CC BY
9
УДК 621.529.4 DOI: 10.30977/ВиК2219-5548.2020.88.1.143
ДОСЛ1ДЖЕННЯ М1ЦНОСТ1 СКЛЕСНИХ КОМПОЗИТНИХ З'еДНАНЬ 13 ТЕРМОНАПРУЖЕНОЮ АРМАТУРОЮ
Гуменюк Р. В., Керницький I. С., Шолудько Я. В., Буртак В. В.,
Березовецький С. А. Льв1вський нацюнальний аграрный ун1верситет
Анотаця. Приведено огляд способ1в визначення мщност1 армованих склеених 7 мехамчних з 'еднань. Запропоновано методолог1ю виготовлення склеених композитних з 'еднань арматур-них стрижмв - гыьз, визначено напруження розриву а та зсуву т для них. Шляхом добдоби-рання з п 'яти марок композитних матер1ал1в встановлено найбыьшу м1цмсть композитного шару склееного з 'еднання на основ7 армування базальтоволокно-епоксидног смоли ЕДП-22 за умови ствв1дношень 1:10 гх вагових одиниць, у цьому випадку такий композитний шар стано-вить 90 % 7 71 % мщност1 термонапруженог арматури з1 сталей 35ГС 7 25Г2С та перевищуе на 24 % 7 18 % м1цшсть шва гх зварних з 'еднань.
Ключов1 слова: термонапруження, гыьза, склеене з'еднання, температура, арматура, епок-сидна смола.
Вступ
Для забезпечення надшносп та довготри-валосп залiзобетонних елеменив конструк-цш у випадках, коли йдеться про замшу зварних стикових з'еднань прутково! арматури, як зазвичай мають залишковi напруження вщ зварювання, а отже, е першоджерелами зниження 1хньо! мщносп та трщиностшкос-т (К1С) науковцями запропоновано ряд тд-ходiв i конструкцiй зразюв зi склеених композитних з'еднань для визначення !х мщносп, зокрема напружень розриву та
зсуву т.
Технолопчш способи виготовлення композита i виробiв iз них, !х розрахунки i ви-пробування наведеш в [1-4]. Вони будуть залежати вщ типу наповнювача та сполучни-ка [5-10], а створення конструкцш iз армованих полiмерних матерiалiв (АПМ) е актуаль-ним вже в тому, що, як зазначено в роботах [11-15], з одного боку вони можуть замшити ряд металевих матерiалiв, а з шшого запобь гти корозшному руйнуванню останнiх [1618].
Вихщними матерiалами, тобто напов-нювачем е рiзноманiтнi волоконнi матерiали: скловолокно та базальтоволокно у виглядi тонких ниток та специфiчних вуглепластикiв, що мають мщнють, яка вище за попередш, якi виготовляють за рiзними технолопями [19-24].
Вихiдними матерiалами, тобто сполучни-ком, е кле! на основi епоксидних смол марок ЕДП-20, ЕДП-22 ГОСТ 10587-84 або смола епоксидна модифшована (епоксидний ком-
паунд) марки К115 ЕУ 6-05-1251-75; пла-стифкатор дибутилфталат (ДБФ) ГОСТ 8728-77.
Згiдно з [9] оптимальний температурний режим ствердшня сполучника на основi епоксидного компаунду дорiвнюе К115: на першiй стади за юмнатно! температури про-тягом 25 годин; на другш - полiмеризацiя за пiдвищених температур на^вання за схемою 80°С/1 годин + 100°С/1 годин + 120 °С/1 годин або зi швидкiстю нагрiвання 60 °С/1 годин та охолодження виробу-зразка разом з тччю до температури 40 °С.
Такий режим забезпечуе максимальне зниження залишкових напружень в склеено-му з'еднаннi.
Треба зазначити, що мщнють АПМ зале-жить вщ способу намотування армованого скло- чи базальтопластику (перехресного чи поздовжнього намотування), зусилля натягу-вання нитки- с^чки, знежирювання та висушування з'еднуваних деталей, режимiв термооброблення тощо [2, 25-27].
Аналiз публiкацiй
Типи зразюв для випробувань шару у склеених армованих з'еднаннях на розтягу-вання, зсув та епюра дотичних напружень для нього за розробками [28-30] подаш на рис. 1, а, б, в вщповщно. Конструктивш роз-мiри збiрних зразкiв для дослщжень склеених з'еднань на розтягування подаш на рис. 2 та рис. 3 вщповщно.
Треба зазначити, що у зразках рис. 2 та 3 сталевi оправки повинш мати грубу
шорстюсть (Rz=160...320 мкм) поверхш пiд намотування волоконного шару, що дае гар-ну адгезда (зчеплення зв'язувального намо-таного шару 3i сталевими оправками) та надшне моделювання роботи склееного з'еднання.
Рис. 1. Дослщний зразок (а), схема випробу-вань на зсув шару (б) i епюра дотичних напружень в клейовому шарi (в): 1 - шар i3 АПМ; 2 - оправка; 3 - опора
2S
■ ■ ■ ■ -1 /
■ ■ ■ ■ ■ ■ - - ■■ ■-. ■ ■ -I
21
zz
Рис. 2. Трубчастий зразок для дослщжень склеених з'еднань на розтягування: 1 -намотаний шар iз АПМ; 2, 3 - лiва i права оправки
оптимального зусилля з'еднання за умови
2l > 4...5D,
у разi розриву
(1)
де D - дiаметр металево! оправки.
Характерна дiаграма статичного розтягування склееного армованого з'еднання подана на рис. 4, яка мае скачкоподiбний характер у випадку руйнування в координатах сили Р - деформащя е, що пов'язано з по-ступовим руйнуванням волокон намотаного шару.
Нормальш напруження розриву о та зсу-ву т пiсля руйнування склееного з еднання визначають за формулами
о=4Р'/%(D-d)2 x*=P*/2%RL,
(2) (3)
де D-d - рiзниця дiаметрiв мiж намотаним шаром i оправкою; L - довжина намотаного шару; Р - руйшвне зусилля; 2%R - довжина кола основи цилшдрично! оправки; 2%RL -бiчна поверхня цилiндричного склееного шару iз зiстикованими оправками вщповщно.
Рис. 4. Типова дiаграма статичного розтягування склееного армованого з'еднання
Рис. 3. Конструктивш розмiри збiрного зраз-ка для дослщжень склеених з'еднань: 1, 2 - лiва i права оправки; 3 - намотаний шар iз АПМ
Довжина склееного шару 21 = 120 мм (рис. 3) буде достатньою для забезпечення
Схему визначення мщносп стально! ар-матури перюдичного профiлю для з'еднання зiстикованих стрижшв з гiльзою пiсля обтис-кання профшьним пуансоном (рис. 5) та за-гальний вигляд пуансона (рис. 6) запропо-нували в [31, 32].
Треба зазначити, що реалiзацiя цього способу з'еднання стрижшв iз гiльзою вимагае складно! конструкци силово! головки [33], яка працюе в парi з гiдравлiчним пресом (рис. 7), що створюе певнi складностi для його реатзаци.
Рис. 5. Принципова схема втулкового з'еднання та обтискання: 1 - арматура; 2 -втулка; 3 - пуансон
Рис. 6. Загальний вигляд профшьного пуансона (верхня частина)
Рис. 7. Конструктивна схема силово! головки для гiдравлiчного преса: 1 - корпус; 2 -цилшдр; 3 - поршень; 4 - профшьш пуан-сони
Мета i постановка завдання
Метою роботи е застосувати композицшш матерiали iз армованих полiмерiв для склею-вання пруткiв iз термонапружено! арматури з гiльзою на основi епоксидних смол пiсля добору !х компонентiв. На цiй основi порiвняти мiцнiсть склеених з'еднань з мщнютю тако! арматури та мщнютю И зварних з'еднань i запропонувати оптимальний варiант склеених армованих з'еднань для виготовлення довгопрогонових ферм моспв, габаритних будiвельних споруд тощо.
Результаты й анал1з дослiдження
Виготовлення склееного з'еднання арма-турних стрижшв з пер1одичним реберним профшем / гыьзою
Необхщнють дослщження склеених з'еднань спрямована на замшу операцп зва-рювання прутково! арматури на бшьш еко-номну операцiю И склеювання.
З цiею метою було впроваджено декшька розробок нових композицiйних матерiалiв, мiцнiсть яких практично наближаеться до мщносп зварних з'еднань та навггь до мщ-ностi металiв [34, 35].
Щодо виготовлення з'еднання арматурних стрижнiв механiчним способом, в якому ар-матурнi стрижнi додатково орiентують до збiгання !х профiлiв з профшем обтискного елемента, а далi фiксують та обтискають спочатку до заповнення мiжреберного простору арматурних стрижшв матерiалом гшь-зи, а поим дотискають до вирiвнювання напружено-деформованого стану з'еднання за допомогою пристрою для його ре-алiзацil [33].
Але цей спошб вимагае застосування складного, енергоемного та трудомюткого пристрою для деформування гшьзи, що вимагае обтискання профшьним пуансоном до заповнення мiжреберного простору арматурних стрижшв матерiалом гiльзи, а потiм до-тисканням гiльзи складним пристроем для вирiвнювання напружено-деформованого стану такого з'еднання.
В основi запропонованих способiв [36, 37] е завдання забезпечення стшкого з'еднання арматурних стрижшв перюдичного профшю, в якому нове здiйснення вщомих операцiй i введення нових елеменнв, якi забезпечили б вiдсутнiсть контактних напружень вщ обтискання гшьзи з профшем арматурних стрижшв, що зменшить енергоемнють та тру-домiсткiсть з'еднання.
Це завдання виршуеться тим, що з'еднання арматурних стрижшв перюдично-го профiлю (див. рис. 8) та арматурш стриж-ш орiентують вiдносно гiльзи та додатково орiентують до збiгання 1хшх профшв з ана-логiчним профiлем гшьзи, у стiнцi гiльзи вздовж середиш И довжини виготовляють отвiр з нарiззю для пiд'еднування нагшталь-но! системи з штуцером, на кшцях отвору гiльзи виточують кiльцевi канавки для вста-новлення ущiльнювальних гумових кшець. Потiм арматурнi стрижнi крiзь отвори гумових кiлець просовують з натягом назустрiч один одному до половини довжини отвору гiльзи i крiзь отвiр штуцера вприскують кон-систентну зв'язувальне епоксидно! смоли -базальтоволокно повного заповнення мiжре-берно! порожнини мiж арматурними стриж-нями та гшьзою, вiд'еднують нагнiтальну систему зi штуцером, а армований шар полiмеризують за заданим режимом i охо-лоджують з певною витримкою на повiтрi.
Одержане з'еднання випробовують розтягу-
*
ванням i визначають напруження о , яке зю-тавляють з напруженнями ов матерiалу арма-тури.
Замiна складного енергоемного та трудо-мiсткого пристрою для операци деформу-вання гiльзи на операщю И склеювання за-безпечуе вщсутшсть контактних напружень вiд обтискання гшьзи з профшем арматурних стрижшв та створюе надшне нероз'емне ко-розостiйке склеене з'еднання.
Вигляд А арматурного стрижня з перюди-чним реберним профшем характеризуе елшс iз малим дiаметром а?2стер та великим дiамет-ром ^1стер, утвореними двома твiрними з тов-щиною В вздовж довжини стрижня (рис. 8).
Виготовлення склееного з'еднання арматурних стрижшв iз перюдичним реберним профшем здшснюють таким чином:
Спершу нарiзали арматурнi стрижнi 1, дiаметром а?стер, розмiром I, потгм нарiзають пруток 2, дiаметром йпр розмiром Хзаг, у яко-му робили отвiр, дiаметром В0 на всю дов-жину прутка Ьзаг вiдповiдно до дiаметра арматурного стрижня а?стер (див. рис. 8). В отворi О0 нарiзали наскрiзну гвинтову канавку, глибиною до дiаметра вiдповiдно до кроку Р мiжреберного арматурного стрижня i свердлили отвiр, дiаметром у стiнцi гшьзи вздовж середини И довжини £заг/2. В отворi дiаметра й0 робили нарiзь вiдповiдно до нарiзi М загвинчувального штуцера впускного 4 та шд'еднували штуцер випускний 6 ^зь шланг 5 до емносп 7 з епоксидною смолою, наприклад, марок ЕДП-20 або ЕДП-22, змшаною з базальтоволок-ном у сшввщношенш 10:1 вагових одиниць.
Потiм монтували стрижш 1 крiзь отвори гумових кшець 10, що е в канавках гшьзи 2 просуванням з двох боюв до середини И довжини Рзаг/2, нагштали тиск в емнють 8 i пуском електродвигуна 9 вприскували сумш епоксидно! смоли i базальтоволокна, що створили шар 3 тсля повного заповнення порожнини мiж ребрами арматурних стрижшв i гвинтовою канавкою гшьзи (див. рис. 8).
Пюля цього склеене з'еднання витримува-ли на повг^ протягом 1 години, вщ'еднували гiдравлiчну систему разом зi штуцером впускним 4 з отвору стшки гiльзи з нарiззю М i полiмеризували в муфельнiй печi армований шар склееного з'еднання (п-льза-арматурнi стрижнi) за таким режимом:
нагрш за Т = 100...150 °С,
витримка
2.3 години, охолодження на повпр^ а одержане склеене з'еднання (гшьза-арматурш стрижнi) (рис. 9) випробовували осьовим ро-зтягуванням до руйнування на розривнш машинi та визначали нормальнi напруження розриву для армованого шару за формулою
. Р
о = —
Fк
(4)
де Р - руйнiвне зусилля; Fк - площа поперечного перерiзу кiльця у склееному з'еднаннi.
Рис. 8. Схема виготовлення склееного з'еднання арматурних стрижшв з гшьзою
Рис. 9. Склеене з'еднання арматурш стрижш-гiльза в 36opi
Таким же способом визначали напружен-ня зсуву для армованого шару склееного з'еднання за формулою
*
х = -
P*
F, • L
(5)
де Р* - руйнiвне зусилля; Fк -Ьзаг - бiчна по-верхня утвореного з поперечним перерiзом кiльця площею F склееного з'еднання за до-вжиною Ьзаг для пари арматурш стрижш-
гiльза. Пщраховаш для армованого шару
* . *
нормальнi напруження розриву с i зсуву т зiставляли з напруженнями мщносп ов ма-терiалу арматури.
Приклад визначення напружень розриву та зсуву для склееного з 'еднання арматурш стрижт-гт ьза
Запропонований споаб апробовано на двох парнях склеених епоксидними смолами ЕДП-20 та ЕДП-22 ГОСТ 10587-84 не-роз'емних з'еднань (рис. 8, 9), виготовлених зi стандартних арматурних стрижшв, дiамет-ром а?стер = 14мм i довжини I = 120мм та гшьзи, виготовлено! iз прутка dпр = 25мм i за-гально! довжини Ьзаг = 140 мм (десятикратно! довжини вщ дiаметра арматурного стрижня). У гiльзi висвердлений наскрiзний отвiр D0 = 15 мм, вякому нарiзали гвинтову канавку, глибиною до Dк = 18 мм вщповщно до кроку Р = 6 мм профшю арматури. Висвердлений отвiр d0 = 10,5 мм в сннщ гшьзи все-рединi !! довжини £заг/2 = 70 мм мав нарiзь, дiаметром М12*1,5-6р. Гумовi кiльця для ущiльнювання з'еднання мали товщину В=5мм та дiаметр Dк=19мм. Нагнiтальна система в емкосн створювала тиск до Р = 0,5 МПа.
За такою послщовшстю одержували склеенi епоксидною смолою ЕДП-22 з'еднання у другш партi!. Пюля затискання кiнцiв стрижнiв захоплювачами випробуван-ня двох партiй таких з'еднань здшснювали на розривнiй машинi РМ-25 з записом
дiаграми розтягування в координатах наван-таження Р-деформацiя е. Масштаб дiаграм-ного запису склав 20:1. Швидкють наванта-ження дорiвнювала 2 мм/хв. Руйнiвне навантаження Р* фшсували за шкалою сило-вимiрювача розривно! машини. Пiд час
експерименту для таких з'еднань визначали
**
напруження розриву с i зсуву т (йдеться про склеену поверхню, утворену у виглядi поперечного перерiзу кшьця вздовж гвинто-вих канавок iз заданою товщиною армованого шару, для пари арматурш стрижш-гшьза Dк - dстер на довжиш склееного з'еднання = 140мм) iз врахуванням елiпсного пере-рiзу арматури за формулами
напруження розриву:
*
с =
4 P
*(D - ^стер)
(6)
та напруження зсуву:
* P
х = -
^^стер Lзаг
(7)
Пюля встановлення Р* в результат руй-нування армованих шарiв склеених епоксидними смолами ЕДП-20 та ЕДП-22 з'еднань (3 шт. зразюв у кожнiй партп) та розрахунюв за формулами (6) i (7) ввизначеш переваги склеених з'еднань на основi ЕДП-22, як порь вняти з ЕДП-20, для яких напруження розриву склали с*= 940 МПа i с*= 878 МПа, а напруження зсуву т = 42,0 МПа i т =33,5 МПа вщповщно.
Добирання композитних матер1ал1в для одержання максималъног мщност1 склееного з 'еднання арматурш стрижш-гыъза.
Вщповщно до методики виготовлення склееного з'еднання арматурних стрижшв з гшьзою за способами [36, 37], визначимо комплекс дослщжень щодо добору композитних матерiалiв у випадку заповнення мiжреберноï порожнини мiж стрижнями та отвором гшьзи для виявлення максимальноï мщносп такого нероз'емного з'еднання.
Програмою експерименнв використано п'ять марок армувальних матерiалiв зi зв'язувальним на основi епоксидних смол для виготовлення склеених з'еднань п'яти парий (див. табл. 1).
Для проведення експерименив з визна-чення максимально! мщносп склееного з'еднання з п'яти марок армувальних скле-ювальних матерiалiв виготовляли арматурш стрижнi та гiльзи (рис. 10, а, б), кшлькютю 10 та 5 шт. для п'яти парий вщповщно.
Пiсля монтажу склеювання стрижнiв з гiльзою, витримки до 2-х дiб, та полiмериза-цп за 80 °С одержанi склееш з'еднання
(рис. 10, а, б) випробовували осьовим розтя-гуванням на розривнш машинi РМ-25, де за-писували дiаграми розтягування в координатах Р-е (сила-деформацiя).
Пiсля обробляння експериментальних да-
них за формулами (6 i 7) встановленi значен* *
ня напружень розриву а та зсуву т для до-слщжуваних партiй склеених з'еднань зведено в табл. 1. [38].
II 1
II ! ТЗ]_
11=140
а
| 1,5- 6р
Ьэг=140
¡2 ТС; и и
сз а
б
Рис. 10. Геометричш розмiри стрижня (а) та гшьзи (б) для виготовлення склеених з'еднань
Таблиця 1 - Напруження розриву с та зсуву т склеених з'еднань
Руйшвне зусилля Р, кН Напруження
№ п/п Марки кле!в Компоненти кле!в * розриву а , МПа * зсуву т, МПа
1 Акйх Е340 Акрил епоксидна смола 1з затверджувачем 104,4 851,1 38,0
2 Steel Weld Ероху Епоксидна основа 1з затверджувачем 112,6 918,0 41,0
3 Multy-metal Ероху Пол1мерна смола на епоксиднш основ1 98,7 804,7 35,9
4 SCT MANNOL Epoxy-metal Пол1мерна смола з металевим порошко-вим наповнювачем 113,6 926,1 41,3
5 ЕДП-22 Епоксидна смола з базальтоволокном 115,3 940,0 42,0
Згiдно з даними табл. 1. мшмальш зна-
* . * чення напружень розриву с i зсуву т для
склеених з'еднань мае клей полiмерно! смоли
(позищя 3), а максимальш - клей епоксидно!
смоли з базальтоволокном (позищя 5). Решта
склеених з'еднань iз iнших марок кле!в ма-
ють промiжнi значення цих напружень.
Отже, клейове з'еднання (позищя 5) на основi епоксидно! смоли ЕДП-22 та напов-нювача iз базальтоволокна у спiввiдношеннi 10:1 вагових одиниць можна рекомендувати для шженерно! практики.
Пор1вняльна оцтка мщност1 термонап-руженог арматури, зварного шва та склеених з 'еднань.
У табл. 2. подано три варiанти фiзико-мехашчних характеристик, а саме: мщносп (ав i ат) термонапружених сталей 35ГС i 25Г2С, мщносп шва св i ст зварних з'еднань на основi цих сталей, напружень розриву с i зсуву т для склеених з'еднань арматурних стрижшв iз цих сталей i гiльзи, виготовлено! зi сталi 45 (стан поставляння) [38].
Таблиця 2 - Мщшсть термонапружених сталей, шва та склееного з'еднання
№ вар Вихщш матерiали для дослщжень Мщшсть
сталей, МПа зварного шва, МПа склееного з'еднання, МПа
Ов от Ов от о т
I Термонапружеш сталi
35ГС 1050 930
25Г2С 1320 1030
II Зварш з'еднання
35ГС + шов 08Г2С 735 651
25Г2С + шов 08Г2С 924 721
III Склееш з'еднання
35ГС - арматурш стрижш та гильза-сталь 45 i шар базальтово-локно-епоксидна смола ЕДП-22 940 42
25Г2С - арматурш стрижш та гшьза-сталь 45 i шар базальтоволокно - епок-сидна смола ЕДП-22 940 42
Таким чином, можна стверджувати, що мщшсть склееного з'еднання арматурш стрижш- гшьза !з шаром, базальтоволокно-епоксидна смола ЕДП-22 за значеннями напружень розриву а е вищою на 24 % \ 18 % вщ мщносп зварного шва з1 стал! 08Г2С, а також становить 90 % вщ мщносп ав = 1050 МПа стал! 35ГС \ 71 % вщ мщносп ав = 1320 МПа стал 25Г2С вщповщно.
Висновки
1. Здшснено анал1з науково! лператури щодо виготовлення та визначення мщносп армованих склеених \ мехашчних з'еднань.
2. Розроблено маршрутш технологи склеювання та герметизацп арматурних стрижшв з гшьзою шляхом вприскування армувального композитного матер1алу до м1жреберно! порожнини м1ж арматурними
стрижнями та гшьзою, що дозволило визна-
* *
чати напруження розриву о та зсуву т для склееного з'еднання.
3. Шляхом добору р1зних марок компо-зитних матер1ал1в встановлено найбшьшу мщшсть шару склееного з'еднання тсля ар-мування базальтоволокном на основ! зв'язуючого з епоксидних смол ЕДП-20 чи ЕДП-22; у цьому випадку напруження розриву о для з'еднання становлять близько 90 % вщ мщносп ав = 1050 МПа термонапружено! арматури з1 стал! 35ГС \ 71 % вщ мщносп ов = 1320 МПа термонапружено! арматури з1 стал! 25Г2С та перевищують понад 18 % мщносп ов = 924 МПа шва зварного з'еднання 25Г2С + шов 08Г2С \ 24 % мщносп ов = 735 МПа шва зварного з'еднання 35ГС + шов 08Г2С вщповщно. Оскшьки
мщшсть склеених з'еднань займае пром!жш значення м1ж мщностями термонапружено! арматури та !! зварними з'еднаннями, то !х устшно можна рекомендувати до впро-вадження замють операци зварювання на операщю склеювання арматурних прутюв ¿з гшьзою з гвинтовим профшем отвору шляхом заповнення м1жреберно! порожнини композитним наповнювачем базальтоволок-но-епоксидним зв'язуючим на основ! ЕДП-22 з1 стввщношенням 1:10 вагових одиниць для виготовлення довгопрогонових ферм моспв, габаритних буд1вельних споруд тощо.
Лiтература
1. Расчеты и испытания на прочность. Методы испытания композитов с полимерной матрицей. Растяжение, сжатие, кручение, внутреннее и внешнее давление, сложное напряженное состояние трубчатых образцов при нормальной, повышенной и пониженной температурах: метод. реком. МР 245-87. Москва : Изд-во стандартов, 1987. 57 с.
2. Росато Д. В., Грове К. С. Намотка стеклонитью. Развитие метода, производство, области применения и конструирование / пер. с. англ. Москва: Машиностроение, 1969. 310 с.
3. Тарнопольский Ю. М. Методы статистических испытаний армированых пластиков. Москва: Химия, 1981. 272с.
4. Удрис А. О., Упитис З. Т., Тетерс Г. А. Исследование деформирования и разрушения стеклопластика со спиральным армированием ±45° при простом и сложном напряжении. Механика композитных материалов. 1984. № 5. С. 805-813.
5. Булманис В. Н., Гусев Ю. И. Прочность при растяжении намоточного полиэфирного стеклопластика. Механика композит. материалов. 1984. № 10. С. 67-68.
6. Воробей В. В., Сироткин О. С. Соединение конструкций из композиционных материалов. Ленинград: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1985. 168 с.
7. Булманис В. Н., Гусев Ю. И., Стручков А. С. Экспериментальное исследование особенностей деформирования и разрушения при растяжении перекрестно армированных намоточных композитов. Механика композитных материалов. 1985. № 6. С. 1020-1024.
8. Жигун И. Г., Михайлов В. В. Особенности испытаний на растяжение высокопрочных одно-направленых композитов. Механика полимеров. 1978. № 4. С. 717-723.
9. Ко Ги Нам. Статистические характеристики базальтовых волокон. Механика композитных материалов. 1990. № 2. С. 348-351.
10. Потапов В. Д., Лукьяков А. М. Оптимизация параметров клеевого соединения. Проблемы прочности. 1988. №4. С. 85-89.
11. Божидаршк В. В. Мехашка руйнування, мщшсть i довговiчнiсть неперервно армова-них композипв : монографiя : у 2-х т. Луцьк : Надстир'я, 2007. Т. 1. Основи мехашки руйнування неперервно армованих композипв. 400 с.
12. Композиционные материалы : справ. пособие в 8-ми т. / под общ. ред. Л. Браутмана и Р. Крока. Т. 3. Применение композитных материалов в технике Москва: Машиностоение, 1978. 512 с.
13. Композиционные материалы на основе высокопрочных базальтовых волокон : физико-механические свойства / [Я. С. Подстригач, Б. Л. Пелех, Д. Д. Джигирис и др.]. Композиционные материалы и новые конструкции. Киев: Наук. думка, 1977. С. 13-16.
14. Композиционные материалы: справ. / В. В. Васильев и др. Москва: Машиностроение, 1990. 512 с.
15. Розин Б. Разрушение составных армированных материалов при растяжении. Ракетная техника и космонавтика. 1964. № 11. С. 121129.
16. Блiхарський З. Я., Хмшь Р. В., Вашкевич Р. В. Вплив одночасно! ди агресивного середовища i навантаження на мщшсть залiзобетонних балок з корозшними пошкодженнями по довжи-ш: зб. наук. пр. Диагностика, довговiчнiсть та реконструкщя моспв. 2005. Вип. 5. С. 13-21.
17. Василiв Х., Винар В., Рацька Н. Особливосп зношування а-титанових сплавiв за водневого впливу. Motoryzacja i energetyka rolnictva. Lublin, 2011. T. 13 D. С. 198-202.
18. Механика композитов : справ. пособие в 12-ти т. / под общ. ред. А. Н. Гузя и Л. П. Хорошуна. Т. 12 Прикладные исследования К. : «А. С. К.», 2003 399с.
19. А. с. 773742 СССР, МКИ Н 01 В 17/00. Узел соединения стеклопластикового стержня с ме-талическим наконечником и способ его изготовления / Ч. Г. Агаев, Г. Н. Шаманов,
И. Ф. Карагезов, Г. А. Гусейнов; опубл. 1980, Бюл. № 39.
20. Пелех Б. Л., Когут И. С., Голшский Я. И. Исследование прочности клеевого соединения цилиндрических элементов из металла и армированного пластика. Механика композитных материалов. 1988. № 5. С. 929-931.
21. Когут Н. С. Трещиностойкость конструкционных материалов. Львов: Выща шк. 1986. 160 с.
22. Фрейдин А. С. Прочность и долговечность клеевых соединений. Москва: Химия, 1981. 270 с.
23. Фрудзин Т. Механика разрушения композиционных материалов / пер. с японск. Москва: Мир, 1982. 232 с.
24. Хозин В. Г. Усиление эпоксидных полимеров. Казань: Дом печати, 2008. 544 с.
25. Сироткин О. С. Проектирование и технология соединений элементов конструкций из композиционных материалов. Пластические массы. 1976. № 3. С. 57-61.
26. Тарнопольский Ю. М., Хитров В. В. Стержни из композитов для ферменных конструкций. Механика композитных материалов. 1986. № 2. С. 258-268.
27. Технология полимерных материалов / А. Ф. Николаев и др. Санкт-Петербург: Профессия, 2008. 544 с.
28. Кейгл Ч. Клеевые соединения / пер. с англ. Москва: Мир, 1971. 294 с.
29. Когут I. С. Мщшсть i деформування стрижне-вих конструкцш iз армованих полiмерiв. Львiв: 1ППММ iм. Я. С. Шдстригача НАНУ; Центр наукового товариства iм. Т. Шевченка, 2011. 198 с.
30. Kogut I. S., Kalyta H. I. Evaluation of the sizes of the process zone for quasibrittle notched specimens. Materials Science. 2008. 44. № 1. Р. 97103.
31. 1гнатишин М. I., Гвоздюк М. М. З'еднання арматури перюдичного профiлю у залiзобе-тонних конструкщях: зб. наук. пр. Дiагности-ка, довговiчнiсть те реконструкщя моспв i будiвельних конструкцш. Львiв: Каменяр, 2004. Вип. 6. С. 42-47.
32. Лучко Й. Й., 1ваницький Я. Л., Гвоздюк М. М. Оцшка працездатносп втулкового з'еднання арматурних стержшв: зб. наук. пр. Дiагности-ка, довговiчнiсть та реконструкщя - 2003. С. 137-145.
33. Пат. 63168А Украша, ПМК Е 04 С 5/03. Споаб з'еднання арматурних стержшв перюдичного профiлю та пристрш для його реалiзацiï / Й. Й. Лучко, Я. Л. 1ваниць-кий, С. Т. Штаюра, М. I. 1гнатишин. - опубл. 15.01.2004, Бюл. № 5.
34. А. с. 773742 СССР, МКИ Н 01 В 17/00. Узел соединения стеклопластикового стержня с ме-талическим наконечником и способ его изготовления / Ч. Г. Агаев, Г. Н. Шаманов,
И. Ф. Карагезов, Г. А. Гусейнов; опубл. 1980, Бюл. № 39.
35. Базальтоволокниты / О. В. Тутаков и др. Химическая технология. 1985. № 5. С. 14- 17.
36. Пат. 83692 Укра!на, МПК E 04 C 5/03. Споаб з'еднання арматурних стержшв з перюдичним реберним профшем / М. С. Когут, Р. В. Гу-менюк. - опубл. 25.09.2013, Бюл. № 18.
37. Пат. 88832 Украша, МПК E 04 C 5/03. Споаб з'еднання арматурних стержшв / М. С. Когут, Р. В. Гуменюк. - опубл. 10.04.2014, Бюл. № 7.
38. Гуменюк Р. В. Оцшка мщносп й трщи-ностшкосп стально! термонапружено! арма-тури та И зварних i склеених з'еднань: авто-реф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук. Луцьк, 2014. 20 с.
References
1. Strength calculations and tests. Test methods for polymer matrix composites. Tensile, compression, torsion, internal and external pressure, complex stress state of tubular specimens at normal, elevated and lowered temperatures: a method. say. MR 245-87. Moskov: Publishing House of Standards, 1987. 57 p.
2. Rosato D. V., Grove K. S. Winding of fiberglass. Method development, production, applications and design: trans. with. eng. Moskov: Mechanical Engineering, 1969. 310 p.
3. Tarnopolskii Yu. M. Methods of statistical tests of
reinforced plastics3rd ed. recycling. and ext. MMoskov: Chemistry, 1981. 272s.
4. Udris A.O., Upitis Z., Teters G. Investigation of deformation and fracture of fiberglass with spiral reinforcement ± 45 ° at simple and complex stress. Mechanics of Composite Materials. 1984. № 5. P. 805-813.
5. Bulmanis V. N., Gusev Yu. Tensile strength of winding polyester fiberglass. Mechanics of Composite. materials. 1984. № 10. P. 67-68.
6. Vorobei V. V., Sirotkin О. Joining structures from
composite materials. Mechanical Engineering. Leningrad Branch, 1985. 168 p.
7. Experimental study of the features of deformation
and fracture in tension of cross-reinforced winding composites / V. N. Bulmanis etc. Mechanics of composite materials. 1985. № 6. P. 10201024.
8. Zhigun I. G., Mikhailov V. V. Peculiarities of tensile testing of high-strength unidirectional composites. Polymer mechanics. 1978. № 4. P. 717-723.
9. Ko Hi Nam. Statistical characteristics of basalt fibers. Mechanics of composite materials. 1990. № 2. P. 348-351.
10. Potapov V.D., Lukyakov А. М. Optimization of the parameters of an adhesive compound. Problems of Strength. 1988. №4. P. 85-89.
11. Bozhidarnik V. V. Mechanics of fracture, strength and durability of continuous reinforced composites: monograph: in 2 volumes. T. 1. Fundamentals of fracture mechanics of continuously
reinforced composites. Lutsk: Overhang, 2007. 400 p.
12. Composite materials: cases. manual in the 8th item / under General. ed. L. Brautman and R. Crock. Vol. 3. Application of Composite Materials in Engineering. Moscow: Mechanical Engineering, 1978. 512 p.
13. Composite materials based on high-strength basalt fibers: physical and mechanical properties / Ya.S. Podstrigach, B.L. Pelekh, D.D. Dzhigiris, etc. Composite materials and new constructions. Kiev: Sciences. Opinion, 1977 pp. 13-16.
14. Composite materials: cases. / V.V. Vasilyev, V.D. Protasov, V.V. Bolotin et al. Moscow: Machine-building, 1990. 512 p.
15. Rozin B. Destruction of composite reinforced materials during tensile. Rocket technology and astronautics. 1964. № 11. P. 121-129.
16. Blikharskii Z. Influence of simultaneous action of aggressive medium and load on the strength of reinforced concrete beams with corrosion damage along the length. Blikharskii Sciences. BC Diagnostics, durability and reconstruction of bridges. 2005. Vip. 5. P. 13-21.
17. Vasilov H., Vinar V., Ratskaya N. Features of wear of a-titanium alloys under hydrogen action. Motrol. Motoryzacja i energetyka rolnictva. Lublin, 2011. T. 13 D. P. 198- 202.
18. Mechanics of composites: cases. manual in the 12th item / under General ed. A.N.Guzya and L.P. Khoroshun. Vol. 12 Applied research. Kiev: «A. S. K.», 2003 399 p.
19. A. p. 773742 USSR, MKI H 01 V 17/00. Node of connection of fiberglass rod with metal tip and method of its manufacture / Ch. G. Agaev, G.N. Shamanov, I.F. Karagezov, G.A. Huseynov; publ. 1980, Bul. № 39.
20. Investigation of the strength of adhesive joints of cylindrical elements of metal and reinforced plastic / B.L. Pelekh etc. Mechanics of Composite Materials. 988. № 5. P. 929-931.
21. Kogut N. S. Fracture Resistance of Structural Materials. Lviv: Higher School. 1986. 160 p.
22. Freudin A. S. Strength and durability of adhesive compounds. Moskov: Chemistry, 1981. 270 p.
23. Frudzin T. Mechanics of fracture of composite materials: trans. with japanese. Moskov: Mir, 1982. 232 p.
24. Khozin V. G. Strengthening of epoxy polymers. Kazan: House of the Press, 2008. 544 p.
25. Sirotkin O. S. Design and technology of compounds of structural elements from composite materials. Plastic masses. 1976. № 3. P. 57-61.
26. Tarnopolsky Yu. M., Khitrov V. V. Rods from Composites for Truss Constructions. Mechanics of Composite Materials. 1986. № 2. P. 258-268.
27. Technology of polymeric materials / A. F. Nikolaev etc.]. St. Petersburg: Profession, 2008. 544 p.
28. Kagle C. Glue compounds: trans. with English. Moskov: World, 1971. 294 p.
29. Kohut I. S. Strength and deformation of core structures made of reinforced polymers / IS Kohut. Lviv: IPPMM them. Ya. S. Podstryhach of NASU; Center for Scientific Society. T. Shev-chenko, 2011. 198 p.
30. Kogut I. S., Kalyta Н. I. Evaluation of the process zone sizes for quasibrittle notched specimens. Materials Science. 2008. 44. № 1. Р. 97-103.
31. Ignatyshyn M. I., Gvozdyuk М. М. Connections of the Periodic Profile Reinforcement in Reinforced Concrete Structures. Sciences. BC Diagnosis, durability is the reconstruction of bridges and structures. Lviv: Stonecutter, 2004. Issue. 6. P. 42-47.
32. Luchko Y. Y. Diagnostics, durability and reconstruction of bridges and structures. Lviv. 2003. P. 137-145.
33. Pat. 63168A Ukraine, PMC E 04 C 5/03. Method of connecting reinforcing bars of a periodic profile and device for its implementation / Y.Y. Lu-chko, Ya. L. Ivanitsky, S.T. Shtayura, M.I .Ignatyshyn. - publ. 01/15/2004, Bul. № 5.
34. A. p. 773742 USSR, MKI H 01 V 17/00. Node of connection of fiberglass rod with metal tip and method of its manufacture / Ch. G. Agaev, G.N. Shamanov, I.F. Karagezov, G.A. Huseynov; publ. 1980, Bul. № 39.
35. Basalt fibers / O. V. Chemical Technology. 1985. № 5. P. 14-17.
36. Pat. 83692 Ukraine, IPC E 04 C 5/03. A method of connecting reinforcing bars with a periodic rib profile / M.S. Kogut, R.V. Humeniuk. - publ. 9/25/2013, Bul. № 18.
37. Pat. 88832 Ukraine, IPC E 04 C 5/03. The method of connection of reinforcing bars / M.S. Kogut, R.V. Humeniuk. - publ. 04/10/2014, Bul. № 7.
38. Humeniuk, R.V., Estimation of strength and fracture-stability of steel thermally stressed armature and its welded and glued joints / R.V. Humeniuk, author. diss. Cand. tech. Sciences. LNTU, Lutsk, 2014. 20 p.
Гуменюк Руслан Васильович к.т.н., в.о. доцента кафедри машинобудування, тел. +380965614415, e-mail: grv.lnau@gmail.com., Керницький 1ван Степанович. д.т.н., професор, завщувач кафедри машинобудування, Шолудько Ярослав Васильович. к.т.н., доцент кафедри енергетики,
Буртак Володимир Володимирович. к.т.н., в.о. доцента кафедри сшьськогосподарсько! техшки, Березовецький Сергш Андршович к.т.н., в.о. доцента кафедри машинобудування, Львiвський нацюнальний аграрний ушверситет, вул. Володимира Великого, 1, м. Дубляни, 80381, Укра!на.
Исследования прочности склеенных композитных соединений с термонапряженной арматурой
Аннотация. Приведен обзор способов определения прочности армированных склеенных и механических соединений. Необходимость исследования склеенных соединений направлена на замену операции сварки прутковой арматуры на более экономную операцию ее склеивания. Представлены типы образцов и конструктивные размеры для испытаний слоя в склеенных армированных соединениях на растяжение и сдвиг. Предложен комплекс исследований по подбору композитных материалов при заполнении межреберной полости между стержнями и отверстием гильзы для выявления максимальной прочности такого неразъемного соединения. Построена диаграмма статического растяжения клееного армированного соединения, которая имеет скачкообразный характер при разрушении в координатах сила Р -деформация е, что связано с постепенным разрушением волокон намотанного слоя. Предложена методология изготовления склеенных композитных соединений арматурные стержни-гильза и определено напряжения разрыва а и сдвига т для них. Путем потбора из пяти марок композитных материалов установлено максимальную прочность композитного слоя склеенного соединения на основе армирования базальтоволокно-эпоксидная смола ЕДП-22 при условии соотношений 1:10 их весовых единиц, при этом такой композитный слой составляет 90 % и 71 % прочности термонапряженной арматуры из сталей 35ГС и 25Г2С и превосходит на 24 % и 18 % прочность шва их сварных соединений соответственно. Поскольку прочность склеенных соединений занимает промежуточные значения между прочностью термонапряженной арматуры и ее сварными соединениями, то их успешно можно рекомендовать к внедрению взамен операции сварки на операцию склеивания арматурных прутков с гильзой с винтовым профилем отверстия путем заполнения межреберной полости композитным наполнителем базальтоволокно-эпоксидным связующим на основе ЭДП-22 с соотношением 1:10 весовых единиц, когда речь идет об изготовлении долгопрогоновых ферм мостов, габаритных строительных зданий и т.д. Ключевые слова: термонапряженная, гильза, склеенное соединения, температура, арматура, эпоксидная смола.
Гуменюк Руслан Васильевич к.т.н., и.о. доцента кафедры машиностроения, тел. +380965614415, e-mail: grv.lnau@gmail.com, Керницкий Иван Степанович. д.т.н. профессор, заведующий кафедрой машиностроения, Шолудько Ярослав Васильевич. к.т.н., доцент кафедры энергетики,
Буртак Владимир Владимирович. к.т.н., и.о. доцента кафедры сельскохозяйственной техники, Березовецький Сергей Андреевич к.т.н., и.о. доцента кафедры машиностроения,
Львовский национальный аграрный уни-верситет, ул. Владимира Великого, 1, г. Дубляны, 80381, Украина.
Researching strength of glued composite compounds with thermal-tension fittings Problem. A review of methods for determining the strength of reinforced bonded and mechanical joints is given. The need to study glued joints is aimed at replacing the welding operation of bar reinforcement with a more economical gluing operation. Types of samples and structural dimensions for testing a layer in glued reinforced joints for tensile and shear are presented. A set of studies is proposed for the selection of composite materials when filling the intercostal cavity between the rods and the sleeve opening to reveal the maximum strength of such an integral connection. A diagram of the static tension of a glued reinforced joint is constructed, which has a jump-like nature when the coordinates P * - strain e are destroyed, which is associated with the gradual destruction of the fibers of the wound layer. A methodology for the manufacture of glued composite joints for reinforcing sleeves is proposed, and the tensile stress a * and shear stress т * are determined for them. Goal. Reinforced polymer composite materials are applied for bonding epoxy resin-coated rods after the selection of their components, and on this basis the strength of the bonded joints is compared with the strength of such reinforcement and the strength of its welded joints. Methodology. A methodology for the manufacture of glued composite joints is proposed for reinforcing bars - a sleeve and, specifically, the tensile stress a* and shear т* for them. Results. By sampling from five grades of composite materials, the maximum strength of the composite bonded joint layer based on the reinforcement of basalt fiber-epoxy resin EDP-22 was established, provided that the ratios are 1:10 of their weight units, while such a
composite layer is 90% and 71 % of the strength of thermally stressed reinforcement made of 35HS and 25H2S steels and exceeds by 24 % and 18 % the strength of the weld of their welded joints, respectively. Originality. For the first time, a methodology for the manufacture of bonded composite joints reinforcing rods - sleeve was proposed and the highest strength of the composite layer of the bonded compound based on the reinforcement of EDP-22 basalt fiber-epoxy resin was established. Practical value. Since the strength of glued joints takes intermediate values between the strength of thermally stressed reinforcement and its welded joints, they can be successfully recommended instead of the welding operation for gluing reinforcing bars with a sleeve with a screw profile of the hole by filling the intercostal cavity with a composite filler of basalt fiber - an epoxy binder based on EDP-22 with a ratio of 1:10 weight units when it comes to the manufacture of pre-carriage trusses of bridges, overall construction methods ore and others.
Keywords: thermal stress, sleeve, bonded connection, temperature, armature, epoxy.
Humenyuk Ruslan, Ph.D. in. Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, tel. +380965614415, e-mail: grv.lnau@gmail.com, Kernytskyy Ivan, Doctor of Technical Sciences Professor, Head of the Department of Mechanical Engineering,
Sholudko Yaroslav, Ph.D. Associate Professor, Department of Energy,
Burtak Volodymyr, Ph.D. in. Associate Professor of the Department of Silkospodar Culture, Berezovetskyy Sergiy, Ph.D. in. Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Lviv National Agricultural University, str. Volodymyr the Great, 1, Dublyany, 80381, Ukraine.
