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

ргб о а

, к ^Р

На врв»вх рукописи

Стнрева Ллтоянна Ивагюзяа

Особенности работы железобетонных кольцевых матриц для щдровзрьтной штамповки

Свепнкаяость 05.23.01 - Стровтетьвыс кэзстругяяа, здаяяя а ссоружсзкз

АВТОРЕФЕРАТ

анскртадяа я* сокоаяас учио! стсвсаа каядадита тсишчшегх ваук

Работа выполнена в Самарской государственной архитектурно- строительной академии

Научный руководитель - чллсорр. РААСН, профессор,

доктор технических наук Г. В. Мурашки»

Научный консультант - н.олрофессора, кандидат

Официальные оппоненты - профессор,

доктор технических наук 10. Э. Ссгашюги

Ведущая организация: АОО НПО Поволжский

авиационно-тсхнопогический 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 арх1гтек1урно-строительнои академии по адрес)':

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан " 15 " марта 1996г.

технических наук В. В. Ватт

- доцгнт, кандидат технических наук О. Г. Кумпяк

Г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Бутенхо С А.

>

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Пркиенейне железобетона давно вышло за пределы строительной отрасли. И настоящее время яллезобстон широко используется о машиностроении для изготовления сташш тяжелых и уникальных станков, прессов, а также для нзготоал£Ш!Я оснастки. 3лиспа металлических конструкций железобетонными прнзодатт не только к экономик металла, но и позволяет создавать конструкции» обладающие техническими и технологическими преимуществами. В связи с разшггием з настоя-п;сг время перспективного метода штамповки деталей с помощью энергии бризантных взрывчатых веществ (БВП) в водной среде (гндровзрывноП штамповки) весьма обнадеживающим является применение оснастки из железобетона.

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

При штамповке взрывом ¡га кольцевую матриц коздейсгвуег нмпуйьсная нагрузка, и в бетонном ело« наблюдается поязлениг радиальных трещнк, которые ранее при проектировании и эксплуатации рассматривались как разрушение конструкции. Однако было обнаружено, что железобетонные матрицы не т?р?пот спои." эксплуатационных свойств при небольшом колнчеспге штампуемых деталей и после образования а них незначэтельнше трещин.

Поэтому для такого рода матриц за предельнее ссстслнис можно принимать не момент образования трещин, а доспскгнне сжатым бетоном предела прочности на с«атк2 иди предельно дояу-гоглгой величины переходных деформаций штампуемой детали, т.е. □¿формаций за одну штамповку. В саязи с зг,ш, оказывается эффективным повышать прочностные сиойлва бетона на сжатие, например, за счет изготовления матриц нз бгггона, твердеющего под завленнем.

ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ 51Ш1ЯЕТСЯ:

Применение метода предельных состояний к расчету жеяе-юбетонной оснастки дня пздровзрывней штамповки дегалей и )боснование при,мен2низ бггона, твердеющ.-го под давяскнгм, )рн шготовлеглш таких конструкций.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ состоит ь овцугошси:

- разргбота* пргк-пгчгскнГ» метод расчета колъцгаых штр;;:: с бетонным и железобетонным заполнением, пояйсрженны-х гсргт-коьрсмснни« динамическим нагрузкам, по предельным сосго..-у..::,;.:;

- экспериментальным путей ясслгдоигно напряженно-дс^ормнроигиног состояние кольцевых матриц с цглыо по;а^гр>:.-д«П1л метода расчет»;

- определена целесообразность применение бетона, твер-дпощпо под давлением, для изготовления железобетонной технологической оснастки;

- выявлено слияние кольцевой арматуры на прочность «селг-зобгтонных матриц.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

- результаты з к с г Н'р:!! с! г гол ь н о - XV с р гп 11; с- я: к:; исслглосг-кл!" напряженно-деформированного состояния колъцг^т ;;;ед-;зоб£-тонных .матриц, воспринимающих кратковременные- динамические иг груз;; и;

- результаты элспсри.ментально-тсср^гнчгсг.чк исследованмГ кольцевых железобетонных матриц, изтотоглеккых из бетона твердеющего под давлением.

ПРАКТИЧЕСКОЕ'ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Выполненные >:с-следсвлнг.п позволит более широко применять изделия из железобетона при возденет»! импульсных нагрузок, используя для ш н"гс,ог.лс;»ь; наряду с обычным бетонам и более прогргссивпук тсхнолоппо изготовления конструкций под давлением. Корме того разработанный ыстод расчета может быть применен при оце;гк; несущей способности бассейнов для гидровзрызной штамповки различного рода обделки толстостенных круговых тоннелей и тууС на взрывную нагрузку (взрыв ацепшенового баллона, газг и тл.)-Результаты экспериментально-теоретических исследованнГ были использованы для выполнения специальной тематики на кафедре 54 Ленинградского высшего военного инженерного строительного Краснознаменного училища имени генерала армш А .И Комаровского и на кафедре железобетонных и каменных кон струхцнй СамГАСА.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты эксперн ментальных и теоретических исследований доложены н одоб рены на научно-технических конференциях Самарской архн тектурно-строительнон академии в ¡972 - 1986 гг. и в 1994г., н;

каф<?дре ЖБК Киевского иижсперно-строителыгаго «ксппугз а 1985 г., на кафедре ЖБК СамГАСА а 1984-1985 гг. и в 1996 г.

ПУБЛИКАЦИИ. Осиопное содержание диссертации опубликовано в 9 печатных работах.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из вве-1сиия, четырех разделов, основных выводо», списка литературы п 103 наименований и приложения. Общий объем работы 136 трашш, п том числе 107 страниц машинописного текста. В работе одержзггея 37 pircyifKon и 8 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во еаедешш обосновывается аотуальнссга темы, излагают* я основные положения-, которые составляю? научную новизну иссерташюнной работы и выносятся из защиту.

Первпя глава посвящена анализу состояния вопроса и г.о-гановке задач исследований.

В этом разделе производится обзор л:ггсратуриых истонни-зв и анализ методики расчета железобетонных конструкций i действие кратковременных динамическил нагрузок.

В послевоенные годы для штамповки крупногабаритных ю-•лий стали использовал, новый онергоиоситель в виде взрьшча-IX вешеспз.'Провсденные исследования показали, что наиболее »феетнвнон передающей средой при штамповке взрывом являет-водд, так как она облагает большой плотностью и позволяет здавать высокие," Явления на фронте ударной волны. Кроме то, работа с бризантными ВВ в водз безопаска, годя распзсрягг а Зе продукты распада ВВ.

Воздействие азрызко« нагрузки используется для выпелке-я различных операций: яьгвеккн дннщ, правш, калкброзкк, звальцовкн труб, раздачи сосудов. Для всех тп« операций пазокно применение железобетонной оатсг:::н (матриц). Колчцсвыз трицы обычно связаны с операциями развальцовки труб» разна-í сосудов, вьггяэкхоП.

На качество изделия i'.mü.jr состояние гпутшией позерх-яи матрицы, которая должна бил» гладкой. Неоднородная yinypa бетона к? позволяет выполнить tío услоикг, псото?.{у лгренний контур (обечайка) нзготаэянвгегкг, кпк пратшэ, iu ■алла. К тому ;хг происходит соударсниз заготовка с матрицей и он lis з состс símil столь интенсивны; местные

б

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

Применение ;;селезобстонных матриц особенно эффективно при крупногабаритных деталях в условиях мелкосерийного и опытного производства. При изготовлении деталей крупных»! сериями предпочтительно использовать мспшлнческне у.атрицы, так-как кынослнпосп. бетона значительно ниже, чем металла.

Изучению работ!.! железобетона н бетона на импульсные нагрузки посвящены работы А А Амбарцумяна. П.Ф Антоновича, Ю.М.Баженопа, Н.К.Белоброва, Г.В.Бсченевой, А А.Гвоздева, A.B. Забегаева, Т.С.Каранфилона, ИЛ.Корчпнского, ВА.Котляревско-го, О.Г.Кумгюкз, Б-Я-Пащснкова, Н.Н.Попова, И.М.Рабнновича, Б.С.Расгоргусва, КХЭ.Сеннцкого, А.П.Сшпшына, Н.К.Спнтко, Б.С.Сорокина, Г.Н.Ставрова, Б.М.Тсрешша, О.В.Тншенко и др.

Изучению процесса, непосредственно гнаровзрывной штамповки н матриц различных конструкций посвящены многочисленные труды отечественных и зарубежных ученых: ОД. Антоненко-ва, МААнучнна, М.И. Борисовича, М.И. Браиловского, В.В. Дубинина, В.В., В.И. Завьяловой, Е.И. Исаченкова, А.В.Крупина, Ю.С. Навагана, В.В. Пихтовнккова, Дж.Пнрсона, С.И.Поляка, Дж.С. Райхарта, В.Г.Степанова, И. Уика 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 деформаций, но тормозило применение келезобетонных матриц в условиях мелкосерийной и уникальной штамповки. Однако более детальное изучение, в частности, кольцевых матриц, позволило убедатьс.ч в том, что они могут воспринимать эксплуатационные нагрузки и после образования трещин.

Штамповка листовых деталей обычно произволеггея за несколько переходов, то есть штампуемая деталь принимает заданные размеры и форму не сразу, а постепенно, переходя для этого от одной матрицы к другой. Количество переходов определяется как свойствами штампуемого металла, так и техническим!-! возможностями матрицы, то есть предельными ее перемещениями. Штамповка некоторых металлов производится при небольшой величине переходных деформаций (напряжений). Это относится к деталям сложной конфигурации, а также деталям, имеющим большую кривизну. В этом случае оснаспса должна быть доста-

точно жесткой н »с допускать больших деформаций. Деформации заготовки за один переход задаются технологическим процессом, и тга величина япляется исходной дли проектирования матриц. При применении в качестве оснастки железобетонных матриц они проектируются, как прлвило, с малыми перемещениями, образование трашт в mix не допускается.

Когпа же переходные деформации допускаются значительной в -личины, появляется возможность использонания железобстои-ных матриц и после образования трещин и бетонном слое. К таким конструкциям прежде всего относятся кольцевые железобетонные матрицы. Эксплуатация таких конструкций возможна к после образования в них радиальных трещин.

Высокая скорость деформирования конструкции при воздействии импульсной нагрузки оказывает влияние на физико-механические характеристики м.тгер'-длов. Так, например, предел текучести металлических обечаек и арматуры при скорости деформирования 1.0 сек (-1) возрастает на 20-60 %. Увелнчекле динамического предела текучести характеризуется коэффициентом динамического упрочнения материалов.

Для арматуры класса А-3, а также ддз обычных машино-С1ро1ггельных сталей, коэффициент дшг.каческого упрочнения равен 13.

Аналогичное явление наблюдается и в бетоне, где коэффициент динамического упрочнения при возрастании скорости погружения может достигать 1,5-2.

Исходя из этого, . были .сформулированы ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:

- обосноватцрасчетные предпосылки к разработать методику расчета кольцевых железобетонных матриц для гндровзрыв-ной штамповки по предельным состояние;

- разработать методюсу проведгкгя гкеперкментаяьнш ис-:ледованнй и подтвердил» Зксперимеш-аяько оснознш пготозкз-иия расчета кольцевых железобетонных матриц, воспринимающих импульсную нагрузку;

- обосновать целесообразность применения бетона, твердеющего под давлением, для изготовления кольцевых матриц;

- распространить разработанную мэтодюсу на расчет дру-■их конструкций, работа которых соответствует: загрукснию мат-

5ИЦ.

s

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

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

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

Для вывода уравнения движения матрицы выделяется отдельный сектор, расположенный иензу соседними трещинами и соединенный с другими секторами металлическими обечайками.

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

- ударная ыолка взаимодействует одновременно со всей поверхностью внутреннего рабочего хошура и сказывает на него

давление: Рх^хР^ё*^'- •

где Рт - пихозос давление плдающей ударной волны, кг/см2;

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

- падение давления ударной волны за счет перемещения прг-рпды определяется произведением акустического сопротнвлгния реды, п которой проютодагтея взрыв, на скорость перемещения реграды;

- плняние свободной поверхности на действие ударной волы не уч»пггавстся из-за большого расстояния этой поверхности г центра взрыва;

- толщина матрицы я радиальном направлении меняете;! ке-гсчнтельно; бетон на сжатое работает упруго;

- сцепление бетона с внутренним и наружным металличе-:ими кольцами не учитывается, соединение мпхпу «ими считается арнирным.

Используя данные предпосылки, можно принять расчетную ему трехслойной кольцевой железобетонной матрицы (рис.2). тя простоты примем вариант неармированной матрицы.

К \iiiiiji п.

; Р,

Рис. 2. Расчетная схема железобетонной ксяьцезой матрицы

Составляя уравнения дзюкения колец и бетонного сектора, .единим их общим перемещением. Уравнение движения внутреннего кольца:

уъ&ър+р^сУу+У'&^-^Р^-Рг С)

г

Уравнение дшекення бетонного сектора:

У*5^РгРг~Р^~ (2)

Уравнение дглспсш:.ч нарузкиого •солыта: г х р

К

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

« • ,

лта в общем виде у+р*у+дху= , (4)

где у - рздигльнос перемещение матрицы, см;

р -глотаостьметалдачеа;оп> кольца, кг*с.2/см4;

р^ - плотность воды, кг*с.2/см4;

ст.-оросгь распространения звука в воде, см/с;

п - плотность бетона, кг*с 2/см4. . ь

Р^шая дифференциальное уравнение (4), получим:

у=е"*х(С,*+ Сгх+Ахе'/г • (5)

Постоянные £7, л определены из начальных условий в момеш: врсменн 1=0 перемещение у =0 и скорость перемещена

> = 0.

Тотда с,«=-|;.

>5=

После подстановки и в уравнение (5), получим: у = А*е*х + , (б)

тле В•

-{Я

Как показали практические расчеты, величина £ при

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

у^АкВх о* х-Зг^рхг+ф, (7)

Максимальное перемещение матрица имеет место при макси-

"А ~ Ф

мяльной величине х г + а) = ! в момент времени /= —-.

\ .) - р

Получая г-елнчнну радигльного перемещения 'матрицы, определяют относительные деформации нарушаюто и внутреннего ко-

У У

леи: с,с\=—..

1 К 7

Учптывап упругую работу металлических колец, можно определить напряжения в обечайках (у - £ гх]£г,¥х!си2, что не

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

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

Определение величины максимальны." сжимающих напряжений в бетоне р, производится из уравнения движения бетонного сектора. Наибольшее значение рч соответствует минимальному

значению перемещения у. Затем р уменьшается до 0 и меняет

знак.. Смену знака или смену направления действия усилия р

можно расценивать кал; отрыз внутреннего кольца от бетона и изменение направления движения внутреннего кольца. Система перестает работать совместно и распадается на две 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 имеете о бетоном увеличиваются (рнс.З). Увеличение перемещений наружного кольца с бетоном не приведет к увеличению радиальных сжимающих напряжений в бетоне, а будут влиять только на ширину раскрытия трещин и увеличение их количества.

Рис. 3. Изменение радиальных перемещении матрицы и величины рг во времени: !-матрицы в целом; 2-внутреннего кольца: 3-нзружного кольца .е бетоном

Определен!:г общих перемещений системы как единого механизма является приближенным расчетом хонттрухции. Если я» возникает необлодимосп» более точного определения перемещений колец, то моясно пользоваться уточненным методом в виде расчленения общей системы на две составляющие.

Максимальное значение величины р, превосходагг не только призменнуго, но и кубиховуго прочность. Однако разрешения матрицы не происход!гг. Поэтому молено предлоложтъ, что коэффициент динамического упрочнения при скорости деформирования порядка 0,4* 10 (2) очень высок. Данные о величине коэффициента динамического упрочнения бетона при таких скоростях в литературных источниках отсутсгвзтот, поэтог.{у принят равным 2,5.

Если железобетонная матрица армирована кольцевой арматурой, то структура уравнения гоиькенга не изменится, за исключением коэффициента С . 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 уче-лъ работу бетона на растяжение в кольцевом направлении. В этом случае также несколько изменится расчетная схема.

При расчете матриц из БТД величина напряжении в металлических кольцах пришибается с учетом предварительного напряжения, вьпванного условиями твердения бетона.

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

В тр-т-ей г.-аве содержатся езедекля об установке дая изготовления эхепер- [ментальных матриц из БТД, 'технологии изготов-тения опытных образцов, составе бетона, конструкции образцов и методике проведения экспериментальных исследований.

Опытные образцы хольцезых железобетонных матриц представляют собой толстостенный цилиндр, состоящий из внутреннего и наружного металлических колец, расположенных хонцен-ркчно др)Т другу, с заполнением пространства между ними бето-юм. Матрицы имеют следующие размеры: внутренний диаметр -123 мм, наружный - 426 мм, высота - 200 мм. Образны изго-авлнвались двух серий: из обычного бетона и из БТД (по 7 об-(гзцов кг:43хон серии). В каждой серии четыре образца были ар-шрованы кольцевой арматурой, а остальные изготовлены без ар-¡атуры.

Кроме этого, изготавлзгзалксь контрольные бетонные об-азиы для определения прочностных и деформативных свойств етона.

Контрольные образны имели форму цилиндра диаметром 110 м с отношением диаметра'"к высоте 1:1 и 1:4. Изготозл:н:!скс-н-зольных образцов производилось из обычного бетона и БТД.

Для приготовления бетонной смеси были использованы сле-лошие материалы: гранитный щебень четкий, крупиоегмо до 20 и, крупный речной песок и шдзкопо¿гстндцгмент М-400. Состав гтояа для •игготозягннл опытных образцов: Ц-500 :<г; Щ-1100 кг; -600 кг; В-200 ;:г.

Данный сосггз позволял1 получить бзтон М4С0 при ооыч-■IX условиях гз-ерд^ния". При тзерде;.':::: под ;:пнлсг;и:-.1 прочность тона повышаете:-: до М600.

Изготовлек-тс опытных сбрззкоз-кзтриц кз БТД производись с помощью специальной егаюгой установи.-Дгзягннс на бе-нную смесь при изготовлении образцов создавалось порядка 50 'с.ч2. Контрольные образцы из БТД изготавливались зпрссс-рме с аналогичными условиями твердения.

Прн твердении бетона под давлением происходит удаление эбоанои воды, активизируются химические процессы, умень-

шается количество пор, повышаются плолюсть, прочность и де формативносль. -

Прочность БТД возрастает на 50-60% по сравнению с ис ходным бетоном, предельные деформации на окате на 13-25°/' выше, чем у обычного бетона, модуль упругости повышайся дс 15-20%.

Кроме этого, при изготовлении матриц под давлением в металлических кольцах возникают начальные напряжения, которые с учетом потерь состпвглют 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 некотором)' выравниванию напряжений в обечайках за счет снижения их во внутренней н увеличения в наружной.

Для измерения кольцевых ¡-астягиваюших" деформаций на арматуре и металлических кольцах были наклеены тсизорсзнсторы с базой 20 мм.. Регистрация показаний тензорезис.сров при испытании матриц производилось на аэрофотопленку шириной 35 мм с помощью осциллографа Н-102 н тснзостзнции УТС 1 -ВТ-12 при скорости протяжки пленки 5000 мм/с.

Глася четвертая содержит результаты экспериментальных исследований кольцевых железобетонных матриц, сравнение их с теоретическими данными и анализ полученных результатов.

При проведении Экспериментальных, исследований загру-жение опытных образцов матриц производилось линейным зарядом взрьшчатого вещества в виде детонирующего шнура весом 10 г/м. Вес заряда увеличивался до 40'г/м путем добавления определенного количества нитей детонирующего шнура. Испытание образцов осуществлялось в специальном бассгйне, заполненном водой.

Испытания показали, что во всех опытных матрицах уже на первой ступени зггружеиня (заряд до 10 г/м) происходило образование радиальных трещин з 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 (рнс.4).

от времени (при заряде 10 г/м)

Результаты, полученные экспериментально, сравнивались с эретическнми значениями. Максимальное отклонение зксперн-нтальных значений от теоретических составило в наружной ¡ечайке от 2,9 до 9,7% для армированных .матриц из БТД; 5,8 -,1%-прн обычном бетоне. В арматуре максимальное отклонение ставило 7,1% .. Для неармированных матриц отклонения ухла-гваются в эти пределы. Частота собственных колебаний матрицы лебалась в пределах 3200-4500 Гц при теоретической величине рядка 3900 Гц.

Анализ напряженного состоянии кольцевых >к~ :иобетС'!ных триц различных- конструкций и способов изготовления можно оизвести по табл. 1 и 2. В данных таблицах в числителе лриве-ны напряжения в элементах матрицы, вычисленные гсоретнче-и полученные экспериментально, ч в знаменателе указано про-нтное отношение к нопидт-еным характеристикам пр-г-теняе-IX матернхтоз. .

Пргоняком разрушем-ю конструкции можно с-лггать г;ости-ннг бетонок пргцельнЫх напряжений, равны;: кубп;:сзой очносхи сооткетсгоующсго бетона, принятой с коэффициентом камнческого упречнгннп, ратнгого 2,5, и доешкенпе церча-з.чого сопрот!:тле;:л.т в обечайках илк грматуре (прп кооффи-енте динамического упрочнеюш, равном 1,3).

Потеря эксплуатационных качеств мптрнцы при сохранен!-;;! несущей способности наступает тоща, когда во внутренней обе-йке величина остаточных деформаций превосходит допуски на пнуто штампуемую деталь. В связи с этим, расчетом по второй рппе предельных состоянии необходимо ограничить величину

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

На основании табл.! мошю определить разрушающую нагрузку неармнровакнои матрицы из обычного бетона, которая соответствует заряду, равному 20 r/м; для матрицы из БТД разрушающая нагрузка соответствует заряду 30 г/м (достижение внутренней обечайкой предельных напряжений и возможное разрушение бетоип).

Разрушающая нагрузка для армированных матриц из обычного бетона равна заряд)' 30 г/м (по бегону 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, напряженного состоскйя неар?«фОБЩЦ5»к матриц, тпготвзлегшых из обычного бетона и БТД

Серия -МБ О Серия МБД

Напряжения в элементах, Напряжения и элементах.

Вес кг/см2 кг/см2

заря- внутр. наружная. бетон внутр. наружная бетон

д~, обе;. обечайка обеч. обечайка

г/м

тео;.ет теоргт экспг> Teop.iT теорет теоргт экелер теорет

I -» А. э 4 S 6 7 8 9

Нач.

напр. 0 0 0 0 -577 S74 S74 -46

2868 1623 1740 -843 2234 2464 2579 -839

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

4358 2453 2560 -1174 3693 327S 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

Caisses scnpttsrgscro ссстояхкз cp&atpccscum пэтр.'п:, m сСмпгкго Gnons Б7Д

Cîpir. Bec \ Напряжения аолси esrrajc, :.т/сп2

1 oGpnr- ÜC3 г/м ; Внутр. 1 г^гч. Арматура Наружная сбечанкя Бетон

i ''л.-с^гт. тгорег. i xeODüT. 5ХСПГО. теорст.

- ! 1 5 'i ¡ .5 ! S / 3

Наедл : о i G i 0 1 0 0 0

10 ¡ 2591 1 "65% 1346 46% 1 I97Ó -19% 1463 37% ! 669 42% -337 М0%

MAO 5910 2 S 00 1 70% 2337 72% 2213 55% 2486 62% -1167 292%

•JA 4979 555 Ь ¿663 23! 7 3056 - ! 396

11-'«л l«¿-f/3 70% 70% 76% 349%

" п 59! 9 Я 46 ЗЗ-ÎO 3533 • 1566

i "^kS / 3 105% 304% ООО/ ou / О 392%

Нач. напр. -577 • i 4% 0 0 874 22% ""'Л о 1 . 22% -46 3%

Ю ¡962 49% 1310 45% 1372 47% 2306 58% 2490 62% -S83 147%

20 3265 2754 2695 2761 3294 -1213 •

МАД 32% 69% 67% 69% 82% 202%

30 4302 108% 3499 '27% 3367 S4% 3666 92% 3S75 97% -1443 241%

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

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Кольцевая железобетонная оснастка для пшровзрывне штамповки при ограниченном количестве циклов нагружения сп< собна воспринимать эксплуатационные нагрузки и после образ! вания трещин в бетоне.

2. При расчете кольцевой железобетонной оснастки д; пщровзрывнон ипамповкн наиболее рационально использоват метод предельных состояний.

3. За предельное состояние при работе по несущей спс собности следует принимать достижение в бетонном слое, примь кагощем к облицовке, прочности на сжатие, а в металлических об< чайках прочности на растяжение.

4. Нарушение эксплуатационных качеств конструкции п трещиносгонкосгн и перемещениям можно исключить, если огрс ничить перемещения облицовки в пределах упругости металла технологическими требованиями при раздаче заготовки.'

5. Разработанная методика расчета кольцевой железобс тонной оснастки подтверждена экспериментально при максимал! номрасхождении результатов до 15 %(от 0,9 до 14,1 %).

6. Применение бетона, твердеющего под давлением, дл изготовления кольцевых железобетонных матриц является целе ссобрлзпът, т.к. приводит к увеличению прочности исходного бе тона в 1,5-2 раза, модуля упругости в 1,2 раза, предельных де формаций в 1,2 раза, з в совокупности повышает несущую способ кость до 20%.

7. Начальные напряжения, возникающие в металлически: обечайках и бетону при изготовлении матриц под давлением, по ложительно влияют на напряженное состояние конструкции, вы равнивакхг напряжения в обечайках и повышают трещиностон кость матрицы. В результате появляется возможность регугшроиа кия несущей способности конструкции без изменения ег размеров.

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

9. Применение разработанной методики расчета позволяет более точно оценить несущую способность и эксплуатацискны; 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 содержание диссерггвшш опубликовало в слс-тошзсс работах:

1. Снегирева А.И. Определение напряженно- деформиро-iHHoro состояния железобетонных кольцевых матриц, рабо-ющих на импульсные нагрузки // Тезисы доклада на научно-хннческон конференции КуИСИ. - Куйбышев, 1972.

2. Мураишш Г.В., Снегирева А.И. Исследование рабо-1 кольцевых железобетонных матриц на взрьшную нагрузку гСелезобетонные конструкции: Экспериментально-теоретические следованияУ КуИСИ. Куйбышев, 1975. - С. 152-158.

3. Снегирева А.И. Установка для изготовления железобе-нных матриц под давлением //Железобетонные конструкции/ Го-ннгереитгг. Куйбышев, 1982. - С. 62-65.

4. Снегирева А.И. Методика проведения испытаний льцегых матриц на импульсную нагрузку II Тезисы докладов обстой нзуггго-ткшической конференции. - Куйбышев, 1983.

5. Снегирева А.И. Некоторые особенности работы коль-вых железобетонных матриц на импульсные нагрузки Селезобетонные конструкции: Экспериментально-теоретические следования/ Госуннверснтет, Куйбышев, 1984. - С. 44-51.

6. Снегирева АЛ. Особенности расчета кольцевых ;:гелг-Зетонных матриц, армированных кольцевыми стержнями, на пуль сную нагрузку // Тезисы докладов областной научно-.ннческон конференции. - Куйбышев, 1985.

7. Снегирева АЛ. Трешиностойкость кольцевых железо-гонных матриц для гидровзрывной штамповки. Per. № 11435 , j. рук. .НИИНТПИ. - М., 1993. - С. 5.

8. Снегирева АЛ. Проектирование кольцевой железобетон оснастки дня гидровзрывнон штамповки. Per. № 11436, s.рук.НИИНТПИ.- М., 1993.-С. 10.

9. Снегирева АЛ. Особенности работы кольцевой желе-«тоннон оснастки для' гидровзрывнон штамповки, нзготозлен-5 из бетона, твердеющего под давлением //Исследования в об-ти архитектуры и строительства: Тезисы докладов областной гчно-техннчесхой конференции. - Самара, 1994.

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

Формат 60x34/16. Печать оперативная. Бумага обертка белая.

Печ. листов 1,25. Тираж 100. ЗаказЫ117. ¡марская государственная архитектурно-строительная академия.

443С01 г.Самара, МолодогвардеПская-194.