластичности; точка показывает комбинированный предел текучести при сжатии, который напрямую связан с остаточным напряжением. Увеличение остаточного напряжения увеличивает напряжение сжатия.

В испытании на сжатие линейная область является упругой областью, подчиняющейся закону Гука. Следовательно, область может быть представлена ​​как

E = модуль Юнга

В этой области материал ведет себя упруго и возвращается в исходное положение за счет снятия напряжения.

Предел текучести:

Это точка, где заканчивается упругость и начинается область пластичности. Таким образом, после предела текучести материал не сможет вернуться в свою действительную форму после снятия напряжения.

Установлено, что если кристаллический материал подвергается сжатию, кривая напряжения-деформации противоположна приложениям растяжения в упругой области. Кривые растяжения и сжатия изменяются при больших деформациях (деформациях), так как при сжатии материала происходит сжатие, а при растяжении материал испытывает пластическую деформацию.

Напряжение-деформация при растяжении | испытание на растяжение:

Линия OA: предел пропорциональности

Линия OA представляет предел пропорциональности. Пропорциональный предел — это предел до тех пор, пока напряжение не станет пропорциональным деформации в соответствии с законом Крюка. По мере увеличения напряжения увеличивается деформация материала.

Точка A: Предел упругости:

В этой точке было приложено максимальное напряжение в твердом материале. Эта точка называется пределом упругости.Материал в пределах предела упругости будет деформироваться, и после снятия напряжения материал вернется в свое фактическое положение.

Что такое упругопластическая область?

Упругопластическая область:

Область между точкой текучести и точкой упругости.

Точка B: Верхний предел текучести

Пластическая деформация начинается с смещения кристаллической структуры. Это смещение становится больше после достижения верхнего предела текучести и ограничивает его движение, эта характеристика известна как деформационное упрочнение.

Точка C: нижний предел текучести

Это точка, после которой начинают проявляться такие характеристики, как деформационное упрочнение. И замечено, что за пределом упругости возникает такое свойство, как пластическая деформация.

Постоянная деформация:  

Верхний предел текучести:

Точка, в которой прикладывается максимальная нагрузка или напряжение для начала пластической деформации.

Верхний предел текучести нестабилен из-за движения кристаллических дислокаций.

Нижний предел текучести:

Предел минимальной нагрузки или напряжения, необходимый для сохранения пластических свойств.

Нижний предел текучести стабилен, так как отсутствует движение кристаллитов.

Напряжение — это сопротивление материала при воздействии на него внешней нагрузки, а деформационное упрочнение — медленное увеличение сопротивления из-за увеличения числа дислокаций в материале.

Точка D: точка предельного напряжения

Представляет точку предельного напряжения.Максимальное напряжение может выдержать предельное напряжение. После увеличения нагрузки происходит отказ.

Точка E: Точка разрыва

Представляет собой точку разрушения или разрыва. Когда материал подвергается быстрой деформации после точки предельного напряжения, это приводит к разрушению материала. При этом в материале происходила максимальная деформация.

Примеры задач на напряжение сжатия| Области применения
  • Авиакосмическая и автомобильная промышленность: Испытания на срабатывание и испытания пружин
  • Строительная промышленность: Строительная отрасль напрямую зависит от прочности материалов на сжатие.Столб, кровля построены с использованием напряжения сжатия.
  • Бетонная колонна: В бетонной колонне материал сжимается под действием напряжения сжатия.
  • Материал спрессован, чтобы избежать разрушения здания. Он имеет устойчивое количество напряженной накопленной энергии.
  • Косметическая промышленность: уплотнение компактной пудры, карандашей для глаз, бальзамов для губ, помады, теней для век производится путем приложения сжимающего напряжения.
  • Упаковочная промышленность: картонная упаковка, прессованные бутылки, ПЭТ-бутылки.
  • Фармацевтическая промышленность: В фармацевтической промышленности в основном используется напряжение сжатия.
  • Дробление, уплотнение, измельчение осуществляется при изготовлении таблеток. Твердость и прочность на сжатие являются важной частью фармацевтической промышленности.
  • Спортивная индустрия: мячи для крикета, тенниса, баскетбола сжаты, чтобы сделать их более жесткими.

Как измерить напряжение сжатия?

Испытание на сжатие:

Испытание на сжатие — это определение поведения материала под сжимающей нагрузкой.

Испытание на сжатие обычно используется для камня и бетона. Испытание на сжатие дает напряжение и деформацию материала. Экспериментальный результат должен подтвердить теоретические выводы.

Типы тестирования сжатия:
  • Тест изгиба
  • Весенний тест
  • Тест на дробильный тест

Тест сжатия — это определение целостности и параметра безопасности материала путем устойчивого напряжения сжимания.Он также обеспечивает сохранность готовых изделий, комплектующих, изготавливаемых инструментов. Он определяет, подходит ли материал для этой цели и изготовлен ли он соответствующим образом.

Компрессионные тесты предоставляют данные для следующих целей:

    • для измерения количества партии
    • для понимания согласованности в производстве
    • для оказания помощи в процедуре проектирования
    • для уменьшения материала цена
    • Чтобы гарантировать качество по международным стандартам и т. д.

    Машина для испытания прочности на сжатие:

    Машины для испытания на сжатие включают измерения свойств материалов, таких как модуль Юнга, предел прочности на сжатие, предел текучести и т. д., следовательно, общие характеристики статической прочности материалов на сжатие.

    Устройство сжатия сконфигурировано для нескольких применений. Благодаря конструкции машины, она может выполнять испытания на растяжение, циклические испытания, сдвиг, изгиб.

    Испытание на сжатие проводят так же, как испытание на растяжение.В обоих тестах происходит только изменение нагрузки. В машинах для испытаний на растяжение используются растягивающие нагрузки, тогда как в машинах для испытаний на сжатие используются сжимающие нагрузки.

    Сильна сжатия различных материалов:

    · Прочность на сжатие бетона: 17MPA-27MPA

    · Прочность на сжатие стали: 25mpa

    · Гранитная прочность на компрессию: 70-130 МПа

    Прочность цемента на сжатие: 11.5 – 17,5 МПа

    ·      Предел текучести при сжатии алюминия: 280 МПа

    Какое допустимое напряжение сжатия для стали?

    Ответ:  Допустимые напряжения обычно измеряются структурными нормами такого металла, как сталь и алюминий. Он представлен долей его напряжения текучести (прочность)

    Что такое прочность бетона на сжатие в разном возрасте?

    Это минимальная прочность на сжатие, полученная при стандартном испытании 28-дневного бетонного цилиндра.

    Для измерения прочности бетона на сжатие требуется от 28 до 35 МПа в течение 28 дней.

    Прочность бетона на сжатие:

    Проблемы напряжения на сжатие:

    Задача №1

    Стальной стержень диаметром 70 мм и длиной 3 м окружен чугунной оболочкой . Рассчитайте сжимающую нагрузку для комбинированного стержня 0,7 мм длиной 3 м. ( Сталь E = 200 ГПа, а чугун E = 100 ГПа.)

    Раствор:

    δ =

    δ = δ чугун = δ сталь = 0,7 мм

    δ чугун = = 0,7

    P чугуна = 50306.66 π N

    Δ сталь = = 0,7

    P сталь = 57166.66 π N

    Σ F V = 0

    P = P чугун + P сталь

    P =50306.66 π +57166.66 π

    P = 107473.32 = 107473.32 π N

    P = 337.63KN

    Вес статуи 10kn отдыхает на плоской поверхности в Вершина столба высотой 6,0 м. Площадь поперечного сечения башни составляет 0,20 м 2 и она изготовлена ​​из гранита с массовой плотностью 2700кг/м 3 . Рассчитайте сжимающее напряжение и деформацию в поперечном сечении на 3 м ниже вершины башни и верхнего сегмента соответственно.3 кг.

    Вес сегмента башни

    W p = мг =(1,60×103*9,8)=15,68 кН.

    Вес скульптуры

    W S = 10KN,

    Нормальная сила 3М ниже скульптуры,

    F ⊥ = W P + W S = ( 1,568+1,0)×104Н=25,68КН.

    Следовательно, напряжение рассчитывается как F / A

    =2. 5 МПа. L1=1000 мм, L2=1500 мм, L3=800 мм.

    от равновесия:

    = 0

    + 8000-10000 + P-5000 = 0

    P-5000 = 0

    P-5000 = 0

    Для дополнительной статей Нажмите здесь 1

    О Solochana Dorve

    Я Сулочана .Я инженер-конструктор-механик — M.tech в проектировании, B.tech в машиностроении. Я работал стажером в компании Hindustan Aeronautics limited в отделе проектирования вооружений. Имею опыт работы в R&D и дизайне. У меня есть навыки работы с CAD/CAM/CAE: CATIA | КРЕО | ANSYS Apdl | Верстак ANSYS | ГИПЕР СЕТКА | Nastran Patran, а также в языках программирования Python, MATLAB и SQL.
    У меня есть опыт в области анализа конечных элементов, проектирования для производства и сборки (DFMEA), оптимизации, расширенных вибраций, механики композитных материалов, автоматизированного проектирования.
    Я увлечен работой и хорошо учусь. Моя цель в жизни – добиться цели в жизни, и я верю в тяжелую работу. Я здесь, чтобы преуспеть в области инженерии, работая в сложной, приятной и профессионально яркой среде, где я могу в полной мере использовать свои технические и логические навыки, постоянно совершенствоваться и сравнивать себя с лучшими.
    С нетерпением ждем связи с вами через LinkedIn —
    https://www.linkedin.com/in/sulochana-dorve-a80a0bab/

    Что такое прочность на сжатие?

    Что означает прочность на сжатие?

    Прочность на сжатие — это максимальное сжимающее напряжение, которое при постепенном приложении нагрузки данный твердый материал может выдержать без разрушения.Формула для расчета прочности на сжатие:

    CS = F / A

    Где прочность на сжатие (CS) равна силе (F) в точке разрушения, деленной на площадь поперечного сечения. Испытания на прочность на сжатие должны выполняться с равными противодействующими усилиями на испытуемом материале. Тестовые материалы обычно находятся в цилиндрах, кубах или сферах.

    Некоторые материалы разрушаются на пределе прочности на сжатие; другие деформируются необратимо. Прочность на сжатие является ключевым значением при проектировании конструкций.Прочность бетона на сжатие является наиболее распространенным показателем производительности, используемым инженерами при проектировании зданий и других сооружений.

    Corrosionpedia объясняет прочность на сжатие

    Прочность на сжатие — это предельное состояние сжимающего напряжения, которое приводит к разрушению материала в виде пластического разрушения (бесконечный теоретический предел текучести) или хрупкого разрушения (разрыв в результате распространения трещины или скольжения по слабой плоскости).Прочность на сжатие измеряется на материалах, компонентах и ​​конструкциях. По определению, предел прочности при сжатии материала — это значение напряжения одноосного сжатия, достигаемое при полном разрушении материала.

    На измерения прочности на сжатие влияют конкретные методы испытаний и условия измерения. Прочность на сжатие обычно указывается в связи с конкретным техническим стандартом.

    Бетон и керамика обычно имеют гораздо более высокую прочность на сжатие, чем те, которые обладают высокой прочностью на растяжение.Композитные материалы, такие как стекловолоконный эпоксидный матричный композит, как правило, имеют более высокую прочность на растяжение, чем прочность на сжатие. Бетон обычно армируют прочными на растяжение материалами. Прочность на сжатие широко используется для технических требований и контроля качества бетона. Инженеры знают свои целевые требования к растяжению (изгибу) и выражают их в терминах прочности на сжатие.

    Требования к прочности бетона на сжатие могут варьироваться от 2500 фунтов на квадратный дюйм для бетона жилых домов до 4000 фунтов на квадратный дюйм и выше для коммерческих конструкций.Для определенных применений указаны более высокие значения прочности до 10 000 фунтов на квадратный дюйм и выше.

    Как для пластичных, так и для хрупких материалов прочность на сжатие обычно значительно выше прочности на растяжение. Исключением являются композиты, армированные волокном, такие как стекловолокно, которые сильны при растяжении, но легко разрушаются. Однако бетон, который представляет собой композит, армированный частицами, намного прочнее на сжатие, чем на растяжение, поэтому, если он будет подвергаться растягивающим усилиям, его необходимо армировать стальными стержнями.

    Напряжение сжатия – обзор

    3.5.5.2.2 Статические свойства сжатия [17]

    Кривые напряжения-деформации при сжатии трех конструкций состоят из трех частей: упругая деформация до предела прочности на сжатие, участок плато и область уплотнения. В этой части напряжение быстро увеличивается с деформацией. Как известно, структуры с кривыми напряжения-деформации имеют явные флуктуационные характеристики в областях плато, называемых режимами хрупкого разрушения [32], так же как и структуры кубического и ромбического додекаэдра (рис.3.5.11А и С). Однако структура G7 демонстрирует режим пластического разрушения, при котором кривые напряжение-деформация имеют гладкую область плато (рис. 3.5.11B). Эти результаты показывают, что благодаря оптимизации ячеистых структур они демонстрируют различное поведение при деформации.

    Рис. 3.5.11. Кривые номинального напряжения-деформации при сжатии сеток с кубической (А), G7 (Б) и ромбододекаэдрической (В) структурами [18].

    СЭМ-наблюдения на месте использовались для обнаружения деформации распорок в различных сетках (рис.3.5.12). Деформация стойки кубической конструкции – коробление. Для кубических конструкций деформация стоек представляет собой коробление, а для структур G7 и ромбододекаэдра поведение деформации представляет собой сочетание потери устойчивости и изгиба. Трещина обычно возникает в местах соединения стоек.

    Рис. 3.5.12. Наблюдения in situ SEM за сетками с кубическими (A) и G7 (B) ячейками при различных деформациях при сжатии [18].

    Механические свойства приведены ниже.Прочность на сжатие структур кубического, G7 и ромбического додекаэдра колеблется от 10 до 300 МПа, как показано на рис. 3.5.7A. Кроме того, прочность на сжатие у кубических каркасов самая высокая, а у G7 самая низкая при той же плотности.

    По модели Гибсона-Эшби для пористых материалов [32]: 4)σp/Es=C′ρ/ρs2

    Где нижний индекс «s» обозначает исходные материалы стоек конструкции. C и C’ — постоянные значения, определяемые материалами стойки. Этот режим можно использовать с другими видами металлических пористых материалов [32]. Однако реальных регулярных структур для расчета этих параметров не хватает.

    Модели Гибсона-Эшби для трех типов каркасов показаны следующим образом: /ρs2

    Для ячейки G7

    (3.5.7)E/Es=C3ρ/ρs2

    (3.5.8)σp/σs=C4ρ/ρs1,5

    Для ячейки ромбододекаэдра

    (3.5.9)E/Es=C5ρ/ρs2

    (3.5.10)σp/σs=C6ρ/ρs1,5

    Согласно относительному модулю и плотности трех типов каркасов, показатель степени подгонки n для кубической структуры равен 2,4, для структуры G7 равен 2,0, а для структур ромбического додекаэдра равен 2,2 соответственно (рис. 3.5.13A). Показатели подгонки структур G7 и ромбододекаэдра наиболее близки к теоретическому значению; в их стойках преобладают деформации изгиба.Для кубической конструкции деформация их стоек является короблением; однако очевидное расхождение между экспериментальным коэффициентом (~ 2,4) и теоретическим (~ 1) может быть вызвано равномерными стойками.

    Рис. 3.5.13. Графики относительного модуля ( E / E s ) (A), относительной прочности ( σ p / σ s ) (B) и относительной плотности ( 10 0 09 09 / ρ с) для исследованных сеток Ti-6Al-4V [18].

    Для относительной прочности и плотности трех видов каркасов подгоночная экспонента n ′ кубической структуры равна 1,7, для структуры G7 равна 1,9, а для структуры ромбододекаэдра равна 2,2 соответственно (рис. 3.5. 7Б, рис. 3.5.13С). Существует разница между подгоночными факторами и теоретическими значениями. Такие расхождения можно объяснить следующими причинами. С одной стороны, хрупкому разрушению способствуют хрупкая мартенситная фаза и шероховатая поверхность.С другой стороны, в структурах G7 и ромбододекаэдра при теоретическом анализе рассматривалась только изгибающая составляющая стоек. На самом деле деформационное поведение стоек представляет собой эффект связи компонентов изгиба и потери устойчивости, особенно для структур ромбического додекаэдра.

    Прочность на сжатие – обзор

    Затвердевший бетон

    Прочность на сжатие О влиянии метакаолина на прочность на сжатие бетона широко сообщалось.Некоторые исследователи (Larbi and Bijen, 1991; Halliwell, 1992; Saad и др. , 1982; Collin-Fevre, 1992) сообщают, что метакаолин не оказывает неблагоприятного воздействия на прочность на сжатие. Другие исследователи (Андриоло и Сгарабоза, 1986; Марш, 1992; Голд и Ширвилл, 1992) сообщают о значительном повышении силы. Этот диапазон видимо противоречивых выводов отражает различия факторов, таких как:

    • 2 •

    Пробная смесь Методология Mix

    Подход к миксу дизайн

    Вариации цементного состава и

    вариации качества используемого метакаолина.

    Ранняя работа Gold and Shirvill (1992) показала, что включение метакаолина в бетон приводит к значительному повышению прочности. Результаты их работы показали, что оптимальный уровень замены составляет от 5 до 10 процентов. Увеличение замены, превышающее 10 процентов, не привело к дальнейшему увеличению прочности. Содержание песка было скорректировано для метакаолинового бетона в этих испытаниях, но никакие добавки не использовались, чтобы компенсировать повышенную потребность в воде.На рис. 3.35 показаны результаты этих первых тестов.

    Рисунок 3.35. Влияние метакаолина на прочность бетона при сжатии.

    Тщательно контролируемые испытания растений, проведенные двумя компаниями RMC Readymix, подтвердили значительное увеличение прочности, связанное с включением метакаолина, обнаруженное в лабораторных испытаниях.

    Использование метакаолина в высокопрочном бетоне было предложено рядом исследователей (Marsh, 1992; Balogh, 1995; Calderone et al., 1994). Мартин (1995) сообщил о 28-дневной прочности 110 Н/мм 2 для бетона, содержащего метакаолин (10-процентная замена портландцемента) и суперпластификатор.

    Бетон, залитый на месте, не отверждается в идеальных условиях, которым подвергаются отвержденные в лаборатории образцы. Hobbs (1996) показал, что прочность на сжатие кубов из простого бетона и кубов из метакаолинового бетона снижается при хранении на лабораторном воздухе. Однако бетон, содержащий метакаолин, был прочнее простого бетона.

    Прочность на растяжение Прочность на изгиб и модуль Юнга метакаолинового бетона такие же, как у обычного бетона с эквивалентной 28-дневной прочностью. Из этого следует, что когда метакаолин используется для замены части цемента, прочность на изгиб должна увеличиваться. Исследование Университета Данди, о котором сообщил Imerys (2000), подтвердило, что это так. В таблице 3.12 приведены результаты экспериментов.

    Таблица 3.12. Сильные свойства бетона с диапазоном метакаолинового содержания

    Mix Cube Simple Cube (MPA) Модуль изгиб (MPA) Модуль молодых (GPA)
    100% PC 41.0 50188 5.0 5.0 30.0
    90% PC, 10% 47,0 47.0 33.0
    MK
    80% PC, 20% 5.3 33.5
    Mk

    Было изучено развитие прочности на растяжение в очень раннем возрасте (Hobbs, 1996). Испытания показали, что метакаолин значительно ускоряет развитие ранней прочности на растяжение.

    Деформация ползучести Деформация ползучести была измерена для простого бетона и бетона, содержащего метакаолин (Imerys, 2000). Для кубиков, отвержденных в воде, а затем нагруженных до 40% их 28-дневной прочности в течение 90 дней, включение метакаолина не повлияло на деформацию ползучести.

    Усадка при высыхании Введение метакаолина в бетон дает цементную матрицу с низкой пористостью и проницаемостью. Таким образом, потери воды при сушке уменьшаются, а усадка при сушке соответственно меньше.Чжан и Малхотра (1995) показали, что бетон, содержащий 10 процентов метакаолина, имеет более низкую усадку при высыхании, чем у простого бетона и бетона, содержащего микрокремнезем. Используя аналогичные процедуры испытаний Caldarone et al. (1994) показали, что усадка при высыхании метакаолинового бетона была ниже, чем у обычного бетона, но аналогична усадке бетона, содержащего микрокремнезем.

    Более поздняя работа, проведенная в Университете Данди (Imerys, 2000), показала, что содержание метакаолина до 25 % незначительно увеличивает усадку при высыхании.

    Что такое сила сжатия?

    Фундаментальная концепция, которую инженеры, архитекторы и строители должны тщательно понять, прежде чем приступать к работе над любой структурой — от домов на одну семью до массивных мостов и небоскребов — это идея сжатия и растяжения. Сила растяжения — это сила, которая растягивает материалы, а сила сжатия сжимает элементы. Каждый материал способен выдерживать определенное сжатие и определенное растяжение.

    Чтобы показать разницу между сжатием и растяжением, инструкторы по инженерному делу часто демонстрируют материал, например веревку, которая может выдерживать большое натяжение или тянуть до того, как разрушится, но практически не имеет прочности на сжатие, поскольку, если вы надавите на нее с противоположной стороны стороны, он просто прогнется.

    Что такое сила сжатия?

    Прочность материала на сжатие — это его способность противостоять внешним силам, воздействующим на него. Когда колонна поддерживает нагрузку сверху, она испытывает сжимающее напряжение.На молекулярном уровне следствием этой силы является то, что атомы и молекулы частиц в материале укорачиваются.

    Сжатие является фактором во всех зданиях, поскольку нагрузки и силы в конечном итоге должны быть направлены на землю. Этот принцип также действует в строительстве, когда такие материалы, как гравий, необходимо прессовать, чтобы они стали стабильными и уплотнены. Испытательные лаборатории определяют степень уплотнения материала под зданием; строительные нормы обычно требуют, чтобы материал под плитами, асфальтом или другими поверхностями фундамента имел коэффициент уплотнения 95 процентов.

    4 силы, действующие на все конструкции

    Сжатие и растяжение — две из четырех основных сил, действующих друг на друга внутри конструкции. Два других – кручение и сдвиг.

    • Сжатие: Частицы материала прижимаются друг к другу, заставляя их укорачиваться или сжиматься. В здании сжатие обычно происходит сверху.
    • Растяжение: Противоположное сжатию, при котором тянущая сила удлиняет материал.Если балка сжимается сверху, она будет растягиваться снизу.
    • Скручивание: Конструктивный элемент подвергается крутящему моменту или скручивающей силе.
    • Сдвиг: Противодействующие структурные силы вызывают проскальзывание плоскости. Другими словами, сила сдвига, которая заставляет слои скользить друг относительно друга в противоположных направлениях. Здания нуждаются в несущих стенах, чтобы выдерживать боковые или сдвигающие силы.

    Узнайте больше о том, как силы и напряжения воздействуют на конструкции и материалы, в классе MT Copeland по древесным материалам, который ведет мастер-строитель Джордан Смит.

    Как действует сила сжатия в здании?

    Один из способов взглянуть на сжатие — это действие и противодействие. На элементы конструкции действуют внутренние и внешние силы. Внешняя сила называется конструкционной нагрузкой, а внутренняя сила — напряжением, где нагрузка — это действие (нагрузка на колонну), а напряжение — сила реакции. Когда инженеры проектируют конструкции, они должны учитывать все силы, которые могут воздействовать на них с течением времени.

    В реальных условиях эти силы будут включать 3 типа нагрузок: постоянная нагрузка (люди или материалы, которые будут храниться в здании), статическая нагрузка (вес самой конструкции) и нагрузка на окружающую среду (элементарные соображения, такие как снеговая нагрузка, ветровая нагрузка и землетрясение). Строительные нормы обычно устанавливают параметры для этих расчетных нагрузок.

    Рассмотрим, как строились здания с течением времени: греческие и римские храмы и готические соборы — это здания, построенные с использованием силы сжатия.Кирпичная или каменная арка использует равномерное сжатие, которое направлено вниз и поглощается конструкцией, созданной для поддержки бокового давления, например каменными опорами. Известный пример такого использования сжатия можно увидеть в соборе Нотр-Дам в Париже, где контрфорс направляет силу сжатия с крыши и стен на фундамент.

    Измерение прочности материалов на сжатие

    По определению, прочность материала на сжатие представляет собой значение напряжения одноосного сжатия (имеется в виду максимальное напряжение сжатия, которого достигает материал до полного разрушения).Проще говоря, к материалу (обычно цилиндрическому, поэтому он называется «одноосным») прикладывается сжимающая нагрузка, которая укорачивается и расширяется до тех пор, пока не разрушится. Это наносится на кривую напряжения-деформации.

     

    Формула для расчета прочности на сжатие: F = P/A, где:

    • F=Прочность на сжатие (МПа)
    • P=Максимальная нагрузка (или нагрузка до разрушения) на материал (Н)
    • A=Поперечное сечение площади материала, выдерживающего нагрузку (мм2)

    Чтобы дать некоторое представление о том, как эти числа используются в здании, стандартные здания требуют, чтобы бетон соответствовал прочности на сжатие от 10 МПа до 60 МПа (от 1450 до 8700 фунтов на квадратный дюйм).Бетон сверхвысокой прочности, полученный из специальных смесей, может соответствовать требованиям прочности 500 МПа (72 519 фунтов на квадратный дюйм).

    Инженеры измеряют прочность дерева на сжатие, нагружая деревянный брусок параллельно волокнам до тех пор, пока он не выйдет из строя (сломается). Они измеряют это в psi (фунтах на квадратный дюйм).

    Прочность на сжатие пластичного (металлического) материала можно измерить с помощью универсальной испытательной машины, в которой материал помещается между двумя пластинами и подвергается сжатию до тех пор, пока не будет достигнута определенная нагрузка или материал не разрушится.

    Какие материалы имеют самую высокую прочность на сжатие?

    Одним из важнейших технических свойств бетона является его высокая прочность на сжатие. Однако по сравнению со сталью он имеет слабую прочность на растяжение. Сталь может иметь как высокую прочность на сжатие, так и высокую прочность на растяжение, и может выдерживать те же сжимающие усилия, что и бетон или кирпичная кладка, но без объема. Инженеры часто ссылаются на группы «хрупких» и «пластичных» материалов по прочности на сжатие: группа хрупких включает камень, песчаник и цемент, а группа пластичных включает сталь и другие металлы.

    Вот некоторые значения средней прочности на сжатие обычных строительных материалов в фунтах на квадратный дюйм (фунты на квадратный дюйм):

    • A36 Сталь (общая структурная сталь): 22 000
    • Гранит: 19 000
    • Жесткий кирпич: 12 000
    • Гикори: 9,210
    • Известняк: 9000
    • Стандартный бетон: 1450-8700
    • Грецкий орех: 7 580
    • Пихта Дугласа: 7 230
    • Ясень: 7 410
    • Сосна пондероза: 5 320
    • Легкие кирпичи: 1 000

    Понимание того, как определенные материалы могут работать на сжатие и на растяжение, а также на то, как они взаимодействуют друг с другом при сжатии и растяжении контекст других сил в конструкции — вы поймете важность строительных норм и правил в установлении стандартов безопасности зданий.

    MT Copeland предлагает онлайн-уроки на основе видео, которые дают вам основы основ строительства с применением в реальных условиях. Курсы включают профессионально созданные видеоролики, преподаваемые практикующими мастерами, а также дополнительные загрузки, такие как викторины, чертежи и другие материалы, которые помогут вам освоить навыки.  

    Испытание пластмасс на прочность при сжатии

    Испытание пластмасс на прочность при сжатии

    Прочность на сжатие материала — это сила на единицу площади, которую он может выдержать при сжатии.Это отличается от более часто измеряемой прочности на растяжение . ASTM D695 является стандартным методом испытаний в США. На приведенном ниже рисунке от Quadrant Engineering Plastic Products показана тестовая геометрия.

    ASTM D695:
    Образец размером 1/2″ x 1/2″ x 1″ помещается в пресс и прикладывается известная нагрузка.

    Североамериканские производители пластмасс обычно сообщают предел текучести при сжатии , напряжение, измеренное в точке постоянной текучести, нулевой наклон, на кривой напряжение-деформация. Предел прочности при сжатии — это напряжение, необходимое для разрыва образца. Для таких материалов, как большинство пластмасс, которые не разрушаются, результаты могут быть указаны как прочность на сжатие. при определенной деформации, такой как 1 %, 5 % или 10 % исходной высоты испытуемого образца.

    Аналогичным испытанием для измерения прочности на сжатие в системе ISO является ISO 604. Значения, указанные в испытаниях ASTM D695 и ISO 604, редко существенно различаются и часто используются взаимозаменяемо на ранних стадиях процесса выбора материалов.Эти испытания также дают процедуру измерения модуля сжатия материала (отношение напряжения к деформации при сжатии).

    В таблице ниже приведены средние значения прочности на сжатие и модули сжатия для некоторых наполненных и ненаполненных полимеров.

    Типичный предел текучести при сжатии и модуль упругости полимеров при сжатии

    (Между конкретными классами существуют большие различия.)

    Тип полимера Предел текучести при сжатии (МПа) Модуль сжатия (ГПа)
    АБС 65 2.5
    АБС + 30% стекловолокно 120 8
    Сополимер ацеталя 85 2,2
    Сополимер ацеталя + 30 % стекловолокна 100 7,5
    Акрил 95 3
    Нейлон 6 55 2.3
    Полиамид-имид 130 5
    Поликарбонат 70 2,0
    Полиэтилен, ПЭВП 20 0,7
    Полиэтилентерефталат (ПЭТ) 80 1
    Полиимид 150 2.5
    Полиимид + стекловолокно 220 12
    Полипропилен 40 1,5
    Полистирол 70 2,5
    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.