РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА І ОБ?ЄМ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИХІДНИХ ДАНИХ
2.1. Програма експерименту
Несуча здатність елементів із стальних труб, які заповнені бетоном, залежить від характеристики матеріалів на міцність, діаметра і товщини стінки стальної труби, класу бетону на міцність, тому вирішення задачі про міцність таких елементів є достатньо складним. Зразки з достатньо тонкою стінкою труби завжди руйнуються через розрив оболонки в поперечному напрямку. Руйнування зразків з товстою стінкою характеризується значним деформуванням труби, причому витримування зразків довгий час під навантаженням приводить до великих деформацій у поздовжньому напрямку та межі плинності і розриву. Вважається, що бетон, якої би міцності він не був, у трубобетонному елементі розривається крихко, тому його несуча здатність набагато нижча за міцність труби. Отже, сумісна робота бетонного ядра й оболонки може буде відмічена на першій стадії навантаження, а потім при подальшому навантаженні зразка працює тільки оболонка до втрати несучої здатності, а зруйнований бетон у середині зразка виконує функцію утримання труби від швидкого збільшення поздовжніх деформацій за рахунок сили зчеплення бетону і металу та зменшення поперечних деформацій за рахунок обтиску металом бетону, при цьому частково зруйнований бетон добре працює на стиск. Все це веде до збільшення несучої здатності трубобетонного зразка в цілому.
При складанні програми експериментів основним завданням є дослідити роботу трубобетонних елементів залежно від фізико-механічних властивостей матеріалів, які будуть використовуватися, геометричних характеристик поперечного перерізу елементів, їх конструктивних особливостей та способів передачі навантаження на елемент. Для цього введемо деякі обмеження на проведення експерименту: будемо досліджувати короткі елементи зі сталевих труб, заповнених бетоном. У програмі враховується така основна конструктивна особливість дослідних елементів - підсилення обох кінців сталевої труби ребрами жорсткості у вигляді косинок з листового металу, які з'єднують зовнішню площину труби і зварених у тавр двох рівнополичних кутиків, приварених до торців труби зразка.
В якості головного при проведенні експериментальних досліджень прийнятий зразок із стальної труби діаметром 102 мм з товщиною стінки в
4 мм і довжиною 400 мм, заповненої важким бетоном.
Для оцінки впливу масштабного фактора на напружено-деформований стан елемента досліджувалися також зразки з труб діаметрами 108 мм з товщинами стінки 5 і 3,5 мм та 89 мм з товщиною стінки 3,8 мм та довжиною 400 мм. Згідно сертифікатів якості №3494, №505 і №124 прийняті труби сталеві електрозварювальні прямошовні виготовлені із сталі марки ВСт3пс по ГОСТ 10705-91. Для дослідження приймався важкий бетон за класами по міцності В15, В20, В25.
Для проведення експерименту були запроектовані зразки таких типів:
* із заповненням труб бетоном і порожніх сталевих труб для проведення випробувань на центральний та позацентровий розтяг із підсиленням обох кінців сталевої труби ребрами жорсткості у вигляді косинок з листового металу, які з'єднують зовнішню площину труби і зварені у тавр два рівнополичних кутики, приварених до торців труби зразка;
* бетонні, які мають вигляд циліндра з діаметром і довжиною бетонного ядра головного зразка, із стержнями з арматури, забетонованими у зразок по центру його обох торців, пристосованих для кращого захвата губками розривної машини при випробуванні на центральний розтяг;
* трубобетонні, які мають довжину і діаметр головного зразка та приварених до одного торця труби з'єднаних у тавр двох рівнополичних кутиків і стержня з арматури, забетонованого у зразок по центру, з другого торця.
Характеристики прийнятих до випробування дослідних зразків наведені в таблиці 2.1, у якій прийняте наступне маркування серії зразків:
ТР - зразок з порожньої сталевої труби; ТБ - трубобетонний зразок;
Б - бетонний зразок; перша цифра показує діаметр і товщину стінки труби зразка (1 - o108?5; 2 - o108?3,5; 3 - o102?4; 4 - o89?3,8), друга - клас бетону за міцністю (1 - В15, 2 - В20, 3 - В25), третя - спосіб передачі навантаження (1 - через приварені до одного торця труби з'єднані у тавр два рівнополичні кутики і стержень з арматури, забетонований у зразок по центру, з другого торця).
Порожні сталеві труби з різною площею поперечного перерізу та бетонні зразки, виготовлені з важкого бетону різної міцності, досліджувалися з метою порівняльного аналізу і визначення фізико-механічних властивостей металу і бетону. Кожна серія включала в себе два зразки-близнюки. Крім того, з метою визначення фізико-механічних властивостей важкого бетону різної міцності виготовлялися бетонні кубики розміром 100?100?100 мм та призми розміром 100?100?400 мм.
2.2. Конструкції дослідних зразків і технологія їх виготовлення
Виходячи з поставленої задачі експериментально дослідити особливості роботи розтягнутих трубобетонних зразків залежно від відсотка їх армування, фізико-механічних характеристик використаних при випробуванні матеріалів, схем навантаження позацентровою поздовжньою силою з визначеними ексцентриситетами та характеру втрати їх несучої здатності були запроектовані й виготовлені дослідні зразки (таблиця 2.1):
Таблиця 2.1
Програма експериментальних досліджень зразків
п/пШифр серії зразкаХарактеристика зразкаЕксцентриситет, ммТрубаБетонДіаметр зовнішній, ммДіаметр внутрішній, ммПлоща поперечного перерізу, см2Клас бетонуМіцність бетону, МПаПлоща поперечного перерізу, см21Б-1-94-В1512,269,4-2Б-2В2014,33Б-3В2516,44ТР-11089816,2----5ТР-1506ТР-210111,5----7ТР-2508ТР-31029412,3----9ТР-32510ТР-35011ТР-48981,410,2----12ТР-45013ТБ-111089816,2В1512,275,43-14ТБ-115015ТБ-2110111,5В1512,280,12-16ТБ-215017ТБ-311029412,3В1512,269,4