книги из ГПНТБ / Попов А.Н. Бетонные и железобетонные трубы

бах, изготовленных на станке ТБ, прочность на растяже­

пытании балочек, изготовленных из той же бетонной сме­ си при помощи вибрации. Прочность бетона на растя­ жение в трубах, по данным опытов, составляет 0,125— 0,15 прочности бетона на сжатие.

Испытание железобетонных безнапорных труб. В за­ висимости от расположения арматуры несущую способ­ ность труб определяли по результатам испытания не­ скольких серий образцов. В практике изготовления труб

240

применяют следующие способы их армирования: а) од­ ной круговой спиралью; б) двумя одинаковыми круговы­ ми спиралями, дающими симметричное армирование се­ чения; в) двумя круговыми спиралями, обеспечивающи­ ми несимметричное армирование сечения; г) одной эл­ липтической спиралью; д) одной круговой или эллип­ тической спиралью с установкой в зонах проявления мак­ симальных изгибающих моментов дополнительных кру­ говых стержней, наличие которых делает наиболее опас­ ные сечения армированными двойным рядом спиралей;

действия наибольших моментов дополнительных круго­ вых стержней.

В первой серии опытов использовали трубы диамет­ ром 800, 1 ООО и 1200 мм, изготовленные в виброформах из портландцемента марки 300, с толщиной стенок со­ ответственно 80, 90 и ПО мм. Бетон приготовляли из со­ става 1:2,14:3,3 (цемент:песок:щебень по весу). Консис­ тенция смеси — жесткая. Фактическая прочность конт­ рольных кубиков 220—255 кгс/см2. В качестве арматуры использовали 6- и 8-мм проволоку из стали, имеющую предел текучести 3440—3700 кгс/см2, а предел прочности 4240—4910 кгс/см2 (табл. 23).

Трубы были испытаны трехлинейной внешней нагруз­ кой, прикладываемой согласно требованиям ГОСТ 6482—71. Результаты испытания труб по моменту появ­ ления трещин шириной 0,2 мм приведены в табл. 24, из которой видно, что в трубах с двойной арматурой обра­ зование трещин и их раскрытие до ширины 0,2 мм про­ исходит при нагрузках, больших на 25—30%, чем при испытании труб с одиночными спиралями. По высоте стенки трещины распространялись практически одина­ ково, но с небольшой тенденцией более быстрого их уг­ лубления при одиночном армировании. Деформации трубы по линии действия сил и перпендикулярному к этой линии направлению в целом оказались также не­ сколько большими в трубах с одиночным армированием.

Несущая способность примерно одинакова как у труб с одной спиралью, так и у труб с двойным несимметрич­ ным армированием, по площади эквивалентным одной спирали с небольшой тенденцией в сторону больших по­ казателей при двойном расположении витков. Что каса­ ется труб с двойным симметричным армированием, то

П р и м е ч а н и е . ^ Т р — нагрузка, при которой появляются трещины в стенке трубы; Р — предельная нагрузка .

стержней.

Вторую серию опытных образцов составляли трубы, изготовленные центрифугированием. Трубы диаметром 576 мм армировали семью продольными стержнями ди­ аметром 8 мм и спиралью с шагом 11,1 см из 6-мм про­ волоки. Опытные образцы были: 1) бетонными; 2) с кар­ касами, расположенными вблизи наружной поверхности; 3) с каркасами, расположенными посередине высоты стенки; 4) с каркасами, расположенными вблизи внут­ ренней поверхности; 5) с двойными каркасами.

В одной форме длиной 5 м одновременно бетонирова­ ли пять образцов, так что получали кольца всех перечис­

армирования. Арматура из холоднотянутой проволоки с пределом прочности 5560—6420 кгс/см2.

Трубы с одиночной арматурой, расположенной посе­ редине высоты стенки, были рассчитаны на разрушаю­ щую нагрузку в 4000 кгс/пог. м, приложенную в виде двух диаметрально противоположных сосредоточенных сил. В остальных трубах количество арматуры было ос­ тавлено таким же, как и в трубах с каркасами, располо­ женными посередине высоты стенки. Для возможности сравнения полученных результатов бетонные трубы из-

готовляли со стенкой такой же толщины, как и железо­ бетонные трубы.

Результаты испытания труб, приведенные в табл.25, позволяют качественно оценить поведение труб под на­ грузкой. Прежде всего обращают внимание невысокие показатели прочности бетона на растяжение, хотя предел прочности па сжатие находился в пределах - 380-- 445 кгс/см2. В трубах с каркасами, расположенными вблизи наружной поверхности, первые видимые трещи­ ны появлялись в ключе при нагрузке, составляющей 26— 36% разрушающей. В трубах с каркасами, расположен­ ными посередине высоты стенки, имеется примерно та­ кое же соотношение между рассматриваемыми нагруз­ ками, но наблюдается тенденция к повышению абсолют­ ных значений величин нагрузок, что объясняется боль­ шей полезной высотой стенок труб. Все трубы этой груп­ пы разрушались при нагрузке, превышающей расчетную на 3—25%.

Втрубах, армированных каркасами, расположенны­ ми вблизи внутренней поверхности, видимые трещины об­ разовывались при нагрузках, примерно одинаковых с те­ ми, которые выдержали трубы второго и третьего ви­ дов армирования. Величина разрушающих нагрузок в рассматриваемой группе труб оказалась самой меньшей. Это объясняется тем, что в боковых сечениях труб полез­ ная высота стенки составляла всего около 1,5 см. Наблю­ дается небольшая разница между величиной разрушаю­ щей нагрузки и нагрузкой, при которой появлялись видимые трещины в боках трубы. Надо отметить несов­ падение величины нагрузки, при которой визуально об­ наруживаются первые трещины, с той, которую устанав­ ливают по графикам, исходя из характера направления кривых деформаций. Как правило, видимые трещины об­ наруживаются позднее, чем показывают тензометры, на одну ступень нагрузки.

Втрубах с двойной симметричной арматурой трещи­ ны появились позднее, при этом величины разрушающих нагрузок были значительно более высокие. Средняя ве­ личина разрушающей нагрузки для труб этой группы превышает значение расчетной нагрузки на 22,7%. Про­ веденные эксперименты показали, что в трубах с оди­ ночным армированием наиболее выгодным является расположение спиральной арматуры посередине высоты стенки и наименее удачно армирование труб по четвер-

244

2.Каркасы вблизи наружной по­

Т а б л и ц а 26. Данные испытания различно армированных

центрифугированных труб

той схеме. При двойном симметричном армировании несущая способность труб повышается в 1,6 раза. В этом случае менее эффективно использован металл, но зато выше величина разрушающей нагрузки и медленнее раз­ виваются трещины. Напряжение арматуры в ключевом и боковом сечениях трубы в момент, близкий к разру­ шению, доходит или даже несколько превышает предел текучести стали.

Для третьей серии были изготовлены центрифугиро­

(состав раствора 1:3); 5) растворные с однорядной спи­ ралью; 6) растворные с двухрядной спиралью. Предел

Результаты испытания труб, представленные в табл. 26, свидетельствуют о тех же закономерностях, которые от­ мечены выше.

Несущая способность труб средних размеров в зави­ симости от количества арматуры показана в табл. 27.

Предел текучести стали 2560—3420 кгс/см2.

По данным испытаний видно, что увеличение содер­ жания арматуры несколько задерживает момент появ­ ления трещин. Превышение фактической нагрузки над теоретической составляет, как правило, 15—18%.

Испытание безнапорных большеразмерных труб

диаметром 2000—3000 мм выполняли в Советском Союзе

246

Т а б л и ц а 27. Прочность труб в зависимости от количества арматуры

металлургического завода и др., а за рубежом — в США. Испытания труб диаметром 3000 мм на Западно-Сибир­ ском металлургическом заводе показали, что в целом картина поведения их под нагрузкой не отличается от поведения труб средних диаметров, за исключением бо­ лее частого появления косых трещин в наиболее напря­ женных зонах сечения трубы и расслаивания в этих ме­ стах стенки.

Первые трещины появляются на внутренней поверх­ ности трубы при нагрузке, составляющей 0,26—0,45 раз­ рушающей. Далее трещины фиксируются на боках труб. Деформации трубы по вертикальному и горизонтально­ му диаметрам к моменту появления первых трещин до­ ходят до 25—35 мм. Это составляет 0,08—0,12 размера внутреннего диаметра труб. Последнее свидетельствует о том, что даже болынеразмерные трубы являются жест­ кими, поэтому относить их к этому классу вполне право­ мерно.

Испытания предварительно напряженных труб. Од­ ной из первых серий опытов, выполненных Н И И Ж Б , яв­ лялось испытание труб, изготовленных по трехступенча­

в пределах 57—68, 42—46 и 38—45 мм. В форме, уком-

2 4 7

плектованной кольцевыми перегородками, бетонировали одновременно четыре образца, из них два бетонные, а два железобетонные с каркасом, составленным из про­

ментное отношение 0,48—0,5. Цемент марки 300; песок окский средней крупности; щебень известняковый с пре­ дельным размером зерен 20 мм.

В дальнейшем бетонный и железобетонный образцы обвивали высокопрочной проволокой диаметром 4,02 мм, имеющей предел прочности 13120 кгс/см2. Обвитые сер­ дечники труб торкретировали цементно-песчаным рас­ твором состава 1 : 2,5 (цемент : песок) по весу. Образцы испытывали внешней трехлинейной нагрузкой, прилагае­ мой ступенями по 1 тс для предварительно напряженных труб и 0,5 тс для контрольных бетонных или обычных железобетонных образцов (табл.28).

Следует обратить внимание на характер разрушения труб. Если говорить о неармированных трубах диамет­ ром 600 мм, то нужно заметить, что разрушающая на-

248

нагрузка находится в пределах 29,4—44,3 тс/пог. м.

Вшелыге труб, имеющих обычную арматуру, при на­ грузках 2,49—2,8 тс/пог. м появляются трещины, когда относительная деформация бетона достигала (15—20) X ХЮ~5 . Появление трещины могло быть обнаружено толь­ ко по показаниям приборов. Трещины становились види­ мыми при ширине 0,02—0,05 мм. Вслед за образованием трещин на внутренней поверхности ключа или лотка тру­ бы при нагрузке, составляющей 33—46% разрушающей, появлялись трещины на боковой поверхности примерно при тех же величинах деформации бетона. Дальнейшее нагружение труб приводило к значительному изменению их формы и раскрытию трещин, пронизывающих всю вы­ соту стенки труб.

Вотдельных, крайне редких случаях при слабом ар­ мировании трубы разрушались с разрывом арматуры. Обычно же разрыва арматуры не происходило; нагру­ жение прекращали вследствие значительной деформативности трубы. К моменту разрушения трубы арматура в верхней части выпрямлялась, в результате чего бетон отрывался. В трубах, имеющих двойную арматуру, ши­

рина трещин к моменту разрушения достигала величины в несколько миллиметров (до 6 мм).

Результаты испытаний под нагрузкой труб с предва­ рительно напряженной арматурой несколько иные. Пер­ вые трещины в них были зафиксированы также в ключе или лотке при относительной деформации в пределах (60—ПО) Ю - 5 . Нагрузка, при которой появлялись первые трещины, составляла 0,23—0,35 разрушающей. Высота трещины была незначительной — 2—3 мм. Дальнейшее нагружение труб вызывало весьма малое нарастание де­ формаций и медленное раскрытие образовавшихся тре­ щин. К моменту, когда они раскрывались на 0,12— 0,15 мм (при нагрузке, составляющей 0,53—0,84 разру­ шающей), появлялись трещины на боковой поверхности труб. Величина нагрузки, вызывающая появление тре­ щин на боках трубы, превышала величину нагрузки, при которой замечались первые трещины, в 2—2,5 раза, что свидетельствовало о надежной совместной работе защит-

249