РОЗДІЛ 2
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ СТАЛЕБЕТОННИХ БАЛОК З ТОРЦЕВИМИ УПОРАМИ
2.1. Мета і ціль роботи за темою дослідження
Проведений огляд та попередній аналіз наукових праць, що стосується сталебетонних конструкцій, дозволив запланувати наступне:
1. Дослідним шляхом встановити вплив потужності торцевих упорів на міцність похилих перерізів сталебетонних балок в зоні дії поперечних сил при різних плечах зрізу.
2. Використовуючи існуючі аналоги торцевих анкерів, запропонувати і застосувати ефективні конструкції останніх для конструювання та виготовлення дослідних сталебетонних звичайних та попередньо напружених балок.
3. Під час проведення досліджень виявити особливості роботи та характер руйнування звичайних і попередньо напружених сталебетонних балок з торцевими упорами і без них.
4. Експериментально встановити вплив торцевих упорів різної потужності на міцність та деформативність сталебетонних балок в зоні дії перерізуючих сил.
5. Перевірити можливість використання існуючих методик розрахунку міцності похилих перерізів залізобетонних конструкцій для оцінки міцності похилих перерізів сталебетонних балок при наявності в них торцевих упорів різної потужності.
6. Розробити математичну модель розрахунку міцності похилих перерізів сталебетонних балок з торцевими упорами різної потужності на ЕОМ з врахуванням реальних діаграм деформування матеріалів.
7. На базі математичної моделі, з врахуванням дослідних даних, виконати числовий експеримент для виявлення основних закономірностей роботи сталебетонних балок з торцевими упорами.
8. На основі експериментальних даних та числового експерименту встановити доцільний діапазон потужностей торцевих упорів.
9. Запропонувати уточнення до нормативної методики інженерного розрахунку міцності похилих перерізів сталебетонних балок.
2.2. Матеріали, що використовувались для виготовлення
дослідних балок та їх фізико-механічні властивості
Для вивчення проблеми впливу торцевих упорів сталебетонних балок на їх роботу, при виготовленні дослідних зразків використовувались важкі бетони різних класів, що дозволило охопити більш широкий спектр експериментальних даних. Важкі бетони для дослідних зразків класу В20 (серія ІІІ та балка Б-IV-2), В30 (балка Бн-IV-1) і В40 (серії І і ІІ) були виготовлені за рецептами науково-дослідної лабораторії ДБК-1 (м.Львів) (табл.2.1).
Таблиця 2.1
Витрати матеріалів на 1 м3 бетону
МатеріалКлас бетонуВ20В30В40Цемент300 кг540 кг600 кгЩебінь0,986 м30,988 м30,990 м3Пісок0,45 м30,38 м30,36 м3Вода210 л210 л210 л
Бетони виконувались на основі портландцементу марки 400 Миколаївського цементного заводу. Як дрібний заповнювач було використано сухий кварцевий пісок середньої щільності (Миколаївський піщаний кар'єр), як крупний заповнювач використовувався добре просіяний гранітний щебінь фракції 10-20 мм із кар'єру Пінезевичі (Львівська область). Вода для бетонування використовувалась звичайна, водопровідна, питної якості. Бетонну суміш замішували відразу на всю серію.
Як поздовжня робоча арматура розтягнутої зони сталебетонних балок використовувалась гладка (балки Бн-I-1, Бн-I-2, Бн-I-3, Бн-I-4, Бн-II-1, Бн-II-3, Бн-II-4, Б-III-1, Б-III-3) та рифлена стрічкова арматура (балки Бн-II-2, Б-III-2, Бн-IV-1, Б-IV-2) перерізом 105х6 мм марки 16Г2АФ з ділянкою текучості 500 МПа. Рифлена арматура, що використовувалась була прокатана на дослідно-промисловому стенді 550 Харківського дослідного заводу УкрНДІМета. Вибір даної арматури був зроблений на основі попередніх експериментально-теоретичних досліджень і розробок НУ "Львівська політехніка" [3,9,12,19,20,29,30,76,102,108,133,134,156,157]. Прокатана стрічкова арматура періодичного профілю, що використовувалась для виготовлення експериментальних зразків мала наступні параметри: t=6 мм, а=20 мм, b=1.5мм, h=2 мм, ?=450 (рис.2.1).
Рис.2.1. Параметри прокатної стрічкової арматури
Поздовжня стержнева арматура стиснутої зони була прийнята періодичного профілю класу А-ІІІ (А400) для звичайних балок (балки Б-III-1, Б-III-2, Б-III-3, Б-IV-2) і класу А-ІІІв (А440) - для попередньо-напружених балок (балка Бн-I-1, Бн-I-2, Бн-I-3, Бн-I-4, Бн-II-1, Бн-II-2, Бн-II-3, Бн-II-4, Бн-IV-1). Для того, щоб отримати стержневу арматуру періодичного профілю класу А-ІІІв (А440) використовувалась арматура класу А-ІІІ (А400), яка зміцнювалась витяжкою на силовому стенді. Арматура витягувалась механічним способом за допомогою гідравлічних домкратів. Контроль напружень проводився подвійно: зразковим динамометром системи Токарева ДОС-50 і манометром насосної станції.
Поперечною арматурою дослідних зразків була арматура класу А-ІІІ (А400) діаметром 8 мм (серія IV) і арматура класу А-І (А240) діаметром 6 мм (серії І,ІІ,ІІІ).
Жорсткі торцеві упори з двосторонніми ребрами виконувались з металевої штаби марки ВСт3кп2 товщиною 12 мм, ребра упорів - з тієї ж сталі товщиною 6 мм. Торцеві упори встановлювались на осі опор балок і виконувались різної потужності по відношенню до міцності арматурної стрічки. Регулювання несучої здатності упора здійснювалося через зміну висоти.
Перед початком експериментальних досліджень балок кожної серії на згин, визначались механічні властивості сталей та бетонів. Механічні характеристики сталі стрічкової та стержневої арматур визначались за стандартними зразками згідно норм [42,47,140], які виготовлялись з відрізаних частин арматур дослідних зразків. Дослідження проводилось на розривній машині Р-20 з одночасним записом діаграм розтягу самописцем і вимірюванням деформацій зразка за допомогою тензодатчиків, які попередньо наклеювались безпосередньо на їх поверхню, що дозволило точніше побудувати реальну діаграму розтягу сталі. Така операція дала змогу виключити переміщення, викликані проковзуванням в затискачах розривної машини (табл. 2.2).
Таблиця 2.2
Результати визначення характеристик сталі
Вид арматуриТип а