Научная статья на тему 'Экспериментальные исследования прочности, трещиностойкости и деформативности железобетонных балок трапециевидного и прямоугольного поперечных сечений'

Экспериментальные исследования прочности, трещиностойкости и деформативности железобетонных балок трапециевидного и прямоугольного поперечных сечений Текст научной статьи по специальности «Строительство. Архитектура»

CC BY
147
30
Поделиться
Ключевые слова
ПРОЧНОСТЬ / ДЕФОРМАТИВНОСТЬ / ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ / ИЗГИБАЕМЫЙ ЭЛЕМЕНТ / ТРАПЕЦИЕВИДНОЕ СЕЧЕНИЕ / ЭКСПЕРИМЕНТ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Обернихин Д.В., Никулин А.И.

Для выполнения экспериментального исследования прочности, трещиностойкости и деформативности железобетонных балок трапециевидного поперечного сечения, разработана методика проведения эксперимента. Приведены основные характеристики исследуемых железобетонных балок. Произведен анализ и сравнение прочностных, и деформативных свойств балок различного поперечного сечения, на основе результатов, приведенных в данной статье.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Обернихин Д.В., Никулин А.И.,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Экспериментальные исследования прочности, трещиностойкости и деформативности железобетонных балок трапециевидного и прямоугольного поперечных сечений»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070

добиться надежного и качественного теплоснабжения всех потребителей, а так же получить экономию электроэнергии за счет уменьшения загрузки сетевых насосов.

Наладка режима работы тепловой сети обеспечит снижение температуры обратной сетевой воды до значений, определенных температурным графиком, что повысит КПД работающего котла за счет снижения потерь с уходящими газами.

Список использованной литературы:

1. Байков И.Р., Смородова О.В. Перспективы энергосбережения при эксплуатации промысловых объектов добычи нефти и газа// Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - 2009. - № 6. - С. 10-12.

2. Сулейманов А.М. Что влияет на окупаемость мини-ТЭЦ?// Трубопроводный транспорт - 2016: в сборнике: Материалы XI Международной учебно-научно-практической конференции, 2016. - С.381-382.

3. Смородова О.В., Костарева С.Н. Энергетическая эффективность систем транспорта тепловой энергии//Трубопроводный транспорт -2011:в сб. Материалы VII Международной учебно-научно-практической конференции.-Уфа, 2011.-С.234-236.

4. Галиуллин М.М., Баязитов М.И., Репин В.В., Хафизов Ф.М. Использование интегральных пенопластов для повышения эффективности изоляции трубопроводов//Электронный научный журнал Нефтегазовое дело, 2015. - №3. - С.314-329.

5. Смородова О.В., Скрипченко А.С. Технико-экономическое обоснование толщины тепловой изоляции тепловых сетей//Инновационная наука, 2016. - №4-3. - С.151-154.

6. ОСТ 36-68-82. Тепловые сети. Режимная наладка систем централизованного теплоснабжения. - 1982. - 29 с.

© Нургалеев Р.Р., Сулейманова Р.А., 2016

УДК 624.012.35

Обернихин Д.В.

аспирант БГТУ им. В.Г. Шухова Никулин А.И. к. т. н., доцент БГТУ им. В.Г. Шухова

г. Белгород, Российская Федерация

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ, ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ И ДЕФОРМАТИВНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК ТРАПЕЦИЕВИДНОГО И ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЧЕНИЙ

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Аннотация

Для выполнения экспериментального исследования прочности, трещиностойкости и деформативности железобетонных балок трапециевидного поперечного сечения, разработана методика проведения эксперимента. Приведены основные характеристики исследуемых железобетонных балок. Произведен анализ и сравнение прочностных, и деформативных свойств балок различного поперечного сечения, на основе результатов, приведенных в данной статье.

Ключевые слова

Прочность, деформативность, трещиностойкость, изгибаемый элемент, трапециевидное сечение,

эксперимент.

Для оценки влияния формы поперечного сечения на прочность, трещиностойкость и деформативность изгибаемых железобетонных элементов авторами были разработаны необходимые методики и алгоритмы [2, с. 88; 3, с. 66], позволившие выполнить соответствующие численные исследования [4, с. 175].

С целью апробирования разработанных методик авторами были проведены эксперименты на

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_

специально изготовленных железобетонных образцах, аналогичных представленным в работе Саканова К.Т. [5]. Было изготовлено 9 балок: 3 балки прямоугольного (БП) и по 3 балки трапециевидного сечения с широкой верхней (БТВ) и нижней (БТН) гранями (рисунок 1). Размеры поперечных сечений образцов были приняты такими, чтобы объем бетона в балках трапециевидного сечения оказался на 25 % меньше, чем в обычных балках серии БП.

Рисунок 1 - Геометрические размеры и схема армирования балок БП, БТВ и БТН

В качестве опалубки для балок использовались листы ЛДСП, распиленные на станках с ЧПУ. Использование данного вида опалубки позволило добиться высокой точности геометрических форм. Бетонирование опалубок происходило за один замес бетонной смеси. Из каждого замеса было также изготовлено по 4 контрольных образца-куба с размерами граней по 100 мм. Испытания контрольных образцов показали, что всем балкам соответствует бетон класса 22,5. Геометрические размеры и схема армирования балок приведены на рисунке 1. В качестве нижней рабочей арматуры использована арматура 012 мм класса А500, поперечные стержни - 05 мм Вр500. Арматура подбиралась таким образом, чтобы коэффициент армирования составлял «1 %. Высота защитного слоя бетона для верхней и нижней арматуры составила 20 мм.

Для проведения экспериментальных исследований была использована универсальная испытательная установка, описанная в работе [1, с. 14], с небольшими доработками конструкции (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема универсальной испытательной установки с установленной железобетонной балкой и

измерительными приборами

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

В качестве силовых элементов использовались гидравлические 15-ти тонные домкраты с ручным нагнетанием масла в систему. Измерение деформаций в сжатой и растянутой зонах бетона осуществлялось на базе 200 мм с помощью индикаторов часового типа с ценой деления 0,001 мм. Для определения максимальных прогибов на испытательной установке в середине пролета балки был предусмотрен прогибомер Аистова. С целью контроля за податливостью опорных участков балок устанавливались индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм.

Передача усилий от домкратов на балку происходила через стальные тяжи 026 мм. Для контроля равномерности приложения нагрузки на тяжи были установлены тензодатчики.

К достоинствам такой испытательной установки является отсутствие силового пола, её компактность, удобство доступа к балке и измерительным приборам в ходе эксперимента. Нагрузка задавалась ступенями с помощью гидронасоса. Контроль за её величиной осуществлялось манометром высокой точности.

Методика проведения эксперимента

Перед началом испытаний железобетонные балки тщательно очищались. Производилось измерение фактических геометрических размеров. Все неровности на гранях устранялись наждачной бумагой, после чего происходила разметка мест для установки измерительных приборов. Посадочные «пеньки» для индикаторов часового типа, приклеивались клеем на основе цианоакрилата. Далее балка устанавливалась на опоры испытательной установки, после чего окрашивалась известковой побелкой за 2 раза. Это делалось для того, чтобы точнее определить момент появления первой трещины в растянутой зоне бетона. На нижней грани закреплялась тонкая струна, к которой через блок и прогибомер подвешивался груз весом 2 кг. После установки всех тяжей и распределительных траверс к приклеенным «пенькам» крепятся индикаторы часового типа, затем снимаются отсчеты. Внешний вид испытательной установки в сборе приведен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Внешний вид испытательной установки в сборе

Нагрузка к каждой балке прикладывалась ступенями с шагом не более 10% от расчетной разрушающей нагрузки. На каждой ступени нагрузка выдерживалась 10 минут. Также необходимо отметить, что при определении величины нагрузки учитывался собственный вес балок. В начале и в конце каждой ступени производилась запись всех показаний измерительных приборов, а также выполнялся тщательный осмотр балки с двух сторон, на предмет появления новых трещин. Некоторые результаты испытаний приведены в таблице 1.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_

Таблица 1

Результаты испытаний железобетонных балок

Вид балки СП ^ Ю я о Прогиб балки (мм) при нагрузке (кН) Нагрузка трещинообразов ания, кН Разрушающая нагрузка, кН Средняя разрушающая нагрузка, кН

16 24 32

БП 1 1,76 3,17 4,58 6,515 40,638 40,218

2 1,77 2,78 4,59 7,415 40,619

3 1,76 3,73 5,55 5,660 39,396

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

БТВ 1 1,83 3,20 4,60 5,350 39,891 39,270

2 2,15 3,40 4,96 4,110 39,270

3 2,59 4,39 5,94 4,150 38,649

БТН 1 2,38 4,07 6,25 3,800 36,786 37,614

2 2,46 4,16 6,15 3,952 38,649

3 2,38 3,80 5,76 3,904 37,406

На основании результатов, представленных в таблице 1, можно сделать следующие выводы:

- средняя величина разрушающей нагрузки для балок трапециевидного сечения с верхней и нижней широкой гранью меньше, соответственно, на 2,36% и на 6,48% по сравнению с эталонными образцами прямоугольного сечения;

- как и ожидалась, наибольшая трещиностойкость оказалась в балках прямоугольного сечения, для которых средняя величина нагрузки трещинообразования составила 6,53 кН;

- для всех балок трапециевидного сечения появление первой трещины происходило при существенно меньших нагрузках по сравнению с образцами серии БП. Так, для балок серии БТВ среднее значение нагрузки трещинообразования составило 4,87 кН, что на 25,4% меньше, чем у образцов серии БП. Аналогичная величина для балок серии БТН оказалась равной 3,88 кН, что на 40,5% меньше по сравнению с образцами прямоугольного сечения;

- при фиксированных нагрузках 16,0 кН, 24,0 кН и 32,0 кН прогибы трапециевидных балок серии БТВ по сравнению с образцами прямоугольного сечения оказались больше, соответственно, на 24,43%, 13,31% и 5,1%. Прогибы у балок серии БТН при тех же фиксированных нагрузках увеличились, соответственно, на 36,93%, 24,14% и 23,46% по отношению к эталонным образцам прямоугольного сечения, что объясняется более ранним началом процесса трещинообразования в растянутой зоне бетона балок трапециевидного сечения с нижней широкой гранью.

Таким образом, результаты экспериментальных исследований полностью подтверждают выводы, полученные ранее авторами в ходе численных исследований [3, с. 66; 4, с. 175]. Список использованной литературы:

1. Крючков А.А. Деформативность сборно-монолитных стержневых конструкций: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.23.01 / Крючков Андрей Александрович; БГТУ им. В.Г. Шухова. Белгород, 2006. 21 с.

2. Никулин А.И., Обернихин Д.В. Деформативность изгибаемых железобетонных элементов трапециевидного сечения с трещинами в растянутой зоне // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2016. № 5. С. 88-93.

3. Обернихин Д.В., Никулин А.И. Прочность и трещиностойкость изгибаемых железобетонных элементов трапециевидного поперечного сечения с нижней широкой гранью // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2016. № 4. С. 66-72.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4. Обернихин Д.В., Никулина Ю.А. Численные исследования прочности изгибаемых железобетонных элементов трапециевидного и прямоугольного сечений // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения: материалы международных академических чтений. Курск: Изд-во Курск. гос. ун-та, 2015.С. 175-183.

5. Саканов К.Т. Несущая способность, жесткость и трещиностойкость изгибаемых железобетонных элементов с учетом влияния форм их поперечного сечения: Дис. ... канд. техн. наук: 05.23.01 / Саканов Куандык Тимирович ; НИИЖБ. М., 1985. 195 с.

© Обернихин Д.В., Никулин А.И., 2016