Поиск оптимальных параметров сталефибробетонной плиты на упругом основании

Abstract

RU: Фибробетон – это принципиально новый вид бетона, который имеет широкие перспективы в будущем. Дисперсное армирование фиброй дает возможность не только компенсировать недостатки бетона (низкую прочность при растяжении и хрупкость), но и наделить его новыми свойствами, а что еще важнее – сделать процесс производства армированных конструкций автоматизированным (3D печать зданий). Цель. Нормативный документ по расчету и проектированию сталефибробетонных (СФБ) конструкций содержит общие условия проверки прочности СФБ, при этом прямых формул для подбора требуемых коэффициентов фибрового армирования и толщины плит нет. Целью данных исследований было разработать определенный алгоритм поиска оптимальных коэффициентов фибрового армирования и толщины плит из условия минимальной стоимости материалов. Методика. В качестве конструкции для исследования была выбрана плита на упругом основании. На основе положений нормативного документа была разработана формула для непосредственного поиска предельного изгибающего момента. Неизвестными в формуле являются искомые коэффициент фибрового армирования и толщина плиты. Таким образом, предельный момент является функцией этих двух величин. График функции представляет собой поверхность. Результаты. Для целевой функции, которая является общей стоимостью материалов, выполнен поиск оптимальных параметров плиты. Научная новизна. Разработан прямой алгоритм поиска оптимальных параметров СФБ плиты на упругом основании. Практическая значимость. Предложенный алгоритм может быть непосредственно использован при разработке программного обеспечения для автоматизированного подбора оптимальных параметров СФБ промышленных полов.

UK: Фібробетон – це принципово новий вид бетону, який має великі перспективи у будівництві майбутнього. Дисперсне армування фіброю дає змогу не тільки компенсувати недоліки бетону (низьку міцність при розтягу і крихкість), але й додати матеріалу нових властивостей, а що ще важливіше – зробити процес виробництва армованих конструкцій автоматизованим (3D друк будівель). Мета. Нормативний документ з проектування сталефібробетонних (СФБ) конструкцій містить загальні умови перевірки міцності СФБ, при цьому прямих формул для підбору потрібних коефіцієнтів армування та товщини плит немає. Метою досліджень було поставлено розробити певний алгоритм пошуку оптимальних коефіцієнтів фібрового армування та товщин плити з умови мінімальної вартості матеріалів. Методика. В якості конструкції для дослідження була обрана СФБ плита на пружній основі. На основі положень нормативного документу було розроблено формулу для безпосереднього пошуку граничного згинального моменту. Невідомими у формулі є шукані коефіцієнт фібрового армування та товщина плити. Отже, граничний момент є функцією цих двох величин. Графік функції представляє собою поверхню. Результати. Для цільової функції, яка є загальною вартістю матеріалів, виконано пошук оптимальних параметрів плити. Наукова новизна. Розроблений прямий алгоритм пошуку оптимальних параметрів СФБ плити на пружній основі. Практична значимість. Запропонований алгоритм може бути безпосередньо використаний при розробці програмного забезпечення для автоматизованого підбору оптимальних параметрів СФБ промислових підлог.

EN: Fibre reinforced concrete has been successfully used in Civil Engineering applications: such as industrial floors, roads, airports, pile supported floors, hydraulic structures, foundation slabs, architectural panels, precast products, shotcrete, structures in seismic regions etc. This composite material is one of the concrete of the new generation. It consists from concrete matrix and short randomly distributed fibres (steel, glass, various polymers and others.). But the strongest is steel fibre. fibre can be with curved ends or wavy for better anchoring in a concrete matrix. Fibre allows compensating such weakness of concrete as low growth resistance, high shrinkage cracking, low durability, etc. Steel fibre reinforced concrete (SFRC) has the ability of excellent tensile strength, flexural strength, shock resistance, fatigue resistance, ductility and crack arrest. So the steel fibre reinforced concrete (SFRC) is very efficient in comparison with conventional reinforced concrete. As a rule during the design SFRC industrial floor we face a problem: to determine necessary thickness of floor and fibre reinforcement ratio. However, according to national rules of design SFRC structures the main characteristics of materials depend on unknown thickness and fibre reinforcement ratio. Purpose. The purpose of the article is to develop optimal parameters algorithm for fiber reinforced concrete plate on the elastic foundation by known value of bending moment of the plate. Thickness of plate and fiber reinforcement ratio were considered as parameters. Methodology. Fiber reinforced concrete plate with ultimate bending moment 100 кН∙м was chosen for study. The formula for bending moment was transformed in such way that bending moment is a function. Findings. The diagram of the function is a surface. Each point on this surface is a possible solution of optimization problem. Equating the bending moment to maximal value and using the software Mathcad 14 we have received the line on the surface that is thickness/reinforcement ratio curve. Search for an optimum must be carrying out for the function of purpose which is the total cost of materials for 1 m2 of the floor. Originality. The new modified formula for bending moment was worked out. Thickness of plate and fiber reinforcement ratio were unknown in this formula. Practical value Proposed algorithm may be practiced during soft-ware engineering for optimization of SFRC floors.