автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Особенности работы железобетонных кольцевых матриц для гидровзрывной штамповки

На правах рукосясз

Сяешрева Аатошша Ивпдогшл

Особсшюсти работы железобетонных кольцевых матриц для гидровгрывной игтамповки

Саеяззльлссть 05.23.0! - СгроатеяьЕые коастуукаяа, здадея а сооруженкз

АВТОРЕФЕРАТ

дяссгрхадяя аз соасягагс учсаэЗ сгсяезл газдидята тгхзячгекгх сэутг

Работа выполнена в Самарской государственной архитектурно- строительной академии

Научный руководитель

Научный консультант

чллгорр. РААСН, профессор, доктор технических наук Г. В. Мурашкип

и.олрофессора, кандидат технических наук В. В. Власов

Официальные оппоненты

профессор,

доктор технических наук Ю. Э. Сс&иикий

Ведущая организация:

- доцент, кандидат технических наук О. Г. Кумпяк

А00 НПО Поволжский

авиацнонно-технологический

институт

Защита состоится 24 апреля 1996г. в 14 часов на заседании диссертационного совета К.064.55.01. по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Самарской государственной архитектурно-строительной академии по адрес)':

443 001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 194, ауд. 0408.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан " 15 " марта 1996г.

Ученый секретарь диссертационного

совета , кандидат технических наук Бутенко С А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Применение железобетона дал-но вышло за пределы строительной отрасли. В настоящее вреш железобетон широко используется п машиностроении доя изготовления станин тяжелых и уникальных станков, прессой, а также для изготовления оснастки. Замена металлических конструкций 5ке-лезобегоннымн приводит не только к экономии металла, но и позволяет создавать конструкции, обладающие технически«:! и технологическими преимуществами. В связи с развитием а настоящее время перспективного метода штамповки деталей с помощью энергии бризантных взрывчатых вещесто (БВВ) а водной срсдг (гидровзрывноЙ штамповки) весьма обнадежганощпм является применение оснастки из железобетона.

Основной частью оснастки при этой технологии язляггея матрица. Матрица придает металлическое листу соответствующую форму в результате соударения штампуемого листа о формующую поверхность матрицы. Наиболее простой и часто используемой формой железобетонных матриц является кольцевая матрица с обечайками из металла.

При штамповке взрызо?.: на гольцезу» матрицу воздействует импульсная нагрузка, и п бетонной слег наблюдается па.'гвлекпс радиальных трещин, которые ранге яри пр0ектнр0225гии и эксплуатации рассматргаались как разрушение конструкции. Однако было обнаружено, что железобетонные матрицы кс теряют споит эксплуатационных сзойсто при небольшом количестве штампуемых деталей н после образована а них кегизчитсльных трещин.

Поэтому для такого рода матриц 2а предельнее состояние ио:кно принимать нг момент образован?« трящш, а досшжяшг с$атым бетоном предела прочности на скаиге шш предельно допустимой величины переходных деформаций штампуемой детали, т.е. деформаций за одну штамповку. В езлзи с этим, оказывается эффективным повышать прочностные сзойсгза бетона на сжатие, например, за счет изготовления матриц из бетона, твердеющего под давлением.

ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ ЯВЛЯЕТСЯ:

Применение метода предельных состояний х расчету хкле-зобетонной оснзспси для пздровзрывиой штамповки дгхалей и обоснование применешгл бетона, твердею ед<*го под давлением, при изготовлении таких конструкций.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ состоит в следующем:

- разработан практический метод расчета кольцевых матриц с бетонным и железобетонным заполнением, подверженных кратковременным динамическим нагрузкам, по предельным состояниям;

- экспериментальным путем исследовано напряженно-деформированное состояние кольцевых матриц с целью подтверждения метода расчета;

- определена целесообразность применения бетона, твердеющего под давлением, для изготовления железобетонной технологической оснастки;

- выявлено влияние кольцевой арматуры на прочность железобетонных матриц.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

- результаты экспериментально-теоретических исследований напряженно-деформированного состояния кольцевых железобетонных матриц, воспринимающих кратковременные динамические нагрузки;

- результаты экспериментально-теоретических исследований кольцевых железобетонных матриц, изготовленных из бетона, твердеющего под давлением.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Выполненные исследования позволят более широко применять изделия из железобетона при воздействии импульсных нагрузок, используя для их изготовления наряду с обычным бетоном н более прогрессивную технологию изготовления конструкций под давлением. Корме того, разработанный метод расчета может быть применен при оценке несущей способности бассейнов для пшровзрьгоной штамповки, различного рода обделки толстостенных круговых тоннелей и труб на взрывную нагрузку (взрыв ацетиленового баллона, газа и т.д.).

Результаты экспериментально-теоретических исследований были использованы для выполнена специальной тематики на кафедре 54 Ленинградского высшего военного инженерного строительного Краснознаменного училища имени генерала армии А.И.Комаровского и на кафедре железобетонных и каменных конструкций СамГАСА.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты экспериментальных и теоретических исследований доложены и одобрены на научно-технических конференциях Самарской архитектурно-строительной академии в 1972 - 1986 гг. и в 1994г., на I

каф^лрс ЖБК Киевского ¡тжеисрпо-стро1гтслыюго ннсппуга в 1985 г., на кафедре ЖБК СамГАСА и 1934-1985 гг. и в 1996 г.

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержите диссертации опубликовано з 9 печатных работах.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит га введения. четырех раздело», основных выводок, списка литературы из 103 наименований к пр1!Ложення. Общий объем работы 136 страниц, в том числе 107 страниц .машинописного текста. В работе содержится 37 рисунков и 3 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во спедешш обосновывается актуальность тгиы, излагаются основные положения, которые составляют научную иозюну диссертационной работы и выносятся на заилпу.

Первая глаза посвящена анализу состояния вопроса и постановке задач исследований.

В этом разделг производи«; сбзср л;ягратурных исхочии-ков и анализ методики расчета железобетонных конструкций на действие кратковременных динамических ¡шрузш:.

В послевоенные годы для шгампо-ш: крупнегабарилн, V. изделий стали использовать новы» онергонсситель г,' вида взрывчатых веществ.'Проведенные исследования показали, что наиболее эффективной передающей срсдой при штампопк'е пзрьтсм явллег-ся вода, так как она обладает большой плотностью и позволяет создавать высокие каления на фроггге ударной волны. Кроме того, работа с бризантными ВВ з зодз безопасна, иода рас-шорт; гт я себе продукты распада ВВ.

Воздействие взрьпшой нагрузки используется дгл пелпсдн?-ння различных операций: вьгпеккн знну, прзгагн, калибровки развальцовки труб, раздачи сосудов. Для всех этих операций возможно применение железобетонной оснастки (матриц). Кольцевыз матрицы обычно связаны с операндами раззалъцоиаг труб, раздачей сосудов, еытяжкоЯ.

На качество изделия вкияет еосготаиз пнугсгнией пезгрх-носп! матрицы, которая должна быть гакдгсэй. Неоднородная структура, бгтенг, не подзолист выполн1ш» это успев?«, псоточ?у внутренний контур (сбечайкз) игготпялтягтся, "ч

металла. К тому ;ке происходи!" еоуддрг.шз заготовки с «.гатрнцей и бетон нг а - состоят»! столь вшшеивные местные

б

нагрузки. Наличие наружного металлического контура способствует закрытию трещин в бетоне после прекращения действия нагрузки.

Применение железобетонных матриц особенно эффективно при хрупногабар|Ш1Ь1х деталях в условиях мелкосерийного и опытного производства. При изготовлении деталей крупными сериями предпочтительно использовать металлические матрицы, так как выносливость бетона значительно ниже, чем металла.

Изучению работы железобетона и бетона на импульсные нагрузки посвящены работы АААмбарцумяна, П.Ф Антоновича, Ю.М.Баженова, И.К.Белоброва, Г.В.Беченевой, АА.Гвоздева, A.B. Забегаева, Т.С.Каранфнлова, ИЛ.Корчннского, ВА.Котляревско-го, О.Г.Кумпяка, Б-ЯЛащенкова, Н.Н.Попова, И.М.Рабиновнча, Б.С.Расторгуева, ЮЭ.Сеницкого, А.П.Синицына, Н.К.Снитко, Е.С.Сорокнна, ГЛ.Ставрова, Б.М.Теренина, О.В.Тишенко и др.

Изучению процесса непосредственно гндровзрывной штамповки и матриц различных конструкций посвящены многочисленные труды отечественных и зарубежных ученых: ОД. Антоненко-ва, МААнучнна, М.И. Борисевнча, М.И. Бранловского, В.В. Дубинина, В.В., В.И. Завьяловой, Е.И. Исаченкова, А.В.Крупнна, Ю.С. Навагина, В.В. Пихтовникова, Дж.Пирсона, С.И.Поляка, Дж.С. Райхарта, В.Г.Степанова, И. Унка и др.

При проектировании матриц для серийного производства деталей считалось, что в них не допускается образование трещин. Появление радиальных трещин расценивалось как разрушение матрицы. Рассчитанная по этому принципу конструкция получалась очень громоздкой. Это было оправдано для больших серий штамповок или для малых переходных деформации, но тормозило применение ;челсзобгтонных матриц в условиях мелкосерийной и уникальной штамповки. Однако более детальное изучение, в частности, кольцевых матриц, позволило убедиться в том, что они могут воспринимать эксплуатационные нагрузки и после образования трещин.

Штамповка листовых деталей обычно произвойггея за несколько переходов, то есть штампуеиая деталь принимает заданные размеры и форму i;e сразу, а постепенно, переходя для этого от одной матрицы к другой. Количество переходов определяется как свойствами штампуемого металла, так и техническими возможностями матрицы, то есть предельными ее перемещениями. Штамповка некоторых металлов производится при небольшой величине переходнмх деформаций (напряжений). Это относится к деталях! слокной конфигурации, а также деталям, имеющим большую кривизну. В этом случае оснастка должна быть доста-

точно жесткой н не допускать больших деформаций. Деформации заготовки за один переход задаются технологическим процессом, и тга величина является исходной дли проектирования матриц. При применении п качестве оснастки железобетонных матриц они проектируются, как правило, с малыми перемещениями, образование трещин п ши не допускается.

Когти же переходные деформации допускаются значительной в .•личины, поятииется возможне-лт» использования железобетонных матриц и после образования третий а бетонном слое. К таким конструкциям прежде всего относятся кольцевые ;-.;елсзобс-юнные матрицы. Эксплуатация таких конструкции возможна и г,осле образования в них радиальные трещин.

Высокая скорость деформирован:::! конструкции при воздействии импульсной нагрузки оказывает влияние на фотомеханические характеристики ?"ггср ■•. '.леи. Так, например, предел текучести металлическ'-х обечаек и а ¡-натуры при скорости деформирования 1.0 сек (-1) возрастает на 20-60 %. Увеличск.¡с динамического предела текучести характеризуется каэффпцистом динамического упрочкенил материалов.

Для арматуры класса А-3, я тага; для с бытии машиностроительных сталей, :<05сфицис1гг дШ'-:.-.:.1'.';а:ого уг-рочнег.'Я равен 13.

Аналогичное явление наблюдается и 2 Сетоне, где коэффициент динамического упрочивши; при возрастании скорости'иигру-жения может доептать 1,5-2.

Исходя из этого, были ¿формулированы ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:

- обоснсвать^расчетныс предпосылки ¡: разработан, методику расчета кольцевых железобетонных митр.;ц дал л:дрспзрьпз-ной штамповки по предельным состояниям;

- разработать методику пропедеши зкепгримектаяьныя исследований и подгзердшъ экспериментально основные положения расчета кольцевых жгдезобетонных матриц, воспринимающих импульсную нагрузку;

- обосновать целесообразность применения бстоиз, твердеющего под давлением, для изготозления кольцевых матриц;

- распрострашгп» разработанную мгходику 'на шечег других конструкций, работа которых соответствует загружешоо матриц.

s

Вторая гдява посвящена разработке метода расчета кольцевых матриц по предельным состояниям.

Как отаечалось ранее, при эксплуатации кольцевой матрицы под действием импульсной, взрывной, нагрузки в ней возникают радиальные сжимающие и тангенциальные растягивающие напряжения. В результате образуются радиальные грещины, которые разделяют бетонное кольцо на секторы (рис. 1).

Рассмотрена кольцевая матрица, состоящая из внутреннего и наружного металлических колец (обечаек) с заполнением пространства между ними бетоном.

Для вывода уравнения дзнжения матрицы выделяется отдельный сектор, расположенный мехэу соседними трещинами и соединенный с другими секторами метглгонескимн обечайками.

Для вывода расчетных формул и определения перемещения железобетонной матрицы приняты следующие основные предпосылки:

- ударная волна взаимодействует одновременно со всей поверхностью внутреннего рабочего конхура к оказывает на него

давление:

roc JPm - пихозос давление падающей ударной волны, кг/см2;

t' - время, измеряемое с момента взрыва, е.; в - экспоненциальная постоянная затухания давления в падающей ударной волне, е.;

- падение давления ударно» волны за счет перемещения преграды определяется произведением акустического сопропгпленкл среды, ;; которой производотся взрыв, на скорость перемещения преграды;

- Илиям!!? свободной поверхности на действие. ударной полны ьг учитызвстся из-за большого расстояния этой поверхности от ::«ггра д^рыза;

- толщина матрнпы п радиальном направлении меняется незначительно; бетон на сжатие работает упруго;

- сцепление бетона с внутренним и наружным мсгал.:;;че-скими кольндми нс учитывается, соединение ¡¡ими считается шарнирным.

Нспол'ьзуя данные предпосылки, исхаю принять расчетную схему трехслойной кольцевой железобетонной матрицы (рис.2). Для простоты примем вариант неармироваиной матрицы.

И К

Я

Рис. 2. Расчетная схема железобетонной ксльцеиой //атрии ч

Составляя уравнения движения колец ¡: езтонного сектора объединим их общим перемещением.

Уравнение ¿вдгженил знутргнчего кольца:

ух8х* Р,+Р0*Съ* У+У- -2* Р. Xр'*-рг (5)

Г

Уравнение движения бетонного сектора:

У*6>*р>-Рг~Р,х 7

Уравнение дзижгння нг.руягнгго гольца:

У-дг-р+У-^-Г^Р, (3)

К

Подставляя в уравнение (2) выражения (1) и (3), получим:

и • .

или в общем виде у+рху+дху*Тхе" , (4)

гае У - радиальное перемещение матрицы, см;

р - плотность металлического кольца, хг+с.2/см4;

р^ - плотность воды, кг*с.2/см4;

скорость распространения звуха в воде, см/с; р^ - плотность бетона, кг+с 2/см4.

Решая дифференциальное уравнение (4), получим:

у=е* х (С,ж + С 2х +а х ¿я.

(5)

Постоянные и определены из начальных условий: в момент времени 1=0 перемещение у =0 и скорость перемещения

¿ = 0.

Тогда « =

После подстановки £7, и в уравнение (5), получим:

где В =

Г

-М

Как показал» практические расчеты, величина £ при

максимальных перемещениях очень мала, и ей можно пренебречь, тогда уравнение (6) примет вид:

у^ЛхВхе*1 (7)

Максимальное перемещение матрица имеет место при макси-

V-) ~ 9

мальной величине х / + р) = I в момент времени 1= —-.

А

Получая величину радигльного перемещения матрицы, определяют относительные деформации карукного и внутреннего коли* £г~т-

Учитывая упругую работу' металлических колец, можно опредслшъ напряжения з обечайках (уг = х ^,кг/см2, что не

должно презышать величины х ^ . Здесь ^ - коэффициент динамического упрочнения колец за счет высокой скорости погружения. Величина для стали ; из которой изготовлены кольца,

может бьпъ принята' как для арматуры класса А-3 либо на основании экспериментальных данных.

Определение величины максимальных сжимающих напряжении з бетоне производится из уравнения движения бетонного ссктора. Наибольшее значение соответствует минимальному

значению перемещения у. Затем рг уменьшается до 0 и меняет

знак.. Смену знака или смену направления действия усилия рг

можно расценивать как отрыв внутреннего кольца от бетона и изменение направления движения внутреннего кольца. Система перестает работать совместно и распадается на дзе составляющие: внутреннее кольцо и наружное кольцо с бетоном. Далее каждая из составляющих системы колеблется самостоятельно. При этом перемещения внутреннего кольца уменьшаются, а перемещения наружного кольца вместе с бетоном увеличиваются (рнс.3). Увеличение перемещений наружного кольца с,бетоном не приведет к уве-пнченгао радиальных сжимающих напряжений в бетоне, а бу-цут влиять только на ширину раскрытия трещин и увеличение их количества.

и величины р1 во времени: 1-матрицы в целом; 2-внутреннего кольца: З-наружиого кольцабетоном

Определены? общих перемещений системы кг.х сотого механизм?. является приближенным расчетом конструкции. Если же возникает необходимость более точного определения перемещений колец, то можно пользоваться уточненным методом б виде расчленена общей системы нз две составляющие.

Максимальное значение величины рг превосходит не только призменнуга, но и згубпкевук» прочность. Однако разрушения матрицы ие происходит. Поэтому мо>:л:о предположить, что. козф-фпцнеит динамического упрочнения пр.: скорости дгфоря».иро2г>кнл порядка 0,4* 10 (2) очень высок. Данные о величине коэффициента динамического упрочнения бетона при таких скоростях в литературных источниках отсутствуют, поэтому принят равным 2,5.

Если железобетонная матрица армирована кольцевой арматурой, то структура уравнения движения не изменится, за нехлю-

чением коэффициента С1 . При этом в расчетную схему вносятся изменения: добавляется усилие воспринимаемое кольцевой арматурой.

При необходимости расчета матрицы на образование трещин для вывода уравнения движения матрицы необходимо учесть работу бетона на растяжение в кольцевом направления. В этом случае также несколько изменится расчетная схема.

При расчете матриц из БТД величина напряжений в металлических кольцах принимается с учетом предварительного напряжения, вызванного условиями твердения бетона.

Данная методика расчета железобетонных матриц по предельным состояниям может распространяться на другие кольцевые конструкции с аналогичными условиями загружсния.

В 7рет>»сй г.~азе содержатся сведения об установке для изготовления экспер:!ме1ггальных матриц из БТД, технологии изготов-лен*.1Я опытных образцов, составе бетона, конструкции образцов и методике проведения экспериментальных исследовании.

Опытные образцы кольцевых железобетонньгх матриц представляют собой толстостенный цилиндр, состоящий из внутреннего и наружного металлических колец, расположенных хонцен-трично друг другу, с заполнением пространства между ними бетоном. Матрицы имеют следующие размеры: внутренний диаметр -225 мм, наружный - 426 мм, высота - 200 мм. Образцы изготавливались дзух серий: га обычного бетона и из БТД (по 7 образцов каждой серии). В каждой серии четыре образца были армированы кольцевой арматурой, а остальные изготовлены без арматуры.

Кроме этого, изготавливались контрольные бетонные образцы для определения прочностных и деформатизных свойств бетона.

Контрольные образцы имели форму цилиндра диаметром 110 мм с отношением диаметра к высоте 1:1 и 1:4. Изготовление контрольных образцов производилось из обычного бетона и БТД.

Для пр!1Готовлсн;1я бетонной смеси были использованы следующие материалы: гранитный щебень :-:ггкпй, крупкостыо до 20 мм, крупный речной песо:: и шдакопор'Ькпсгцгмсят М-400. Сс-гтав бетома для изготсвлгпнл оп:>гп:ь;х образцов: Ц-500 .сг; Щ-1100 кг; П-600 кг; В-200 кг.

Данный сосггз позволяет получить бетон 2у'400 г.ри обычных условиях тдфюния. При тнердацин под давление'.! прочность бетона повышлетсп до М6С0.

Изготовлен-::е опьптгьк обрсаг-оз :-.!атр::ц г:з БТД производилось с помощью специальной силогоП установки. Дпзлгшсе аа бетонную с:-:гсь при изготовлении образцов создавалось порядка 50 кг/см2. Контрольные образцы из БТД изготавливались з пресс-форме с аналогичными условиями твердения. -

При твердении бетона под давлением происходит удаление любодаой воды, активизируются химические процессы, умень-

шается количество пор, повышаются плотность, прочность и де-форматнвность. - .

Прочность БТД возрастает на 50-60% по сравнению с исходным бетоном, предельные деформации на сжатие на 15-25% выше, чем у обычного бетона, модуль упругости повышается до 15-20%.

Кроме этого, при изготовлении матриц под давлением в металлических кольцах возникают начальные напряжения, которые с учетом потерь составг. чют порядка 577 кг/см2 (сжатие) во внутренней обечайке и 874 кг/см2 (растяжение) в наружной. Это оказывает благоприятное влияние на работу матрицы, так как приводит к некоторому выравниванию напряжении в обечайках за счет снижения их во внутренней и увеличения в наружной.

Для ио.\кргния кольцевых растягивающих" деформаций на ормг-турс и металлических кольцах были на-глеены тсизорезнсторы с базой 20?.-'м.. Реп-'пу.ани;: показаний тснзорсзнс.т.ров при испытании матриц п;- онзвод1'лось на ;:эрофотолл«г и. :р;-ной 55 мм с помощью осциолооафа П-102 и тснзссташн.- У ГС I-ET-12 при скот ости протлжкн пле:-:ки 5000 мм/с.

Глаг-а чсГг срттл содержит результаты экспериментальных исследований кольцег-ых желе-зобе;энных матриц, сравнение их с теорстичс-.кимн дг иными и анализ полученных результатов.

При приведении экспериментальных исследовании загружена опытных образцов матриц производилось линейным ззря-дом взрывчатого вещества в виде детонирующего шнура зесом 10 г/:-'. Есс зартдз увеличивался до 40 г/м путем добавления определенного количества lürrcii дстонируюшгго шнура. Испытание образцов осуществлялось в специальном б-септе, згполненном водой.

Испытания показали, что во Есех опытных матрицах уже на первой ступени загружения (заряд до 10 г/и) происходило образование радиальных трещин в бетоне. Однако потери эксплуатационных качеств (выход размеров штампуемой полости за пределы допусков) не наблюдалось. Нарушение эксплуатационных качеств или разрушение конструкции происходило при значительно более высоких нагрузках.

В ходе экспериментальных исследований были получены осциллограммы кольцевых деформаций металлических обечаек и арматуры, по которым определялись напряжения (рис.4).

Рнс. 4. Зависимость напряжений в наружной обечайке от времени (при заряде 10 г/м)

Результаты, полученные экспериментально, сравнивались с теоретическими значениями. Максимальное отклонение экспериментальных значений от теоретических составило в наружной обечайке от 2,9 до 9,7% для армированных матриц из БТД; 5,8 -14,1% - при обычном бетоне. В арматуре максимальное отклонение составило 7,1% .. Для неармированных матриц отклонения укладываются в эти пределы. Частота собственных колебаний матрицы колебалась в пределах 3200-4500 Гц при теоретической величине порядка 3900 Гц.

Анализ напряженного состояния кольцевых жслозобеточных матриц различных' конструкций и способов изготовления можно произвести по табл. 1 и 2. В данных таблицах в числителе прнве-тены напряжения в элементах матрицы, вычисленные теоретнче-лси н полученные экспериментально, ч в знаменателе указано процентное отношение к нормативным характеристикам применяемых материалов.

Признаком разрушения конструкции мечено считать достн-•сеннг бетоном предельных напряжений, равны;: кубн-:озой прочности соответствующего бетона, принятой с коэффициентом г-шамического упрочнения, разного 2,5, и доспп-.ссипе нср--:а-п-.зного сопротигле;:ия в обечайка:-: или арматуре (при ко^фг-диенте динамического упрочнения, равном 1,3).

Потеря эксплуатационных качеств мгтрпцы при сохранен:-.-! ;е !{есущей способности наступает тогда, когда во внутренней оое-1айке величина остаточных деформаций превосходит допуски на 1аиную штампуемую деталь. В связи с этим, расчетом по второй руппз предельных состояний необходимо ограничить величину

полных упругих деформаций во внутренней обечайке. Это позволяет сделать предложенная методика расчета матриц.

На основании табл.1 можно определить разрушающую нагрузку неармнрованной матрицы из обычного бетона, которая соответствует Заряду, равному 20 г/м; для матрицы из БТД разрушающая нагрузка соответствует заряду 30 г/м (достижение внутренней обечайкой предельных напряжений и возможен о? разрушение бетона).

Разрушающая нагрузка для армированных . матриц из обычного бетона равна заряду 30 г/м (по бекону и внутренней обечайке), из БТД - 40 г/м (по бетону и внутренней обечайке). Однако если допустить во внутренней обечайке небольшие пластические деформации (в пределах допусков, установленных технологией), то армированную матрицу из БТД можно эксплуатировать и при нагрузке от заряда 50 г/м.

Таблица I

Оценка ляпр^ясошого состеган» неармироаацшх матриц, »Езготовлеяных из обычного бетона и БТД

Серия -МБ О Серия МВД

Напряжения в элемгнтах, Напряжения в элементах.

Вес кг/см2 кг/см 2

заря- внутр. наружная. бетон внутр. наружная бетон

да, обе:. обечайка обсч. ©бечай ха

г/м

тсо ет теопт экспс- тсос/т теорег теог^т эхепер теорег

1 л 3 4 5 6 7 8 9

Нач.

напр. 0 0 0 0 -577 874 874 -46

2868 1623 1740 -843 2234 2464 2579 -889

10 72% 41% 44% 211% 56% 62% 65% 148%

4358 2453 2560 -1174 3693 3278 3202 -1220

20 109% 61% 64% 294% 92% 82%' 80% 204%

5579 3156 3272 -1401 4890 3963 4001 -1447

30 139% 79% 82% 350% 122% 99% 100% 241%

6647 3760 3954 -1566 5937 4567 4640 -1612

40 166% 94% 99% 392% 148% 114% 103% 269%

Таблица 2

Оютка сяпразганого состоят« ариироашпгьсг матриц, юготоалсопых из обьгшого бетона н БТД

Серия образцов Вес заряда г/м Напряжения в элементах, кг/см2

Внутр. обеч. Арматура Наружная обечайка Бетон

теорст. теорст. экспер. теорст. экспер. теорст.

1 2 3 4 5 6 7 8

МАО Начал, напр. 0 0 0 0 0 0

10 2991 65% 1846 46%. 1976 49% 1463 37% 1669 42% -837 140%

20 3920 98% 2800 70% 2887 72% 2218 55% 2486 62% -1167 292%

30 4979 124% 3556 89% 3663 70% 2817 70% 3056 76% -1396 349%

40 5919 148% 4215 105% 4146 104% 3340 84% 3533 88% -1566 392%

МАД Нач. напр. -577 • 14% 0 0 874 22% 874 22% -46 8%

10 1962 49% 1810 45% 1872 47% 2306 58% 2490 62% -883 147%

. 20 3265 82% 2754 69% 2695 67% 2761 69% 3294 82% -1213 ' 202%

30 4302 108% 3499 27% 3367 54% . 3666 92% 3875 97% -1443 241%

40 5224 131% 4159 104% 4197 105% 4168 104% 4344 109% -1596 266%

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Кольцевая железобетонная оснастка для пшровзрьшнон штамповки при ограниченном количестве циклов нагружения способна воспринимать эксплуатационные нагрузки и после образования трещин в бетоне.

2. При расчете кольцевой железобетонной оснастки' для пщровзрывной штамповки наиболее рационально использовать метод предельных состояний.

3ч3а предельное состояние при работе по несущей способности следует принимать доепежение в бетонном слое, примыкающем к облицовке, прочности на сжатие, а з металлических обечайках прочности на растяжение.

4. Нарушение эксплуатационных качеств конструкции по трсщиносгойкости н перемещениям можно исключить, если ограничить перемещения облицовки в пределах упругости металла и технологическими требованиями при раздаче заготовки.

5. Разработанная методика расчета кольцевой железобетонной оснастки подтверждена экспериментально при максимальном расхождении результатов до 15% (от 0,9 до 14,1 %).

6. Применение бетона, твердеющего под давлением, для изготовления хольцевых железобетонных матриц является целесообразным, т.к. пргаодиг к увеличению прочности исходного бетона в 1,5 - 2 раза, модуля упругости в 1,2 раза, предельных деформаций в 1,2 раза, а в совокупности повышает несущую способность до 20 %.

7. Начальные напряжешш, возникающие в металлических обечайках и бетоне при изготозленнн матриц под давлением, положительно влияют на напряженное состояние конструкции, выравнивают напряжения в обечайках и повышают трсщиносгой-коегь матрицы. В результате появляется возможность регулирования несущей способности конструкции без изменения ее размеров.

8. Увеличение несущей способности кольцевых матриц можно достичь без изменения се габаритов, в результате установки дополнительной кольцевой арматуры в бетонном слое.

9. Применение разработанной методики расчета позволяет более точно оценить несущую способность и эксплуатационные качества конструкции и создать железобетонные кольцевые матрицы более экономичные (с меньшим расходом материалов). Экономическая эффективность еще более возрастает при расширении спектра замены сплошной металлической оснастки на железобетонную.

Основное содерясмше диссертации опублссозино а следующих реботах:

I. Снегирева А.И. Определение напряженно- деформированного состояния железобетонных кольцевых матриц, работающих на импульсные нагрузки // Тезисы доклада на иаучно-гехнической конференции КуИСИ. - Куйбышев, 1972.

2. Мурашхин Г.В., Снегирева А.И. Исследование работы кольцевых железобетонных матриц на взрывную нагрузку Железобетонные конструкции: Экспериментально-теоретические исследования/КуИСИ. Куйбышев, 1975.-С. 152-153.

3. Снегирева А.И. Устанозка для изготовления желгзобз-гонньк матриц под давлением //Железобетонные конструкции/ Го-Тннверситгт. Куйбышев, 1982. - С. 62-65.

4. Снегирева А.И. Методика проведения испытаний сольцевых матриц на импульсную нагрузку II Тезисы докладов об-пстной научно-технической конференции. - Куйбышев, 1983.

5. Снегирева А.И. Некоторые особенности работы холь-1евых железобетонных матриц на импульсные нагрузки /Железобетонные конструкции: Экспериментально-теоретические [сследования/ Госуннверситет, Куйбышев, 1984. - С. 44-51.

6: Снегирева АЛ. Особенности расчета кольцевых желе-обетонных матриц, армированных кольцевыми стержнями, на мпульсную нагрузку II Тезисы докладов областной научно-ехннческой конференции. - Куйбышев, 1985.

7. Снегирева А.И. Трешнностойкость кольцевых железобетонных матриц для гняровзрывной штамповки. Per. № 11435 , en. рук. .НИИНТПИ. - М., 1993. - С. 5.

8. Снегирева А.И. Проектирование кольцевой железобе-онной оснастки для гидровзрывной штамповки. Per. № 11436, en.рук.НИИНТПИ.- М., 1993.-С. 10.

9. Снегирева А.И. Особенности работы кольцевой желе-¡юетонной оснастки для'гндровзрывной штамповки, изготовлен-ой из бетона, твердеющего под давлением //Исследования в об-зсп! архитектуры и строительства: Тезисы докладов областной аучно-техническон конференции. - Самара, 1994.

Лицензия ЛР N'020726 от 03.02ю93 г.Подписано в печать 22.02.96 г.

Формат 60x84/1 б.Печать операгипная. Бумага обертка белая.

Печ. листов 1,25. Тираж 100. 3aKasNa17. Самарская государственная архитектурно-строительная академия.

443001 г.Самара, Молодогвардейская-194.