Добро пожаловать на официальное интернет-представительство Некоммерческого Партнерства "Союз производителей бетона"
Союз создан в 2003 году с целью координирования, регулирования и управления разрозненными отраслями, нормальное функционирование которых необходимо для общего развития рынка бетона. Мы заинтересованы в формировании и укреплении здоровой экономической политики на строительном рынке.






ПРИГЛАШАЕМ ПРИНЯТЬ УЧАСТИЕ


МЫ СОТРУДНИЧАЕМ



НАШИ ПАРТНЕРЫ







АВТОРИЗАЦИЯ
Логин:
Пароль:
Регистрация
Забыли свой пароль?


 

БЕТОН И ЖЕЛЕЗОБЕТОН - СТАТЬИ

Прислать свою статью


12.09.2012

Исследование работы на динамическую и статическую нагрузку объединения фиброжелезобетонной плиты и стального элемента с арматурными упорами из стали А500СП

Комментариев: 0 | Количество просмотров: 4609

Авторы: Антропова Е.А.к.т.н., Бегун И.А. к.э.н., (ОАО ЦНИИС), Аммосов П.В. к.т.н (з-д МОКОН)

Представлены результаты исследования на моделях трещиностойкости фибробетона плиты сталежелезобетонного пролетного строения моста в зоне объединения с главными балками. Модели изготовлены на заводе мостовых конструкций ОАО «Мостотрест». Состав фибробетона принят по разработанному в ОАО ЦНИИС СТО-11502704-001-2010

Для улучшения некоторых свойств бетона, таких, например, как ударная вязкость и временное сопротивление разрыву, бетонная смесь армируется различными волокнами. Для этого исследовалось связь между волокнами и цементным тестом, поскольку именно эта связь отвечает за улучшение механических свойств армированных цементных растворов. Обычно используются различные типы волокон, изготовленных из таких материалов как сталь или органические материалы. Волокна различаются по форме, длине, шероховатости поверхности и т. п.

Широкое применение за рубежом, в частности, в штате Огайо США сталефибробетон получил в качестве покрытий проезжей части пролетных строений мостов. Наблюдения за опытными мостами в течение 15-ти лет показали устойчивые свойства в агрессивных средах этих покрытий, их высокую трещиностойкость и износостойкость. По данным США применение эффективных химических добавок, увеличивающих сцепление фибр в бетоно-матрице, позволяет обеспечить повышенную долговечность сталефибробетона при воздействии ударных и многократно-повторных нагрузок, что подтверждено отечественными испытаниями на выносливость сталефибробетонных образцов на базе 3 млн циклов при амплитуде цикла r=0,1-0,15 [1]

Выполненные исследования позволяют использовать при проектировании и эксплуатации высокие свойства сталефибробетона: повышенную трещиностойкость и способность управлять процессом появления и развития трещин, что обеспечивает конструкциям из МФБ высокую долговечность, соразмерную со сроком службы сооружения.

Однако срок наблюдения за коррозионной стойкостью сталефибробетонных конструкций недостаточен для обоснования их эксплуатационной эффективности в коррозионных средах. С этой позиции интересно изучать возможность применения в ответственных транспортных сооружениях дисперсного армирования бетона полимерными материалами, в частности, полиолефиновыми волокнами [1].

Полиолефиновые волокна имеют форму цилиндра с гладкой поверхностью. Представляется, что из-за такой поверхности хорошую связь с цементным тестом получить труднее, чем в контакте со стальными волокнами. Однако, несмотря на это качество волокон, армированный полиолефиновыми волокнами бетон демонстрирует хорошую ударную вязкость и прочность на растяжение – необходимые качества для торкретбетона.

На указанный конструкционный материал и технологию его приготовления совместно с ОАО ЦНИИС разработан Стандарт организации ОАО «3М Россия», получен сертификат соответствия и патент, что сулит разработчикам большую выгоду в применении этих решений в соответствии с законом РФ №184-ФЗ «О техническом регулировании».

В сталежелезобетонных пролетных строениях мостов с применением монолитной плиты сохраняется особая зона трещинообразования в местах сопряжения стальных балок с плитой через гибкие упоры Нельсона. На разрешение этой проблемы направлены проведенные в лаборатории моделирования и испытания конструкций ИЦ «ЦНИИС-ТЕСТ» исследования выносливости фибробетонных моделей объединения с гибкими упорами из новой стали А500СП.

В СП 35 13330-2011 (актуализированный СНиП 2.05.03-84*) приведены эмпирические формулы, полученные из условия ограничения остаточных деформаций сдвига в объединении железобетона и стального элемента сталежелезобетонного пролетного строения после статического загружения величиной 0,08мм. Достоверность оценки выносливости объединения возрастает при предварительных динамических испытаниях.

Для испытаний разработан и изготовлен образец-модель сталефиброжелезобетонного пролетного строения, конструктивно состоящий из двух опорных фиброжелезобетонных блоков, содержащих по 4 арматурных упора, симметричных между собой относительно стальной пластины, к которой с обоих сторон эти упоры приварены с помощью сварочного автомата «Гефест» автора-разработчика Бахурина О.Г. [рисунок 1]. На выступающей части стальной пластины для приложения испытательных нагрузок обеспечивается площадка 10х10мм по осям симметрий приваренных упоров. К местам возможного появления трещин были наклеены датчики с компьютерной индикацией.

Испытания проводились на прессе-пульсаторе ЦДМ-100. Для испытаний на многократно повторную нагрузку были приняты следующие параметры: максимальная нагрузка на образец -27,5тс (на каждый упор -3,4тс), минимальная-5,5тс, характеристика цикла 0,2.

После 2 млн. циклов приложения нагрузки никаких разрушений не наблюдалось. Получен положительный результат динамических испытаний.

Далее были установлены 4 компьютерных индикатора перемещения-прогибомеры. Были проведены статические испытания образца-модели. При статическом нагружении стальная пластина продавливалась между фиброжелезобетонными блоками. Ступенчатое нагружение согласно таблице чередовалось с разгружением до 0 при считывании сдвигов пластины относительно блоков.

При нагрузке, равной 50,2тс произошло разрушение объединения одного из блоков, после при нагрузке -45тс – второго блока и был полный сдвиг пластины относительно блоков. При этом нужно отметить, что полному натуральному соответствию следует картина разрушений сварочных соединений только первого блока (на фото справа), так как дальнейшее нагружение не симметричного образца со вторым блоком искажает принципиальную схему нагружения. Разрушение произошло ожидаемо по пластичной зоне термовлияния в непосредственной близости от венчика наплавленного металла без проявления дефектов сварки. Внешняя схожесть изломов свидетельствует о высокой стабильности качества сварки.

Согласно СНиП сдвигающее усилие Sh приходящееся на один гибкий упор должно отвечать следующим условиям прочности ( для гибких упоров в виде круглых стержней при l/d > 4,2):

Sh≤100d2√Rb,кгс (1)

Кроме того должно быть выполнено условие:

Sh≤0,63d2mRу,кгс, (2)

где: l- длина круглого стержня гибкого упора, см;

d=1,6- диаметр стержня гибкого упора, см;

Rb=225- расчетное сопротивление бетона по прочности на сжатие для бетона класса В45, кгс/см2;

Rу=3550- расчетное сопротивление стали растяжению по пределу текучести, кгс/см2;

m=0,8- коэффициент условия работы на срез.

В результате расчета: Sh ≤ 3840 кгс по (1), Sh ≤ 4580 кгс по (2), а максимально допустимое в расчете усилие на 1 упор: Sh = 3,8 тс.

Рис. 1 Изготовление образцов-моделей объединения фибробетонной плиты с главными балками сталежелезобетонного пролетного строения моста

В сводных таблицах 4.1-4.2 представлены в % запасы упругой прочности и прочности до момента разрушения образцов-моделей как по настоящей работе, так и по работе с применением стали 25Г2С для гибких упоров диаметром 14мм, выполненной НИИ мостов в г. С-Петербурге в 1999 г. При этом необходимо принять во внимание, что дефекты, выявленные после разрушения образца №3, по совокупности от площади сечения всех стержней, составляют -8,5%, что превышает международный регламент на 70%, но при этом запас прочности не исчезает.

В то время для лучшего формирования венчика в качестве источника переменного тока был выбран трансформатор ТДФЖ 1002, что и было причиной появления подобных дефектов. В настоящее время в результате технологических модернизаций и применения источника постоянного тока типа ВДМ 1202 вполне обеспечено бездефектное состояние сварочных соединений, что и показывает настоящая работа, поэтому нет необходимости в технологическом регламенте применять 100% УЗДК, а вполне достаточно только при технологической пробе в конкретных производственных условиях. Допустимую относительную площадь дефектов можно увеличить от 5до 8% , что даст возможность смягчения сварки путем уменьшения сварочного тока при увеличении времени сварки.

Результаты выполненных испытаний модели на выносливость представлены на рисунках 2-3.

Рис. 2 Статические испытания образцов-моделей до разрушения

гибких упоров на сдвиг после 2-х млн. циклов многократно-повторных нагрузок:

момент испытания образца-модели на сдвиг до разрушения

с использованием электронных прогибомеров

Для сравнения резервов по выносливости проведено испытание на выносливость образца-модели из железобетона без фибры.

Для изготовления образца без фибры принимали состав бетона класса В40, но с осадкой конуса О.К.=12 см, то есть более жесткой бетонной смесью.

Результаты набора прочности бетоном этой серии показали: на 10-е сутки получен класс бетона В45, что составляет 115% от проектной марки, на 28-е сутки достигнут класс бетона В50 и соответственно 125% от проектной марки.

Rb=255 - расчетное сопротивление бетона по прочности на сжатие для класса В50 Н/мм2 (кгс/см2)) - по СП 52-101—2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры.

По формулам (1) и (2) для 8 гибких стержней нагрузка на выносливость составит: Nmax = 32тс. При r=0,2 Nmin==6,4тс.

Приближая испытания к образцу-модели №1 (с фиброй 3М) приняли режим нагружения образца №2 по аналогии следующим:

Nmax =27,5тс; Nmin=0,2х27,5=5,5тс.

Рис. 3 График сдвига гибких упоров при статическом загружении

в фибробетонной среде после испытания на выносливость на базе 2 млн. циклов

В бетонной поверхности над гибкими стержнями наклеивали тензодатчики, позволяющие фиксировать появление трещин в бетоне в процессе воздействия многократно-повторных нагрузок. Через каждые 500 тыс. циклов с использованием системы СИИТ-2 производили измерения показателей работы тензодатиков под статическими нагрузками до уровня нагрузки 27,5т. Таким образом прослеживают изменение зависимости s® f (e) на базе 2-х млн циклов воздействия динамической нагрузки.

Испытания образца-модели из обычного железобетона (без фибры) на выносливость в режиме, идентичном образцу из бетона с фиброй 3М, показали: образец разрушился по бетону при 1млн. 400тыс циклов многократно-повторной нагрузки. Таким образом, введение в бетон фибры 3М повышает долговечность стыков объединения главных балок с упорами в 2000000/1400000=1.43 раза.

Испытание на выносливость модели №2 (без фибры) показало:

- разрушение произошло не по сварке гибкого упора с металлической полкой по «венчику» (расплав металла у основания в зоне сварки), а выше (рисунок 4), что свидетельствует о разрушении бетона в этом месте и оголении арматуры с последующим срезом; - причиной разрушения оказалось появление под многократно повторными нагрузками (в бетоне указанной выше зоны без фибры) растягивающих напряжений и поперечных трещин раскрытием >0,3мм; происходило их развитие и накопление дефектов, приведших в дальнейшем к разрушению бетона, а затем гибкого упора (рисунки 4- 5).

Рис. 4 Разрушение гибкого упора 1 по срезу в образце №2 (шлиф)

Рис. 5 Зона работы бетона плиты поперек моста на отрыв над гибким упором

при действии многократно повторной нагрузки от транспортных средств.

- при использовании трещиностойкого бетона в зоне приваренного к полке стальной балки гибкого упора возможно предотвратить появление трещин и реализовать эффективную работу гибкого упора из стали класса А500СП (рисунок 5). Таким качественным бетоном является фибробетон, а также сталефибробетон [2];

- по Европейским нормам зона терморазупрочнения стали кл. А500СП после приварки гибкого упора к полке балки не должна иметь прочность выше 300 НВ (по Викингу), такое требование позволяет стали А500СП иметь достаточную деформативность в эксплуатации для совместной работы с высокими деформациями при растяжении фибробетона, (рисунок 6);

- из приведенных данных следует, что как статическая, так и динамическая прочность не уменьшается при введении в бетон низкомодульных волокон, что соответствовало бы правилу смесей [3]. Очевидно, изменение динамической прочности бетона, в который введена фибра 3М, в положительном направлении (после 2 миллионов циклов многократно-повторной нагрузки в бетоне не было трещин) свидетельствует о модифицирующем действии фибровых включений, улучшающих структуру и механические характеристики цементных матриц. Этот эффект ранее оставался незаметным и может оказаться полезным при разработке новых видов материалов;

- оценка эффективности использования полимерной фибры типа 3M SCOTCHCASTTM оценивается по методике [4] с учетом отсутствия коррозии в течение всего нормативного срока службы моста (100 лет). С указанных позиций приведенная стоимость пролетного строения с полимерной фиброй по сравнению со сталефибробетонной конструкцией оказалась меньше на 35% (на примере моста через р. Москва на 466 км автомобильной дороги А-106 Ильинского шоссе. Длина моста-183,2м, ширина-12,5 м, толщина плиты-16 см).

Рис. 6 Исследование пластических свойств по законам сварочного соединения типа Т1-МФ, выполненных с помощью сварочного автомата «Гефест»,на твердомере Виккерс.

Арматурный стержень с внешним термоупрочнением Ф500СП (А500С) при сварке под флюсом по зоне термовлияния разупрочняется до состояния, соответствующего арматуре АIII. При этом твердость зоны термовлияния удовлетворяет Международному требованию (не более 350HB). Пластичность состояния околошовной зоны и сердцевины стержня предполагает возможность применения этой арматуры для гибких упоров сталежелезобетонных пролетных строений.

Зона термовлияния имеет малый размер, поэтому для проверки истинной работоспособности упоров необходимо испытание образцов-свидетелей на динамическую нагрузку.

Библиография

1. СТО-11502-001-2010 Конструкции фибробетонные с использованием полиолефиновых волокон 3М SCOTCHCASTTM для объектов транспортного строительства. ОАО «3M Россия» и «Научно-исследовательский институт транспортного строительства» (ОАО ЦНИИС)//М; 2010.

2. В.Д. Потапов, Е.А. Антропова, А.И. Фимкин, И.А. Бегун «Исследование параметров сталефибробетонных конструкций под воздействием многократно-повторных нагрузок»//Вестник МИИТа, вып.14, 2006 с.108-114.

3. Ф.Н. Рабинович «Композиты на основе дисперсно-армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции»»// М. 2004

4. А.А. Цернант, И.А. Бегун, Е.А. Антропова «Оценка эффективности сталефибро-бетонных конструкций в эксплуатационный период»//М. Транспортное строительство №10, 2004, с.31-32

Для связи с авторами: Андропова Е.А., Бегун И.А.

Тел. +7 (499) 189-72-73; факс +7 (499) 189-72-53;

BegunIA@tsniis.com


Возврат к списку

Для того чтобы оставить комментарий, Вам необходимо авторизоваться.
3.151539937042

Реклама на портале


Rambler's Top100 Яндекс цитирования
Некоммерческое партнерство "Союз Производителей Бетона",2003-2011
Все права защищены. Публикация информации с сайта без активной гиперссылки на www.concrete-union.ru и согласования с руководством запрещена
Адрес электронной почты info@concrete-union.ru
Размещение рекламы на портале НП "Союз Производителей Бетона"