Диссертация (1173102), страница 4
Текст из файла (страница 4)
КвазистатическиеиспытанияКрометого,проводилисьиспытаниябалочныхконструкцийприциклическом нагружении (рисунок 9) Так же в работе приведено аналитическоемоделирование циклических нагружений с использованием гипотезы плоскихсечений и учетом изменения механических характеристик бетона из-за27ограничения поперечных деформаций. Аналитиче6ской модели для балок с учетомсдвиговых напряжений не представлено.Рисунок 9 – Диссертационное исследование Iftekhar Ahmad.
Циклическиеиспытания•Исследовательскаяработа[55],направленнаянаизучениевозможности применения натуральных волокон для изготовления трубобетонныхконструкций. В работе проводятся исследования применения трубобетоннойконструкции, оболочка которой армирована волокнами льна, а бетон армированфиброй из кокосовых волокон. Работа так же представляет интерес исследованиемвлияния повышения сцепления бетонного ядра с оболочкой. В настоящей работе сцелью предотвращения проскальзывания применялись кольца, изготовленные изтого же материала, что и оболочка, но меньшего диаметра – они вклеивалисьвнутрь перед заполнением оболочки бетоном (рисунок 10).
Совместная работабетонного ядра и оболочки рассматривалась в работе [56], показавшем, чтоиспользование расширяющегося цемента в бетоне создает в некотором родеулучшенный контакт трубы и бетона, но полностью проскальзывание неустраняется. В работе [57] для предотвращения проскальзывания по внутренней28поверхности создавались «сдвиговые ребра». Было обнаружено, что ребразначительно улучшают несущую способность при осевой нагрузке трубобетоннойконструкции со стеклопластиковой оболочкой. В работе [58] предложенаоригинальная технология изготовления сетки из «сдвиговых ребер».Рисунок 10 – Повышение сцепления оболочки с бетонным ядром при помощивклеенных внутрь колец•Диссертационное исследование Zhenyu Zhu [59], защищенное в 2004году.
В рамках данного исследования изучалась конструкция мостовой опоры(рисунок 11). Конструкция состояла из нескольких элементов – трубобетонныхстоек, дополнительно армированных арматурными стержнями, объединенныхригелем в несъемной 3-хсекционной композитной опалубке. Стойки объединеныжелезобетонным ростверком. Программа испытаний включала следующие этапы:испытание цельной конструкции, так же отдельное испытание ригеля начетырехточечный изгиб и коротких стоек на осевое сжатие.29Рисунок 11 – Диссертационное исследование Zhenyu Zhu.
Конструкция опоры дляпроведения испытанийОднако больший интерес в рамках настоящей работы представляетчетвертый тип испытаний – испытания трубобетонных стоек на четырехточечныйизгиб с циклическим характером нагружения. Испытывались образцы с различнымтипом армирования – стальной арматурой, композитной арматурой и стальнойпреднапряженной арматурой, а также с муфтовым соединением оболочки (рисунок12).30Рисунок 12 – Диссертационное исследование Zhenyu Zhu. Испытаниятрубобетонной стойки на 4-х точечный изгибКроме того, проводились испытания консольной конструкции одиночнойвертикальной стойки на циклическую нагрузку с целью имитации сейсмическойнагрузки (рисунок 13). Следует отметить, что настоящая работа представляетинтерес объемом экспериментальных испытаний, однако в ней не приводитсяаналитической модели НДС для изгибаемых трубобетонных элементов.31Рисунок 13 – Диссертационное исследование Zhenyu Zhu.
Испытания консольнойстойкиСледующей работой сходного характера являются исследования дляДепартамента транспорта штата Миссури, выполненные группой исследователей[60]. Отчет об исследованиях опубликован в апреле 2015 года. В настоящей работетак же исследовались мостовые опоры, в которых в качестве стоек использованытрубобетонные элементы с оболочкой из ПМК (рисунок 14). Целью работыявлялось исследование возможности повышения живучести мостовых опор прииспользовании в них трубобетонных стоек с оболочкой из ПКМ при экстремальныхнагрузках - наезде автомобиля (рисунок 15). Испытывались 4 типа конструкции –одна дополнительно армированная стальной арматурой и 3 гибридныхтрубобетонных конструкции –с внутренней стальной трубой. Испытанияпроводились для консольного нагружения вертикальной стойки с одновременнымприложением постоянной вертикальной нагрузки при помощи тяжей. Порезультатам испытаний была создана конечно-элементная модель опоры, которая32так же использует результаты литературных источников других исследователей, накоторой моделировался процесс наезда автомобиля.Рисунок 14 – Мостовая опора с трубобетонными элементамиРисунок 15 – Моделирование наезда автомобиля на мостовую опору,выполненную из трубобетонных стоек с полимерной композитной оболочкой33Отдельнымнаправлениемисследованийможносчитатьгибридныеконструкции с внедрением стальной трубы внутрь сечения в растянутой зоне.Применение трубобетонных конструкций в изгибаемых конструкциях имееточевидный недостаток – бетонное ядро способно эффективно работать только насжимающую нагрузку, и большая площадь сечения бетонного ядра в растянутойзоне объективно показывает низкую эффективность такого решения.
Гибридныеконструкции – один возможных вариантов решения, что делает это направлениеисследований актуальным. Примером такой работы является [61]. В этой работевыполнено сравнение 3-х типов прямоугольных балок:- обычной железобетонной;- прямоугольной трубобетонной со сплошным ядром и оболочкой ПКМ;- прямоугольной трубобетонной с внутренней круглой трубой (все ПКМ) идополнительным стальным армированием в растянутой зоне.Следует отметить изначально неоптимальное решение в виде трубобетоннойоболочки прямоугольного сечения.
Как показано в [62] в таких конструкциях«эффект трубобетона» - увеличение прочности бетона за счет пространственнонапряженного состояния – минимален.Другой интересной статьей являет [63]. В данной работе рассматриваетсявопрос конструктивного исполнения и объединения подобных конструкций сплитой проезжей части мостовых сооружений.1.5 Применение трубобетонных конструкций с полимерной композитнойоболочкой.Внедрение трубобетонных конструкций с полимерной композитнойоболочкой началось в морских сооружениях [7].
Трубобетонные конструкциинашли применение в элементах причалов и пирсов в виде несущих свай, «защитныхсвай» (элементов, защищающих причальные сооружения от навала судов).Исследование подобных конструкций представлено в следующих публикациях[64-67].34В мостостроении трубобетонные конструкции с оболочкой из ПКМ нашлиследующие формы применения:1)Трубобетонные колонны, сваи и опоры со сплошным сердечником,изготовленные заливкой готовой оболочки бетонной смесью. Примененныевпервые при строительстве морских сооружений, где традиционные материалыпоказывают низкую долговечность из-за агрессивного воздействия морской воды,в мостовых сооружениях такие опоры так же нашли применение благодаря своейдолговечности, в условиях, где это экономически оправдано.2)Трубобетонные колонны и опоры, полученные внешним армированиембетонных колонн и опор.
Такие конструкции могут изготавливаться какнепосредственно при строительстве, так и в ходе ремонта и реконструкции. ВРоссии этот вид трубобетонных конструкций нашел большое применение,положения по проектированию и расчету усилений колонн и опор мостов обоймойи материалов ПКМ приведены в СП 164.1325800.2014 «Усиление железобетонныхконструкций композитными материалами. Правила проектирования» и СП349.1325800.2017 «Конструкции бетонные и железобетонные.
Правила ремонта иусиления».3)Гибридные сваи и колонны, совмещающие в себе стальные икомпозитные оболочки (трубы) [68]. В таких конструкциях композитнойустраивается внешняя оболочка, обладающая высокой стойкостью к агрессивнымсредам. Внутри трубобетонной конструкции создается пустота введениемпустотелой металлической трубы.Первый опыт по применению трубобетонных конструкций в качестве опормостов был получен в штате Вирджиния, США [69]. В качестве экспериментатрубобетонныесваибылипримененывконструкциипромежуточныхбезростверковых опор на двух мостах – по одной опоре на мост.Интересным сооружением является единственный рамный мост KingsStormwater Channel Bridge в штате Калифорния.
Пролет моста – 10 м, полная длина21 м. В виде трубобетонных конструкций выполнены и главные несущие балки, истойки опоры. Балки объедены с плитой проезжей части через арматурные35выпуски, устанавливаемые в процессе бетонирования балок в специальнопросверленные отверстия (рисунок 16).Рисунок 16 – Kings Stormwater Channel Bridge, штат КалифорнияСамуюбольшуюработунасегодняшнийденьпоприменениютрубобетонных конструкций с композитной оболочкой выполнил институт штатаМейн.
На сегодняшний день это единственный институт, ведущий работу внаправлении применения арочных трубобетонных элементов с оболочкой из ПКМ.Институтом штата Мейн построено 12 малых грунтозасыпных мостов с арочнымитрубобетонными несущими элементами с оболочкой из ПКМ – конструкций,наиболее близких к теме настоящей работы. В 2009 году был выпущен отчет остроительстве первого такого моста (рисунок 17) и предшествующих ему научныхработах.ВотчетепредставленыэкспериментальныеисследованияНДСтрубобетонных конструкций с оболочкой из ПКМ. В 2012 году было выпущеноруководство по проектированию под эгидой AASHTO (American Association ofState Highway and Transportation Officials).
Более подробно данная работарассмотрена в следующей главе.36Рисунок 17 – Neal Bridge в городе ПиттстфилдВ заключение к данному литературному анализу следует отметить, что поискформ применения трубобетонных элементов в изгибаемых конструкциях ведетсяпостоянно. Преимущество трубобетонных конструкций в повышении прочностибетона за счет пространственно-напряженного состояния, что в теории позволяетснизить расход бетона и нагрузку от собственного веса, что весьма критично длябольшепролетныхконструкций,противопоставляетсянерациональномуиспользованию бетона в таких конструкциях в растянутой зоне. Интереснымпредложением является концепт 137 метрового вантового моста Gilman AdvancedTechnology Bridge (рисунок 18), пилон и балка жесткости которого выполнены изтрубобетонных элементов с полимерной композиционной оболочкой. Пилонвысотой 57,9 м имеет а-образную форму, выполнен из углепластиковой трубы,произведенной методом намотки, с бетонным сердечником.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
