Файл: Кикин, А. И. Конструкции из стальных труб, заполненных бетоном.pdf

3)характеристику прочности стандартных кубов из того же бетона, что и ядро, в том же возрасте;

4)коэффициент Пуассона ѵ = еі:е2, найденный при сжатии стальных незаполненных труб в пределах упру­ гости;

5)модуль нормальной упругости Е, найденный при сжатии стальных незаполненных труб;

6 ) величину предварительного напряжения трубобе­

тонного стержня вследствие набухания бетона в трубе (явление отрицательной усадки).

Таково содержание эксперимента, обусловленное фор­ мой первого предельного состояния центрально-сжатого трубобетонного стержня по прочности (Р2) и теоретиче­ скими зависимостями, описывающими эту форму.

Решения задачи устойчивости длинных трубобетон­ ных стержней приводят к выражениям (46) и (47). Тождественность структуры формул (47) и (40), отлича­ ющихся лишь интенсивностью сил и напряжений, пока­ зывает, что для подтверждения теории устойчивости тру­ бобетонных стержней необходимо получить результаты, лишь Количественно отличающиеся от результатов, под­ тверждающих теорию прочности. В этом смысле теория устойчивости базируется на эксперименте с короткими стержнями и лишь отдельно фиксирует частные значения критических интенсивностей нагрузки (на трубобетонный стержень в целом) и напряжений (в ядре и оболочке). Это следует из того, что важнейшие результаты в виде структуры формулы (47) и кривых еі — Р, е2— Р заим­ ствуютсяиз теории прочности и экспериментов с корот­ кими стержнями. Такие эксперименты позволяют полу­ чить результат в условиях отсутствия поперечного про­ гиба образцов, т. е. более точно, чем он мог бы быть получен при испытании длинных стержней.

Из формулы (46) видно, что должен быть обеспечен свободный поворот торцов длинных трубобетонных стержней в плоскости возможного выпучивания, так как L в формуле (46)— расстояние между опорными шар­ нирами. С другой стороны, величины поперечных пере­ мещений оси стержня относительно прямой, проходящей через опорные шарниры, должны быть не очень велики, так как Лф в формулах (47) и (46) является критиче­ ской силой потери устойчивости первого рода. Таким образом, из опытов с длинными стержнями необходимо получить дополнительные данные по сравнению с дан­

50

ными, полученными для коротких стержней, в виде углов поворота опорных сечений и лпипіі прогибов деформиро­

ванных осей.

В процессе испытаний трубобетонных стержней в прошлом было сделано немало научных открытий, сре­ ди которых можно назвать явления увеличения прочно­ сти бетона в трубе и отрицательной усадки [30, 55].

Ученые разработали различные методические приемы испытаний. Стало классическим понятие о коротком тру-

Рис. 34. Установка для испыта­ ния трубобетониых стержней

а — коротких; б — длинных

Рис. 35. Имитация цилиндриче­ ских шарниров при закреплении концов длинных трубобетонных стержней

бобетонном стержне, применяемом в исследованиях прочности (L:D = 5). Предложен способ непосредствен­ ного определения прочности бетонного ядра на цилинд­ рах после извлечения ядра из продольно разрезаемой оболочки [56, 76]. Проведены испытания стеклянных труб, заполненных бетоном [77], демонстрирующих по­ явление трещин в результате отрицательной усадки бе­ тона, а также долговременные испытания трубобетон­ ных стержней со стальной' оболочкой, подтвердившие стабильность отрицательной усадки [30]. Поставлены опыты с гидростатически обжатыми и изолированными от окружающего пространства (по влажности) образца­ ми [8 , 9]. Наконец, имеются построенные сооружения, в том числе весьма ответственные [15, 28, 71], эксплу­ атацию которых также можно рассматривать как все­ стороннее натурное испытание.

Однако предельные состояния трубобетонного стерж­ ня по прочности при центральном сжатии могут характе­ ризоваться различными силами, что видно из (3), (4), (6 ) и (8 ). Каждому из них соответствует своя теория прочности трубобетонного блока «ядро + оболочка», а эта теория в свою, очередь определяет состав экспери­ мента и его результатов. Поэтому опыты, поставленные на основе теории, соответствующей предельному состоя­ нию в форме (4), заслуживают внимания как в постано­ вочной, так и в результативной своей части. Они имеют также значение как пример применения принципов рас­ чета сооружений по предельным состояниям в постанов­ ке научного эксперимента.

Было проведено испытание коротких и длинных стержней по программе, изложенной выше, т. е. основан­

причем для длинных стержней были обеспечены шарнир­ ные условия опирания с помощью цилиндрических шар­ ниров (рис. 35). При испытании проводили все измере­ ния, необходимые для получения данных, требуемых программой, на коротких образцах с помощью тензорезисторов, на длинных — тензорезисторов, прогибомеров, клинометров. В необходимых случаях создавали систему измерений, предназначенную для вычисления характери­ стики, непосредственно не измеряемой, например экс-

52

Рис. 36. Зависимости продольных и поперечных деформаций оболоч­ ки от продольной осевой нагрузки

центрицитета, используемого для точного центрирования стержней в испытательной установке.

Результаты экспериментов представлены в табл. 5, на рис. 36, 37 и дополнительно даются по мере сопоставле­ ния опытных и теоретических характеристик задач проч­ ности и устойчивости испытанных трубобетонных об­ разцов.

На первых этапах загружения зависимости продоль­ ных и поперечных деформаций от нагрузки близки к ли­ нейным. Далее линейность нарушается; при нагрузках около 0,7—0,8 Р наблюдается интенсивный рост попереч­ ных деформаций. На более поздних этапах загружения поперечные деформации нарастают с большей скоро­ стью, чем продольные. Выдержка до получаса при на­ грузке около 0,9РМакс не приводит к затуханию роста де­ формации у коротких стержней. Максимальная нагруз­ ка Рмакс для коротких стержней характеризуется значительными скоростями деформирования в продоль­ ном направлении: величины продольных деформаций при этом составляют примерно 15% первоначальной длины стержней. После небольшой выдержки короткого

стержня под нагрузкой P,fp происходит бочкообразное выпучивание трубы (раздутие) в поперечном направле­ нии или местное выпучивание ее стенки.

Зависимости Р — ё2, Р — еі, а — е и ѵ — s служат ос­ новой при определении напряжений стали и бетона ме­ тодом, изложенным в п. 2 настоящей главы.

В табл. 6 приведен результат расчета напряжений для трубобетонных стержней диаметром 90X4 мм, за­ полненных бетоном с 7?цуб = 250 кгс/см2 на различных ступенях загружения (рис. 38, 39).

53

55

2. Для коротких образцов в графе 16 дается предельное усилие Р макс •