Диссертация (1173102), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Дляполимерного композитного материала принята линейная диаграмма работы, длябетона трехлинейная. В качестве критерия прочности принята предельнаядеформация сжатия бетона 2 .4)Была разработана итерационная методика расчета, основанная наопределении деформаций конструкции по высоте сечения и последующемвычислении и суммировании соответствующих напряжений на основе диаграммыработы материала. Итерационным в методике является определение расположениянейтральной оси путем проверки соблюдения условия статического равновесия.57ГЛАВА 3. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА3.1 Исходные предпосылкиВ рамках настоящей работы были проведены исследования работытрубобетонных конструкций на изгиб (четырехточечный изгиб балочныхконструкций) и внецентренное сжатие (испытания арочных конструкций).Исследования проводились на следующих образцах:- балки длиной 4 м, вид испытания – четырехточечный изгиб;- двухшарнирные арки пролетом 8 м.
Арочные конструкции были испытаныкак на статическую нагрузку, так и на циклическую (знакопостоянную) нагрузкуамплитудой до 6 т. После 10 000 циклов арочная конструкция доводилась доразрушения. Испытания показали, что циклические нагрузки даже такой большойамплитуды при таком количестве циклов не влияют на несущую способность.Отличительнойособенностьюданныхконструкцийоттех,чтоиспользовались ранее в мостостроении, заключаются в величине угла плетениярукавов, а также в технологии изготовления оболочки. Различие конструкциймостовых сооружений, построенных в настоящее время, и рассматриваемых внастоящей работе заключается в следующем:1)В конструкциях, работающих преимущественно на сжатие (таких, каксваи и стойки опор) применяется оболочка ПКМ, изготовленная методом намотки[69]. Это самое распространенное решение для подобных элементов, применяемоеповсеместно.
Такая оболочка обладает удовлетворительными механическимисвойствами в радиальном направлении, обеспечивая достаточное обжатие длясоздания пространственно-напряженного состояния бетонного ядра. Однаконизкиемеханическиехарактеристикивпродольномнаправлениитруб,изготовленных методом намотки, затрудняют применение таких конструкций визгибаемых элементах, таких как балки. Вероятно, в связи с этим разработчикимоста Kings Stormwater Channel Bridge воспользовались плетеным рукавомзамкнутого очертания из углеволокна [6].
В этом сооружении применялись углыплетения ±45о. Такое плетение дает одинаковые характеристики как в продольном,58так и в радиальном направлении, однако при этом они принимают минимальныезначения для этих направлений и максимальные – в наклонных сечения.В2)засыпныхарочныхмостовыхсооружениях,проектируемыхуниверситетом штата Мейн, так же применяются плетеные рукава замкнутогоочертания. Но в применяемых ими конструкциях в радиальном направлениизадается острый угол, позволяющий создавать максимальное обжатие бетонногоядра для увеличения его несущей способности [73]. Недостатком такого решенияявляется то, что в бесшарнирных арочных конструкциях даже традиционного,полукруглого, очертания возникают значительные изгибающие моменты, чтосводит эффект обжатия к минимуму.В рамках настоящей работы была разработана программа испытаний,включающая следующие работы:Испытания образцов из листового композиционного материала при1)нормальных условиях с учетом направления приложения нагрузки в соответствиис работой материала в реальной конструкции (таблица 4).Таблица 4№п/п2)Видиспытания ОпределяемыеКол-во/направлениехарактеристикиобразцов, шт.1Растяжение /xσв1x, σ0,21x, ε1x, Е1x, μ1xy52Растяжение /zσв1z, σ0,21z, ε1z, Е1z, μ1zx53Сжатие /xσ-в1x, ε-1x , Е-1x54Сжатие /zσ-в1z, ε-1z, Е-1z55Изгиб /xσи1x, Еи1x56Изгиб /zσи1z, Еи1z57Изгиб/xΤ1xz58Изгиб /zΤ1zx5Проведение испытаний листового композиционного материала приповышенных и пониженных температурах.
Перечень испытаний и определяемыехарактеристики полностью повторяет приведенный в таблице 4 со следующим59уточнением: испытания проводятся при температуре -60оС и + 60оС. В рамкахданных испытаний определялся коэффициент теплового расширения.3)Испытания на длительную прочность (растяжение) на базе 500 ч;4)Испытаниянаопределениехарактеристикиползучести(прирастяжении) на базе 500 ч при напряжении 500 МПа (120 МПа для косогоармирования);5)Усталостная прочность при растяжении, напряжение 100 кПа, 104циклов;6)Проведение испытаний для определения стойкости материала квоздействию различных технических сред.
Программа разрабатывалась с учетоманализа состава наиболее часто применяемых противогололедных средств(таблица 5.). Конечная программа испытаний на стойкость к техническим средамприведена в таблице 6.Таблица 5НазваниеСостав (%)АйсмелтNaCl80CaCl₂20MgCl₂x6H₂OKClМраморная крошкаХлористыйкальцийБиомагПовареннаяХлористыйсолькалий100ЭкосолБионорд4020-6510020-5010010010 (марка Б)505-1560Таблица 6№Название (Состав)Концентрация раствора1NaClНасыщенный2CaCl₂Насыщенный3MgCl₂x6H₂OНасыщенный4KClНасыщенный5Бензин АИ-92100%6Дизельное топливо марки Л100%7Моторное масло100%8Имитация щелочной среды бетона (8,0 г NaOH и22,4 г KOH на 1 л дистиллированной воды; рН от 12,6до 13)7)Испытаниянаклиматическуюстойкость(тепловоестарение,термовлажностное старение, тропикоустойчивость, экспозиция в Геленджике(умеренно теплая климатическая зона) и Москве (умеренная с промышленнойатмосферойклиматическаязона)дляизученияестественногостарения,определение грибостойкости, определение водопоглощения).8)Определение характеристик пожаробезопасности.9)Проведение испытаний для оценки сдвиговой прочности внешнегоармирования с бетонным наполнителем.10)Испытания конструктивно подобных арочных и балочных элементов.В рамках настоящей работы были проведены испытания двух партийконструктивно-подобных элементов.3.2 Испытания первой партии конструктивно-подобных образцов.Дляиспытанийбылиизготовленытрубобетонныеконструкции,армированные плетеными рукавами замкнутого очертания из углеволокна сострым углом разной величины (от 30о до 40о), направленном вдоль осиконструкции.
Создать угол меньше 30 градусов невозможно из условиясоблюдения достаточной укрывистости, кроме того, меньший угол приведет к61ничтожной величине механических свойств в радиальном направлении, чтозатруднит бетонирование и может привести к преждевременной потере несущейспособности под нагрузкой. Разная величина угла плетения была выбрана с цельюпрактической проверки предположения о большей несущей способностиконструкции при меньшем угле плетения в продольном направлении из-за малоговкладаэффектапространственно-напряженногосостояниявизгибаемыхтрубобетонных конструкциях по сравнению с влиянием повышения продольнойизгибной жесткости(в противоречие подходу исследователей из института штатаМейн, сделавших ставку на большую радиальную жесткость).Оболочки для проведения испытаний изготавливались специалистами ФГУПВИАМ.
Свойства материалов образцов приведены в таблице 7.Таблица 7ОболочкаУглепластик ВКУ-51, толщина 3 ммСвязующееЭпоксовинилэфирная смола марки ВСЭ-43АрмированиеПлетеный рукав, углеволокно марки Panex 35ЯдроБетон В 40 (по паспарту), диаметр 300 ммРасчетный пролет балок3мРасчетный пролет арок8мСледует отметить, что испытания проводились на этапе отработкитехнологии изготовления оболочек для трубобетонных конструкций методомвакуумной инфузии. Во время проведения испытаний изучалось так же влияниедефектов на несущую способность.
Основные виды общих и локальных дефектовприведены в таблице 8.62Таблица 8№ НаименованиеФото дефектаОбразцыдефекта1ПродольныеБ1-Б8,(прямо-иА1-7криволинейные)складкиподлине оболочкиповсейповерхностииливрастянутой зонеБ1-3, Б6,2А1-7След-каналтрубкиотдляподачисвязующего3ЛокальныесмятияБ1,-Б2,А3-6оболочки4ПоперечныеБ2,складкиА1волнообразнойформыБ3,63№ НаименованиеФото дефектаОбразцыдефекта5Связующим неБ3-5, Б8,заполненоА1, А3-6пространствомеждуволокнамисеткиБ3, Б46МестноевыпучиваниеоболочкиБ4,7Б8Местное смятиеоболочкиопорной зоневБ6,64№ НаименованиеФото дефектаОбразцыдефектаБ4-5, Б7-88, А4-5,А7Искривлениеволоконоболочки9МатериалоболочкиБ6небыл-окончательноотвержден10 Матрица/сеткаБ6,оболочкиА3местамипропитанасвязующимне-Б8,65№ НаименованиеФото дефектаОбразцыдефектаА1-311РастрескиваниесвязующегоА512Рельефнаяповерхность понижнейповерхностиИспытания проводились при помощи испытательного оборудования ФГБОУВО МГСУ производства MTS на силовой раме CFM Schiller (рисунок 27).Гидравлические цилиндры способны передавать на конструкцию нагрузкувеличиной до 100 т.
Кроме того испытательное оборудование позволяетпроизводить динамические испытания. В нашем случае при таких величинахдеформации циклическое нагружение образцов производилось с частотой 2 Гц. Все66измерения – показания на штоке гидроцилиндров и показания тензорезисторов –сводятся в единую измерительную систему, позволяя получить единый массивданных испытаний. Кроме электронных измерений проводились так же замерыпрогибов в различных сечениях конструкций (рисунок 28-29) через каждые 3 ммперемещения штока гидроцилиндра.
Нагружение производилось передачейконструкции вертикальной деформации с шагом 1 мм по показаниям на штоке.Скорость нагружения – 0,3 мм/с для балочных образцов и 0,2 мм/с для арочныхобразцов.Рисунок 27 – Испытательное оборудование67Тд – тензодатчик (тензорезистор), Пр – индикатор вертикальных перемещений(прогибомер)Рисунок 28 – Схема проведения испытания балочных образцовИтоговые результаты испытаний приведены в таблицах 9-10.Таблица 9НомерУголРазрушающаяВеличинаПоказанияПоворотобразцаплетения (внагрузка (наперемещенияпрогибомеровсечения нанаправленииштокештокапередопоре передразрушением,разрушением,ммα°вдоль осиобразца)гидроцилиндра), гидроцилиндратпередразрушением,Пр 2Пр 4ммБ14010,281,063,8978,734,50Б23010,345,029,8237,821,98Б33017.072,045,2252,403,06Б4409,9108,074,4566,205,17Б5408,966,077,0678,054,97Б6406,996,077,4774,474,79Б74013,0126,0---Б84014,072,0---68Тд – тензодатчик (тензорезистор), Пр – индикатор вертикальныхперемещений (прогибомер)Рисунок 29 – Схема проведения испытаний арочных образцовТаблица 10НомерУгол плетенияРазрушающаяВеличинаПрогибобразца(в направлениинагрузка (наперемещения штокапередвдоль осиштокегидроцилиндра передразрушениобразца)гидроцилиндра), тразрушением, ммем, мм(индикатор№3)А14012,0*10998А2-1*4012,0*46,0*37,0*А2-24019,084,063,0А34015,084,032,0А4**4013,0--А53015,072,023,069НомерУгол плетенияРазрушающаяВеличинаПрогибобразца(в направлениинагрузка (наперемещения штокапередвдоль осиштокегидроцилиндра передразрушениобразца)гидроцилиндра), тразрушением, ммем, мм(индикатор№3)А63027,0А7***3027,0110,037,0-Примечания:* - испытание остановлено, произошло горизонтальное смещение опоры от действияраспора** - разрушение произошло в момент приложения циклической нагрузки***- образец был доведен до разрушения после 10 000 циклов знакопостоянной переменнойнагрузки амплитудой 6 т (от 17 до 23 т).Разрушение оболочек образцов имело следующий характер:1) Разрушение образцов Б1 и Б8 произошло по бетону, значительногоповреждения оболочки не произошло3) Для образцов Б2-7 А1-3, А6-7 разрушение произошло разрывом оболочкив растянутой зоне в месте приложения нагрузки.
При этом для всех балочныхобразцов наблюдалось поддерживание разрушенной конструкции от полногопадения сохранившейся целой частью оболочки, кроме образца Б3. Разрушениевсех балочных образцов происходило в 2 стадии – разрушение бетона на первойстадии и мгновенное разрушение оболочки на второй стадии (в тех образцах, гдеоно имело место).4) Образцы А4 и А5 имеют две зоны разрушения – в середине пролета и вчетверти пролета.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
