раздел 2), в сталебетонных колоннах
наличие обоймы, сопротивляющейся перемещению бетона в поперечном направлении,
приводит к увеличению прочности бетона, а наличие заполнителя внутри оболочки
увеличивает ее устойчивость. Бетон и сталь в таком сочетании создают наиболее
благоприятные условия для совместной работы. Для изучения отмеченных
особенностей работы сталебетонных коротких и длинных колонн и проверки
теоретических решений проведены описанные ниже экспериментальные исследования.
3.1 Описание опытных образцов
Для проведения экспериментальных исследований было изготовлено тридцать пять
опытных образцов, объединенных в три серии. Их конструктивное решение
разработано в следующих вариантах.
Образцы первой серии запроектированы и изготовлены в виде стальной обоймы
длиной 450 мм прямоугольного поперечного сечения, заполненной бетоном и
пустотелых (рис. 3.1). Образцы второй серии отличаются от образцов первой серии
размерами поперечного сечения, длиной l=500 мм и классом бетона для
заполнителя.
Рис.3.1. Схемы поперечных сечений опытных образцов:
1 – стальная оболочка; 2 – заполнитель (бетон).
Образцы третьей серии состоят из обоймы прямоугольного поперечного сечения
длиной 900 мм с бетоном и только обоймы. В табл. 3.1 приведены геометрические
размеры опытных образцов.
Таблица 3.1
Геометрические размеры опытных образцов
№№ серий колонн
№ колонн
Размеры сечений, мм
Длина l мм
Площадь бетона
Аb, см2
Площадь стали
Аs, см2
К-1П-1
50
50
450
3,84
К-2П-1
К-3П-1
К-4Б-1
21,16
5,51
К-5Б-1
21,16
5,51
К-6Б-1
21,16
5,51
К-7П-1
К-8П-1
К-9П-1
К-10Б-1
21,16
5,51
К-11Б-1
21,16
5,51
К-12Б-1
21,16
5,51
II
К-1П-2
101,0
98,8
500
7,836
К-2П-2
107,7
106,1
2,75
11,46
К-3П-2
106,3
106,0
2,75
11,374
К-4Б-2
104,7
103,7
100,39
8,176
12,27
К-5Б-2
104,0
103,6
2,75
96,629
11,115
8,69
К-6Б-2
104,3
103,4
2,75
96,725
11,121
8,69
К-7П-2
106,7
106,0
2,75
11,396
К-8П-2
101,4
100,3
7,908
К-9Б-2
104,2
104,4
100,6
8,184
12,29
К-10Б-2
105,1
103,8
100,89
8,196
12,31
К-11Б-2
104,0
103,6
99,6
8,144
12,22
III
К-1П-3
50
50
900
3,84
К-2П-3
-//-
К-3П-3
-//-
К-4Б-3
21,16
-//-
5,51
К-5Б-3
21,16
-//-
5,51
К-6Б-3
21,16
-//-
5,51
К-7П-3
-//-
К-8П-3
-//-
К-9П-3
-//-
К-10Б-3
21,16
-//-
5,51
К-11Б-3
21,16
-//-
5,51
К-12Б-3
21,16
-//-
5,51
Маркировка опытных образцов всех серий выполнена следующим образом: Буква К –
колонна, 1П или 4Б – 1,4 порядковый номер колонны, П – пустотелая колонна, Б –
колонна, заполненная бетоном, 1,2,3 – номер серии. Пример: К-1П-1 (колонна
первой серии, первый опытный образец, пустотелый).
К образцам №№(1, 2, 3, 4, 5, 6) всех серий прикладывается осевая нагрузка, а
образцы №№(7, 8, 9, 10, 11, 12) также всех серий нагружаются внецентренной
нагрузкой (рис.3.4), величина эксцентриситета 0,5б. При осевом сжатии в расчет
принимается случайный эксцентриситет l/300.
3.2 Характеристика материалов
Металлическая оболочка опытных образцов 1 и 3 серий представляет собой стальную
квадратную электросварную холоднодеформированную трубу с толщиной оболочки д=2
мм, а образцы 2 серии изготавливались из двух стальных листов, согнутых в виде
швеллеров и сваренных по всей длине.
Бетонирование опытных образцов было выполнено в лаборатории кафедры
«Строительной механики и гидравлики» Украинской государственной академии
железнодорожного транспорта. Для изготовления бетонной смеси составом по массе
1:1,23:2,9, при водоцементном отношении 0.33, использовался
шлако-портландцемент Балаклейского цементно-шиферного комбината активностью
400, песок Безлюдовского карьера модулем крупности 1,45. В качестве крупного
заполнителя применялся гранитный щебень марки М-1200 (по прочности) фракции
5-10 мм.
С целью получения данных о физико-механических характеристиках бетона и стали,
параллельно с бетонированием опытных образцов изготавливали бетонные кубы серии
размерами 0,1ґ0,1ґ0,1м в стандартных металлических сборно-разборных опалубках,
в количестве четырёх штук на каждую партию смеси и стальные полоски размерами
0,5ґ0,04ґ0,002м, вырезанные из металлической оболочки образцов. Испытание
контрольных бетонных образцов были проведены в соответствии с ГОСТ 10180-90 (СТ
СЭВ 3978-83), а стальных полосок - по ГОСТ 12004-81. По мере твердения, образцы
постоянно увлажняли. Контрольные и опытные образцы выдерживали в естественных
условиях до набора ими 100% прочности. Результаты испытаний контрольных
образцов представлены в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Прочностные и деформативные характеристики материалов
ут, Мпа
Еs , МПа
Rb, МПа
Eb, МПа
Образцы I, III серий
245,1
2,05·105
16,5
21.4?103
Образцы II серии
349,9
1,96·105
25,21
28?103
3.3 Методика испытаний
Сталебетонные и стальные колонны испытывали на гидравлических прессах ИП-2000 и
ПММ-125 (рис.3.2). Опорные устройства обеспечивали шарнирную схему закрепления
образца. В процессе испытаний измерялись продольные и поперечные деформации.
Для этого в образцах по всему периметру среднего по длине сечения наклеивалось
восемь тензодатчиков: в продольном (4 тензодатчика) и поперечном (4
тензодатчика) направлениях (рис.3.3). Тензодатчики в поперечном направлении
накл