Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния безопасности каркасов ТЭЦ и других промышленных зданий
1.1. Анализ состояния и причин обрушений строительных конструкций сооружений
1.2. Исследование состояния несущих конструкций теплоэлектроцентралей
1.3. Выводы 27
1.4. Цель и задачи исследования 28
Глава 2. Конструкции покрытия: восстановление работоспособности
2.1. Особенности работы конструкций покрытий 29
2.2. Анализ существующих способов восстановления ферм покрытия
2.3. Особенности расчёта ферм покрытия 35
2.4. Разработка способов восстановления работоспособности сжатых раскосов фермы
2.5. Расчёт сжатого опорного раскоса 39
Выводы по главе 2 43
Глава 3. Анализ способов усиления консолей колонн для опирання подкрановых балок. Разработка способов восстановления работоспособности консолей колонн
3.1. Исследование способов усиления консолей колонн 44
3.2. Способы восстановления работоспособности консолей колонн 53
3.2.1. Восстановление работоспособности с помощью замкнутой рамы
3.2.2. Восстановление работоспособности с помощью рамки управления
3.2.3. Восстановление работоспособности консолей колонн с использованием опорных швеллеров
3.2.4. Восстановление работоспособности с использованием объёмно предварительно напряжённой сталетрубобетонной обоймы
3.2.5. Восстановление работоспособности с использованием двухуровневой обоймы
Выводы по главе 3 з
Глава 4. Экспериментальное исследование работы консоли колонны 72
4.1. Цель и задачи экспериментального исследования 72
4.2. Расчёт прочности моделей аварийных консолей колонн по методике Барановой Т.И.
4.3. Экспериментальные модели консолей колонны 75
4.4. Подготовка приборов перед измерением деформаций
4.4.1. Тарировка тензостанции при помощи эталонной балки 77
4.4.2. Тарировка домкратов 78
4.4.3. Проверочные испытания болтов на растяжение до разрушения
4.5. Исследование изменения напряжений в арматуре моделей консолей с помощью методов тензометрии
4.5.1. Общие данные о применяемых тензорезисторах 80
4.5.2. Общие данные о ММТС 64-01, применяемой при проведения эксперимента
4.6. Экспериментальное исследование консолей колонн 85
4.6.1. Последовательность проведения эксперимента 85
4.6.2. Проведение эксперимента 88
4.7. Испытание при восстановлении работоспособности моделей консолей колонн балансирными устройствами
4.7.1. Экспериментальные уменьшенные модели балансирных устройств. Принципиальная схема работы балансирных устройств
4.7.2. Схема наклейки тензорезисторов на балансирные 95
устройства
4.7.3. Испытание моделей балансирных устройств, полностью 95
разгружающих аварийные консоли
4.7.4. Результаты эксперимента 102
4.8. Испытание при восстановлении работоспособности моделей 103
консолей колонн сталетрубобетонными обоймами
4.8.1. Подготовка к проведению эксперимента 103
4.8.2. Проведение эксперимента 109
4.8.3. Результаты эксперимента 111
Выводы по главе 4 1
Глава 5. Численное моделирование работы конструкций восстановления работоспособности консолей колонн
5.1. Общие сведения и исходные данные для моделирования 113
5.1.1. Выбор конечных элементов для моделирования бетона 114
5.1.2. Выбор конечных элементов для моделирования стальных конструкций
5.1.3. Выбор конечных элементов для моделирования арматуры 115
5.1.4. Выбор конечных элементов для решения контактной задачи
5.1.5. Исходные данные моделирования, определение граничных условий, постановка задачи, выбор решателя
5.1.6. Модели поведения бетона и металла
5.2. Моделирование конструкций 126
5.3. Сравнение результатов физического и численного экспериментов 135
5.4. Исследование распределения напряжений в сечении консоли колонны
5.5. Исследование влияния способов усиления консоли колонны на распределение моментов в поперечной раме
Выводы по главе 5 147
Глава 6 Технико-экономическое обоснование предложенных методов 148
6.1. Расчёт материалоёмкости способов усиления консолей колонн 148
6.2. Расчёт трудоёмкости способов усиления консолей колонн 153
Выводы по главе 6 156
Основные выводы и результаты 157
Список литературы
- Исследование состояния несущих конструкций теплоэлектроцентралей
- Особенности расчёта ферм покрытия
- Восстановление работоспособности с использованием объёмно предварительно напряжённой сталетрубобетонной обоймы
- Экспериментальные уменьшенные модели балансирных устройств. Принципиальная схема работы балансирных устройств
Исследование состояния несущих конструкций теплоэлектроцентралей
Среди институтов, занимающихся проблемами усиления конструкций, можно выделить ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, ЦНИИ Проектстальконструкция им. Мельникова, МИСИ им. В.В. Куйбышева (МГСУ), СПбГАСУ, УкрНИИпроектстальконструкция, Новосибирский ГАСУ, Пензенский ГУ АС.
Большой вклад в исследования надежности каркасов промышленных зданий внесли известные ученые: Стрелецкий Н.С. [17], Беленя Е.И. [17-20], Кикин А.И. [21-23], Санжаровский Р.С. [21], Кудишин Ю.И [14,19], КошутинБ.Н. [23], Нежданов К.К. [24-27], Кутуков В.Н. [28], Топчий В.Д. [29], Гроздов В.Т. [30], Назаров Ю.П., Городецкий А.С., Симбиркин В.Н. [31], Овчинников ИГ. [32-34], Кузин Н.Я. [7, 8], Гребенник Р.А. [29], Шагин А.Л. [37], Золина Т.В. [38], Мельников Н.П. [39], Балдин В.А. [17] и др.
Вопросы по обследованию и реконструкции промышленных зданий отражены в работах Валя В.Н. [40], Горохова Е.В. [40], Беляева Б.И., Корниенко В.И. [12], Землянского А.А. [35, 36], Уварова Б.Ю. [40], Ерёмина К.И. [41, 42], ПермяковаМ.Б. [15], Гучкина И.С. [43], Кунина Ю.С. [11], Абрашитова B.C. [44, 62], Мигаль Р.Е. [45], Ерёмина А.К. [46], Аззама А.И [47].
Исследованию работы консолей колонн и способов восстановления их работоспособности посвящены труды Барановой Т.И. [48, 49], Нежданова К.К [50 -52], Туманова В.А. [52], Мигаль Р.Е. [45] и др. Среди зарубежных ученых, занимающихся проблемой усиления консолей колонн промышленных зданий, можно выделить Tuns loan, Mantulescu Marius (Румыния) [53, 54], Козаченко О.М. (Украина) [16] и др.
Восстановлением работоспособности ферм покрытия занимались: Стрелецкий Н.С. [17, 57], Беленя Е.И. [17-20], Кикин А.И. [21- 23], Кошутин Б.Н. [23], Пермяков М.Б. [15], Раевский А.Н. [56 - 58], РебровИ.С. [59], Лащенко М.Н. [9], Васильев А.А. [22, 23]. Среди зарубежных ученых, занимающихся проблемой усиления ферм покрытия, можно выделить Tudor Postelnicu (Румыния) [60]. ТЭЦ являются главными объектами городской инфраструктуры, так как нарушение непрерывного снабжения тепловой и электрической энергией приводит к негативным последствиям, которые особенно опасны в зимнее время года.
Отключения электрической энергии, даже небольшой продолжительности, приводят к гибели людей в больницах и родильных домах, к остановке городских объектов: насосных, водопроводных и канализационных станций, железнодорожного и городского электрического транспорта.
Всем известны выходы из строя котельных в зимнее время, в результате которых происходит быстрое замораживанию отопительной системы целых микрорайонов городов и серьёзные повреждения, в том числе разрывы в системе теплоснабжения. Следовательно, актуальность повышения надёжности, живучести и работоспособности энергетических систем для городских инфраструктур несомненна.
Для государства решение проблемы повышения надёжности строительных конструкций и оснований сооружений ТЭЦ выходит на первое место [1]. Коэффициент надёжности по ответственности таких сооружений увеличен в 2008 г. с уп =\ до уп =1,2. Первостепенная задача строительной отрасли России -обеспечить повышение надёжности ТЭЦ по ответственности до уп = 1,2.
Основные несущие конструкции турбинного цеха состоят из ступенчатых железобетонных колонн, защемлённых в монолитных фундаментах (отметка подошвы составляет - 4.700). Колонны прямоугольные в сечении, в нижней части их размер 1300x700 мм, в выше подкрановых балок 600x600 мм.
Армирование колонн осуществлено жёсткой арматурой из уголков L90x6. Часть колонн армирована гибкой арматурой. На отметке 7.000 колонн находится железобетонная рабочая площадка для обслуживания турбин. Шаг колонн турбинного зала 1-й и 2-й очереди строительства 6330 мм, 6340 мм. Далее шаг 6000 мм (3-я, 4-я и 5-я очередей строительства). На отметке 16.000 колонны располагаются железобетонные консоли для опирания стальных подкрановых балок высотой 800... 1000 мм. В результате обследования выявлено, что в промежутках между узлами колонны имеют лишь локальные повреждения, возникшие от непроектной подвески технологических трубопроводов непосредственно к рабочей арматуре колонн с удалением защитного слоя бетона.
В одной из колонн на нулевой отметке образовались сквозные трещины в направлении большего размера (1300 мм). Ширина раскрытия трещин достигала 10... 15 мм. При откапывании колонны обнаружено, что защитный слой полностью отслоился. Трещины распространялись выше нулевой отметки на 0,5...0,7 м и ниже нулевой отметки на 0,8... 1 м. Несущая способность колонн была значительно снижена. Колонну усилили, заключив в стальную замкнутую обойму.
Покрытие старой части ТЭЦ опирается на стальные трапецеидальные фермы пролётом 20750 мм, которые шарнирно опираются на консоли железобетонных колонн и являются статически определимыми. Шаг ферм 6333 мм для первой очереди и 6000 мм - для последующих. Решётка ферм выполнена из симметричных в сечении уголков, образующих тавровое сечение. Нижние опорные узлы ферм соединены с колонной анкерными болтами. Опорные реакции передаются на консоли верхней части колонны с эксцентриситетом. В средней части фермы имеется фонарная конструкция.
Фермы соединены друг с другом горизонтальными связями по верхним и нижним поясам. Вертикальные крестовые связи установлены по торцам ферм, и в середине пролёта под фонарной конструкцией, распорки установлены по верхнему поясу, под опорами фонаря и в середине пролёта.
В старой части здания по узлам ферм уложены стальные прогоны из двутавров 122...24. По прогонам были смонтированы мелкоразмерные железобетонные плиты, работоспособность которых была полностью исчерпана. В настоящее время эти плиты заменены стальным профнастилом с высотой волны 60..80 мм и негорючим утеплителем. Нагрузка на фермы значительно уменьшилась, а надёжность колонн повысилась.
Особенности расчёта ферм покрытия
Расчёт стальных конструкций, в том числе ферм покрытия, производят по первому и второму предельному состоянию [70]. Первая группа предельного состояния конструкций может быть вызвана следующими причинами: 1) потерей несущей способности и (или) полной непригодностью конструкции к эксплуатации вследствие потери элементами конструкции устойчивости; 2) превращением конструкции в геометрически изменяемую систему элементов (механизм), что, в свою очередь, приводит к качественному изменению конфигурации сооружения [12, с.37]; 3) хрупкое, внезапное разрушение в результате возникновения и развития усталостных трещин при циклических воздействиях на конструкции; 4) чрезмерным нарастанием пластических деформаций, что в конечном счёте приводит к разрушению материала конструкции и сооружения. Вторая группа предельных состояний характеризуется затруднениями нормальной эксплуатации сооружения или снижением его долговечности вследствие возникновения недопустимых перемещений прогибов, осадок опор, углов поворота, колебаний, трещин и т.п. Очевидно, что первая группа предельных состояний более опасна, чем вторая, так как разрушение происходит внезапно, хрупко, без видимых перемещений и деформаций.
Если ферма статически определима, то её живучесть самая низкая -«нулевая». То есть при потере устойчивости одного из сжатых стержней ферма превращается в механизм, и она внезапно обрушается. Несущую способность в первую очередь теряют сжатые, а не растянутые стержни, так как расчётное сопротивление стали ВСтЗсп5 (С255), назначенное по пределу текучести, равно Ry= 230...240 МПа [70, с.64], а назначенное по временному сопротивлению Ru= 360...370 МПа. Следовательно, растянутые стержни имеют более чем полуторный запас по несущей способности по отношению к сжатым стержням. Это же подтверждают исследования Беленя Е.И. [19], Беляева Б.И., Корниенко B.C. [12, с.198] - причиной аварий сооружений в 44% случаев является потеря устойчивости одного из сжатых элементов фермы [12, с.198]. Опасность возрастает в статически определимых фермах. Можно сделать вывод, что нулевую живучесть решётчатых ферм необходимо устранять.
Анализ устойчивости сжатых по отношению к прочности растянутых элементов ферм, показывает, что растянутые элементы ферм обладают значительным запасом прочности. Например, для малоуглеродистой стали есть расчетное сопротивление по пределу текучести Ry=230MIla и расчетное сопротивление по временному сопротивлению Ru=360Mria. При делении Ru на Ry получим запас для растянутых элементов по прочности 360/230=1,565 раза. При увеличении узловой нагрузки один из сжатых стержней становится перегруженным и теряет устойчивость.
Исключение обрушения возможно двумя способами: повышением устойчивости сжатых стержней в 1,565 раза или превращением фермы в статически неопределимую систему. Очевидно, что несущую способность сварных швов и стыков в узлах необходимо также, повышать на величину 1,565. Следует выравнивать устойчивость сжатых элементов фермы и делать её примерно равной несущей способности растянутых элементов. Таким приёмом нулевая живучесть фермы будет повышена до приемлемого уровня. 2.4. Разработка способов восстановления работоспособности сжатых раскосов фермы
Способы, разработанные автором диссертационной работы, представляют собой восстановление работоспособности аварийной эксплуатируемой фермы превращением её в трубобетонную конструкцию. В современном строительстве одним из перспективных направлений развития конструкций является применение трубобетонных конструктивных элементов при восстановлении работоспособности систем покрытия. Превращение аварийного стального элемента фермы покрытия в сталетрубобетонный обеспечивает повышение устойчивости его при центральном сжатии до 2-х раз. При этом практически полностью исключается коррозия внутренних полостей трубы и непосредственно бетона. Одним из пунктов развития данного направления является применение расширяющегося бетона (расширение бетонной смеси 1,5-4% в объёме), что улучшает общую работу конструкции на 20-25% [71]. Эффект объёмного преднапряжения при использовании расширяющихся добавок для бетона усиливает сцепление бетона с трубой, а применение мелкозернистого бетона улучшает удобоукладываемость смеси бетононасосом способом «снизу вверх».
Такие конструкции совмещают в себе все достоинства стальных и железобетонных конструкций. Прочность бетонного ядра, стеснённого стальной обоймой, повышается примерно в 2 раза [21]. Поэтому превращение сжатых элементов стальных ферм в трубобетонные позволяет выровнять устойчивость сжатых и прочность растянутых стержней. Рис.2.3. Усиление сжатых стержней фермы двойным шпренгелем На рис.2.3-2.5 представлена схема усиления сжатых раскосов фермы двойным шпренгелем. Такой способ позволяет снизить гибкость сжатого стержня в плоскости фермы в три раза.
Восстановление работоспособности с использованием объёмно предварительно напряжённой сталетрубобетонной обоймы
К недостаткам способа, описанного в п.3.2.2. относится невозможность применения домкрата в ходе рихтовки подкрановых балок, что обусловлено отсутствием места для его установки. Способ, предлагаемый в этом разделе способен, решить данную проблему. Суть способа заключается в переносе рычагов управления на 300...350 мм ниже отметки консоли, что и позволяет использовать домкрат. Изменение пути передачи опорных реакций от подкрановых балок на стержень колонны реализовано рычажным механизмом в следующей технологической последовательности.
Способ полной разгрузки аварийной железобетонной консоли колонны 1 от опорных реакций смежных подкрановых балок 2 заключается в том, что в промежутке между смежными подкрановыми балками 2 вокруг верхней части колонны 3, а также на самой консоли 1 удаляют повреждённый коррозией, защитный слой бетона толщиной 60.. .75 мм, промывают поверхность. Укладывают стальное опорное кольцо 4 вблизи центра тяжести нижней части колонны 5 с минимальным эксцентриситетом, заполняют опорное кольцо мелкозернистым расширяющимся бетоном и создают надёжную опору для центратора 6. Монтируют центратор 6, являющийся элементом верхней неподвижной обоймы 7 вокруг верхней части колонны 3, причём концы центратора 6 выпускают с двух сторон колонны за боковые грани её на 250...300 мм.
Подвешивают к этим концам на тяжах-регуляторах 8 симметричную пару рычагов управления 9 ниже отметки консоли на 350...400 мм устанавливают постоянную распорку 10 из швеллеров между короткими плечами рычагов управления 9 и нижними поясами подкрановых балок 2 и фиксируют пару рычагов управления 9 горизонтально.
Опирают на длинные плечи этой пары рычагов 9 соединительную балку 11 и закрепляют на ней болтами 12 балку верхней неподвижной обоймы 13 на отметке центратора 6.
Уплотняют все щели упомянутой обоймы 7 путем соединения центратора 6 и балки 13 верхней неподвижной обоймы стальными листами 14 и тяжами 15 в замкнутую обойму. К соединительным швеллерообразным элементам 14 присоединяют гнутый элемент 16 с днищем из листовой стали, являющийся уплотнительным элементом. В зоне контакта используют резиновый уплотнители, заранее приклеенные к соединяемым элементам.
Присоединяют бетонопроводы к патрубкам обоймы 17, нагнетают через них в обойму 7 способом «снизу вверх» мелкозернистый расширяющийся бетон, а при схватывании бетона обжимают обоймой верхнюю часть колонны 3 со всех сторон и обеспечивают неподвижное соединение с колонной в единое целое. Этот участок колонны превращается в сталетрубобетонный. Со стороны балки 11 восстанавливаем защитный слой колонны торкретированием.
Со стороны цеха удаляют аварийную часть консоли 1 в промежутке между опорными частями смежных подкрановых балок 2 и короткими плечами рычагов управления на глубину 120... 150 мм. Монтируют в это гнездо опорный швеллер 18 и опирают его на рычаги управления 9, соединяют болтами 19 его нижнюю полку с полками пары рычагов управления, а верхнюю полку болтами 20 - с нижними поясами подкрановых балок. Болтами 20 рихтуют и восстанавливают проектное положение подкрановых балок, гарантированно затягивая гайки 20 гайковёртом, и эксплуатируют сооружение (рис.3.12). 1 - консоль колонны; 2 - подкрановая балка; 3 - верхняя часть колонны; 4 - опорное кольцо; 5 - нижняя часть колонны; 6 - центратор; 7 - верхняя неподвижная обойма; 8 - тяж-регулятор; 9 - рычаги управления; 10 - постоянная распорка; 11 - соединительная балка; 12,20 -болты; 13 - балка верхней неподвижной обоймы; 14 - стальные листы; 15 - тяжи; 16 - гнутый элемент; 17 -патрубки обоймы; 18 - опорный швеллер; 19 - соединительные болты Максимальную опорную реакцию Dmax определим по линии влияния: Dmax = ІР,У,; Dmax = 3-2674,1(2,18 + 4)/6 = 826,3 кН. Тяжи выполняют высокопрочными (сталь легированная 40Х "Селект" [79]). Наименьшее временное сопротивление Rt,un = 1100 МПа. Расчётное сопротивление после термической обработки [70, с.6, 69, табл.61] Rbh = 0,7Кьип = 770 МПа. YA=— = —=13,41см2, где у- коэффициент условия работы. yR 0,8-770 F Примем восемь вертикальных тяжей по четыре с каждой из сторон колонны для подвески каждого из рычагов управления М20 [79, с.72, табл.62] с суммарной площадью поперечного сечения по нарезке 2,45-8 = 19,6 13,41 см2 (сталь легированная 40 X «Селект», тяжи термообработаны). Проверка прочности вертикальных тяжей М20 на растяжение:
Прочность восьми высокопрочных вертикальных тяжей М20 на растяжение по ослабленному нарезкой сечению обеспечена с запасом. Расчёт центратора на изгиб в вертикальной плоскости. Примем сталь центратора - ВстЗ сп5, ГОСТ 2 777 2-88. кН Нагрузка на единицу его длины q = 82 ,3 = і юі ,7 0,75 м Тогда изгибающий момент м = ЯІ- = = 77 46 кН м 8 8 Требуемый момент сопротивления двутаврового центратора М 77,46-// л л з WY = = = 421 CMJ. х Y-R 0,8-230 Принимаем широкополочный двутавр І26Ш1: А = 54,37 см2, Jx =6225 см . Фактический момент сопротивления WX=496CM3. Может быть применен и профиль коробчатый в сечении. Проверка прочности центратора на изгиб: j о=—= -6=156,2МПа у-Я =0,8-23 0=184 МПа. Wx 496 у Прочность центратора на изгиб из двутавра І26Ш1 обеспечена. Боковой стопор, значительно менее нагруженный, примем из швеллера I 24 Ш1. К достоинствам этого способа можно отнести применение гидродомкрата при рихтовке подкрановых балок, удаление корродирующего бетона и арматуры из -под подкрановой балки, возможности повторного применения.
К недостаткам способа, описанного выше, можно отнести достаточно сложную конструктивную схему, которая может иметь существенный вес, что скажется на её конечной материалоёмкости и трудоёмкости, а также необходимость проведения ряда монтажных работ на высоте. Всех этих недостатков лишен способ, описанный далее. Технологическая последовательность решена следующим образом. Механизировано на заводе металлоконструкций изготавливают сборную обойму 1, состоящую из швеллерообразых гнутых сборных элементов 2 с соосными совпадающими отверстиями в полках, копирующих с четырёх сторон внешнюю поверхность консоли 3, а также фиксатор-стопор 4 с отверстиями на консолях 5 его, для подвешивания обоймы 1. Удаляют вокруг по контуру аварийной консоли 3 повреждённый коррозией защитный слой бетона толщиной 65...75 мм, транспортируют готовые элементы сборной обоймы 1 в цех.
Монтируют фиксатор-стопор 4, выпуская его концы за боковые грани колонны на 200...250 мм, монтируют нижнюю часть обоймы 6, собирая её вокруг стержня колонны на нижней отметке с зазором по внешнему контуру 80... 100 мм и, охватив колонну в круговую, замыкают обойму.
Монтируют верхнюю часть обоймы 7, совмещая соосные отверстия в отбортованных краях верхней и нижней частей обоймы, и соединяют их в единую замкнутую обойму болтовым соединением 8. Монтируют монтажную лебёдку. Стропят замкнутую обойму к крюкам мостового крана и лебёдки и синхронно мостовым краном и лебёдкой подтягивают замкнутую обойму вверх, скользя по колонне, до упора её в нижние пояса смежных подкрановых балок
Экспериментальные уменьшенные модели балансирных устройств. Принципиальная схема работы балансирных устройств
Первоначально модели железобетонных консолей были установлены в вертикальном положении, вертикальность проверялась строительным уровнем, после чего на них была установлена сварная опорная балка из двух сваренных между собой швеллеров №27 и усиленных листом стали толщиной 12 мм. Для погашения распора в плоскости колонны в верхней части были связаны между собой затяжкой, сваренной их двух стержней диаметрами 12 мм. Для предотвращения смятия бетона с обеих сторон затяжки были установлены деревянные подкладки. По низу конструкции поставлен распорный брус поперечным сечением 100x100 мм (рис.4.12) и длиной 1000 мм, предотвращающий скольжение моделей консолей по силовому полу.
Были установлены автомобильные гидравлические домкраты. Для того чтобы зафиксировать испытываемые модели в стальной П-образной раме, использовалась пара гидравлических автомобильных домкратов грузоподъёмностью 2т каждый. Автомобильные домкраты ставились по обе стороны от основного гидравлического домкрата грузоподъемностью 50 т, и путём последовательного поддомкрачивания осуществляли фиксацию моделей в проектном положении. Под основным домкратом были уложены подкладки из листовой стали.
Два домкрата ДГ-50 грузоподъёмностью 50т нижней частью опирались на квадратную в сечении опорную площадку размером 10x10 см, что соответствует масштабной ширине подкрановой балки, а верхней частью - в опорную балку. Площадка для опирания домкрата была выложена мокрым песком или листовой резиной (для равномерного распределения нагрузки) по всей площади контакта моделей консолей с поверхностью силового пола.
В ходе эксперимента были испытаны две модели консолей колонны с доведением их до полного разрушения. Модели были испытаны на специально разработанном и вышеописанном стенде. Величина расчётной разрушающей силы составила 190 кН (19,4 т). Шаг нагружения определён равным 9,81кН (1 т) с выдержкой в 3 минуты. За разрушение принят момент времени, когда увеличение показаний на манометре останавливается. Результаты экспериментального исследования модели консоли №1 приведены в таблице 4.1. Таблица 4.1 Результаты экспериментального исследования модели консоли № Этап нагружения Разрушения до 107,91 кН образование микротрещин без видимых деформаций 117,72 кН образование наклонной трещины в растянутой зоне консоли (длина - 20-25 мм, ширина - 0,1 мм) 166,77кН образование вертикальных и горизонтальных трещин по всей высоте сечения консоли (ширина не более 0,1 мм) 176,58 кН образование вертикальных и горизонтальных трещин вдоль боковой грани консоли под опорной площадкой (длина - до 30-35 мм, ширина - не более 0,1 мм), раскрытие вертикальных трещин (длина - до 70-75 мм, ширина - до 0,5-0,8 мм) 186,39 кН раскрытие вертикальных трещин (длина - 75-120 мм, ширина - 1-1,5 мм) 196,2 кН раскрытие вертикальной трещины в четырёх сантиметрах от грани консоли до сжатой наклонной грани (длина - около 300 мм, ширина -3-4 мм) (рис.4.13) 206,01 кН сдвиг бетона по наиболее раскрытой трещине на высоту сечения консоли Рис.4.13. Вид 1-й консоли колонны при разрушении В ходе проведения эксперимента были получены экспериментальные данные с тензометрической системы, которые приведены в таблице (прил. 2, табл.1). Все данные скорректированы с учётом коэффициента тарировки 1,06 в сторону завышения. Изменения напряжений в арматуре, полученные измерениями в тензометрических датчиках, представлены на графике (прил.2, рис. 1), построенном по данным таблицы (прил. 2, табл.1).
Испытание второй модели консоли осуществлялось по такой же схеме, но характер разрушения был другой (таблица 4.2). Таблица 4.2 Результаты экспериментального исследования модели консоли № Этап нагружения Разрушения до 117,72 кН образование микротрещин без видимых деформаций 127,53 кН образование трещин в растянутой зоне примыкания консоли к вертикальной грани верхней части модели (длина - 25-30 мм, ширина - до 0,1 мм) 137,34 кН незначительное раскрытие существующих трещин 147,15 кН внезапное обрушение защитного слоя бетона без значительного раскрытия трещин (рис.4.14) Попытка увеличить силу более 147,15 кН привела к развитию в зоне контакта опорной площадки неравномерного смятия, причём смятие увеличилось у передней грани консоли. Показания тензометрических датчиков при разрушении консоли 2 показаны на графике (прил.2, рис.2), построенном на основе таблицы (прил.2, табл.2). Схема расположения датчиков представлена на рисунке 4.15.
Схема расположения датчиков: 1...12 - порядковый номер датчика Таким образом, разрушающая сила для первой и второй моделей составила 206,01 кН (21 т) и 147,15 кН (15 т) соответственно. Максимальные растягивающие напряжения возникли в рабочей арматуре консоли в зоне датчиков 6 и 7 (165 МПа для модели № 1 и 100 МПа для модели №2), а сжимающие - в рабочей арматуре консоли в месте, где она параллельна наклонной грани (65 МПа для модели №1 и 40 МПа для модели №2), в зоне датчиков 2 и 4. 4.7. Испытание при восстановлении работоспособности моделей консолей колонн балансирними устройствами Принципиальная схема работы балансирных устройств Для проведения эксперимента по усилению консоли разработаны и изготовлены две опытные модели [88, 89] из малоуглеродистой стали ВСтЗсп5. Конструкция усиления состоит из рычагов управления, центратора и составной опорной балки. Рычаги и центратор выполнены из двух соединённых сваркой друг с другом швеллеров №8П, опорная балка из швеллеров №5П. Основные элементы конструкции представлены на рис.4.16 . 17.
Сварные работы выполнялись на заводе «ХИММАШ» согласно требованиям СНиП. Сварка выполнялась полуавтоматом постоянного тока А-573 в среде углеродистого газа с содержанием углекислоты 98%, с помощью проволоки СВ-08-2Г2С диаметром 4 мм при подаче её со скоростью 453 мм/мин и напряжением 32...35В. Сварка осуществлялась в указанном режиме профессиональным сварщиком.
