Файл: Митрофанов, Е. Н. Армоцемент.pdf

Г л а в а ш е с т а я

ОПЫТ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИИ НА МОДЕЛЯХ ИЗ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА, АРМИРОВАННОГО ТКАНЫМИ СЕТКАМИ

§ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Пространственные конструкции различных типов находят все более широкое применение в практике проектирования и строитель­ ства. Важную роль в этом играет развитие экспериментальных методов расчета с использованием моделей. С помощью моделей возможно изучение конструкций сложной формы, трудно поддаю­ щихся аналитическому расчету на упругопластической стадии и на стадии разрушения. Для армоцементных конструкций данное об­ стоятельство имеет также исключительно важное значение.

Все это предопределяет выбор такого моделирующего мате­ риала, свойства которого повторяли бы свойства материала реаль­ ной конструкции.

Для получения качественной картины работы конструкций на моделях могут быть использованы различные материалы, однако для количественных оценок напряженно-деформированного состоя­ ния одним из лучших моделирующих материалов является мелко­ зернистый бетон. Обладая высокой плотностью, однородностью, хорошей формуемостыо, мелкозернистый бетон обеспечивает по­ лучение моделей с толщиной поля 4—5 мм без усадочных трещин. Для приближения условий работы натуры и модели под нагруз­ кой мелкозернистый бетон следует армировать.

Армирование модели ткаными сетками позволяет изучить ра­ боту конструкций на упругопластической стадии, при которой про­ исходит перераспределение и формирование устойчивой кинемати­ ческой схемы разрушения.

Интенсивность армирования зависит от толщины сечения поля модели, а также от целевой направленности эксперимента.

В настоящей главе рассмотрены принципы выбора модели­ рующего материала, технология изготовления моделей, а также приведены конкретные примеры экспериментального исследования различных типов оболочек.

§ 2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ВЫБОРУ МОДЕЛИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА

Вопрос о выборе материала решается в зависимости от требуе­ мого характера работы моделируемой конструкции и методов, ко­ торыми намечается проводить испытания.

159

В мировой практике накопился известный опыт по использова­ нию различных материалов, призванных моделировать частично или полностью работу бетона в конструкциях и отвечающих в той или иной мере предъявляемым к ним требованиям.

данное требование выдвигается как практикой изготовления мо­ делей тонкостенных оболочек, где толщина оболочки ограничи­ вает максимальную фракцию зерен заполнителя, так и необходи­

Из-за сложной структуры бетон подвержен воздействию многих факторов, способных вызвать начальные напряжения и деформа­ ции еще до приложения нагрузки, приводящие к нарушению сплош­ ности материала. Это особенно опасно для многократно статически неопределимых систем.

5. Коэффициент Пуассона должен быть близким к таковому для бетона, а критерий подобия по микротрещинообразованню со­

ботке, не испытывая при этом внутренних напряжений, что осо­

струкций ЛенЗНИИЭП уже в течение ряда лет для изготовления моделей железобетонных пространственных конструкций исполь­ зуется мелкозернистый бетон. Он хорошо формуется и позволяет изготавливать конструкции сложной конфигурации заданной тол­ щины. Повышенная однородность материала уменьшает поле раз­ броса механических характеристик, а сеточное армирование бе­ тона сокращает количество усадочных трещин, уменьшая тем самым физическую неоднородность материала. Наименьшая тол­ щина сечения поля модели может быть получена равной 4 мм. Армирование такого элемента осуществляется одной тканой сеткой

160

График напряжений — деформаций при изгибе и растяжении образцов тонкостенного армоцемента на упругой и в начале упру­ го-пластической стадии подобен графикам для железобетона.

Коэффициент Пуассона тонкостенного армоцемента мало отли­ чается от коэффициента Пуассона железобетона.

При разрушении элементов армоцементных пространственных конструкций под действием растягивающих или изгибных напря­ жений в наиболее напряженных зонах возникает большое коли­ чество дискретно расположенных трещин, что позволяет более точно установить схему и механизм разрушения конструкции. Это особенно важно для экспериментальных исследований, цель кото­ рых— выявление вероятных кинематических схем разрушения про­ странственных конструкций, могущих лечь в основу расчета несу­ щей способности методом предельного равновесия.

В ряде случаев целесообразно в цементный раствор на основе быстротвердеющих цементов вводить добавки полимера. Это об­ стоятельство позволяет варьировать прочностно-деформатнвными

тон, была модель покрытия центрального -зала Некрасовского рынка в Ленинграде, испытанная в 1960 г. (рис. 43).

Натурная конструкция — пологая оболочка с плоским контуром и размерами в плане 30X30 м. Контурные элементы спроектиро­ ваны в виде железобетонных балок с двумя предварительно-на­ пряженными арматурными пучками, опирающихся с шагом 6 м на железобетонные колонны. Поле оболочки толщиной 10 см ар­ мировалось двумя слоями арматурной сетки с ячейками ЮОХ XI00 мм и стержнями диаметром 6 мм.

Срединная поверхность модели повторяла поверхность натур­ ной конструкции. Размеры модели в осях контурных элементов составляли 2X2 м. Бортовые элементы сечением 80X80 мм арми­ ровались каркасами из четырех стержней диаметром 6 мм, с хому­

дели толщиной 7 мм армировалось тканой сеткой № 5 из прово­ локи диаметром 0,7 мм.

Испытание преследовало цель изучение напряженно-деформи­ рованного состояния конструкции под действием равномерно рас­ пределенной и различных комбинаций односторонних распределен­ ных нагрузок.

Загруженне оболочки производилось кирпичом, который укла­ дывался столбиками (рис. 44). Испытание позволило сделать следующие в ы в о д ы :

161

3. Для усиления угловых и прнкоитурных зон оболочки необ­ ходимо предусмотреть нх армирование.

4. В целях уменьшения горизонтальных смещений бортовых эле­ ментов от натяжения пучков последние надо располагать с эксцен­ триситетом по отношению к главной осн бортового элемента, сме­ щая их в наружную сторону.

Полученные экспериментальные данные были использованы при разработке рабочих чертежей покрытия центрального зала Некра­ совского рынка в Ленинграде.

В 1962 г. была испытана модель (в одну пятую нормальной величины) железобетонной двухшарнирнон арки волнистого сече­ ния, пролетом 30 м и шириной «волны» 6 м с двумя затяжками. Модель имела следующие размеры: пролет 6 м; ширину волны 1,21 лц стрелу подъема арки 0,72 м.

Модель была оснащена двумя затяжками круглого сечения диаметром 12 мм. Арка собиралась из сборных элементов двух типоразмеров: двух опорных и девяти промежуточных. Промежу­ точные элементы имели размеры в плане 1210x600 мм при тол­ щине 4 мм. По контуру элемент подкреплялся ребрами жесткости. Арка имела полигональное очертание, вписанное в дугу окруж­ ности радиусом 6,5 м.

Испытания показали, что при нормативной нагрузке наиболь­ ший прогиб в середине пролета составил 12,25 мм, или Vsoo Изме­ нение прогибов не пропорционально нагрузке, что свидетельствует о недостаточной жесткости модели. Деформации модели сопро­ вождались закрытием сечений. Напряжения в затяжках при нор­ мативной нагрузке достигали 1000 кГ/см2. Разрушение модели произошло при нагрузке 635 кГ/м2 (с учетом собственного веса). Отношение разрушающей нагрузки к расчетной (500 кГ/м2) со­ ставило 1,27, что меньше нормативного, равного 1,4.

Разрушение произошло во всех четырех углах опорных эле­ ментов (рис. 45), что позволило сделать вывод о необходимости повышения жесткости и несущей способности конструкции путем усиления опорных элементов и продольных ребер жесткости. Для

Конструкция собиралась из десяти элементов двух типораз­ меров: двух опорных и восьми промежуточных. По контуру эле­ ментов имелись ребра жесткости, образующие контурные арки

163