ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА МАШИНОСТРОЕНИИ
Анализ применяемой методики
В настоящее время при определении потерь предварительного напряжения от последовательной навивки пользуются значением в^пр. обж, полученным по формуле (6). Величина О^пр. обж в одинаковой мере относится ко всем слоям обоймы [см. формулу (5) ], хотя в действительности величина этих потерь снижается с каждым слоем, а в последнем слое их вообще нет. Таким образом, применяется прямоугольная эпюра распределения этих потерь по толщине обоймы вместо треугольной. Следовательно, применяемая в расчетах методика приводит к увеличению этих потерь примерно 2 раза.
Величина потерь предварительного напряжения от последовательной навивки меняется по слоям. По этой причине йт последовательной навивки удобнее определять не потери напряжения,
Где — Еа - Еб- |
309
А потери усилия. Для определения усилия в многослойной обойме (отнесенной на расчетный пояс), с учетом потерь от упругого обжатия бетона в ходе последовательной навивки слоев, предлагается формула
S1 = mP — bP[(m—\) + (ш —2) + ••• - f 1] кГ, (8)
Где т — количество слоев в многослойной обойме;
Р — контролируемое усилие натяжения в проволоке в кГ;
АР — потери усилия (отнесенные на расчетный пояс) в любом из слоев обоймы от навивки последующего слоя в кГ.
При навивке очередного слоя многослойной обоймы относительные радиальные деформации бетонного цилиндра возрастают на определенную величину. На такую же величину возрастают деформации во всех предыдущих слоях обоймы, приводящие к потерям предварительного напряжения. Это означает, что от навивки очередного слоя все предыдущие слои теряют одинаковую величину усилия А Р.
При одинаковой величине контролируемого усилия навивки для всех слоев и при небольшой величине отношения q/R (как это имеет место в архитравах станин) можно с некоторым приближением принять, Что величина АР является постоянной при навивке всех слоев.
Величина АР определяется по формуле
Где q1—предварительное обжатие бетона (без учета потерь) от навивки одного слоя обоймы в кГ/см2, определенное по формуле (1);
Ріпр — площадь поперечного сечения навиваемой проволоки в см2;
K2— коэффициент, учитывающий двухосное напряжение бетона.
Для проверки правильности предлагаемой формулы (8) был проведен эксперимент, в ходе которого была навита трехслойная обойма на четыре бетонные модели диаметром 60 см. Во время навивки обоймы, при помощи тензодатчиков сопротивления измерялись деформации бетонного цилиндра-сердечника и арматурных колец нижних слоев. Эксперимент подтвердил правильность положений, использованных при выводе формулы (8), в связи с чем она может быть рекомендована для применения.
Важным вопросом является также порядок учета потерь напряжения от вмятия витков. Согласно СН и П П-В. 1-62 эти потери ст6 принимаются равными 300 кГ/см2 и учитываются при диаметре бетонного цилиндра Оцил < 3 м.
Величиной, непосредственно определяющей вдавливание проволоки в бетон, является удельное радиальное давление Рп 310
Определяемое по формуле
Рг = т4- кГ/см*. (10)
' ипр
Наиболее распространенной для напряженной обоймы является высокопрочная проволока диаметром 5 лш. При навивке такой проволоки усилием 73 = 2100 /сГ на цилиндр диаметром 3 ж удельное радиальное давление будет
2100 28 кГ/си*2.
R — 150-0,5
В условиях однослойной обоймы величина Рг при Оцил >> > 3 м всегда будет меньше 28 кГ/см2.
Навивка спиральной обоймы на бетонную модель при помощи поворотного стола. |
В случае же многослойной обоймы радиальное давление от всех слоев передается на бетон через контактную спираль первого слоя. Поэтому даже при значительно больших диаметрах цилиндра Рг может значительно превышать условное предельное значение при намотке одного слоя.
Так, например, при навивке десяти слоев с усилием Р = = 2100 кГ на архитрав станины ТЖБ-150 с радиусом 700 см п 2100-10 г/ 2 = ^ww = 60kF/cm;
В приведенных расчетах не учитываются потери.
Аналогично можно рассчитать величины Рг при Ьцил — 3,0 м для обоймы из проволоки других диаметров. Так, для dnp = 4 мм и 3 мм Рг имеет величину соответственно 24 и 19 кГ/см2.
Очевидно, что при навивке многослойной напряженной спиральной обоймы следует учитывать потери предварительного напряжения от вмятия витков (с„) при любом диаметре бетонного цилиндра, если удельное радиальное, давление обоймы на бетон Рг больше принятых условных предельных значений —28; 24 и 19 кГ! смг соответственно для обоймы из проволоки диаметром 5; 4 и 3 мм. Величину этих потерь следует принять согласно указаниям СН и П, т. е. 300 кГ/см2.
Во время навивки напряженной обоймы на массивный железобетонный цилиндр, последний приобретает двухосное обжатие. Поскольку величина предварительного обжатия бетона в архитравах прессов не превышает 0,3R, можно с некоторым приближением принять, что бетон работает в упругой "стадии. Закон Гука при плоском напряженном состоянии выражается уравнениями
Є* = - jr (<ух — H^/V.
Е7; if (<V~ fi0A->-
Так как речь идет о бетонном цилиндре, подвергнутом симметричному обжатию обоймой, то уравнения (11) являются идентичными, и зависимость, выражаемая ими, может быть записана одним уравнением
Бетонные элементы машин работают в упругой стадии, поэтому для практических расчетов коэффициент Пуассона можно принять постоянным, ц — 0,18.
Тогда уравнение (12) принимает вид
(1-0,18) =^0,82. (13)
Решив это уравнение относительно величины предварительного обжатия q, получаем
Я = - 1,22ггЕб = кФгЕб, (14)
Где k2 = 1,22.
Отсюда следует, что при обжатии цилиндрических бетонных конструкций спиральной напряженной обоймой обжатие q бетона пропорционально относительным радиальным деформациям цилиндра; только наряду с Еб следует ввести еще один коэффициент пропорциональности kv учитывающий двухосное напряжение бетона.
Для определения потерь предварительного напряжения от ползучести бетона а2 при натяжении арматуры на бетон пользуются эмпирической формулой
= кГ/см2, (15)
Где k— коэффициент, равный единице при применении холоднотянутой проволоки;
Еа — модуль упругости арматуры в кГ/см2\
Еб — модуль. упругости бетона при сжатии в кГ/см2;
R — марка бетона (прочность на сжатие на 28-й день твердения в кГ/см2);
Rо — кубиковая прочность бетона к моменту передачи на него предварительного напряжения арматуры (навивки обоймы) в кГ/см2\
Об — напряжение в бетоне до проявления потерь, происходящих после обжатия бетона, в кГ/см2.
Формула (15) определяет конечное значение величины потерь напряжения, а соответственно, и значений деформаций. Но эта формула получена в результате исследования явлений ползучести бетона, загруженного по одной оси.
Измерения деформаций бетонных цилиндров, проведенные в ходе навивки на них напряженной обоймы, а также измерение роста этих деформаций во времени, позволяют сделать предварительный вывод, что в условиях двухосного обжатия ползучесть бетона проявляется интенсивнее, чем при одноосном напряжении. Так, например, автором были произведены такие измерения при помощи переносного индикатора с базой 1200 мм в ходе навивки трехслойной обоймы на верхней архитрав станины пресса ПЖБ-800. Измерения проводились в течение трех недель. За этот сравнительно короткий период проявились практически все деформации от ползучести бетона, которые могут быть определены по формуле (15). Это ставит под сомнение справедливость формулы (І5) для конкретных условий.
Для проверки этих положений необходимо провести аналогичные измерения на большем количестве моделей или конструкций и в течение более длительного времени. В настоящее время в ходе расчетов временно следует пользоваться формулой (15).