Для испытания на полигон Воронежского МСУ была доставлена труба, изготовленная по трехступенчатой технологической схеме с металлической обоймой, предварительно напряженной спиральной арматурой и бетонным сердечником. Внутренний диаметр трубы равен 1 м.
Испытательная установка (рис. 51) состоит из силового металлического стенда и нагрузочного гидравлического домкрата грузоподъемностью 500 т.
Стенд имеет три рамы, соединенных поверху и понизу крестовыми связями, а по середине — горизонтальными распорками. Ригели и стойки рам соединены высокопрочными болтами. Для передачи силовых воздействий на испытываемую конструкцию стенд снабжен специальными распределительными балками коробчатого сечения.
Доставленную трубу разрезали на отдельные элементы. Для испытаний использовали три звена длиной 290±3 см.
Была принята схема загружения двумя силами, распределенными по длине звеньев. С этой целью звенья последовательно
98
устанавливали на два деревянных бруса со скошенными поверхностями. Сверху под распределительную балку была уложена доска для обеспечения более надежного контакта с поверхностью трубы.
Загрузка первого и второго звеньев осуществлялась ступенями по 10 кН (3,7 кН/м), а третьего — по 20 кН (7,4 кН/м). После каждой ступени загружения производили измерения вертикального и горизонтального диаметров звена в двух концевых сечениях по фиксированным точкам на внутренней поверхности. Для этой цели использовали деформометр штангельного типа с точностью измерения 0,1 мм.
Первое звено испытывали с целью предварительной оценки характера его поведения под нагрузкой вплоть до разрушения. При нагрузке 70 кН (25,9 кН/м) по лотку и в замке образовались сквозные продольные трещины с раскрытием до 0,2 — 0,3 мм и произошло частичное отслоение защитного слоя.
Дальнейшее увеличение нагрузки
| до 90 кН (33,3 кН/м) привело к разрушению бетонного сердечника и потере устойчивости стального цилиндра в замке на одном из концов испытываемого звена. При этом разрушение бетонного сердечника в сжатой зоне по горизонтальному диаметру не зафиксировано. В результате тщательного осмотра было обнаружено несимметричное расположение домкрата по длине звена, что и явилось причиной преждевременной потери несущей способности звена в результате неравномерной передачи нагрузки. Во втором звене при нагрузке 60 кН (22,2 кН/м) на одном |
Рис. 51 Установка для испытания предварительно напряженной трубы с металлической обоймой и бетонным сердечником
|
99
концевом участке лотка образовалась волосяная трещина длиной около 1 м, при нагрузке 80 кН (29,6 кН/м) появилась продольная трещина в замковом сечении, а нижняя трещина распространилась на всю длину звена с раскрытием до 0,5 мм. Развитие сквозной трещины в замке соответствовало нагрузке 100 кН (37,0 кН/м); при этом трещина раскрылась до 0,2-0,3 мм.
После увеличения нагрузки до 110 кН (40,7 кН/м) была произведена разгрузка звена. При этом полная величина изменения вертикального диаметра составила 29,7 мм, упругая часть деформации равнялась 18,7 мм (63%) и остаточная — 11,0 мм (37%).
Соответствующие данные получены и по горизонтальному диаметру: полная деформация 24,7 мм, упругая 10,3 мм (42%), остаточная 14,4 мм (58%). Характер развития общих деформаций звена в процессе загружения иллюстрируется кривыми, приведенными на рис. 52. Анализ этих зависимостей позволяет выделить три стадии работы трубы под нагрузкой:
I — упругая; II — упругопластическая и III — пластическая.
Каждая стадия характеризуется определенными значениями предельных нагрузок. Для стадии I предельной следует считать нагрузку, которая соответствует образованию продольной трещины в одном из сечений по вертикальному диаметру звена. В данном случае эта нагрузка примерно равна 25 кН/м. Стадия II завершается образованием второго пластического шарнира, что соответствует нагрузке примерно 40 кН/м. В стадии III происходит интенсивное нарастание деформаций «сплющивания» по вертикальному диаметру без разрушения бетона сердечника в сечениях по горизонтальному диаметру. Последнее было прослежено при повторном приложении нагрузки 150 кН (55,5 кН/м). Полная деформация вертикального диаметра составила 56 мм, а горизонтальная — 44 мм.
Анализ результатов испытаний третьего звена по развитию общих деформаций (см. рис. 52) позволяет утверждать, что в качественном отношении характер работы звена под нагрузкой аналогичен имевшему место при испытании второго звена. Отличие состоит лишь в количественных показателях, свидетельствующих о несколько большей несущей способности испытываемого звена.
Максимальная нагрузка при испытании достигала 150 кН (55,5 кН/м).
Полная вертикальная деформация составила 53 мм, а горизонтальная — 39 мм. После загрузки упругая деформация по вертикальному диаметру была равна 24 мм (45 %), остаточная — 29 мм (55 %).
100
Рис. 52. Изменение вертикального (сплошные кривые) и горизонтального
(штриховые) диаметров второго (кривая 2) и третьего (кривая 1) звена
Соответственно по горизонтальному диаметру упругая деформация составила 17 мм (44%), остаточная — 22 мм (56% ).
Таким образом, конструкция железобетонных труб со стальным цилиндром, спиральной напряженной арматурой и бетонным сердечником обладает невысокой несущей способностью по сравнению, например, с виброгидропрессованными трубами.
Под нагрузкой исследуемая труба работает как податливая в трех стадиях: упругой, упругопластической и пластической, что должно быть учтено при расчете такой конструкции.
Характер работы испытанных звеньев свидетельствует о необходимости надежного уплотнения пазух и грунтовой призмы в процессе строительства.
101
Испытания прямоугольных