Местных деформаций труб двух типов при нагрузке 60 кН

Рис. 48. Зависимости, связывающие прикладываемую силу Р и

Деформации δd виброгидропрессованных звеньев

93

III — пластическая. Каждая из этих стадий характеризуется некоторой относительной деформацией вертикального диаметра δ = ΔD/D, а именно:

стадия I — δ < ; стадия IIа — ≤ δ < ; IIб — ≤ δ < ; и стадия III — δ ≤ .

Здесь ΔD — абсолютное значение деформации сплющивания по диаметру D.

Вместе с тем можно отметить, что каждая стадия работы звеньев, в зависимости от класса бетона и диаметра спиральной арматуры, характеризуется различными предельными нагрузками. В наименьшей степени это различие проявляется в упругой стадии, для которой в среднем предельная нагрузка составляет примерно 80 кН.

Для первой упругопластической стадии характерно образование трещин в растянутой зоне верхнего и нижнего сечений с последующим разрушением сжатого бетона и развитием в этих сечениях двух пластических шарниров. Начало второй упругопластической стадии сопровождается характерным треском и отслоением защитного слоя бетона с обнажением спиральной арматуры. При дальнейшем увеличении нагрузки появляются трещины в растянутой зоне боковых сечений по горизонтальному диаметру, а к концу стадии начинается разрушение сжатого бетона на внутренней поверхности звена.

Пластическая стадия работы трубы характеризуется наличием четырех пластических шарниров, располагаемых по вертикальному и горизонтальному диаметрам. Последующее нарастание деформаций происходит при постоянной нагрузке, соответствующей разрушающей. После снятия нагрузки наблюдается значительное (около 90 %) восстановление первоначальной круговой формы звена.

Сравнение полученных экспериментальных данных с результатами теоретических расчетов показали их полную адекватность в упругой стадии работы и наличие значительного запаса прочности в отношении предельных разрушающих нагрузок.

5.3. Полевые испытания труб

из центрифугированных звеньев

Цель исследования заключалась в установлении возможности применения в дорожном строительстве центрифугированных труб повышенной прочности с внутренним диаметром, равным 1 м, и длиной 5 м.

94

Необходимость проведения настоящего исследования была продиктована рядом достоинств этих труб и предполагаемым внедрением их в качестве малых искусственных сооружений на автомобильных дорогах.

Было проведено две серии испытаний: стендовые на полигоне и натурные в насыпи.

Испытания на полигоне. Принципиальная схема испытательной установки основывалась на загружении звена трубы двумя диаметрально противоположными сосредоточенными силами, действующими по направлению вертикального диаметра. Для этой цели на дно специально вырытой траншеи укладывали бетонные блоки, по верху которых на слое песка толщиной 1,5 см устанавливали испытываемое звено 1 трубы. По верхней образующей звена размещали деревянный брус 4, на который опирался настил 2 из бревен.

В качестве испытательной нагрузки был использован одноосный каток 3 на пневматическом ходу с загрузочным бункером, в который укладывали бетонные блоки (рис. 49).

Загружение осуществлялось тремя ступенями общим весом 1,5; 2 и 2,5 кН.

В процессе испытания с помощью двух индикаторов с ценой деления 0,01 мм, установленных на специальном штативе в середине звена и у торца, измеряли общие деформации, характеризующие изменение вертикального диаметра звена. Для контроля были

Рис. 49. Установка для стендовых испытаний центрифугированной трубы

95

установлены два прогибомера Максимова с ценой деления 0,1 мм. Одновременно с измерением деформаций фиксировали момент образования продольных трещин, их величину и характер развития. В табл. 11 приведены полные деформации изменения вертикального диаметра звена в процессе загружения испытательной нагрузкой.

Таблица 11

Исследуемое сечение	Полная деформация вертикального диаметра, мм, при нагрузке
	1,5 кН	2,0 кН	2,2 кН	2,5 кН
По середине звена	0,62	0,93	1,41	2,08
У торца звена	0,36	1,93	2,56	3,39

При нагрузке 1,5 кН у одного из торцов трубы были обнаружены продольные трещины на внутренней поверхности. По лотку трещина имела длину 1,2 м, а в замке 0,6 м. Внешним осмотром других трещин обнаружено не было. Следовательно, звено в целом проявляло упругий характер работы. Первая волосяная трещина длиной 30 см на наружной поверхности в зоне горизонтального диаметра была зафиксирована при нагрузке 2,2 кН. При нагрузке 2,5 кН отмеченные трещины несколько увеличились как по глубине, так и по длине. Однако образования новых трещин отмечено не было. После снятия нагрузки в сечении по середине звена были зафиксированы остаточная деформация, равная 0,88 мм, и упругая, равная 1,20 мм.

Анализ полученных результатов испытаний позволяет сделать вывод о том, что при максимальной испытательной нагрузке центрифугированное звено претерпевает стадию упругопластической работы. Считая, что звено работает по всей длине равномерно, можно утверждать, что на 1 пог. м его будет приходиться нагрузка 0,5 кН, что превышает браковочный минимум. Вместе с тем эта нагрузка не является разрушающей, которая, как известно, приводит к образованию четырех пластических шарниров по всей длине звена.

Полевые испытания. Испытываемая труба расположена на участке подъездной автомобильной дороги в г. Каменск-Шахтинский. Двухочковая труба 1 (рис. 50), состоящая из трех железобетонных центрифугированных звеньев длиной по 5 м, с внутренним диаметром 1 м и толщиной стенок 0,1 м, уложена на щебеночную подушку из сланца. Опирание звеньев осуществляется по плоскости без охватывающего лотка. Нижняя пазуха «бинокля» не заполнена

96

Рис. 50. Установка для полевых испытаний центрифугированной трубы

грунтом. Оголовки отсутствуют. Звенья выполнены из бетона класса В30. Высота засыпки над трубой равна 75 см. Было проведено шесть загружений.

В качестве испытательной нагрузки использовали каток 2 на пневматическом ходу с бункером, заполненным щебнем, весом 3,0 кН. Местные деформации бетона измеряли восемью рычажно-механическими тензометрами на базе 10 см, расположенными по контуру в среднем сечении звена трубы.

Общие деформации (изменение вертикального диаметра) фиксировались индикаторным деформометром, который применяли при стендовых испытаниях. По ходу испытаний с помощью нивелира измеряли осадки лотка.

В процессе испытаний были зафиксированы следующие величины деформаций, характеризующие изменение вертикального диаметра звена под нагрузкой: полные — 0,74 — 0,97 мм, упругие 0,54 — 0,88 и остаточные 0,20 — 0,05 мм. Осадки лотка трубы после первого загружения составили: полная — 7,5 мм, упругая — 1,0 мм и остаточная — 6,5 мм. При последнем загружений они равнялись соответственно 1,0 мм, 1,0 мм и нулю.

Прежде всего отметим, что величина испытательной нагрузки была на 10 % больше расчетной интенсивности от колесной временной нагрузки НК-80.

97

Таким образом, можно считать, что условия испытаний отличались в худшую сторону по сравнению с реальными условиями работы трубы.

Наличие значительных местных деформаций в растянутой зоне бетона, достигающих 25 — 37 мк, свидетельствует о том, что звено работает в упругопластической стадии. Сделанный вывод подтверждается также наличием остаточных деформаций сплющивания по вертикальному диаметру, которые от шести загружений составили 0,57 мм. В последнем цикле загружения остаточные осадки лотка трубы не имели места. Это свидетельствует о том, что с увеличением числа циклов загружения основание трубы переходит в упруго-уплотненное состояние.

Таким образом, на основании вышеизложенного можно заключить, что, несмотря на низкое качество работы по возведению трубы, последняя под нагрузкой работает удовлетворительно.

Упругопластический характер работы материала трубы не может быть основанием для отрицательной оценки. Это подтверждается фактом многолетней и бесперебойной эксплуатации трубопроводов, рассчитанных с учетом использования пластических свойств бетона по методике, разработанной профессорами Г.К. Клейном и И.И. Черкасовым.