Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Особенности расчета силосных сооружений и задачи исследований
1.1. Развитие методов расчета стен цилиндрических с ил ос ов
1.2. Исследования образования, раскрытия и условий закрытия нормальных трещин во внецентренно--растянутых элементах 17
1.3. Малоцикловое и знакопеременное нагружениеже-железобетонных элементов 27
1.4. Основные задачи экспериментальных исследований 34
ГЛАВА II. Методика экспериментальных исследований опытных образцов. 37
2.1. Конструкция опытных образцов 37
2.2. Изготовление образцов. 39
2.3. Испытательное оборудование и приборы 47
2.3fI, Установка для испытаний опытных образцов.. 47
2.3.2. Измерительная аппаратура и приборы 50
2.3.3. Установка опытных овразцов в захваты рычажной машины 53
2.4. Серии образцов и их нагружение 55
2.4.1. Образцы первой серии... 56
2.4.2. Образцы второй серии. 58
2.4.3. Образцы третьей серии... 59
ГЛАВА III. Результаты экспериментальных.исследований опытных образцов и их анализ 60
3.1. Образование трещин 60
3.1.1, Центральное растяжение 63
3.1.2, Одностороннее внецентреное растяжение ... 68
3.1.3. Знакопеременное внецентренное растяжение. 70
3.1.4. Расстояния между трещинами 76
3.2. Работа растянутого бетона на участке с трещинами 79
3.3. Ширина раскрытия трещин при центральном растяжений 90
3.4. Ширина раскрытия трещин при одностороннем и. знакопеременном внецентренном растяжении,.
3,4,1. Одностороннее нагружение... 98
3.4.. Знакопеременное нагружение Ю4
3,4,3. Статистическая обработка опытных значений ширины раскрытия трещин 112
3.5. Ширина раскрытия трещин при малоциклрвом и длительном нагружении. 124
3.6. Закрытие.трещин.в опытных, образцах... 134
ВЫВОДЫ 138
ГЛАВА ІV. Исследование кольцевых. предшірішеншх. элементов стен силосов 142
4.1. Конструктивные решения кольцевых элементов... 142
4.2. Определение усилий и перемещений в сечениях кольцевых элементов с учетом переменной жесткости. 156
4.3. Изготовление опытных элементов и методика,экспериментальных, исследований 165
4.4. Анализ результатов исследований 173
4.4.1. Прочность и деформативность стыковых сопряжений 173
4.4.2. Радиальные перемещения колец.. 183
4.4.3. Образование трещин 186
4.4.4. Ширина раскрытия и закрытие трещин 187
ВЫВОДЫ 192
ГЛАВА V. Предложения по проектированию стен сборных цилиндрических силосов и опыт внедрения. 19^
5.1. Предложения по проектированию стен сборных цилиндрических силосов 194
5.2, Опыт внедрения преднапряженных сборных цилин дрических силосов... 196
Заключение... ...201
Литература
- Развитие методов расчета стен цилиндрических с ил ос ов
- Установка опытных овразцов в захваты рычажной машины
- Одностороннее внецентреное растяжение
- Конструктивные решения кольцевых элементов...
Развитие методов расчета стен цилиндрических с ил ос ов
На ранних етапах развития методов расчета стен цилиндрических силосов горизонтальное давление от сыпучего материала определялось по методу Яне єна, разработанному в 1895 году / юв /t и считалось равномерно-распределенным по периметру силоса; HOG-ле нескольких аварий монолитных железобетонных силосов, происшедших в нашей стране в 1930-1935 годах, было обращено внимание на несоответствие расчетной схемы стен силосов их действительной работе И.С.Хорошим и М.И.ХаймоБичем в 1935 году был выполнен анализ деформаций железобетонных элеваторов /91 /# Затем в 1938-1939 годах С.Г.Тахтамышевым были проведены натурные испытания силосов диаметром 7 м и высотой 28,2 м в г.Баку /81 / В результате испытаний было установлено, что при выгрузке зерна горизонтальное давление в отдельных сечениях стен силосов увеличивается в 2,5 раза и более по сравнению с давлением, установившимся после загрузки На основании результатов испытаний в г.Баку и обследований силосных корпусов с цилиндрическими силосами в ДНИПСе д.т.н. А.А.Гвоздевым и к.т.н. В.И.Мурашевьш в 1941 году и Минзагом в 1951 году были составлены "Инструкции" по проектированию и расчету цилиндрических железобетонных силосов, в которых горизонтальное давление зерна определялось по формуле Яне єна с умножением на коэффициент, принимаемый для наиболее напряженной средней по высоте зоны равным Опыты по определению давления зерна в натурных с ил ос ах и на моделях, проведенные в последующие годы В.С.Кимом, Ф.А.Иссер-сом, ЩС Хорошим и другими исследователями / 5,6, 9,26,27/ подтвердили результаты, полученные при испытаниях силосного корпуса в г Баку; В исследованиях отмечалось увеличение давления при движении зерна в средней по высоте зоне силоса от 1,5 до 3,7 раза Было обращено внимание на динамические явления при выгрузке зерна и проточном режиме, сопровождающиеся ростом горизонтального давления и деформаций стен / 6,27 /;
Результаты зарубежных исследований, проводимые в основном на моделях, согласуются с данными отечественных работ 1ю5, ІОЬ, /07, і О 8,109. Щ Н1ІЇ На основе анализа экспериментальных и теоретических работ были сделаны выводы: И Горизонтальное давление на стены цилиндрических силосов распределяется неравномерно, что вызывает в их сечениях не только растягивающие усилия, но и изгибающие моменты 2. При выгрузке зерна максимальное давление в отдельных точках увеличивается в 3 и более раз по сравнению с расчитанным по формуле Янеєна Зі Горизонтальное давление имеет наибольшую величину в средней части по высоте силоса, причем после прекращения движения зерна оно сохраняет значение, отмеченное в момент остановки»
Недостатками проведенных экспериментов являлись небольшое количество точек измерения горизонтального давления и отсутствие синхронности при регистрации давления и деформаций стен силосов, что не позволило получить точную эпюру распределения давления по высоте и периметру силоса.
Анализ результатов обследований стен монолитных силосных корпусов, при проектировании которых горизонтальное давление з ер-на принималось с повышающим коэффициентом, равным 2, показал, что через непродолжительный период времени после ввода их в эксплуатацию появлялись нормальные трещины, раскрытие которых увеличивалось и достигало 1-2 мм; На этой стадии обычно проао-дился капитальный ремонт, стоимость которого составляла до 50$ от первоначальных затрат на возведение корпуса / 26 /; В связи с этим был сделан вывод о необходимости увеличения количества арматуры даже при переходе к расчету по методу предельных состоя-, ний.
В этот период многими исследователями на основании теоретических и экспериментальных работ предлагалось учитывать дополнительное повышение давления сыпучего материала, особенно в средней зоне силоса / 31, 47, 51, 55, 84, 35,97/+ На основании обобщения результатов исследований в 1967 году в "Рекомендациях по уточнению норм проектирования силосов СН 802-65 / 75 / ЦНЙЙЭП-сельстрой, НЙШБ и ЦНИШромзернопроект предложили учитывать в расчете трещиностойкости стен силосов изгибающий момент Мм .ев-А/ где эксцентриситет е0 условно принимался равным 0,01 Я для отдельно стоящих силосов и 0,02 Я для сблокированных
Установка опытных овразцов в захваты рычажной машины
Для исключения возможных дополнительных моментов, возникающих в тягах рычажной машины, была обеспечена шарнирная передача усилий на опытные образцы С этой целью в захватах рычажной машины размещались специальные детали, имеющие цилиндрические вырезы диаметром, равным диаметру закладных цилиндров опытных образцов.
Перед началом испытаний образец устанавливался в рабочее положение. Начальный эксцентриситет растягивающего усилия проверялся по соотношению деформаций бетона граней образцов. Центрирование производилось в упругой стадии работы бетона при нагрузках, не превышающих 0,5 т . При центральном растяжении образца деформации бетона всех четырех граней должны быть равны.
Расчетные соотношения деформаций растянутой и сжатой граней образца при внецентренном растяжении были определены как для упругого тела в зависимости от значения эксцентриситета растягивающего усилия (рис.2.9).
Для центровки образца захваты установки можно перемещать относительно оси приложения силы в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Однако, как показали соотношения деформаций бетона растянутой и сжатой граней образцов, абсолютно точно установить требуемый эксцентриситет практически невозможно. При испытаниях отдельных образцов начальный эксцентриситет растягивающего усилия изменялся в пределах от 3,1 см до 4,1 см. При этом мак Все опытные образцы разделялись на три основные серии: I серия - одностороннее внецентренное растяжение. П - серия - знакопеременное внецентренное растяжение, Ш серия - центральное растяжение. В пределах одной серии к образцам прикладывалось растягивающее усилие разного уровня и характера - кратковременное, длительно действующее и малоцикловое. Маркировка образца производилась следующими знаками: ВР - внецентренно-растянутый; Н - напряженный (отсутствие этой буквы в маркировке указывает на то, что образец - ненапряженный); Д - длительное загружение; Ц - центральное растяжение образца. Римскими цифрами (I, П, Ш) обозначалась серия образца, а арабскими (I, 2, 3,..) - его порядковый номер в серии.
Во всех трех сериях принималось 3 основных уровня загруже-ния образцов. Для напряженных образцов 1-ый уровень соответствовал нагрузке образования трещин Мт, 2-ой уровень принимался рав-ным 1,3 Мт, при котором Оа составляло порядка 200 Ша и От = 0,1-0,15 мм, а 3-ий уровень - 1,5 Мт, при котором бо = 300 МПа и Qr = 0,2 мм. Для ненапряженных образцов, так же как и для преднапряжен ных, 1-ый уровень нагрузки соответствовал Мт , а 2-ой и 3-ий уровни -1,5 Mr ( Qr - 0,2 мм) и 2 Мт ( 0ТР = s 0 3 мм).
Уровни нагружения образцов всех трех серий и их количество приведены в таблице П.5 В зависимости от начального эксцентриситета при испытаниях проводилась корректировка уровней нагру-жений с таким расчетом, чтобы напряжения в арматуре и ширина раскрытия трещин соответствовали заданным величинам.
Начальные эксцентриситеты, а также характеристики напрягаемой арматуры и бетона ко времени испытаний образцов указаны в таблице П.4.
Первую серию составили восемь образцов, в том числе шесть преднапряженных и два без предварительного напряжения.
Образцы HBP-I-I и HBP-I-2 испытывались на кратковременное и малоцикловое нагружение. Вначале они подвергались одностороннему внецентренному растяжению до усилий, при которых появлялись трещины. Затем проводилось несколько кратковременных нагружений до нагрузки трещинообразования, во время которых ширина раскрытия трещин и деформации образца стабилизировались.
Следующим этапом было малоцикловое загружение в количестве 1500 циклов до этого же уровня нагрузки. Затем нагрузка поднималась до следующего уровня, на котором осуществлялось несколько кратковременных нагружений, а потом образец опять подвергался малоцикловому загружению при нагрузке этого уровня.
Ненапряженные образцы БР-І-3 и BP-I-4 испытывались по аналогичной схеме. При этом величина внешнего усилия принималась таким образом, чтобы прирост напряжений в арматуре соответствовал этой же величине в преднапряженных образцах.
Одностороннее внецентреное растяжение
Можно предположить, что первая трещина в центрально-растянутом образце появилась при сравнительно низкой нагрузке вследствие случайного эксцентриситета растягивающего усилия, возникающего из-за вышеперечисленных факторов,
В работе / 80 / замечено, что после появления первой трещины нарушается центровка образца, и трещины появляются неодновременно на всех гранях. Та же картина проявляется при испытании данных образцов. Трещина появляется на какой-либо одной грани или на двух смежных. Сквозной она становится при более высоких уровнях нагрузки или при последующих нагружениях.
Существует мнение /67, 88, 89 /, что трещина начинает развиваться от растянутого арматурного стержня. Поэтому она может выйти на поверхность бетона, вероятнее всего, на грани, расположенной ближе к арматурному стержню. Действительно, первые трещины в образцах ВДР-Ш-І и НЦР-Ш-2 были обнаружены на грани Ш по показателям тензорезисторов, расположенных цепочкой вдоль арматурного стержня. Низкие по величине усилия образования трещин в двух центрально-растянутых образцах соответствуют их вне-центренному растяжению с эксцентриситетами порядка I см. На величину усилий образования трещин также возможно влияние небольшой величины процента армирования JM?J 1% и армирования сечения двумя стержнями, вследствие чего боковые грани образцов удалены от арматуры на 7 см,
Во всех опытных образцах I и П серии при одностороннем вне-центренном нагружении первые трещины появились при нагрузке близкой по величине к рас читанной по формулам СНиП П-2І-75 (рис. 3.5),
Максимальное отклонение опытного момента образования трещин Мт от расчетной величины составило 13,4$ в образце НБР-П-2 и 13$ в образце HHP-I-6. При этом образование трещины не было установлено визуально, но их следы были обнаружены при смачивании поверхности бетона ацетоном. Все трещины в опытных образцах появились, как было отмечено тензорезисторами, при первом наг-ружешш, но визуально некоторые из них удалось обнаружить лишь при повторных нагружениях.
В ненапряженных образцах I серии БР-І-3 и BP-I-4 первые трещины образовались из усадочных, обнаруженных до испытаний, при низких уровнях нагрузки (0,328 Мт в БР-І-3 и 0,246 Мт в образце БР-І-4). Низкому уровню усилия образования трещин в этих образцах также способствовали выводы проводов от тензоре-зисторов, расположенных на арматурных стержнях. Они ослабляли небольшое по размерам поперечное сечение рабочей части, и основные трещины (Тр-2а, Тр-3, Тр-6 в БР-І-3 и Тр-1, Тр-3, Тр-6 в BP-I-4) появились в местах выводов проводов.
В ненапряженном внецентренно-растянутом образце П серии БР-Д-3 не было выводов проводов от тензорезисторов. Момент образования трещин в этом образце был равен 0,767 Мт . Снижение момента образования трещин в ненапряженных железобетонных элементах возможно из-за возникновения дополнительных растягивающих напряжений в бетоне вследствие усадки.
На знакопеременное нагружение испытывались преднапряженные образцы HBP-I-7, ШР-І-8, НВР-П-І и НЕР-П-2 и ненапряженный ВР-Я-3.
В образцах НВР-П-І и НБР-П-2 уровень нагрузки при односто роннем нагружении был равен 1,6 Мт . Образцы НБР-І-7 и ШР-І-8 в последнем одностроннем нагружении подвергались нагрузке, по уровню близкой соответственно 3,5 Мт и 2,65 Мт При этом напряжения в растянутой арматуре двух последних образцов со стороны грани I, вычисленные по рекомендациям СНиП П-2І-75, превышали условный предел текучести арматуры Ат-У1. Опытные значения ба при вышеуказанных уровнях были значительно ниже, и зависимость N — а имела линейный характер (рис.3.6). Следовательно, растянутая арматура во всех преднацряженных образцах со стороны грани I при уровнях нагрузки вплоть до 3,5 Mr работала в упругой стадии.
Из четырех преднапряженных образцов, испытанных на знакопеременное нагружение, в трех момент образования трещин на грани Ш при трещинах на грани I уменьшился по сравнению с односторонним нагружением (таол.Ш.З).
Конструктивные решения кольцевых элементов...
На первых этапах сборного элеваторостроения предварительное напряжение в конструкциях цилиндрических силосов осуществлялось путем натяжения арматуры на внешнюю поверхность бетона непосредственно на строительной площадке.
Этот способ возведения силосных сооружений не нашел широкого применения из-за значительной трудоемкости работ, неточности натяжения арматуры и необходимости ее зашиты от коррозии / 27 /,
Для более интенсивного развития элеваторного строительства необходимы были новые конструктивные решения предусматривающие полную заводскую готовность отдельных элементов с последующей их сборкой в кольцо на строительной площадке.
Работы в этом направлении проводились в НИМБ с I960 года / 6 /. В процессе исследований решались две основные задачи: разработка способов предварительного напряжения арматуры на криволинейную поверхность и создание стыковых сопряжений между криволинейными элементами при их сборке на монтаже в кольца.
Одна из первых разработанных конструкций сборных силосов диаметром 6 м представляла собой 18-угольник, состоящий из 6 складчатых элементов. Предварительное напряжение арматуры элементов осуществлялось механическим способом на упоры формы. Для полигонального расположения арматурных стержней предусматривались прокладки, остающиеся в бетоне, или фиксаторы, привариваемые к стержням. Варианты стыковых сопряжений между элементами отличались по способу передачи усилий. Разрабатывались стыки для передачи усилий через бетон (сваркой закладных деталей или болтами) или через арматуру (сваркой накладками упоров, на которые натягивалась арматура).
Был разработан вариант создания предварительного напряжения способом непрерывного армирования с помощью арматурно-намоточнои машины типа ДН-7. При этом элементы, длиной 3,2 м и толщиной 80 мм, армировались высокопрочной проволокой класса Вр-П диаметром 4 мм. Навивка производилась из расчета 10-40 проволок на I пог.м высоты элемента в зависимости от зоны его установки. Подобные элементы не получили распространения из-за того, что машины типа ДН-7 не нашли широкого применения на заводах железобетонных конструкций.
Следующими этапами работы по созданию конструкций цилиндрических силосов были варианты сборных силосов из криволинейных преднапряженных элементов.
Скориковым Б.А. (ЦНИШромзернопроект) была предложена конструкция силоса диаметром 12 м. Криволинейные элементы прямоугольного сечения 1470x120 мм армировались тремя стержнями класса А-ІУ и конструктивной арматурной сеткой. Арматурные стержни натягивались электротермическим способом на бетонные упоры, расположенные через 500 мм, с передачей усилия на опалубку до бетонирования. Стыковые сопряжения криволинейных элементов предлагалось выполнять путем сварки концов преднапряженной арматуры с последующим замоноличиванием / 79 /.
В лаборатории предварительно-напряженных конструкций НИИЖБ были проведены исследования по преднапряжению криволинейных арматурных каркасов механическим или электротермическим способами / 79 /.
Арматурные каркасы состояли из двух стержней с приваренными к ним V - образными поперечными стержнями.
При экспериментальном исследовании опытных элементов, арматура которых натягивалась механическим и электротермическим способом, было установлено, что при электротермическом способе пред-напряжение в средней части стержня больше, чем по краям, а при механическом способе - наоборот.
Это явление вызвано неодинаковыми деформациями по длине стержня при разных способах натяжения, а также трением поперечных стержней каркаса о борт формы.
При осуществлении предварительного напряжения отдельных стержней и арматурных каркасов в криволинейных элементах электротермический способ, по сравнению с механическим, оказался более экономичным по расходу арматурной стали и менее трудоемким.
По проекту, разработанному совместно Плавалеваторспецстроем Минсельстроя РОФСР, ЦНИШрошернопроектом и НИИЖБом, в 1970 году в г.Москве на мелькомбинате им. А.Д.Цюрупы был возведен экспериментальный силосный корпус со стенами из сборных кольцевых элементов диаметром 6м / 74 /. Кольца собирались из четырех криволинейных элементов сечением 90x10 см, длиной 4,5 м, имеющих на концах уширения, в которых заанкеривалась напрягаемая арматура (рис.4.1а). Один из торцов элемента имел вогнутую поверхность, другой - выпуклую радиусом 700 мм. Элементы армировались высокопрочной арматурной проволокой класса Вр-П диаметром 5 мм. Предварительное напряжение проволоки осуществлялось электротермическим способом. Арматура натягивалась на бетонные упоры переменного сечения, позволяющие получить полигональное двухряд- ное расположение арматуры.
