Полный текст

В настоящее время в эксплуатации находится большое количество различных зданий и сооружений. Строительные конструкции, особенно эксплуатируемые в условиях повышенной агрессивной внешней среды, приходят в неудовлетворительное состояние уже через 15-20 лет работы и требуют ремонта. В связи с изменением технологических процессов и нагрузок на конструкции возникает потребность в усилении сооружений при реконструкции [1]. Определенный интерес при усилении несущей способности строительных конструкций вызывает работа полых металлических элементов, например трубчатых, для использования в качестве затяжек. В этом случае предварительное напряжение в трубчатом элементе возможно производить с использованием НРС-1. В качестве расширяющегося материала испытаны композиции, составленные из сочетания различных веществ. Наилучшие результаты получены для расширяющегося материала, состоящего из окиси кальция (ОСТ 21-27-78), замедлителя реакции гидратации окиси кальция в виде КБЖ (ОСТ 81-79-74), а также возможны в определенных условиях добавки нитрата и поташа. При смешивании НРС-1 с водой образуется смесь (суспензия), которая, будучи залита в частично или полностью замкнутую полость в каком-либо объекте, постепенно, в результате реакции гидратации порошка, твердеет и увеличивается в объеме. Количество воды в порошке НРС-1 не должно превышать 30-35 %. В противном случае давление расширения резко снижается. Увеличение объема сопровождается развитием давления от 50 до 150 МПа на стенки шпура, величина которого зависит от содержания в порошке СаО [2, 3]. Установлено, что водный раствор расширяющегося материала увеличивается в объеме в результате реакции примерно в 2-3 раза относительно первоначального [4, 5]. Располагать расширяющуюся смесь необходимо внутри трубчатого элемента. Целесообразно создавать напряжения в трубчатом элементе обратные по знаку напряжениям, возникающим в эксплуатируемой конструкции, для повышения эффективности включения в работу трубчатого элемента. Приведем пример. В растянутом нижнем поясе трубчатой фермы возможно создать сжимающие напряжения. Для этого на определенном участке нижнего пояса (у мест опирания) необходимо выполнить в трубчатом элементе продольные разрезы и внутренний объем этих участков трубчатых элементов заполнить расширяющейся смесью [6]. С целью определения несущей способности трубчатых элементов, подверженных внутреннему давлению от НРС-1, было проделано несколько экспериментов, выявляющих характер работы этих элементов [7]. По результатам экспериментов установлено, что разрушение трубчатых элементов от внутреннего давления может произойти по образующей и поперек продольного сечения трубчатого элемента. При этом максимальное напряжение (s), возникающее по образующей трубчатого элемента, должно быть меньше допустимого (R). Допустимое напряжение, МПа (кг/см²), определяется из выражения , (1) где DP - внутреннее давление, развиваемое в результате расширения НРС-1, МПа (кг/см²); Д - наружный диаметр трубчатого образца, м (см); t - толщина стенки трубчатого образца, м (см). smax < Rдоп. (2) Характерные результаты проведенных экспериментов приведены в табл. 1. Таблица 1 Результаты экспериментов Table 1 The results of experiments Характеристики Средние значения Примечания трубы НРС Д, см t, см DP, кг/см² Напряжение s, кг/см² R, МПа (кг/см²) 2,2 0,15 50 3600 3200 Разрушение по шву 3 0,2 50 3750 3200 - “ - 2,2 0,15 50 2160 3200 Целый трубчатый элемент Анализ экспериментальных данных показывает, что результаты, полученные по формуле (2), удовлетворительно совпадают с экспериментальными и по ней можно оценивать возможность использования того или иного трубчатого элемента, подверженного внутреннему давлению. Известен способ получения известкового НРС путем перемешивания измельченной строительной извести, обычно обжигаемой при 1000 °С, с различными добавками [8, 9]. Вводимые добавки химически стабилизируют известь, замедляя ее гидратацию. В результате становится возможным появление эффекта «самонапряжения» - когда процесс гашения протекает в стесненных условиях. Недостатком указанного способа является невысокий уровень самонапряжения, не более 30 МПа, сложная технология, связанная с подбором оптимального сочетания тонкости помола извести с ассортиментом и количеством вводимых в нее добавок. Кроме того, такая композиция не пригодна для длительного хранения [10]. Рис. 1. Металлические трубчатые элементы после испытания на растяжение Fig. 1. The metal tubular elements after the tensile test Для изучения работы на растяжение трубчатых элементов в строительных конструкциях проводились исследования одинаковых трубчатых элементов с заполнением различными материалами, включая невзрывчатую расширяющуюся смесь. Внешний вид образцов, испытанных на растяжение, представлен на рис. 1. По результатам четырех серий опытов с трубчатыми образцами при работе их на растяжение были построены диаграммы. На рис. 2 показаны результаты определения несущей способности одинаковых круглых труб, заполненных различными смесями. Рис. 2. Результаты испытания трубчатых образцов на растяжение: а - стержень, заполненный НРС; б - стержень без заполнения; в - стержень, заполненный цементно-песчаной смесью Fig. 2. The results of tube samples test on stretching: a - the rod filled with NDM-1; b - the rod without filling; c - the rod filled with cement-sand mixture Анализ полученных результатов показывает, что по несущей способности трубчатые элементы примерно одинаковы. При этом следует отметить, что развиваемое НРС-1 внутреннее давление (DPт) в этой серии экспериментов не превышало 1 МПа (10 кг/см²). Удлинение трубчатых образцов, заполненных НРС-1, при разрыве меньше, чем у остальных. Площадь диаграммы разрыва у образцов труб с заполнением меньше, чем у образца трубы без заполнения (см. рис. 2). На наш взгляд, с точки зрения работы конструкции на статическую нагрузку повышается жесткость образца труб, заполненных НРС-1. Это важно при усилении строительных конструкций. Анализ результатов показывает, что образцы с продольными разрезами, полностью заполненные НРС-1, имеют меньшую несущую способность, если нет усиления мест расположения продольных разрезов накладками, которые должны привариваться после расширения НРС. При исследовании трубчатых металлических элементов на сжатие испытывались образцы без какого-либо заполнения, а также с различным заполнением, таким как цементно-песчаный раствор и невзрывчатая разрушающая смесь НРС-1. Образцы представляли собой металлические трубчатые элементы с одинаковыми длиной, диаметром и толщиной стенки. На рис. 3 показан внешний вид трубчатых образцов, испытываемых на сжатие. Результаты испытания трубчатых металлических образцов на сжатие приведены в табл. 2. Рис. 3. Образцы из металлических трубчатых элементов Fig. 3. The samples from metal tubular elements Таблица 2 Характеристики и геометрические размеры образцов, испытанных на сжатие Table 2 The characteristics and geometric dimensions of samples, tested for compression Длина образца l, мм Диаметр Æ, мм Толщина стенки tст, мм Заполнение Предельная нагрузка, т 300 22 1,5 без заполнения 3,6 300 22 1,5 цементно-песчаный раствор 4,4 300 22 1,5 НРС 4,9 Полученная экспериментально предельная нагрузка ориентировочно может быть определена по формуле Эйлера: (3) где E - модуль упругости материала (кг/см²), МПа; J - момент инерции площади поперечного сечения образца трубчатого элемента (см4), м4; l - длина трубчатого элемента (см), м; m - коэффициент, учитывающий условия закрепления трубчатого элемента, в данном случае m » 0,7÷1. (4) где dн - наружный диаметр трубчатого элемента (см), м; dвн - внутренний диаметр трубчатого элемента (см), м. Критическую силу можно определить по более точной формуле: (5) где , i - радиус инерции, см, определяется по формуле , (6) где F - площадь поперечного трубчатого сечения с заполнением и без заполнения. Рис. 4. Модель предварительно напряженной металлической колонны Fig. 4. Model of prestressed metal column Металлический трубчатый элемент, предварительно напряженный при помощи невзрывчатой разрушающей смеси, выдерживает большую предельную нагрузку, чем образец, заполненный цементно-песчаным раствором, и образец без заполнения. Это значит, что из металлических трубчатых элементов, предварительно напряженных при помощи НРС, можно изготавливать элементы строительных конструкций, работающие на сжатие. Модель предварительно напряженной колонны приведена на рис. 4.

Об авторах

А. В Мезенцева

Карагандинский государственный индустриальный университет

Л. Т Бозшалова

Карагандинский государственный индустриальный университет

Д. С Белозерова

Карагандинский государственный индустриальный университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 101

Ссылки

• Ссылки не определены.