Диссертация (1173116), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Объект7исследования - арматура класса А400 (АIII) из стали марки 25Г2С сосварнымикрестообразнымисоединениями,выполненнымизаводскойконтактной сваркой типа К1-Кт по ГОСТ [21], а также фрагментыжелезобетонной плиты проезжей части автодорожного моста в натуральнуювеличину;проведеныэкспериментальныеисследованияарматурныхстержней класса А400 диаметром 12 и 14 мм (как наиболее частоприменяемых) со сварными соединениями и без них (контрольные образцы)на действие статической и циклической нагрузки;проведеныметаллографическиеисследованияобразцовсосварными соединениями;экспериментально подобраны оптимальные режимы заводскойсварки для достижения стабильного результата;выполнены компьютерные расчеты экспериментальных образцов;проведены экспериментальные исследования полноразмерныхфрагментов плиты проезжей части автодорожного моста с сетками,выполненнымисиспользованиемконтактнойсваркикрестообразныхсоединений;экспериментально обоснована возможность применения заводскойконтактнойсваркидлярабочейарматурыплитыпроезжейчасти,рассчитываемой на выносливость;разработанавторомСТО 01373996-001-2015иутвержден«АрматурныесеткивПАО«Мостотрест»заводскогоизготовления,выполненные контактной сваркой, для плит проезжей части автодорожныхмостов» [83].внесеноиутвержденопредложениеокорректировкепонижающего коэффициента βpw в новой редакции СП «Мосты и трубы» [82],учитывающего влияние на условия работы арматурных элементов наличиякрестообразных сварных соединений.8проведена оценка экономическойэффективностивнедрениярезультатов исследования на заводах МЖБК.Методы исследованияВ рамках исследования при решении поставленных задач выполнены:критическийанализотечественныхизарубежныхэкспериментальных и теоретических исследований;разработка расчетной компьютерной модели с использованиемметода конечных элементов и постановка вычислительных экспериментов сиспользованием этой модели;экспериментальные исследования на полноразмерной физическоймодели;верификация результатов натурных исследований на основетеоретических разработок, методов теории вероятности и математическойстатистики;металлографические исследования;расчеты по разработанной методике для реальных объектов.Научная новизна работы:разработана методика и программа проведения испытаний, в томчисле конструкция экспериментальных образцов плиты проезжей части исхема их загружения, проведены компьютерные расчеты образцов по методуконечных элементов;установленовлияниекрестообразныхсварныхсоединенийрабочей арматуры на выносливость плиты проезжей части в ходекомплексных статических и динамических экспериментальных исследований;условияоткорректирован коэффициент βpw, учитывающий влияние наработыарматурныхэлементовнавыносливостьналичиякрестообразных сварных соединений;9усовершенствована существующая в СП 35.13330 «Мосты итрубы» [82] методика расчета железобетонной плиты проезжей части навыносливость.На защиту выносится:критический анализ существующих исследований выносливостибетона, арматурных стержней, выносливости плитных железобетонныхэлементов и железобетонных элементов в мостах;результатыэкспериментальныхисследованийвыносливостиарматурных стержней с крестообразными соединениями, выполненнымизаводской контактной точечной сваркой;результаты натурных испытаний образцов железобетонной плитыпроезжей части автодорожного моста на воздействие статической ипериодически повторяющейся нагрузок;сопоставлениерезультатовнатурныхиспытанийскомпьютерными расчетами по методу конечных элементов (МКЭ);конструктивно-техническиерешенияпосовершенствованиюконструкций железобетонных балок автодорожных мостов;оценка экономическогоэффекта от внедрения результатовдиссертационного исследования.Достоверность результатовДостоверность полученных результатов, рекомендаций и выводовподтвержденакомплекснымиисследованиямитеоретическихнатурныхимноговариантнымиобразцовэкспериментальныхсэкспериментальнымииспользованиемметодов,учетомсовременныхтребованийдействующих нормативных документов и использованием поверенных исертифицированных испытательных машин и приборов, а также сходимостьюполученных данных теоретических и экспериментальных исследований.10Расчеты по методу конечных элементов проводились в АО ЦНИИС насертифицированном программном комплексе «MIDAS CIVIL» (лицензия№U005-02022, 2014-2016 г., сертификаты соответствия №0896211, №0896445),предназначенном для проектирования и расчета элементов конструкциимостов и других транспортных сооружений.Практическая значимость работы:автором разработан СТО 01373996-001-2015 «Арматурные сеткизаводского изготовления, выполненные контактной сваркой, для плитпроезжей части автодорожных мостов» [83];в ходе разработки изменений и актуализации СП 35.13330 «Мостыи трубы» [82] автором было внесено предложение о корректировкекоэффициента βpw, учитывающего влияние на условия работы арматурныхэлементов наличия крестообразных сварных соединений;усовершенствованнаяпозволилаулучшитьметодикаконструкциюрасчетаинавыносливостьтехнологиюизготовленияжелезобетонных балок автодорожных мостов;получен экономический эффект от применения сварных сетоквзамен вязаных.Реализация результатовНаучныерезультатыдиссертациидоведеныдопрактическогоиспользования.
Разработанный СТО 01373996-001-2015 и рекомендациивнедрены в ПАО «Мостотрест» и на МТФ-заводе «МОКОН», использованы внаучно-исследовательской работе АО ЦНИИС, а также в ходе разработкиизменений положений и актуализации СП 35.13330 «Мосты и трубы» [82],основногонормативногодокументадляпроектированиямостовыхсооружений.11Апробация работыОсновные результаты диссертационной работы доложены и получилиодобрение:нанаучно-методическихинаучно-исследовательскихконференциях МАДИ, 2012 – 2015 гг.;на совещаниях в ПАО «Мостотрест» и МТФ-завод «МОКОН»,2013 - 2016 гг.;на заседании ученого совета АО ЦНИИС «НИЦ Мосты», 2015 г.в РУДН на XXXII Межвузовском научном семинаре, 2015 г.ПубликацииОсновные положения и результаты диссертационной работы отражены вчетырех публикациях в рецензируемых научных изданиях, рекомендованныхВАК.12Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования1.1.Аналитическийобзорсостояниявопросавыносливостижелезобетонных элементов в мостахПланомерное изучение явления выносливости материалов началось втридцатые годы XIX века.
На факт усталостного разрушения впервые обратилвнимание в 1829 г. немецкий инженер Вильгельм Альберт, руководившийгорнодобывающей промышленностью целого региона. Он заметил, что цепилебедок, которыми поднимали руду на шахтах часто разрушались подвоздействием многократно повторяющихся нагрузок, существенно меньших,чем при однократном нагружении. Проведенные им первые испытания навыносливость показали, что усталость металла цепей не связана сослучайными перегрузками, а зависит от величины нагрузки и числаповторений циклов этой нагрузки [96].
Сам термин «усталость» был введенпозже, в 1839 г. французским математиком и инженером Жан-ВикторомПонселе.В 1864 г. Вильям Фэрбэрн опубликовал результаты своих испытанийбалок из сварочного железа [108]. Он сделал вывод, что циклическиизменяющееся напряжение в металле не должно превышать трети отвременного сопротивления на разрыв.Наиболее значимой работой по исследованию выносливости металла вXIX веке являются опыты Августа Веллера, результаты которых былипредставлены широкой публике в 1870 г. [128]. Он первым стал проводитьсистематические исследования выносливости сварочного железа и стали наизгиб, кручение и осевое растяжение. Двенадцатилетние исследованияусталости позволили автору сделать несколько основополагающих выводов.Во-первых, разрушение образцов в результате приложения многократноповторяющейся нагрузки происходит при напряжениях, меньших не тольковременного сопротивления R, но даже предела текучести σт материала, из13которого сделан образец.Во-вторых, количество циклов нагружений доразрушения образца зависит от размаха между минимальным и максимальнымнапряжениями(вдальнейшемэтотразмахсталхарактеризоватьсякоэффициентом асимметрии цикла ρ, равным отношению минимальногонапряжения σmin к максимальному σmax при циклическом нагружении), и приувеличении максимального напряжения предельный размах напряжений, прикотором не происходит разрушения, значительно уменьшается.
Он впервыеввел термин «предел выносливости» и дал графическое выражениезависимости амплитуды напряжения цикла σmax-σmin и числом циклов доразрушения N, названное диаграммой (кривой) Веллера. Пример такой кривойдля сплавов черных металлов и сплавов цветных металлов дан на рисунке 1.Пределом выносливости или пределом усталости называется наибольшаявеличинанапряжения,которомуматериалможетпротивостоятьбезразрушения при неограниченно большом числе циклов. В настоящее времядля железобетонных конструкций принята база испытаний 2 млн циклов [17,18, 24].Рисунок 1 – Диаграмма Веллера:1 - для сплавов на основе железа и титана; 2 – для сплавов цветных металлов14Из работ конца XIX века следует отметить исследования повыносливости металлов известного английского металлурга Томаса СидниДжилкриста [61, 120], который пытался выявить причину усталостногоразрушения металла.
Он экспериментально зафиксировал, что в структуреметалла есть дефекты, которые служат концентраторами напряжений.Отмечено также, что даже при напряжениях в сечении элемента, непревышающихприциклическомконцентраторынапряжениймогутнагружениивызватьпределапрочности,усталостноеразрушениеконструкции в целом. Проблема выносливости различных материалов неизучена до конца и сегодня. Несмотря на большое количество проведенныхисследований влияния различных факторов на предел выносливости металловдо сих пор не получен однозначный ответ на вопрос причины образованияусталостных повреждений.Следующим значительным этапом исследования явления выносливостиможно считать 20-40е годы XX века, когда полным ходом шло внедрениежелезобетона в строительство и были проведены первые исследования в этойобласти применительно к железобетонным конструкциям.
Значительныйвклад в эти исследования внесли американские ученые Г.Ф. Мур иДж.Б. Коммерс [61, 117, 118, 119], В.А. Слетер [124], английские ученые В.Э.Далби [102], Г.Дж. Гоф и Д. Хэнсон [15, 109], российско-американскийученый С.П.Тимошенко [84], немецкие ученые Ван Орнум [125, 126], О. Графи Е. Бреннер [101, 110, 111], Е. Пробст и его ученик А. Мемель [115, 121].
Изэкспериментальных исследований, проведенных в этот период в СоветскомСоюзе, необходимо отметить работы С.И. Дружинина [32], Б.Г. Скрамтаева[71] и работы, выполненные в ЦНИИС под руководством О.Я. Берга [3] иИ.А. Матарова [54]. Основная цель заключалась в изучении выносливости идеформативности образцов из бетона низких марок и железобетонныхконструкций простейших типов (кубы, призмы, балочки). Несмотря нанедостаточнуюизученностьвлияниясоставаикачествабетонана15выносливость, малые размеры образцов, отличий условий совместной работыарматуры и бетона в образцах от реальных условий в изгибаемых элементах,эти труды выявили несомненную зависимость предела выносливости отразмаха напряжений. Исследования этого периода показали снижениевеличины сцепления арматуры и бетона под действием циклической нагрузки,а также позволили установить минимальный предел выносливости бетона приосевом сжатии σρ=0,35R и задать допускаемые напряжения |σб|=0,35R приосевом сжатии бетона, что привело к излишним запасам при проектировании.Результаты вышеупомянутых трудов нашли свое отражение в самых раннихсоветских нормативных документах по проектированию и строительствужелезобетонных мостовых конструкций, а именно ТУиН 1934 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
