ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА МАШИНОСТРОЕНИИ

Общий анализ результатов испытания круглых предварительно напряженных толстых железобетонных плит

По результатам испытания четырех серий образцов предвари­тельно напряженных толстых железобетонных плит выявлен характер влияния на несущую способность плит основных фак­торов.

Установлено, что несущая способность образцов, характери­зующаяся величиной максимальной нагрузки Рразр, зависит в основном от прочности бетона, величины бокового сжатия, размеров плиты и характера приложения нагрузки.

При наличии предварительно напряженной обоймы и одинако­вой величине поперечного обжатия разрушающая нагрузка Рразр возрастает пропорционально повышению марки бетона. При изме­нении величины предварительного напряжения коэффициент про­порциональности изменяется.

Повышение величины бокового обжатия до некоторого пре­дела также увеличивает несущую способность плит. Эффектив­ным является обжатие, величина которого составляет 20—25% прочности бетона на сжатие.

При увеличении высоты плиты несущая способность возра­стает пропорционально. Очевидно, что такое изменение величины разрушающей нагрузки ограничивается некоторым предельным

Значением -р-, которое в наших опытах не установлено.

При уменьшении диаметра штампа d0 по сравнению с диа­метром образца D наблюдается снижение несущей способности плит.

Так как практически возможны различные сочетания этих факторов, получение по результатам опытов эмпирической фор­мулы для вычисления разрушающей нагрузки представляется затруднительным.

В данном случае может быть полезным рассмотрение формы разрушения образца и определение схемы работы плиты в пре­дельном состоянии, предшествующем разрушению.

Напряженно-деформированное состояние образцов-плит перед разрушением. Наблюдения показали, что форма разрушения всех образцов в основном одинакова и мало зависит от соотношения размеров или других факторов. Перед разрушением в проволоке на боковой поверхности образца возникали дополнительные напря­жения А<7, величина которых вблизи опорной поверхности до­стигала 0,5—1,0<7. 292

Вблизи нагруженной штампом плоскости изменения бокового обжатия были значительно меньше и величина Aq составляла всего 0,1—0,2 q. Для примера на фиг. 15 показаны графики распределения дополнительного бокового обжатия Aq на боко­вой поверхности образцов серии ВП.

В бетонном сердечнике плиты наблюдались трещины на опор­ной плоскости и на боковой поверхности, ширина которых состав­ляла не более 0,01—0,02 мм. На штамповой поверхности образцов трещин не наблюдалось до тех пор, пока не началось продавли - вание средней части образца, происходящее при постоянной или слегка снижающейся_нагрузке,

Под штампом перед разрушением возникало давление Р, вели­чина которого очень велика и в несколько раз превышает проч­ность бетона. На опорном кольце возникает среднее давление, величиной значительно меньше прочности бетона.

Таким образом, напряжения az в бетоне изменяются от штампа к опорному кольцу при постепенном снижении их вели­чины. По этим внешним WMMttlttt признакам напряженное

Состояние образцов перед разрушением представ­ляется следующим образом (фиг. 16).

Бетонный сердечник, заключенный в предвари - тельно напряженную обой­му, имеет вид цилиндра, который вблизи опорной поверхности разделен ра­диальными трещинами на секторы. Эти бетонные сек­торы объединены натяну­той проволокой обоймы, которая создает давление на бетон величиной q+Aq. Таким образом, в этой зоне бетон находится в ус­ловиях сложного объем­ного напряженного состоя­ния. Вблизи опорной по­верхности напряжения в бетоне невелики и не пре­вышают прочности бетона на сжатие.

Под штампом бетон на­ходится в условиях объем­ного всестороннего сжа­тия при очень высоких напряжениях ог (область 1)

В более глубоких слоях эти напряжения снижаются, но одно­временно изменяются и условия напряженного состояния, т. е. изменяется величина напряжений аг и Это изменение вызвано наличием вокруг штампа незагруженного кольца бетона (обла­сти II и III).

По-видимому, в области II находится наиболее слабое место плиты, так как максимальные давления от штампа здесь воспри­нимаются бетоном, который находится в объемно-напряженном состоянии, но при невыгодном сочетании напряжений ог, 00 и аг.

Для более полного представления о напряженном состоянии, которое возникает в образце при нагружении, рассмотрим резуль­таты исследования упругих изотропных моделей из оптически активного материала.

Распределение напряжений в толстой плите из оптически актив­ного материала. Исследования выполнялись на оптической уста­новке РМБ-56 с применением моделей, приготовленных из мате­риала «эпоксифтомал», рецептура которого предложена кафедрой физической химии МИХМ и лабораторией оптического метода Института машиноведения АН СССР.

Для исследования приме­няли метод «замораживания напряжений» в объемных мо­делях. Пространственную модель конструкции нагру­жали при повышенной темпе­ратуре и оставляли под на­грузкой до полного охлажде­ния. При этом после разгруз­ки напряжения, возникаю­щие при действии нагрузки, сохраняются. Затем прост­ранственную модель разреза­ли на плоские срезы, после­довательное исследование ко­торых позволяло установить качественную картину рас­пределения напряжений.

Нагружение образца осуществляли при помощи рычажного устройства. Характер распределения напряжений при нагруже­нии контролировали, просвечивая образец на установке. После «замораживания» модель на фрезерном станке разрезали на плоские срезы (фиг. 17). При испытании проводили исследова­ние только диаметрального среза, что дало достаточно полную качественную картину распределения напряжений по диаметру образца.

При исследовании получены картины изоклин и изостат для рассматриваемого образца, а также картины полос.

Картины изоклин в модели толстой плиты (фиг. 18, а) показали, что в подштамповой зоне возникают значительные концентрации напряжений, имеющие самостоятельный характер в общей кар­тине распределения напряжений.

Картина изостат, построенная по изоклинам методом графи­ческого интегрирования (фиг. 18, б), обределяет основные сило­вые потоки, действующие в материале элемента и направленные от штампа к кольцу.

Включение в работу на изгиб материала плиты в центральной части сечения несколько искажает направление силовых линий в средней части образца. При этом напряжения, направленные

В средней части параллельно опорной поверхности плиты, распро­страняются к боковой поверхности, изменяя направление от нуля до 90°.

Таким образом, исследование моделей плит из упруго изо­тропного оптически активного материала показало, что основной силовой ток в плите направляется от штампа к опорному кольцу,

2^6

Внутри бетонного сердечника этими полями выделяется как бы наиболее напряженная часть, имеющая форму толстостенного свода, в ключе которого бетон находится в условиях всесторон­него объемного сжатия.

В стенах этого условного свода имеют место переменные как по толщине, так и по высоте материала сжимающие напряжения аг и аг.

Кольцевые напряжения по высоте образца уменьшаются от —о9 под штампом до + о9 на кольцевой поверхности. После обра­зования радиальных трещин в бетоне кольцевые напряжения равны нулю, а действующий распор воспринимается проволокой напряженной обоймы.

Разрушение образцов и места появления больших пластических деформаций. Судя по величине напряжений о2, действующих в бетоне, и характеру их изменения по высоте образца, можно предположить, что разрушение по горизонтальным сечениям, расположенным вблизи опорного кольца, маловероятно. Как указывалось, напряжения в этих сечениях обычно ниже куби - ковой прочности бетона.

В области / под штампом (см. фиг. 16), в силу наличия все­стороннего сжатия, бетон может воспринять значительные дав­ления без нарушения структуры, что подтверждено эксперимен­тально и теоретически. Таким образом, предельное состояние бетона может появиться в каком-либо сечении в области II (см. фиг. 16). Очевидно, в этом сечении максимальное внеш­нее давление встречает наименьшее внутреннее сопротивление. Картина разрушения тогда представляется следующим обра­зом.

Нагрузка, передаваемая на бетон образца через штамп, вызы­вает в наиболее слабом сечении напряжение, равное предель­ному сопротивлению бетона при сжатии, и разрыв поперек дей­ствия силового потока при наличии значительных касательных напряжений.

Разрушенный и спрессованный бетон в ключе условного свода при несколько снижающемся усилии продавливается по направ­лению от штампа к кольцу при наличии больших радиальных сжимающих усилий, вызванных отпором обоймы.

Продавливанию бетона, кроме того, оказывает сопротивление неразрушившийся бетон нижней части образца.

Полностью разрушенный образец имеет вид, приведенный на фиг. 19.

Очевидно, что при увеличении высоты образца Я, уменьше­нии пролета / и увеличении диаметра штампгГ^^угол наклона силовых линий будет увеличиваться, и бетон сжатой зоны будет оказывать более высокое сопротивление внешней нагрузке.

Максимальное усилие выдержит образец, который нагру­жается при dp = D и / = 0- Этот случай при Я > D соответствует

297

Разрушению бетона в предварительно напряженной обойме при центральном сжатии нагрузкой, распределенной по всему сече - ;ни'ю,