ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА МАШИНОСТРОЕНИИ

Выносливость железобетонных элементов цилиндрической формы в предварительно напряженной обойме при действии многократно повторяющейся нагрузки

Элементы машин, в том числе выполняемые из железобетона, при эксплуатации подвергаются воздействию многократно повто­ряющихся нагрузок, в виду чего несущая способность таких эле­ментов может быть ниже, чем при однократном статическом нагру­жении.

Поэтому, кроме исследований несущей способности образцов - моделей архитравов при воздействии статической нагрузки, были проведены опыты по определению пределов выносливости образ - цов-плит при различных режимах нагружения (серии КПМ).

Высота плит была принята минимальной (Я = 0,2D) для соз­дания наиболее тяжелых условий испытания. Размеры и несу­щая способность образцов, кроме того, определялись величиной предельного усилия испытательной машины.

Плиты круглые диаметром 50,5 см и высотой 12 см изготовляли из бетона марки «500» состава 1 : 0,83 : 2,05 (цемент, песок, щебень) по весу при водоцементном отношении (В/Ц) = 0,33. Расход цемента составлял 600 кг на 1 м3. В возрасте 28 дней проч­ность бетона, определяемая при испытании кубов из бетона того же состава, размером 20 х 20 X 20 см, получена равной 500 кГ/см2.

Плиты армировали высокопрочной холоднотянутой проволокой периодического профиля диаметром 4 мм. Предел прочности при растяжении проволоки составлял 16 000—17 000 кГ/см2. По меха­ническим свойствам проволока отвечала требованиям ГОСТ 8480-57. Проволоку навивали на образцы, натягивая ее усилием Р = 900 кГ и создавая в поперечном сечении напряжение 7150 кГ/см2. Шаг проволоки при намотке был равен 0,5 см, объем­ный коэффициент армирования составлял примерно 0,02.

С учетом потерь обжатие бетона, создаваемое такой однослой­ной сплошной обоймой, получилось равным 60 кГ/см2.

При испытании плита устанавливалась на опорное кольцо с внутренним диаметром 300 мм (фиг. 12 и 13). Нагрузка от верх­ней траверсы пульсатора передавалась на образец через каток
и набор металлических плит из стали марки Ст. 3. Металлическая плита, лежащая на бетоне, имела диаметр 225 мм и высоту 35 мм. Установка катка взамен шарового шарнира создавала некоторое

Изменение условий нагружения. Однако предполагается, что такое изменение условий на­гружения не скажется на не­сущей способности образцов за­метным образом, так как общая высота штамповых плит доста­точна, чтобы давление круг­лого штампа на бетон плиты распределялось' равномерно.

Деформации измерялись тен­зодатчиками сопротивления, которые наклеивали на бетон (на опорной поверхности) и на арматуру в трех точках по высоте.

В результате статического испытания было установлено, что средняя (потрем образцам) разрушающая нагрузка образ­цов плит составляла около 100 т.

Для определения деформи­рованного состояния плиты и его изменения при действии многократно повторяющейся нагрузки перед началом пуль­сации каждый образец нагружался статически действующим уси­лием, которое по величине равнялось задаваемому верхнему пределу многократно повторяющейся нагрузки. При этом замерялись деформации бетона и арматуры. Впоследствии через каждые 200— 250 тыс. циклов производились пов­торные статические нагружения. Разность величин, замеряемых после очередных этапов пульсации, опре­деляла изменение деформаций образ­ца в зависимости от количества циклов нагружения.

Верхние пределы многократно повторяющиеся нагрузки принимали

Равными 0,9; 0,8 и 0,7 от Рразр, где Ррепр ~~ несущая способ­ность образца при статическом нагружении. Нижние пределы многократно повторяющейся нагрузки устанавливали в соответст - 288
вйи с техническими возможностями пульсатора равными (0,1-

0,2) Р разр'

При этом коэффициент асимметрии цикла q

Различных случаев загружения равнялся соответственно 0,222; 0,125 и 0,140.

По результатам испытаний на выносливость бетонных призм, проведенных в НИИЖБ Каранфиловым Т. С., а также в МИИТе Карпухиным Н. С., можно заключить, что изменение коэффициента

F min

Рразр

0,125^-0,222):

Зависимость предела выносливости плит от количества циклов при разрушении; б — пределы выносливости: 1 — круглой предварительно напряженной в двух направле­ниях плиты 1 * ~

(■ГфТ1.96 Ра = Р„

Асимметрии цикла в пределах от 0,15 до 0,25 незначительно влияет на величину предела выносливости бетона.

Предполагая, что указанное положение распространяется на рассматриваемую конструкцию, при анализе результатов иссле­дования разницу величины е не учитывали. При испытании из восьми образцов одна плита (КПМ-3) разрушалась при пуске пульсатора вследствие случайного превышения верхнего предела нагрузки. Результаты испытания остальных плит могут быть использованы для определения примерно величины предела выносливости рассматриваемых конструкций.

На фиг. 14, а изображена зависимость пределов выносли­вости плит серии КПМ от количества циклов при разрушении, построенная по данным табл. 5. Пределы выносливости здесь

Выражены отношением т

Разр

Статическая нагрузка; Рра.-р — разрушающая нагрузка при мно­гократно повторяющихся нагружениях.

19 Сбоїиик 1835 289

При изменении т от 1,0 до 0,7 даже при незначительном уменьшении нагрузки резко увеличивается количество циклов нагружений, которое может быть приложено к образцу до раз­рушения. При т = 0,7 кривая переходит в линию, почти парал­лельную оси. Для рассматриваемых типов образцов при заданных условиях загружения и указанных коэффициентах асимметрии цикла усталостные явления практически не проявляются при 8,5 млн. циклов нагружений.

Следовательно, можно ориентировочно предположить, что многократно повторяющиеся нагружения влияют на прочность плиты только в пределах изменения т от 1,0 до 0,7.

Ввиду малого перепада напряжений в арматуре и относи­тельно высокого значения коэффициента асимметрии цикла раз­рушение образцов наступает' вследствие появления усталостных явлений в бетоне. Поэтому для оценки предела выносливости плит может быть использована формула, предложенная для слу­чая простого напряженного состояния:

Вер + aofa R,

Где

„ ____ стшах+стшіп „ _ °тах— CTmin.

$ — предел прочности материала;

А — коэффициент (а >■ 1).

Учитывая, что материал круглой железобетонной плиты рабо­тает в сложном напряженном состоянии и определить напряже­ния в наиболее нагруженных волокнах не представляется воз­можным, предел выносливости конструкции при воздействии многократно повторяющейся нагрузки нами был выражен через величину максимального, действующего на плиту, усилия, не вызы­вающего ее разрушения до 2-Ю6 циклов нагружений. В этом случае уравнение предела выносливости может быть записано в виде

Р ср Н~ С^а ~ Рразр>

Где

Р ___ РMax + -Рщіп Р „ -Ртах — -Рщіп .

Г ср 2 2 '

Ртах — разрушающая нагрузка при статическом нагружении.

Предел выносливости исследуемых круглых предварительно напряженных железобетонных плит по результатам испытания образцов КПМ-4 {т = 0,8 и q = 0,125), выдержавших 2,28 млн. циклов нагружений, составляет Ртах = 0,8 Рразр (фиг. 14, б).

Прямая 1, проведенная через точку А и координату 1,0—1,0 (отвечающая пределу прочности при статическом загружении), характеризуется уравнением

Рср Н~ 1 >57Ра = Рразр-

Результаты испытаний образцов с другими условиями нагру­жения нанесены на этом же графике. Плиты КПМ-1 и КПМ-2 разрушились соответственно после 1,8 млн. и 1,45 млн. циклов загружений, поскольку величина т = 0,9 превышала принятый предел выносливости.

Плита КПМ 5 не разрушилась при 9,5 млн. циклов нагружения; следовательно, характеристика т = 0,7 меньше предела выносли­вости.

Для сравнения на графике фиг. 14, б нанесена прямая 2, по­строенная по данным О. Я - Берга и отвечающая пределам выносли­вости бетонных образцов-призм на сжатие при R = 530 кГ/смг. Этой прямой соответствует уравнение

Р -4- 1 96 Р — Р

Г ср ~ а — гразр-

Взаимное расположение прямых показывает, что при т — — 0,8 и q % 0,1 предел выносливости предварительно напряжен­ного бетона по сравнению с обычным повышается примерно на 15%.

Имея в виду малое количество испытанных образцов, сделан­ные выводы являются предварительными и требуют дополнитель-

Йой проверки, бднако результата испытаний подвержДаїб'ґ, lifd материал в предварительно напряженных круглых плитах при воздействии повторяющейся нагрузки работает в лучших усло­виях по сравнению с обычными конструкциями.