CC BY
21
9. Ударно-волновое инициирование детонации гетерогенного взрывчатого вещества за разнесенными многослойными преградами / Н.Н. Белов, Н.Т. Югов, С.А. Афанасьева [и др.] // ДАН РФ. - 1999. - Т. Зб8 - № 5. - С. 681-69Q.
1Q. Сопоставление теории с результатами опытов по переходу горения в детонацию / Д. Пилчер, М. Бекстенд, Л. Кристенсен [и др.] // Детонация и взрывчатые вещества. -М. : Мир, - 1981. - С. 3Q6-322.
N.N. BELOV, N.T. YUGOV, A.N. TABACHENKO, S.A. AFANASIEVA,
A.A. YUGOV, O.Y. FEDOSOV, I.N. ARKHIPOV
RESEARCH OF FEATURES OF DEFORMATION AND DESTRUCTION OF LONG CORES AT INCLINED IMPACT WITH THE STRUCTURE FROM THE SPATIALLY-CARRIED BARRIER
Within the limits of model of porous elastic-plastic environments the calculation on shock interaction of steel, ceramic-metal and compound cores with the protective structure consisting of spatially-carried multilayered barrier has been carried out by the numerical method of the final elements modified on the decision of problems of impact and explosion. Research was carried out for speed of impact 2 km/s.
УДК 624.012.45:69.058.2/8
Д.Ю. САРКИСОВ, аспирант,
ТГАСУ, Томск
ПРОЧНОСТЬ И ДЕФОРМАТИВНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ КОСОМ ВНЕЦЕНТРЕННОМ КРАТКОВРЕМЕННОМ ДИНАМИЧЕСКОМ СЖАТИИ, РАСТЯЖЕНИИ И ИЗГИБЕ
В статье представлены данные исследований железобетонных элементов прямоугольного сечения, проведенных при косом внецентренном кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе. Выявлено влияние уровня продольной силы на характер распределения деформаций по высоте сечения, деформативность, несущую способность и схему разрушения элементов.
В условиях косого внецентренного сжатия, растяжения и изгиба может работать широкий класс железобетонных конструкций.
Метод расчета железобетонных элементов с использованием теории поверхностей относительного сопротивления по прочности и трещиностойко-сти, основанный на деформационной модели и использующий реальные нелинейные диаграммы бетона и арматуры, позволяет рассматривать прочность и трещиностойкость нормальных сечений железобетонных элементов во всем диапазоне загружения от центрального растяжения до осевого сжатия [1]. На рис. 1, а представлена поверхность относительного сопротивления по прочности и трещиностойкости нормальных сечений железобетонных элементов,
© Д.Ю. Саркисов, 2QQ8
построенная в трехмерном пространстве координат. При этом можно выделить три стадии расчета при кратковременном динамическом нагружении, соответствующих нормированию предельных состояний: стадия работы элемента без трещин I (стадия 1а), стадия работы элемента с трещинами II (стадия 1б), работа элемента в пластической стадии III (стадия 1в) [2]. На рис. 1, б приведены зоны случайных, больших и малых эксцентриситетов.
С целью получения предпосылок и проверки предложенного метода расчета были запланированы и проведены экспериментальные исследования симметрично армированных железобетонных элементов на косое внецентрен-ное кратковременное динамическое сжатие, растяжение и косой изгиб.
Программа экспериментальных исследований (рис. 2) включала испытание пятнадцати железобетонных образцов прямоугольного сечения длиной два метра на кратковременную динамическую нагрузку. Была принята следующая маркировка образцов: КИ - для испытания на косой изгиб, КВС - для испытания на косое внецентренное сжатие, КВР - для испытания на косое внецен-тренное растяжение, число после букв обозначает порядковый номер элемента.
В экспериментальных исследованиях варьировался уровень продольной силы, действующей на образец, оценивалось его влияние на прочность железобетонных элементов.
Образцы представляют собой прямоугольные балки размерами 180x90x2000 мм с расчетным пролетом 1800 мм. Армирование выполнено пространственными вязаными каркасами с рабочей арматурой из четырех стержней диаметром 10 мм класса А400С, поперечное армирование осуществлялось арматурой диаметром 3 мм класса Вр-Г
Испытания железобетонных элементов проводились в лаборатории кафедры железобетонных и каменных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета. Для получения информации о поведении элементов использовалась специально разработанная установка для экспериментальных исследований строительных конструкций [3], которая включала стенды, выполненные на базе копровой установки [4, 5], первичные преобразователи измерительной информации (тензорезисторы, датчики больших перемещений, силомер и др.) совместно с измерительными комплексами МГС-300, МГС-400. При испытаниях измерялись: действующая динамическая нагрузка, опорные реакции, прогибы, ускорения, деформации бетона и арматуры по высоте сечения и длине элемента. При испытаниях использовались специальное устройство для измерения опорных динамических реакций [6] и методика наклейки тензорезисторов на арматурные стержни [7]. Общий вид проведения экспериментальных исследований представлен на рис. 3.
Экспериментальный образец испытывался в горизонтальном положении и устанавливался на специальные опоры под углом, при котором силовая линия проходила через углы поперечного сечения элемента. Продольная нагрузка прикладывалась при помощи домкрата и насосной станции. Экспериментальная кратковременная динамическая нагрузка создавалась при помощи падения груза массой 400 кг с высоты 570 мм. Продолжительность действия нагрузки составляла 25-40 мс, при этом нагрузка подавалась через резиновые прокладки, увеличивающие время ее действия.
г I _ (0 -1 >
I->МУ,—
1(1в)
Косое
внецентренное
растяжение
Растяжение
ВНСЦЕН! [ТенИОС
растяжение
Г1
'Апу-р-----о—
км?>у
Косой
изгиб
Сжатие
о
а
б
Рис. 1. Поверхность относительного сопротивления железобетонных элементов:
а - стадии работы элемента при кратковременном динамическом нагружении: I (1а) - работа элемента в упругой стадии без трещин, II (1б) - работа элемента в упругой стадии с трещинами, III (1в) - работа элемента в пластической стадии; б - зоны случайных, малых и больших эксцентриситетов: А - зона случайных эксцентриситетов, ^ > Сй1, Б - зона малых эксцентриситетов, ^Я1 >С > Ся, В - зона больших эксцентриситетов, ^ < Ся
Рис. 2. Программа экспериментальных исследований
а
б
Рис. 3. Общий вид испытания железобетонного элемента при косом внецентренном кратковременном динамическом сжатии (а) и используемая измерительная аппаратура (б)
В результате экспериментальных исследований были получены графики изменения деформаций бетона и арматуры, прогибов железобетонных элементов, действующей нагрузки с течением времени.
Предельные сжимающие деформации бетона (рис. 4)составляли
(230-270)-10-5 е.о.д., а предельные растягивающие деформации арматуры -(250-300)-10-5 е.о.д. Запаздывание пика деформаций бетона относительно пика нагрузки составляло 4-13 мс, а запаздывание пика деформаций арматуры относительно пика нагрузки - 3-10 мс.
Время, с
Рис. 4. Характерные графики изменения деформаций бетона (сверху) и арматуры (снизу) при кратковременном динамическом нагружении
Была подтверждена правомерность использования гипотезы плоских сечений при расчете железобетонных элементов на косое внецентренное кратковременное динамическое сжатие, растяжение и изгиб (рис. 5).
Изучение влияния уровня продольной силы на несущую способность экспериментальных железобетонных образцов дало следующие результаты. Увеличение уровня растягивающей продольной силы уменьшает несущую способность элемента, как показали исследования, от 56,6 кН (при отсутствии продольной силы) до 31,7 кН (при уровне продольной силы, равном
ап 0,5as,tot,t).
Рис. 5. Характерный график распределения деформаций по высоте сечения экспериментального образца с течением времени
Увеличение уровня продольной сжимающей силы дает повышение несущей способности от 56,6 кН (при отсутствии продольной силы) до 101,6 кН при уровне продольной силы, равном ап = 0,5. При дальнейшем увеличении продольной силы наблюдается снижение несущей способности элемента до 86,6 кН при уровне обжатия, равном ап = 0,75. Из вышесказанного можно заключить, что увеличение уровня обжатия железобетонных образцов до значения ап = 0,5 положительно сказывается на его несущей способности при кратковременном динамическом нагружении (рис. 6).
Рис. 6. Диаграмма изменения несущей способности железобетонных образцов в зависимости от уровня продольной силы
Максимальные прогибы возникали при минимальном значении продольной силы; при увеличении уровня продольной силы прогибы уменьша-
лись. Для различных экспериментальных образцов значение максимальных прогибов варьировалось от 50 до 90 мм (рис. 7).
Кроме того, были получены значения ускорений железобетонных образцов в отдельных точках по длине балок. Ускорения в центре пролета экспериментальных образцов в среднем составляли 400 м/с2. Характерный график ускорений в центре пролета железобетонного образца представлен на рис. 8.
Рис. 7. График изменения прогибов экспериментальных образцов в зависимости от уровня продольной силы
Рис. 8. Характерный график ускорений железобетонного образца
При обработке экспериментальных данных фильтрация ускорений производилась на частоте собственных колебаний балки, которая составляла 70 Гц. Частота собственных колебаний балки определялась следующим образом. В центре пролета устанавливался вибратор с возможностью регулирования частоты вибрации, а на балку в различных точках крепился акселерометр, который в реальном времени показывал ускорения балки. При повышении частоты вибрации до определенного уровня система входила в резонанс -данная частота принималась за частоту собственных колебаний балки.
Было оценено влияние уровня продольной силы на схемы разрушения экспериментальных образцов (рис. 9).
Рис. 9. Разрушение элементов при кратковременном динамическом нагружении в зависимости от уровня продольной силы (развертка):
а - при косом внецентренном растяжении; б - при косом изгибе; в - при косом внецентренном сжатии
а
б
в
При испытаниях на косое внецентренное растяжение с высоким уровнем продольной растягивающей силы наблюдается образование сквозной трещины по периметру образца в центральном сечении элемента. Сжатая зона не разрушается. При уменьшении величины растягивающей силы количество нормальных трещин увеличивается, а центральная трещина уменьшается, при этом наблюдается разрушение сжатой зоны бетона. При низком уровне продольной сжимающей силы наблюдается образование нескольких нормальных к продольной оси элемента трещин в зоне чистого изгиба, при увеличении уровня обжатия количество трещин сокращается, а разрушение концентрированно происходит по сжатой зоне бетона.
На основе разработанной теории были составлены алгоритм и программа расчета железобетонных элементов. Сравнение результатов проведенных экспериментальных исследований с результатами расчетов, проведенных с использованием теории поверхностей относительного сопротивления по прочности, дали удовлетворительную сходимость, расхождения не превышали 15-20 % (рис. 10).
Рис. 10. Сравнение теоретических и экспериментальных данных
Разработанный метод доведен до программного продукта, позволяющего выполнить расчет железобетонных элементов прямоугольного сечения на статическое и кратковременное динамическое нагружение при любом сочетании продольных сил и изгибающих моментов двух плоскостей.
Библиографический список
1. Plevkov, V.S. Estimattion of ferro-concrete structures strength of usual and prestressed reinforcing under longitudinal forces, bending and twisting moments / V.S. Plevkov, A.I. Malga-nov, I.V. Baldin, P.V. Stukov, K.V. Kalachev, D.Ju. Sarkisov // Proceedings KORUS 2004. -Vol. 2. - Tomsk, 2004. - P. 342-344.
2. Попов, Н.Н. Вопросы расчета и конструирования специальных сооружений / Н.Н. Попов, Б.С. Расторгуев. - М. : Стройиздат, 1980. - 190 с.
3. Установка для экспериментальных исследований строительных конструкций: пат. 66534. Рос. Федерация: МПК G01N 3/00 / Плевков В.С., Однокопылов Г.И., Сарки-
сов Д.Ю., Тигай О.Ю., Однокопылова О.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ТГАСУ», № 2007110136; заявл. 19.03.2007; опубл. 10.09.2007.
4. Стенд для испытания железобетонных элементов на косое внецентренное кратковременное динамическое растяжение: пат. 48225. Рос. Федерация: МПК7 00Ш 3/00, 3/08, 3/30 / Плевков В.С., Саркисов Д.Ю.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ТГАСУ», № 2005112503; заявл. 25.04.2005; опубл. 27.09.2005.
5. Стенд для испытания железобетонных элементов на косое внецентренное кратковременное динамическое сжатие: пат. 53776. Рос. Федерация: МПК 00Ш 3/00, 3/08, 3/30 / Плевков В.С., Саркисов Д.Ю.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ТГАСУ», № 2005137995; заявл. 06.12.2005; опубл. 27.05.2006.
6. Устройство для измерения опорных реакций: пат. 55469. Рос. Федерация: МПК 001Ь 1/04, 00Ш 3/30. / Плевков В.С., Саркисов Д.Ю., Однокопылов Г.И.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ТГАСУ», № 2006105449; заявл. 21.02.2006; опубл. 10.08.2006.
7. Тензодатчик: пат. 62234. Рос. Федерация: МПК 001Б 7/16 / Плевков В.С., Однокопылов Г.И., Луков С.А., Саркисов Д.Ю., Тигай О.Ю., Однокопылова О.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ТГАСУ», № 2006141682; заявл. 24.11.2006; опубл. 27.03.2007.
Б.Ж 8ЛЯК180У
EXPERIMENTAL RESEARCHES OF REINFORCED CONCRETE RECTANGULAR ELEMENTS AT SLANTING ECCENTRIC SHORT-TERM DYNAMIC COMPRESSION, STRETCHING AND BENDING
The data of researches of reinforced concrete rectangular section elements are given in the paper. The researches were carried out at slanting eccentric short-term dynamic compression, stretching and bending. The influence of a level of longitudinal force on the character of distribution of deformations on the height of section, dynamic deformation, carrying ability and the scheme of destruction of elements is revealed.
УДК 69.034.92:691.328.2
В.П. СЕЛЯЕВ, докт. техн. наук, профессор,
Т.А. НИЗИНА, канд. техн. наук, доцент,
В. В. ЦЫГАНОВ, канд. техн. наук,
МГУ, Саранск
РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ГРАДИЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ УСИЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
В работе приведены результаты исследований по разработке эпоксидных функционально-градиентных покрытий. Установлено, что эффективность их применения повышается, если учитывать влияние покрытий на работу бетонных и железобетонных элементов конструкций.
В настоящее время в строительной практике при ремонте и защите железобетонных поверхностей все большее применение находят различные виды полимерных покрытий.
© В.П. Селяев, Т. А. Низина, В.В. Цыганов, 2008
