Содержание к диссертации
Введение
Научно-технические задачи по эксплуатации аэродромных покрытий 10
Обзор эксплуатационного состояния аэродромных покрытий 10
Анализ дефектов аэродромных покрытий требующих ре монта с использованием слоев усиления 17
Способы и материалы, применяемые при ремонте бетонных покрытий 20
Преимущество использования полимербетонных слоев уси ления 28
Выводы по первой главе. Постановка цели и задач исследования 29
Моделирование полимербетонного слоя усиления методом конечных элементов 31
Исследования напряженно-деформированного состояния полимербетонных слоев усиления 31
Моделирование полимербетонного слоя усиления различной толщины и состава 41
Напряженно-деформированное состояние плиты с полимер-бетонным слоем усиления 3 см 44
Напряженно-деформированное состояние плиты с полимер-бетонным слоем усиления 5 см 55
Напряженно-деформированное состояние плиты с полимер-бетонным слоем усиления 8 см 66
Математическая модель напряженно-деформированного со стояния полимербетонного слоя усиления 77
Выводы по второй главе 85
Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния полимербетонных слоев уси ления 86
Цель и программа экспериментальных исследований 86
Экспериментальная установка для исследований напряженно-деформированного состояния полимербетонных слоев усиления 88
1 Нагружающее устройство 88
2 Прибор для измерения прогибов покрытия 90
3 Устройство для измерения усилий на границе полимербетон-бетон 94
Методика экспериментальных исследований 97
Анализ результатов экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния полимербетонного слоя усиления различной толщины и состава 105
Выводы по третьей главе 115
Теоретическая интерпретация полученных результатов 116
Выводы по четвертой главе 123
Основные выводы 124
Список использованных источников
- Анализ дефектов аэродромных покрытий требующих ре монта с использованием слоев усиления
- Выводы по первой главе. Постановка цели и задач исследования
- Моделирование полимербетонного слоя усиления различной толщины и состава
- Устройство для измерения усилий на границе полимербетон-бетон
Введение к работе
Взлетно-посадочная полоса, являющаяся важнейшим элементом аэродромного комплекса, постоянно испытывает эксплутационные нагрузки и воздействия от природно-климатических факторов. Старение покрытия, его износ и увеличение взлетных масс воздушных судов приводит к изменению напряженно-деформированного состояния покрытия.
Обследование покрытий аэродромов показало, что их техническое со стояние значительно ухудшилось. В условиях ограничения средств на строительство новых покрытий, актуальным становится модернизация существующих. В этой связи, приоритетными направлениями являются: разработка способов и методов повышения несущей способности покрытий, использование эффективных материалов, рациональное использование имеющейся материальной базы.
Повышение несущей способности покрытия аэродромного комплекса является одной из задач проектирования слоев усиления, уменьшающих напряжения в покрытии. Перспективным материалом, применяемым при оперативном ремонте аэродромных покрытий, является полимербетон, обладающий быстрым вводом отремонтированного покрытия в эксплуатацию.
При проектировании полимербетонных слоев усиления с использованием существующих нормативных документов, обращает на себя внимание отсутствие математических моделей работы полимербетонных слоев усиления монолитного бетонного аэродромного покрытия, лежащего на искусственном основании. Практика показывает, что использование полимербетонов различного состава приводит к неоднозначности физико-механических свойств усиленного покрытия. В связи с этим, разработана методология проектирования полимербетонных слоев усиления монолитного бетонного аэро-дромного покрытия, лежащего на искусственном основании, является акту 5 альной задачей.
Работа выполнена в рамках научно-исследовательской работы "Слой-1" по заказу Управления начальника строительства, инженерного обеспечения и расквартирования Военно-воздушных Сил Российской Федерации от 19,04.02 г.
Объектом исследований являются монолитные бетонные покрытия с полимербетонным слоем усиления, лежащие на упругом основании, в условиях воздействия многоколесных опор воздушного судна.
Целью работы является проектирование полимербетонных слоев усиления монолитных бетонных аэродромных покрытий достаточной толщины, при их реконструкции, на основе математической модели напряженно-деформированного состояния слоя усиления аэродромного покрытия, в условиях воздействия многоколесных опор воздушных судов, с учетом коэффициента постели основания.
Задачи исследования:
- исследовать напряженно-деформированное состояние бетонных аэродромных покрытий и покрытий, усиленных полимербетонным слоем при воздействии многоколесных опор воздушного судна;
- установить основные требования для проведения экспериментальных исследований по определению достаточной толщины полимербетонного слоя усиления;
- разработать математическую модель напряженно-деформированного состояния покрытия с полимербетонным слоем усиления в условиях воздействия многоколесных опор воздушного судна;
- разработать методику экспериментальных исследований по определению напряженно-деформированного состояния покрытия с полимербетонным слоем усиления;
- разработать, на основе математического моделирования, условия применимости полимербетонных слоев усиления для определения их оптимальной толщины в условиях воздействия многоколесных опор воздушного судна с учетом характеристик используемого материала;
- внедрить методику определения толщины полимербетонного слоя усиления при ремонте и реконструкции аэродромных покрытий.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- разработана и экспериментально подтверждена математическая модель напряженно-деформированного состояния полимербетонного слоя усиления;
- установлено напряженно-деформированное состояние монолитного бетонного аэродромного покрытия с полимербетонным слоем усиления в условиях воздействия многоколесных опор воздушного судна;
- получена аналитическая зависимость максимальных растягивающих напряжений на нижней границе бетонного покрытия от физико-механических свойств бетоіга и полимербетонного слоя усиления, а также их толщины;
- установлено влияние температуры полимербетонного слоя усиления на напряженно-деформированное состояние покрытия.
На защиту выносятся:
- математическая модель напряженно-деформированного состояния полимербетонного слоя усиления монолитного бетонного аэродромного покрытия при воздействии нагрузки и экспериментальная установка, моделирующая многоколесную опору воздушного судна;
- результаты моделирования и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния монолитных бетонных аэродромных покрытий с полимербетонным слоем усиления;
- аналитическая зависимость максимальных растягивающих напряжений на нижней границе бетонного покрытия от физико-механических свойств бетона и полимербетонного слоя усиления, а также их толщины; - аналитические зависимости влияния температуры полимербетонного слоя усиления на напряженно-деформированное состояние покрытия.
Достоверность полученных результатов, научных положений, выводов и рекомендаций, приведенных в работе, подтверждается объемом теоретических, лабораторных и опытно-экспериментальных исследований, выполненных в результате изучения явлений и процессов, лежащих в основе предлагаемого решения, с использованием современных методов и приборов, позволяющих провести эксперименты с допустимой погрешностью.
Методы исследований. Работа выполнена с использованием комплексных методов исследований, включающих: патентно-информационный анализ; стандартные методики определения физико-механических свойств получаемых покрытий; методы математического и физического моделирования. Использованы методы математической статистики и программные средства расчетов на ЭВМ.
Теоретическую основу исследования составили классические решения задач теории упругости методом конечных элементов, а также технические решения задач по расчету многослойных плит на упругом основании.
Практическое значение работы заключается в разработке математической модели напряженно-деформированного состояния покрытия с поли-мербетонным слоем усиления в условиях воздействия многоколесных опор воздушного судна.
Реализации результатов работы:
Результаты диссертационных исследований внедрены при реконструкции участка взлетно-посадочной полосы на аэродроме «Пушкин» Ленинградской области, а также используются в учебном процессе Воронежского ВАИИ.
Работа выполнена в Воронежском ВАИИ и является составной частью заказных научно-исследовательских работ №30018 шифр «Композиция» и №30302 шифр «Слой-1». Личное участие автора состоит в разработке: методик проведения экспериментальных и численных исследований, аналитической модели влияния коэффициента Пуассона полимсрбетона на максимальное растягивающее напряжение в нижней зоне покрытия, нагружающего устройства имитирующего шасси воздушного судна, а также в обработке и анализе опытных данных.
Апробация работы. Основные положения, научные и экспериментальные результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях: Международной научно-технической конференции «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (Пенза, 2002); Международной научно-технической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2002); II Международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2004); Юбилейной Международной научно-технической конференции посвященной 90-летию со дня рождения профессора И.Л. Иванова «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 20,04); Всероссийской научной конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» (Воронеж, 2002); Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» (Воронеж, 2003); XVIII Российская школа по проблемам науки и технологий, посвященная 80-летию со дня рождения академика В.П. Макеева. (Екатеринбург: РАН, 2004); 56 научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ВГАСУ (Воронеж, 2002).
По материалам исследований опубликовано 12 научных статей общим объемом 41 с. Из них лично автору принадлежит 34 с.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и библиографического списка литературы из 115 наименований. Диссертация изложена на 158 страницах машинописного текста и содержит 43 рисунка, 7 таблиц и 3 приложения.
Анализ дефектов аэродромных покрытий требующих ре монта с использованием слоев усиления
Выбор метода ремонта цементобетонных аэродромных покрытий зависит от величины их износа, интенсивности распространения и глубины разрушений. Соответственно, ремонтные работы можно классифицировать по следующим признакам; по глубине и характеру распространения разрушений; по применяемым материалам; и способам их применения [9].
Своевременное выполнение ремонтно-профилактических работ на ранней стадии появления поверхностных разрушений, позволит продлить срок службы аэродромных покрытий и потребует значительно меньших затрат на их ремонт [6,18,38,39,42-46,51-53,56,58,60,63-65,84-89,100-П I].
Восстановление верхнего слоя, ликвидацию участков с разрушением поверхностного слоя цементобетона, выполняют путем устройства тонкослойных покрытий. Тонкие и сверхтонкие ремонтные слои не только улучша ют эксплуатационные показатели покрытий, но и обеспечивают защиту верхнего слоя бетона от быстрого разрушения [38,56].
Проблемой разработки способов ремонта поверхностного слоя цементобетона занимались многие научно-исследовательские организации; 26 ЦНИИ, Союздорнии, МАДИ, МИИТ, КАДИ, СибАДИ, Белдорнии, Мордовский государственный университет, Аэропроект, ЛВВИСКУ им. A.M. Ко-маровского и др [71-75,114,115]. За рубежом аналогичные исследования проводили англо-голландский концерн «Shell», фирмы «Scholten Foxhon» (Германия), «Сальвиан» (Франция), «BURKE MARAL» (США), ЛАФАРЖ ФОНДЮ ИНТЕРНАСЬОНАЛЬ (Франция), «Зинмаст» (ФРГ) и др [71,72,74,75,114,115]. В большинстве своем, они вели разработку принципиально новых или модификацию традиционных вяжущих материалов с целью улучшения свойств покрытий на их основе.
Наиболее высокими физико-механическими характеристиками обладают покрытия на основе полимерных вяжущих. Традиционно в качестве связующих используют термореактивные смолы в резолыюй стадии, способные переходить в твердое состояние при введении соответствующих отвер-дителей [108]. Для ремонта повреждении поверхности цементобетонных аэродромных покрытий чаще всего применяют фурановые, эпоксидные, полиэфирные и другие смолы [87,108]. Помимо термореактивных полимеров, в качестве связующих в полимербетонах используются и термопластические смолы, главным образом иден-кумароновые и пенопласты - полиуретановые, полихлоридвиниловые и др. [81,87,108]. В качестве наполнителей используют щебень из прочных изверженных пород различных фракций или кварцевые пески размерами частиц от 0,63 до 5 мм и др. Вид и количество наполнителя устанавливают исходя из технических, технологических и экономических требований.
Для оперативного ремонта замкнутых повреждений применяют мелкозернистый бетон на жидком стекле [63,73,81,112,113], включающий: жидкое натриевое стекло - 13% по массе; феррохромовый шлак-4...6%; гранулированный доменный шлак — 20...22%; песок крупностью частиц более 2 мм -59...63%. Укладка и уход за покрытием осуществляется так же, как в случае применения цементобетона. Смесь характеризуется быстрым схватыванием (20...50 мин), в результате чего взлетно-посадочные операции по отремонтированному участку можно открывать через 5...7 ч после окончания работ. Однако, быстрый срок схватывания лишь дает возможность использования смесей на жидком стекле в небольшом количестве, при ремонте отдельных очагов поверхностного разрушения в зоне меньшего воздействия газовых струй реактивных двигателей самолетов и тепловых машин.
Техническим центром концерна «Shell» рекомендованы смеси, модифицированные полимером кратон Д-1101 -С (торговая марка концерна) в количестве 5...7% от массы битума [71]. В отечественной практике разработана технология устройства покрытий из материалов на основе вяжущего, получаемого путем добавления в битум дивинил стирольного термо-эластопласта ДСТ-100 [81,108]. Технология устройства покрытий аналогична использованию битума содержащих материалов, за исключением предварительного приготовления вяжущего. По сравнению с обычным битумом, его модификация способствует повышению температуростойкости покрытий из битумо-минеральных смесей, тем не менее, их прочностные и адгезионные свойства остаются сравнительно низкими. Так, прочность сцепления с цементобетон-ном, материалов на основе вяжущего с добавлением ДСТ-100, составляет всего 0,3 МПа; покрытий на основе РБВ - 0,5 МПа [81,107,108].
Эпоксидные композиции фирмы «BURKE», «BurkEpoxy LV» применяются для заливки в маленькие трещины или узкие участки поверхности, где не могут употребляться высоковязкис смеси [71,74,75]. Эти продукты нечувствительны к влаге и соединяются с влажной и сухой поверхностями. Узкая специализация этих материалов обусловлена их высокой стоимостью -54 доллара за 1 кг. Строительный раствор «BurkEpoxy» применяется в основ 22 ном для заделывания повреждений (сколов кромок и краев плит, выбоин и раковин) [74]. Разработанный состав обладает высокой прочностью на сжатие и хорошей адгезией на влажной и сухой поверхности бетона. В условиях низких отрицательных температур недолговечен, рекомендуемый диапазон эксплуатации от минус 10 до плюс 40С.
Выводы по первой главе. Постановка цели и задач исследо вания
Проведенный анализ показал (раздел 1.1, 1.2, 1.3, 1.4), что до настоящего времени: - в современной нормативной литературе слабо освещены методы оптимизации толщины полимербетонных слоев усиления и износа, а также отсутствие рекомендаций по их применению; - в рассмотренных научных работах вопросы, посвященные проектированию полимербетонных слоев усиления монолитных бетонных аэродромных покрытий, освещены недостаточно и требуют актуализации исследований; - несущую и эксплуатационную способность монолитных бетонных аэродромных покрытий эксплуатируемых длительное время и испытывающих воздействия нагрузок от шасси воздушного судна, необходимо восстанавливать при помощи современных материалов, одним из которых является полимербетон; - необходимо учитывать специфику воздействия нагрузки от шасси воздушного судна с многоколесной опорой, отличающейся от стандартной, опираясь на частные решения отечественных и зарубежных авторов; - анализ рассматриваемых решений предполагает использование поли-мербетонного материала как наиболее рационального в мирный и в угрожаемый период эксплуатации аэродрома.
На основании изложенного выше, цель работы можно сформулировать следующим образом: проектирование полимербетонных слоев усиления монолитных бетонных аэродромных покрытий достаточной толщины, при их реконструкции, на основе математической модели напряженно-деформированного состояния слоя усиления аэродромного покрытия, в условиях воздействия многоколесных опор воздушных судов, с учетом коэффициента постели основания.
Достижение поставленной цели будет обеспечено решением следующих задач исследования: - исследовать напряженно-деформированное состояние бетонных аэродромных покрытий и покрытий, усиленных полимербетонным слоем при воздействии .многоколесных опор воздушного судна; - установить основные требования для проведения экспериментальных исследований по определению достаточной толщины полимербетон і ного слоя усиления; - разработать математическую модель напряженно-деформированного состояния покрытия с полимербетонным слоем усиления в условиях воздействия многоколесных опор воздушного судна; - разработать методику экспериментальных исследований по определению напряженно-деформированного состояния покрытия с полимербетонным слоем усиления; - разработать, на основе математического моделирования, условия применимости полнмербетонных слоев усиления для определения их оптимальной толщины в условиях воздействия многоколесных опор воздушного судна с учетом характеристик используемого материала; - внедрить методику определения толщины полимербетонного слоя усиления при ремонте и реконструкции аэродромных покрытий.
Длительная эксплуатация монолитных бетонных аэродромных покрытий, их ремонт и восстановление, показали некоторое несоответствие между предельной эксплуатационной нагрузкой рассчитанной по стандартной методике, и возникающими в них напряжениями. Попытки устранить дефектообразование, в основном опираются на методики наращивания слоев усиления [56,97,99]. А именно, устранение разрушения поверхностного слоя, путем устройства слоев усиления и износа из бетона и асфальтобетона, при этом, возникающие напряжения по своей величине остаются достаточно большими. Вероятность образование трещин в нижней зоне бетона на границе с искусственным основанием лишь незначительно уменьшается. Известно [8,21,52,65], что для многих материалов, в частности полимербетонов используемых в качестве слоя усиления, зависимость между максимальными напряжениями в нижней зоне покрытия и физико-механическими характеристиками используемого материала изменяется нелинейно.
Применение конечностноразностных способов расчета может дать систематическую погрешность, которая в конечном итоге дает общую погрешность, неприемлемую для анализа. Применение метода конечных элементов (МКЭ) позволило частично избежать эту и некоторые другие проблемы [11,41].
Моделирование полимербетонного слоя усиления различной толщины и состава
Рассмотрим совместную работу монолитного бетонного аэродромного покрытия толщиной 22 см, с полимербетонным слоем усиления толщиной 3 см с /Yn6 //G T и / лб / бет- Остановимся на работе покрытия со слоем 7 усиления, изготовленного из полимербетона при условии //пб /гбех- Анализ НДС проводили по 7 сечениям, что позволило более точно отобразить картины напряжений и деформаций (рисунок 2.2).
Из (таблицы АЛ, приложение А) следует, что большие значения нормальных напряжений (о) наблюдались на границе нижнего слоя бетона и верхнего слоя искусственного основания, под крайними колесами тележки в - сечениях II и VI, и составили максимальное значение ermax= 1,72 МПа, а под центральным колесом тележки в сечении IV а = 1,65 МПа. Между сечениями II—IV и IV-VI нормальное напряжение меняло знак, указывая на наличие сдвиговой зоны в искусственном основании. Очевидно, что зона между сечениями II—IV и IV-VI наиболее опасная с точки зрения развития недопустимых прогибов. Максимальное нормальное напряжение в верхней зоне полимербетонного слоя усиления составило а -0,6 МПа в сечениях II и
IV, которые проходят по центру отпечатка крайних колес тележки. На глубине от 8 до 12 см в бетоне нормальные напряжения переходят через ноль и меняют свой знак.Наиболыиий интерес представляет величина касательных напряжений влияющих на отрыв полимербетонного слоя усиления от бетона.
Для анализа состояния слоя усиления рассматривали сечения по глубине с шагом 1 см в полимербетоне и 4 см в бетоне. Максимальные Касательные напряжения на глубине 1 см наблюдались в сечениях I, II, VI и VII и их значения составили т = 1,0 кПа. В то же время, на границе слоя усиления и бетона гтах имело место в сечениях I, II, VI и VII и составило 3,0 кПа. В силу того, что finQ /л ет то можно ожидать увеличения значения г по мере углубления в тело покрытия. С увеличением глубины замера до 12 см в бетоне включительно, касательные напряжения продолжали возрастать, и их максимальное значение г = -22,3 кПа было в сечениях I и VII. Следует заметить, что в нижней зоне бетона, в сечений II - IV, касательные напряжения равны нулю, а за пределами границ отпечатка 8,5 кПа, то есть наиболее опасными с точки зрения возможности отрыва полимербетонного слоя от бетона, являются крайние сечения. Значения касательных напряжений под центральным колесом тележки по всей толщине равно нулю. Максимальный прогиб плиты составил 4,4815 мм.
Для более полной наглядности рассмотрим эпюры ситв сечениях I и II -(рисунки 2.3 и 2.4). На рисунка 2.3 показаны значения нормальных и касательных напряжений за пределами колесной тележки на удалении 1,25 м от центра крайнего колеса, что соответствует I и VII сечению. Наблюдается линейный закон распределения нормальных напряжений. На поверхности полимербетона 7=0,18 МПа, на границе полимербетона и бетона, имеет место скачек нормальных напряжений и его величина составила 0,37 МПа, что значительно меньше нормативной прочности бетона. На глубине 11 см в бетоне значения нормальных напряжений равно нулю. В нижней зоне бетона 7=-0,52 МПа, что не превышает нормативной прочности бетона.
Максимальные касательные напряжения наблюдались в сечении бетона на глубине 11 см и составили rmax= 22,5 кПа. На границе бетона и основания имеет место скачок г на величину 8,5 кПа, что соответствует приблизительно 32...33% от максимального т. Данное обстоятельство может быть обусловлено развитием упругих деформаций (осадок) слоя основания и появлением сдвиговых деформаций в основании.
На рисунке 2.4 показаны значения нормальных и касательных напряжений по центру крайнего колеса тележки, что соответствует II и VI сечению. На поверхности полимербстона а = -0,6 МПа, на границе полимербстона и бетона значение величины скачка с составило 1,3 МПа. На глубине 11 см в бетоне значения нормальных напряжений равно нулю. В нижней зоне бетона а 1,75 МПа, и не превышает нормативной прочности бетона. Касательные напряжения в нижней зоне бетона равны нулю. Максимальные касательные напряжения наблюдались в сечении бетона на глубине 1.1 см и составили гтах= 17,5 кПа.
Анализ, результатов вычисления, позволяет сделать вывод о том, что при толщине слоя полимербстона 3 см и выполнении условия //йб //0ГГ нагрузка от многоколесной опоры перераспределяется в объеме полимербетона, при этом касательные напряжения достигают максимума на глубине 11 см в бетоне. Точка перехода через ноль опустилась на 1,5 см, относительно центра сечения плиты.
Устройство для измерения усилий на границе полимербетон-бетон
Для измерения деформаций и напряжений конструкции применяли электротензометрическии метод, в основе которого лежит тензорезисторныи эффект, проявляющийся в изменении активного электрического сопротивления проводника, при его деформации [90]. В электротензометрическии измерительный комплекс входили: тензодатчики с базой 100 мм, усилитель тен-зометрический.
При проведении исследований использовали проволочные тензорези-сторы, с одноэлементной петлевой решеткой на бумажной основе, марки ПКБ. Перед использованием тензодатчики тарировались по сопротивлениям, с помощью моста постоянного тока Р 333 и были распределены по группам с одинаковыми характеристиками. Расхождение составляло 0,1%. Для усиления входного сигнала и его увеличения применялся усилитель тензометриче-ский с использованием схемы усиления на несущей частоте, который имел шестнадцать каналов.
Перед наклейкой тензорезисторов поверхность образцов, в месте наклейки, выравнивали и зачищали. Выявленные после зачистки раковины и крупные поры устранялись с помощью грунтовки поверхности клеем БФ-2, который использовался при наклейке тензорезисторов. При исследовании возникающих напряжений на образец наклеивали по тридцать два тензорези-стрра, образуя при этом шестнадцать выносных полумостов.
Балансировкой моста, при отсутствии нагрузки на упругом элементе, исключали постоянную составляющую выходного сигнала. Особенность данной схемы включения тензорезисторов являлась возможность сбалансировать мост тензорезисторов не при нулевой, а при начальной нагрузке, что дала возможность измерять относительную силу при нагруженнях. Для компенсации температурных напряжений, применяли метод схемной термокомпенсации [90], тензорезисторы включали в смежные плечи симметричной мостовой схемы. Таким образом, одинаковые приращения сопротивлений смежных плеч, вызванные изменением температуры, не приводили к разбалансу моста. Погрешность измерительного комплекса определялась: =7 +2 +2 + , (3.1) где 6г - возможная погрешность, возникающая вследствие влияния погрешностей в измерительной схеме и ошибок, допускаемых при обработке величин; Sm— погрешность показания тензодатчиков; Syc_ — погрешность, возникающая при работе усилителя; дмт— погрешность, возникающая при обра ботке выборок ЛЦП; Si - погрешность, возникающая вследствие изменения проводимости проводников при воздействии внешних факторов. Ошибка измерений составляла 8...10%.
Большую трудность вызывало определение касательных напряжений, особенно в зоне контакта двух различных материалов. Для этой цели разработано и изготовлено устройство по определению касательных напряжений на границе полимербетон-бетон.
В основу физического принципа положено изменение сопротивления оксидной пленки определенной толщины, под воздействием касательной нагрузки. Измерение сопротивления производили высокочастотным методом, в основе которого лежит измерение добротности данной пленки. Устройство состоит из: датчиков расположенных в местах измерения прогибов, излучателя высокочастотных колебаний (контур), генератора высокочастотных колебаний, измерителя эффективного значения напряжения в контуре, аналого-цифрового преобразователя (ЛЦП). Датчики изготовляли путем холодного осаждения окислов основных металлов (цинк, никель, медь). Осаждение производилось по шаблону радиусом 60 мм, непосредственно на предварительно подготовленную поверхность бетона.
После нанесения датчиков проводилась калибровка измерителя, и определялись значения высокочастотного сопротивления данных датчиков. Затем наносился полимербетонный слои усиления. Для устранения ошибки, связанной с влиянием полимербетона на высокочастотное поле датчиков, после набора слоем прочности, проводились повторные замеры сопротивления датчиков. На основании этих замеров вводился поправочный коэффициент, учитывающий влияние полимербетона на измерения. Оцифрованные, при помощи АЦП, значения величин добротности датчиков поступали на интерфейс ПЭВМ и сохранялись совместно со значениями, полученными при измерении нормальных напряжений и прогибов плиты.
В связи с поступлением большого количества данных и сложности управления экспериментальным оборудованием и измерительными приборами, была разработана оригинальная методика проведения экспериментальных исследований, позволяющая произвести точный анализ всех данных.
Для возможности сравнения полученных результатов, как численным экспериментом, так и данных полученных с использованием стандартных методик [56,97], была разработана последовательность операций (методика) необходимых для устранения погрешностей возникающих в результате эксперимента, увеличение однозначности полученных данных, возможностью получения дополнительной информации, упрощение и удешевление проводимого эксперимента и т.д.
Методика включает в себя следующие этапы: - планирование эксперимента; - - выбор участков для проведения эксперимента; - калибровка аппаратуры и инструмента, применяемых в проведении эксперимента; - проведение калибровочных испытаний на монолитном бетоне (для определения параметров бетона и искусственного основания); - проведение контрольной серии исследования полимербетонного слоя по стандартной методике; - измерение и введение соответствующих поправок для измерительного оборудования, применяемого в эксперименте; - проведение измерений при изменяемых параметрах полимербетона (вид и толщина); - предварительный анализ данных на отсев грубых погрешностей и выявление серии данных непригодных для сравнения; - выявление грубых систематических погрешностей; - проведение дополнительных (проверочных) серий для уточнения данных; - статистическая обработка экспериментальных данных; - анализ и представление полученных данных для сравнения.
