CC BY
10
ТРАНСПОРТНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 624.21.012
Е.В. БАЛАШОВ, аспирант,
М. В. ПИРЯЕВ, аспирант
К ВОПРОСУ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СКВОЗНЫХ БАЛОК С ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ПЛИТОЙ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОМ ПОДДОНЕ
В статье представлены экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния сквозных моностальных и бистальных балок с железобетонной плитой проезжей части на металлическом поддоне при статическом и динамическом за-гружении.
В России, так же как и в зарубежной практике, конструкции со сквозной стенкой, будь-то балки либо колонны, применяются очень широко в различных областях промышленного и гражданского строительства: в каркасах многоэтажных зданий, элементах конструкций одноэтажных производственных зданий, в конструкциях пристаней, причалов и береговых укреплений, опорах галерей и конструкциях автодорожных эстакад, пролетных строениях мостов различных по длине пролетов, в гидротехнических сооружениях. Эти профили применяются также в больших объемах в машиностроении, в конструкциях судов, вагонов и платформ.
Особенность комбинированных сталежелезобетонных конструкций с применением балок со сквозной стенкой (конструкции перекрытий с железобетонными плитами, мостовые конструкции) состоит в том, что в этих случаях в работу верхнего пояса включается железобетонная плита [1].
Для оценки фактического напряженно-деформированного состояния сквозных моностальных и бистальных балок с железобетонной плитой на металлическом поддоне были проведены испытания моделей в натуральную величину.
Планирование эксперимента, включая выбор, обоснование требуемой точности и надежности результатов эксперимента, и, исходя из этого, определение необходимого числа моделей определялось из минимума суммарных затрат на исследование и стоимости запаса, предложенных профессором
А. Р. Ржаницыным [2].
Модели металлического пролетного строения в количестве трех штук были изготовлены в 2004 году на Кузнецком металлургическом комбинате
«Сибстальконструкция» (г. Мыски). Все модели изготовлены в соответствии с ГОСТ 23118-99, и на все модели выдан документ за №812 «О качестве стальных строительных конструкций».
Модели пролетного строения выполнены в виде блока из двух главных сквозных балок, объединенных поверху металлическим поддоном. Главные балки, расстояние между которыми 1,40 м, изготовлены путем роспуска и развития двутавра № 30 до высоты 0,48 м, коэффициент роспуска составляет 1,6. Полная длина модели 6,12 м. Отверстия перфорации шестиугольные. Металлический листовой поддон, толщиной 5 мм приварен к верхним поясам главных балок. Поверх поддона поперек плиты приварены ребра жесткости из уголка 63x63x5 мм для обеспечения поперечной жесткости и дальнейшего объединения железобетонной плиты с металлическими балками, шаг ребер 0,375 м. В опорных сечениях и в середине пролета балки объединены поперечными связями из швеллера № 20 (рис. 1, 2).
Рис. 1. Фрагмент модели пролетного строения
Рис. 2. Общий вид пролетного строения
Две модели пролетного строения были выполнены в моностальном варианте: при изготовлении одной модели использовалась сталь марки 09Г2С-12 по ГОСТ 19281-89, при изготовлении второй - ВСт3пс5 по ГОСТ 380-94. Третья модель исполнена из тех же марок сталей в бистальном варианте: в нижней, наиболее нагруженной части сечения использовалась половина двутавра - из стали повышенной прочности, верхняя половина из стали нормальной прочности.
Одной из задач экспериментальных исследований ставилось выявление действительных распределений напряжений в сечениях конструкции при совместной работе сквозных (бистальных и моностальных) балок с железобетонной плитой проезжей части на металлическом поддоне. Испытание моделей проводилось в два этапа.
На первом и втором этапах испытаний при действии статической нагрузки, определялись величины фактических прогибов главных балок, выявлялось действительное распределение напряжений в характерных сечениях моделей; регистрировались формы и параметры колебаний моделей при динамических нагрузках.
Испытание проводилось в лаборатории Томского государственного архитектурно-строительного университета, специально предназначенной для проведения экспериментальных исследований такого рода. Сооруженный для испытания на силовом полу стенд представлял собой самонесущую раму: вертикальные стойки диаметром 100 мм, объединенные по верху металлическими траверсами коробчатого сечения, служили одновременно упорами для гидравлических домкратов.
Для проведения экспериментальных исследований использовались тен-зо- и виброизмерительные установки, отвечающие требованиям высокой чувствительности, стабильности измерений и возможности одновременной многоканальной записи регистрируемых параметров в широком диапазоне. Для регистрации параметров колебаний использовался комплект виброизмери-тельной аппаратуры на базе ИВК МІС-300.
Для измерения деформаций в сечениях балок моделей использовалась тензометрическая станция на базе ИВК МІС 400 (16-битного АЦП на 24 канала). На стенки главных балок в середине пролета и на опорных участках с равным шагом, а также по углам перфораций в виде розеток наклеивались тензорезисторы типа 2ПКП-20-100-Б-12, подключенные по полумостовой схеме (рис. 3, а). На металлическом поддоне в середине и четверти пролета и на опорных участках также с равным шагом наклеивались тензорезисторы (рис. 3, б). Для определения возникающих сдвигающих деформаций в плоскости «металлический поддон - железобетонная плита проезжей части» на ребре жесткости в середине пролета были наклеены тензорезисторы. Подключение тензорезисторов к измерительной системе осуществлялось при помощи витой пары, и сигнал от тензорезисторов поступал на ИВК МІС-400.
а) б)
Рис. 3. Фрагменты установки тензорезисторов в сечении балок
В данной системе компенсировалась температурная погрешность с помощью блока компенсационных датчиков, расположенных под моделью. Градуировка тензорезисторов проводилась с помощью измерительной балки по стандартной методике (определение единицы младшего разряда ИВК М1С-400 (1м.р.)).
Авторами изучалось напряженно-деформированное состояние совместной работы сквозных балок с металлическим поддоном с приложением нагрузки на расстоянии 0,65 м в каждую сторону от середины пролета балки в поперечном направлении, а в продольном направлении нагрузка прикладывалась по осям главных балок (рис. 4).
Рис. 4. Схема приложения нагрузки для исследования напряженно-деформированного состояния совместной работы сквозных моностальных и бистальных балок с плитой проезжей части на металлическом поддоне
На втором этапе исследований поверх ребер жесткости, приваренных к поддону, укладывалась арматурная сетка из проволоки сечением 6 мм с размером ячейки 150x150 мм. Производилось бетонирование плиты проезжей части бетоном класса В35. Уплотнение бетона выполнено с применением вибратора. После набора бетоном прочности, производен второй этап экспериментальных исследований в сталежелезобетонном варианте моделей. При испытании на втором этапе исследований схема загружения и установки приборов была аналогична первому этапу испытаний (рис. 4).
Для равномерного увеличения прикладываемой нагрузки на модели использовалась насосная станция НС-400 и домкраты типа ДГ-100. Возникающие деформации, действующие в сечениях моделей в местах расположения каждого тензорезистора, определены расчетом для каждой ступени прикладываемой нагрузки. В результате градуировки были установлены зависимости деформаций в условных единицах (1 м.р.) от изгибающего момента в данном сечении при чистом изгибе.
Напряженно-деформированное состояние сквозных моностальных и бистальных балок с железобетонной плитой проезжей части на металлическом поддоне в настоящее время практически не изучено, и этим вызвана необходимость проведения комплекса технико-экономических, теоретических и экспериментальных исследований.
Библиографический список
1. К вопросу применения новой конструкции ортотропной плиты проезжей части автодорожных мостов / В.М. Картопольцев, В.С. Данков, Ю.И. Зубкин, В.Е. Сухарев // Строительство автомобильных дорог и мостов. - Томск : Изд-во ТГУ, 1985. - С. 5.
2. Ржаницын, А.Р. Теория составных стержней строительных конструкций / А.Р. Ржаницын. -М. : Стройиздат, 1948. - 192 с.
E.V. BALASHOV, M.V. PIRYAYEV
TO THE QUESTION OF THE EXPERIMENTAL RESEARCH OF STRESS - DEFORMED CONDITIONS OF THROUGH BEAMS WITH A REINFORCED-CONCRETE PLATE ON THE METAL PALLET
The experimental researches of stress - deformed conditions of through mono-steel and bisteel beams with a reinforced-concrete plate on the metal pallet at static and dynamic loading are considered in the paper.
УДК 624.21.093:625.1
В.М. БРОДСКИЙ, канд. техн. наук
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕДЕЛЬНО-РАВНОВЕСНОГО СОСТОЯНИЯ ИЗГИБАЕМЫХ ИЗ ПЛОСКОСТИ ТОНКИХ ПЛАСТИН С ТРЕЩИНОЙ
В данной работе анализируется предельно-равновесное состояние изгибаемых из плоскости тонких пластин с трещиной. Для описания предельно-равновесного состояния трещины в материале, который работает в упругой стадии, применяется аппарат линейной механики разрушения. Основной принцип линейной механики разрушения базируется на возможности однопараметрического описания поля напряжений в вершине трещины. В частности, одним из таких параметров является коэффициент интенсивности напряжений (КИН) К! (разрушение по механизму отрыва). В работе получены аналитические выражения КИН в виде функций от уровня и характера приложенных напряжений, а также длины трещины. Проведена оценка точности аппроксимации результатов эксперимента с помощью полученных выражений. Определена область перехода стальной пластины с трещиной в предельное состояние при различных соотношениях величин изгибающих и растягивающих напряжений.
На отечественной сети железных дорог нашли широкое применение цельносварные сплошностенчатые пролётные строения периода проектирования 60-х годов пролётами 18,2-33,6 м. Их конструкция представляет собой две двутавровые главные балки, объединённые системой продольных и поперечных связей, которые смещены относительно поясов. Хотя пролётные строения эксплуатируются относительно небольшой срок, однако в элементах
