автореферат диссертации по строительству, 05.23.15, диссертация на тему:Параметры клееных стыков составных по длине железобетонных пролетных строений мостов из условия обеспечения прочности и долговечности

СССР

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ [АУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ПАРАМЕТРЫ КЛЕЕНЫХ СТЫКОВ СОСТАВНЫХ ПО ДЛИНЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ ИЗ УСЛОВИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЧНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ

Специальность: 05. 23.15 - Ыосты и транспортные тоннели

Автореферат диссертации на соисканиэ ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

БРАУН Вадим Викторович

УДК 624. 21. 01. 12. 35. 057. 4: 621. 792

Работа выполнена во Всесоюзном ордена Октябрьской Револ ции научно-исследовательском институте транспортного стро тельства Минтрансстроя СССР. ! .

Научный руководитель:

доктор технических на; профессор Цейтлин А. Л.

Официальные оппоненты:

доктор технических над Профессор Потапкин А. А.

кандидат технических нау доцент Ковлов ЕЕ

Ведущая организация:

Государственный институ по проектированию и иэыс канию автомобильных дори Союздорйроект

Защита состоится 16 марта 199^. г. в 11 часо! на заседании специализированного совета Д. 133.01.01 при Всесоюзном научно-исследовательском институте транспортного строительства Минтрансстроя СССР по адресу; 129329, Москва, Кольская УЛ: , Д. 1.

С диссертацией'можно, ознакомиться в библиотеке ВНИИ транспортного строительства. •

Автореферат разослан

февраля

199/г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

' Ж. А. Петрова

1Льность темы. Основой развития мостостроения в СССР является ю-технический прогресс отрасли, обеспечивающий повышение 1а и долговечности сооружений, снижение материало- и энергоем-

трудовых затрат и сроков строительства. )дно из прогресивных направлений отечественного и зарубежного строения - строительство.составных по длине сборных предвари-ю напряженных конструкций с клееными стыками. Эти конструкции |ает индустриальное^ изготовления и монтажа, высокие темпы независящие от. климатических и местных условий. Накоплен юа опыт проектирования,, строительства . и эксплуатации таких рукций. 11х дальнейшее развитие связано прежде всего с повыше- ' надежности и долговечности, что требует изучения,работы клее-гиов и примыкающих к ним вон бетона при эксплуатации в условиях юнных загрукений. До настоящего времени практически отсутство- ■ исследования этого вопроса, что приводило к неточностям норм и •дм при проектировании, вызывающим, дефекты И аварийные состоя-соорукений. В связи с этим актуальной задачей мосостостроения теп уточне1)ие расчетных, и конструктивных параметров стыковой и установление требований к конструкции клееных стыков. Эти сы и явились предметом выполненного исследования, .иссертационная работа' выполнена по программам научно-исследо-ьоких работ, связанным с разработкой универсальной технологии тельстЕа больших автодорожный' и городских мостов и Составных пне пролетных строений хелезиодорокных мостов. елью работы является повышение долговечности и эксплуатацией-адемюсти составных по длине пролетных строений на основе исс-аний работы клееных стыкав при переменных аагрукэниях, разра-1 новых расчетно-конструктивных и технологических требований, являемых к стыковым зонам составных но длине конструкций. зтолы исследований. . В экспериментальных исследованиях исполь-ы методы тензометрии, акустической эмиссии, активной локации, красной спегароскоппи, ускоренных испытаний в камере искусс-ой погоды, натурных испытаний. Регистрация и обработка данных ических и тензометрйческих исследований осуществлялась в авто-еском рекиме на базе мини-ЗШ и ГОЕ)4 (РС №М). В теоретических дованиях применялись численный метод теории упругости, .реали-ньЯ в методе конечного элемента, методы планирования экспери-и регрессионного анализа результатов исследования. аучнуи новизну работ» составляют; теоретически полученные за-эрности, характеризуйте зависимость ■калрякэнноГо состояния и стыковой зоны бетона от толщины шва и соотношения физико-ме-

ханических характеристик адгезива и подложкй; впервые получе! экспериментальные результаты влияния толщины клеевого шва на вш ливость бетона при сжатии; , результаты экспериментальных исследс ний работы составных по длине балок под многократно-повторными г рувками) данные о долговечности эпоксидных компаундов, полученнь результате исследований композиций из эксплуатируемых пролет строений, ускоренными и натурными испытаниями, результаты иссле вания длительной адгезионной прочности клеевого соединения бете

Достоверность полученных результатов подтверждается сопостав нием экспериментальных данных автора'и других исследователей с вультатамй теоретических исследований.

Практическая значимость райоты состоит в том, что разработаны вые положения, дополняющие соответствующие разделы норм проекти вания, что позволит повысить качество, и долговечность составных длине конструкций за счет новых требований к проектированию клее стыков и вон примыкания к ним, материалу клеевого шва. Содержали в диссертации рекомендации по. физико-механическим характеристи материала . взшЛяения шва мемду блоками и его толщине внесены в Данцига СНиП 2. Об! 03-84 и в подготовленный к печати. СНИП 3.06.04, СНиП 2.03.03-84 внесено уточнение при расчете на главные растяги ющие напряжения стыковой зоны составных по длине конструкций, вультаты Исследований иопольбовалиоь при разработке требовали! составным по длине конструкциям в универсальной технологии стр< тельства больших мостов и При разработке предложений по примене! составных по длине Оалок в ¡келезНодоромш мостах, пролетами сВ1 33 м. Реэультаты представленных исследований использовались 1 проектировании пралётйых строений Южного мостового перехода че] реку 2йепр в г. Киеве и мостового перехода ч. р. Днепр в г, Днепре еерлинске, при разработке усиления моста ч. р. шоша на автодорс Москва-Ленинград, . , •

Апробация. Основные положения, равделы и диссертационная рабе в целом доложены. На 13, 14 ## 16 конференциях молодых специалистог аспирантов ЦНИИС.( 1985, 1987, 1989 гг.), секции.Мостов Ученого С вета ЦНИШ (1990 г.), представлялись на конкурс ЦП НТО ГО (Почем грамота, 1989 г.).

Публикации. Материалы Диссертаций отражены в. 11 печатных рас тах и 7 научно-исследовательских отчетах.

Представленная диссертационная работа состоит из введения, пя глав и заключения, содержит. 11В страниц машинописного текста, 1 рисунков, 23 таблицы, список литературы.из 171 наименования и

- Б -

южения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности рассматриваемой те-I приводятся основная цель и краткое содержание диссертации. В первой главе на основе отечественного и зарубежного опыта ¡еден сопоставительный анализ конструктивно-технологических ре-1й составных по длине пролетных строений, работающих на многок-ю-повторные нагру&ки. Большой вклад в разработку и-внедрение , конструкций внесли в нашей стране ЦНИИС, Союздорнии, Гипродор-МАДИ, 1ЖИТ, ЛИИЖТ, НИИЖГ, Союздорпроект, Гипротрайсмост, Гип-'роймост, Ленгипротрансмост, тресты ГКТУ по строительству мостов 1Д других, организаций. За рубежи - Е. Фрейсине, К. Ф. Касадо, Ф. 1гардт, Д. Ли, Д. Мюллер, В. Подольный, Б. Эрнани Диас и др. Рассмотрены характерные для составных по длине пролетных строе-дефекты, выявленные в ходе обследований - продольные и наклон-трещины около клееных стыкоп, раскроив стыков, непроклеи, низ-качество клея и т.д. Пэк'чпно плтыне толстых (свыше 5 мм) ¡Еых швов на состояние пролетных строений. Проведено сравнение 1ых о толщинах стыков п советских и зарубежных конструкциях, шализирована связь дефектов в составных по длине конструкциях с ютаткаыи норм проектирования.

Приведен краткий обзор исследований клеевых соединений бетона и ;зионных свойств эпоксидных клесп при работе под воздействием шчных факторов. В области склеипшшл бетона широкие исследова-провели в СССР Р. Н. Горгон, В. А. Воскресенский, -Ь П. Горшкова,.

Захаров, Л. А. Игонин, а Г. Микульский, В. Д. Парфенов,. А. П. По-фев, Ю. Н. Саканский, 1111 Серегин, Д. С. -Хрейдин, & Я'"Хрулеп и за рубежом - Д. Вели, А. Гармнюл, Р.'П. Джонсон, С. 1Лур, Р. гервальдер, Ф. Хугеншмидт и др.

Исходя из результатов анализа конструктивно-технологических ре-1й двадцатипятилетнего опыта строительства и эксплуатации про-Строений с клееными стыками, обследований этих конструкций, эраторных исследований.работы клеевых швов, а таккз учитывая уте ;ствуюпдае в нормативных документах расчетные, конструктивные и «логические требования к составным по длНне пролетным отроени-в соответствии со. сформулированной вше-целью, были поставлены цующие задачи: '

Провести теоретические исследования напряженно-деформированного

состояния клеевого шва и стыковой воны бетона, при разли воздействиях, оценить факторы, оказывающие определяющее вли на работу стыковой зоны.

2. Установить экспериментальным путем влияние наличия и тол клееного стыка на прочность, выносливость и деформатиЕНость тона при сжатии.

3. Выявить особенности процесса трещнообразования в составны длине конструкциях с клееными стшами, установить влияние cti на выносливость, остаточную прочность и дсформативнссть бало:

4. Исследовать экспериментальными методами влияние на деструк-, ные процессы в клее и фиаико-меканические свойства отвержде! эпоксидных композиций всех разновидностей эксплуатационных с торов, вовдейотвующах на шов.

5. Дать предложения по расчету стыковой воны сегментных kohcti ций, требования к конструкций и материалу шва.

Во второй главе (теоретические исследований напряженно-дефор роваиного состояния клеевого соединения бетона) изложены результ исследований, проведенных численными методами теории упругости Целью определения напряженно-деформированного состояний зоны с

КЗ.

Напрпжённо-дефоршроваднра состояние клеевого соединения опре ляетсл деформационными свойствами адгезйва й подложки, геометр соединения и видом нагружения. Особенностью работы клееных сты между олоками составных По длине конструкций является недопуп/Э! возникновения растягивающих; напряжений на всех стадиях работы. ' ким образом,. в соответствии е требованиями норм кйеейое соедине! прй любом уровне нагрувки сжато в. плоскости, перпендикулярной с Пролетного строения. Из-за различия деформативных характерна клей ii бетона в оойе стыка возникает сложное напряженное состоят Научалось иамэкенце напряженно-деформированного состояния зоны ci ка прй сжатий, температурных h усадочных воздействиях в вааисймос от уровня н&грувки, длины ,и .толщину клеевого Шва, соотношения мод лей упругости, коэффи!*иенто|в Пуассона, температурных' коэффициент линейного расширения клея и бетона, определялось влияние непрокле на напряженнсо состояние стыковой гоны..

Исследование прободилос^ Методом конечного элемента (Шэ), ре ливованном в вычислительной комплексе "Лира" tразработка НЙИА Госстроя УССР) На ЭВМ EC-lOfe В качеотвемоДели работ« сжатой во бетона, прймцкаюшрй к клеевому иву/ била выбрана центрально скат; призма размером 20x60 см со стыком, расположенным В середине по Bi

те. Это позволило адекватно описать работу сжатой зоны бетона олетього строения и экспериментально проверить результаты иссле-вания. Модель расчетно реализовывалась как плоская задача теории ругости. Рассматривалась четверть прямоугольной пластины, разби-я на 380 прямоугольных конечных элементов (КЗ), клеевая прослойка делировадась одним рядом КЗ, о изменяемой высотой. Для уточнения ведения Сетона и клея часть расчетов была выполнена с более мелЯ сеткой КЗ. Клеевой шов по высоте моделировался четырьмя рядами ямоугольных элементов по высоте, по ширине один ряд состоял иа 06 . Сгунулше сетки КЗ не изменило формы эпюр напряжений в бетоне и ее, но привело к незначительному изменению оделенных значений пряжений,

В результате получена зависимость для определения максимальных перечных к направлению действия усилия растягивающих напряжений,-внйкайяих в бетоне при сжатии стыка:

£чч,тзх * ъ% ~ м

Ьу.та* " "аксимальные поперечные растягивающие напряжения ь бетоне стыковой воны, СМПа]; /10 - коэффициент нагруженности;

- приложенное продольное усилие, СМН/м1];

-0,0292?)* + 0,6223^ - 6,4350 а - е . (2)

-0,0088? д + 0.2431%,, - 1,7446 Ь - е (3)

в '

-0,01591^ + 0,36335КЛ - 1,833

(4)

- толщина клеевого сва, р - соотношение модулей упругости и коэффициентов

' Пуа^'сона клея и бетона,

При расчете на воздействие температуры применялось математичес-э планирование эксперимента. Учитывалось одновременное изменение ипературного коэффициента линейного расширения (и фиэико-ме-ничееких характеристик клея, для чего регрессионным анализом на ¡юве экспериментов автора и других исследователей были определены

соответетвующйе аависимости. £ ¡Результате получена формула для о ределения максимальных растягивающих поперечных напряжений в Сето; стыковой зоны при нагреве соединения:

6]и - (41.7 + 0.136 + 0,1835икд +

у' + 0,166^ + 0,139^) х й хЮ"* (Е

где ,6

1а - коэффициент равный х10;

£Г*л - толщина клеевого шва, СммЗ;

t - изменение температуры окружающей среды [" С).

Установлено, что при сжатии клеевого соединения бетона, в сть ковой зоне бетона возникают поперечные, к направлению действия уси лия, растягивающие напряжения, максимальную величину которых следу ет определять по формуле (1). Растягивающие напряжения в бетон линейно возрастают при увеличении и линейно уменьшаются пр росте ^ . Зависимость между и <обУ)та* носит экспоненциальны, характер, с увеличением растут растягивающие напряжения, чт( показывает опасность формирования толстых стыков между блоками. Уровень максимальных растягивающих напряжений при сжатии не 8ависи'; от от длины стыка. Клей шва находится в обжатом состоянии, что приводит К уменьшению его деформативности по отношению к отвержденном} ко!<таунду в свободном, состоянии. Наличие непроклеев вызывает возникновение локальных пиковых напряжений, уровень которых в 1,5-£ раза выше для качественного шва И рост поперечных дефор-

маций в 8-3 раза.

■ Напряжения, возникающие при нагреве, вызывают растяжение бетона стыковой зоны. Наличие суточных перепадов температуры приводит к работе стыковой зоны на многократно-повторные нагрузки. Рост температуры на 10°С вызывает растягивающие напряжения в бетоне 0.1-0.3 мпа. УрОйень максимальных растягиваемую напряжений в клее от усадки при холодном отвервдении составляет 0.3-0.8 МПа, что не предбтавля-ет опасности для клеевого соединения. Характер эпюр поперечных растягивающих напряжений от всех Исследованных видов воздействия: сжимающих, температурных и усадочных показывает неоднородность напяженного состояний, выражающуюся в наличии краевых эффектов.

В третьей главе (экспериментальные исследования прочности и выносливости клееного стыка бетона при сгкатии) излагаются результаты экспериментов, моделирующих работу стыка сжатой зоны бетона пролетных строений.

Моделирование осуществлялось на экспериментальных образцах, в э составных призм размерами 15x15x60 и 80x20x60 см, полученных эиванием двух полупризм из тяжелого бетона класса В40 длиной 30 Испытывалисъ на центральное сжатие около 100 образцов (в том ле 64 - на многократно повторные нагрузки) с толщиной клеевого 1 и 10 мм. Состав эпоксидного компаунда стыка: смола ЭД-20 -м. ч. , отвердитель ПЭПА - 15 м. ч. ,. пластифшсатор фуриловый спирт Э м. ч. , наполнитель портландцемент активностью 400 - £00 м. ч.. чность кубиков клеевой композиции 20x20x20 мм порядка ЮОМПа. ыгывали также эталонные монолитные призмы.

Экспериментальные исследования проводили в лаборатории вибро-амических испытаний ЦНИИС на испытательном стенде УРС-200. Обра-аниа и рост микро- и макротревдн исследовали методом акустичес-эмиссии('АЭ) п автоматизированном режиме путем сопряжения аратурного комплекса' АФ-15 АРГУС-7 помехозащищенными каналами эи с ЭВМ ЮМ 10. Сигналы акустического излучения от образующихся навивающихся дефектов регистрировались непосредственно в процес-экспариментои, что позволило определять качественные различия ду стадиями накопления повреждений в загисимости от уровня натки при статических или количества циклов при усталостных испыта-х. Изменение продольной и поперечной деформативности бетона, в исимости от расстояния до клееного стыка, . устанавливали тензо-рией. Общая продольная деформативность призм фиксировалась на ^построителе УРС-200 в виде кривых' ''нагрузка-деформация". ' Ста-¿ское погружение образцов было линейным с постоянной скоростью ращения напряжений 0. 4 МПа/с.- Многократно-повторные нагрузки ва-али гармонической функцией синусоидальной формы с частотой при-, ¿ния усилия 7-8 Гц и постоянны).) коэффициентом асимметрии цикла равным 0.1. Для ка-гдой серии образцов устанавда-и призменную прочность, как среднюю по результатам статического рутения до разрушения трех обраацов. Затем оставшиеся образцы ытывали на заданном уровне нагрузки в цикле, который определяли, отношение максимального напряжения при ююгократно-повторяющеы-эагруиении к призменной прочности бетона К ■= (S^^/R;, Для построения линий регрессии выносливости, как зависимости ко-эства циклов до разрушения N от уровня нагруженности К, испыты-и по три обрааца на восьми уровнях загружния К изменяли от 0. 6 195. Дополнительно, с целью уточнения уравнения кривой Вэлера, испытан ряд образцов как с толщиной стыка 1, так и 10 мм. Кри-выносливости монолитного бетона при р =0.1 била получена обра-кой данных около 300 испытаний призы на многократно-повторные

сжимающие нагрузки, часть из которых была проведена автором, о тальные получены ив литературных источников. Уравнения регресс для монолитных и составных призм рассчитывались методом наименьш: квадратов на ЭВМ ЕС-1045.

Анализ изменения энергии акустического излучения, как функщ уровня нагруженности образцов показал, что характер и скорость н; копления повреждений монолитных и составных образцов с тонким клее ным стыком аналогичны. Первые отказы в виде, трещин зафиксирова! при нагрузках порядка Б-87. от разрушающей. При дальнейшем наг рук нии отмечено повышение интенсивности трещинообраэования при нагруе как порядка 30 и 70% от разрушающей. Появление первых дефектов призм со стыком 10 мч установлено при нагрузках порядка 1-3% с разрушающей. В дальнейшем идет постепенное накопление повреждений небольшим увеличением скорости трещинообраэования при нагруэк 40-50% от разрушающей. При нагруаках близких к разрушающей (свыш 007.) у всех видов образцов Происходит скачкообразное увеличени скорости трешянообраэоваНйя. У образцов с толщиной стыка 10 мм от мочеНа значительно более четко выраженная заключительная, лавинна стадия накопления повреждений, типичная для хрупкого разрушения. '

Результаты усталостных испытаний свидетельствуют о близких зна чениях выносливости монолитных, образцов и с тонким клееным стыком, в тоже время наличие толстого стыка приводит к снижению выносливости и большому разбросу данных Испытаний. Линии выносливости найлуч-С1!м образом описываются кривыми второго порядка:

- Для Монолитных Призм:

1<1и - 1.2276 - 0.1346 IgN + 0.0064'U*N (б)

■ - для призм СО СТЫКОМ 1. ММ: К^ - 0.87Б0 + 0. Б870 IgN - 0.0164 U*N (7)

- для призм СО ОТЫКОМ 10 мм:

Kj^- 0.8257 + 0.0170 IgN - O.OÜBB.l^Ñ (8)

Вероятностные характеристики регрессионных линий выносливости имекя следующие вначения (для линейной модели - Л, для квадратичной - К): '

Линия выносливости 1 Коэффициент Средняя ошибкг

.корреляции ' аппрокси-

мации, С7.Э

Л Л К

Монолитный бетон 0.018 10.2 б. 4

Стык 1 мм 0.009 11.7 8.8

Стык 10 ММ 0.673 ' ^ 22.9 16.2

Как показала обработка экспериментальных данных, при базовом оличестсве циклов для испытаний транспортных сооружений (2 млн. иклов) К{м - Г>|,с1 - О. Б9, Исследованиями установлено, что при ста-ических испытаниях стык не являлся начальной зоной трещинообразо-ания для обоих видов призм. Это же относится к испытаниям на вы-осливость образцов с тонким стыком. При многократно-повторных агрудениях призм со стыком 10 мм, образование трещин в бетоне, в яде случаев начиналось со стыка. Тонкий клееный стык не снижает тносителышй предел выносливости бетона на базе 2x10 циклов вагру-яния, толстый стык приводит к снижению выносливости и яероятноет-ых характеристик регрессионной линии выносливости, что затрудняет рогнозируемость поведения бетона при многократно повторных сжимаю-¡кх нагружениях. В эпоксидном клее шва, вне зависимости от его толщин, не возникает дефектов, как при статических, так и при уста-юстных испытаниях. Испытания не выявили существенного влияния тыка на кратковременную прочность образцов, однако наличие стыка -величивает продольную деформативность образцов и поперечную дефор-(ативность стыковой зоны бетона (при стыке'10 мм - до 1Б%).

В четвертой главе, (экспериментальные исследования составных по 1лине конструкций под многократно-повторными нагрузками) изложены 1вдачи и методика проведения испытаний на выносливость составных по (лине балок, приведены полученные результаты.

В результате испытаний требовалось решить следующие задачи: усыновить соотношение остаточной несущей способности составных и мо-юлитных балок на базе 2 млн. 'Циклов нагружения,' определить особен-юсти трещинообразования в составных.по длине конструкциях, в том шсле влияние наличия шва и его толщины на образование продольных.и склонных трещин в стыковой зоне в период обжатия и испытания конструкции; установить соотношение деформативности монолитных и составных конструкций (с различной'толщиной стыка), а также сопоста-зить экспериментальные И расчетные прогибы (при р^чете балки, как тругой системы); выявить наличие подвижек в стыках балок, установить характер трещинообравовйния в стыковых зонах. •

БылИ а&фоектированы и изготовлены балки с тавровой формой поперечного сеЧения, полной длиной 6.4 м,'расчетной - 6 м, которые моделировали плитно-ребристое пролетное строение длиной 33 М с линей-'

ним коэффициентом подобии равным 5. Балки были наготовлены из четырех блоков о тремя плоскими стыками, толщина швов назначалась 1 н 10 мм. Льа концевых блока с приопорными утолданнями длиной 1.5 ы, средние блоки - по 1.7 м. Эталонной являлась монолитная балка, наготовленная в той жг: опалубке, чт0 и сборные, а также имевшая армирований аналогичное блочной балке. Опытные балки были валроектиро-ыши в соответствии со СНиП 2.05.03 - 84. Балки были изготовлены из Сетона класса В40, армированы ненапрнгаемой арматурой из стали А1 к АН диаметром от б до 10 мм. Пучки напрягаемой арматуры выполнены ни параллельных высокопрочных проволок диаметром 5 мм с высаленными голоьками. Нижний пупок иа ао проволок, ьерхний ив 10. Состав клеевой композиции, примененной при стыкоьанни блоков был том т, что и при склеивании составных приям. Напряженно-деформированное состояние Салки при иатлж/'шш армчтури контголировалоеь мессурами на базе 500 мм и съемным де.^ормометром с топ ж*; базой. Усилие в арматуре определялось по манометру насосной станции и по вытяжке пучков. Сцепление арматуры с Сетоном обеспечивалось инъектированием каналов цементным раствором.

Испытательная иагруька по уровни подобна вертикальной временной нагрузке от подвижного состава железных дорог С-14 длл пролета 33 м. Усилия при испытаниях прикладывали ь третях пролета Пульсацию балок осуществляли нч стенде ПМ-СО с частотой 4 Гц, коэффициент асимметрии цикла по нагруьке pat он р -0.3, по напряжениям в бетона нижней Фибры менее 0.1. До начала иепиганий Салки на выносливость осуществляли загружение статической нагрузкой, растущей по линейному вакону, до уровня соответствующего максимальному испытательному усилию при пульсации, равному Рисп,1гах-180 кН. Такое № испытание проводили после прохождения балкой 1 млн. циклов. После приложения 2 млн. циклов многократно-повторной нагрузки проводили испытание до разрушения статическим нагружением с целью определения остаточной несущей способности.

Напряженно-деформированное'состояние балки определяли с помощь» механических приборов, а также с использованием ¿00 тензодатчиков, с базой БО мм; расположенных, в основном, в воне стыков, прогибы балок, определяли по прогибомеру Максимова, установленному в центре пролета. Связь тенводатчиков через коммутационную сеть с ЭВМ CU-4 позволила выполнять • процесс опроса датчиков и частично обработку данных измерений в автоматизированном режиме. Длл контроля дефзкто-образования в конструкциях при проведении статических испытаний били использованы методы акустической ь-мписаи (A3) (фиксировались

игналы, иэлучаемые образующимися и развивающимися дефектами) и ак-ивной локации конструкции (акустическая диагностика проводилась |утем анализа отраженных сигналов, генерируемых внешним нормирован-[ым Источником - излучателем). Указанные методы исследований реали-ювались при помощи экспериментального измерительно -вычислителыю-'о комплекса ИВК-1, сопряженного с персональным компьютером IBM >с/лт.

Установлено, что при усталостном нагружокии изгибающим моментом до 2 млн. циклов), при уровне испытательного усилия подобном наг->уэке от железнодорожного подвижного состава С-14, остаточная носу-способность сосавных (со стыком 1 мм) конструкции составляет на lenee 0.95 от аналогичной монолитной, что выше теоретической 'разртс - 0.9Рразртм). Балки со стыком 1 мм достигает установленно-•о для транспортных сооружений предела выносливости без гюзниююяе-|ця дефектов, сказывающихся на несущей способности данных конструкций. Балки со стыком 10 мм, при том же уровне нагрузки, имеот после фохождения 2 млн. циклов дефекты, локализованные в зоне клееного :тыка. Общая начальная деформативность составных балок выше, чем юнолитной, так, значении прогиба (балок со стыком 1 мм) до пульсации при нагрузке 180 кН, больше, в среднем, на 15 7., 3 то же время ¡рогиб монолитной балки несколько меньше расчетного Г приблизитель-ю на 5 7.). В процессе усталостных испытаний происходит сближение 1рогибОв составных (стык 1 мм) и монолитной Салок, так при заключительных испытаниях прогиб составных при нагрузке 180 кН Несколько шле монолитной. Деформативность балок со стыком 10 мм выше моно-ттной и составных балок серии С. Установлены различия в процессе грещинообразования в' составных и монолитной балках - кинетике раз-зития трещин и их топологии. Особенностями трещинообраэования в :оставных балках (серия С) по сравнению с монолитной является мень-пий размер зоны повреждения (ограниченный крайними стыками), образований и развитие начальной трещины в пограничном слое бетона сты-отвой зоны (в центральном стыке), отсутствие вплоть до окончания тульсации других трещин, меньшее количество повредцений, полученных < моменту разрушения. Образование наклонных трещин (у стыков) происходит в составных конструкциях при нагрузке на 5-10 X ниже, чем в монолитной. В части, касающейся изменения напряженно -деформированного состояния бетона стыковой зоны - возникновения поперечных рас-' гягивающих напряжений, возникающих из-за разницы деформативных характеристик клея и бетона - при испытаниях балок были подтверждены результаты, полученные теоретическим путем и при экспериментах на•

- н -

призмах. Уровень а оказался Слизок к полученному теоретически» путем (вше на величину около 10*). Были подверждены полученные теоретическим путем выводы о возможности оОравования продольных тро-щин, развивающихся от стыка, при создании усилия предварительного напряжения в Салках с толстыми клееними стыками, в силу значительного уровня поперечных растягивающих напряжений.

В пятой главе (экспериментальные наследования долговечности клеевых швов из эксплуатируемых составных по длине пролетных строений) приводятся результаты определения степени деструкции образцов ио эпоксидных композиций методом инфракрасной спектроскопии, от-ворждешюсти клеп методом экстракции в ацетоне, данные фиэико-иеха-ничеоких характеристик клеевых составов, помученные на образцах из эксплуатируемых пролетных строений, результаты исследования атмос-(¡<?poíjTofiKOCTH отверженных эпоксидных компаундов методом ускоренных климатических испытаний, стойкости отверхденных составов к действию води и агрессивных сред, данные по длительной адгезионной прочности клеевого соединения бетона, установленные испытанием кернов иа стыков эксплуатируемых мостов.

Изучение долговечности клеевых швов предусматривало исследование длительной адгезионной прочности клеевого соединения бетона и процесса деструкции, а также связанное с ним изменение когезионной прочности и деформативности клея во времени. Для выявления степени структурных иамьньний, произошедших в эксплуатационный период в отверженных клеевых композициях, КК -спектроскопией были исследованы образцы с 11 эксплуатируемых пролетных строений (Табл.1, часть образцов представлена автору к. т. н. Я И. ИЬянцеитом), возраст клея от Б до 24 лет иа момент изучения. Определялась деструкция, как по полимерной, так и по минеральной составлявшим, последняя выражалась в карбонизации и сульфатиаации клинкерных. Съемка спектров производилась на инфракрасном спектрофотометре IR-20 в лаборатории противокоррозионной защиты сооружений ВШШтеплопроект. Для более точной идентификации изучаемых клеев по составу, а также для установления степени их полимеризации и деструкции, параллельно осуществлялось изучение ИК-спектров контрольных образцов из эпоксидной смолы с различными наполнителями. Определение степени полимеризации производили методом экстрагирования стружки клея в аппарате Сокслета в горячем ацетоне. Изучение физико-механических характеристик отверк-денных клеев выполняли испытанием на прессе "Instron" прямоугольных ' призыочек, изготовленных либо из наплывов клея, либо из компаунда, Извлеченного непосредственно из стыка. При анализе результатов ксе-

ледований дополнительно использовались данные испытаний, выполненных в Гипродорнии (М.И. Шейнцвит). Испытания на ускоренное старение под воздействием искусственных климатических факторов проводились в аппарате Искусственной погоды ИП-1-Э. При определении химической стойкости эпоксидных композиций натурными испытаниями факторами воздействия, помимо атмосферных условий были щелочная, кислотная и солевая агрессивные среды. Изучение изменения адгезионной прочности в зависимости от срока эксплуатации и состава клеевой композиции осуществляли путем испытания на срез при сжатии (сдвиг) по стыку кернов, выбуренных из эксплуатируемых пролетных строений. Испытания проводили на прессе 'ЧпзЬгоп", показатели адгезионной прочности при испытаниях явилась средняя прочность, представляющая собой отношение разрушающего усилия к площади склеивания (при анализе результатов испытаний учитывались данные, полученные М. И. !Шйнцвитом).

Исследование образцов клея, полученных из эксплуатируемых пролетных строений, методами ИКС и экстрагированием в ацетоне, показали, что уровень деструкции и степень отверждения эпоксидных композитов определяются в первую очередь, соблюдением технологических требований, предъявляемых к клею, а также условиями эксплуатации. Возраст клея не оказывает решающего влияния на деградацию клея как по эпоксидной, так и по минеральной составляющим (см. табл. 1). Фи-вико-механические характеристики отвержденных Клеевых композиций, полученные испытанием образцов клея с эксплуатируемых мостов, отвечают требованиям по прочности и деформативности только у тех компаундов, у которых в качестве наплонйтеля использовался Цемент. Средние значения прочности этих клеев выше 45 МПа, эффективного модуля упрутостй поряДка 1500 МПа. В то же- время &ср каолина в среднем около 30 МПа а таких составов изменяется от 20.до 600 МПа, коэффициент Пуассона составов с каолином выше 0,35. В результате ус-кореннх испытаний в аппарате Искусственной погоды наиболее атмосфе-ростсйкими Композициями признаны компаунды, имеющие в качестве Наполнителя каолина и цемент. Натурные.испытания стойкости эпоксидных клеев К воздействию воды и агрессивных химических сред подтвердили, что Наиболее стойкими являются составы с каблйном, Наименьшей химстойкостЬп характеризуются компаунды с кварцевым песком в качестве наполнителя. Изучение адгезионной прочности клеевого соеди-.. йенйя Сетона на кернах, выбуренных из эксплуатируемых пролетных строений показало, что адгезионная связь сохраняется После длительной эксплуатации (20-25 лет), разрушение при испытаниях На сдвиг • происходит по бетону Или по пограничному слою. Основными параметра-

1—

Впп

Место отбора образца

т

1алолнитель

-г

Срок экс-плу-ата-ции, лет

т

т

Степень полимеризации, X

Деструкция по полимерной составляющей

Таблица 1 ——--1

Наличие | деструк- | ции по I минераль- В ной сое- | тавляющей 8

4

I

ч. р. Волхов у Селншд

кварцевый песок

92

значительная

карбонизация!

-{

ч. р. Волхов в обход Новгорода

каолин

16

94,1

1астичная

нет

ч. р. Волхов в г. Кириши

цомент

23

71, б

частичная

сульфатиза- 1 ция 1

-1

отсутсвует 1 ! 1

ч. р. Шоша на а. д. Шсква-Ленинград

каолин

74

1е значительная

ч. р. Москву у Смли-Шелепиха

цемент

24

07,6

частичная

отсутствует | 3

ч. р. Москва в Нагатино

цемент

19

73,5

частичная

карбонизация I сульфатиза- 1 ция I ---1

ч. канал им. Москвы у Хлеб-никово

цемент

97,7

частичная

отсутствует

ч. р. Казанку г. ■ Казани

кварцевый

12

94,4

сильная

значительная! карбонизация\

Путепровод на пр. Стачек в Ленинграде :

Цемент

93,0

сильная

отсутствует |

НО

Экспериментальное прол. строение ЦНИИС

цемент

14

07,9

полное отсутствие

отсутствует | I

1И

ч. р. Мату

цемент

95,0

сильная

:ильная

6

2

7

Б

ми, влияющими на адгезионную долговечность клеевого соединения, являются качество эпоксидной композиции и соблюдение технологических требований при нанесении и склеивании блоков.

Основные результаты и выводы:

1. Теоретически - методом конечного элемента - установлено и экспериментально подтверждено влияние на напряженно-деформированное состояние стыковой зоны толщины клеевого шва. Выявлено, что наличие толстого клееного стыка в массиве бетона повышает интенсивность развития дефектов, приводит к снижению выносливости бетона и вызывает существенный разброс данных испытаний, что затрудняет прогно-зируемость поведения бетона при многократно-повторных нагружениях. Установлена необходимость ограничения толщины клеевого шва, по предложению автора в СНиП 2. Об. 04 "Мосты и трубы. Правила производства и приемки работ", внесены требования по недопущению превышения стыками размера 5 мм, при средней толщине по 4 измерениям не выше 3 мм,

2. Теоретически и экспериментально установлены и внесены, по предложению автора, в соответствующие разделы СНиП И. 05.03- 84 и СНиП 3.06.04 требования к физико-механическим характеристикам материала заполнения шва - минимальная прочность на сжатие <о ср » 60 МПа, минимальный модуль упругости - Екл- 1500 МПа, максимальное значение коэффициента Пуассона - Utm - 0. 85.

3. Теоретическими исследованиями напряженно-деформированного состояния бетона стыковой зоны установлено и испытанием составных балок подтверждено, что при расчете на главные напряжения следует учитывать дополнительные поперечные растягивающие напряжения, возникающие в бетоне блоков в местах примыкания к клеевому шву. Учет дополнительных поперечных напряжений G^^ax производится по формуле (1). В случае выполнения требований по ограничению толщины клеевого шва и деформационных характеристик клея, изменение напряженного состояния стыковой зоны может быть учтено введением понижающего коэффициента 0.9 к предельным допустимым значениям главных растягивающих напряжений тах©^ . По предложению автора в расчет стыковой зоны (принимается, как половика высоты балки в каждую сторону от стыка) сегментных конструкций на главные напряжения внесены соответствующие изменения в новую редакцию СНИП 2.05.03-84 "Мосты и трубы".

4. Испытанием крупномасштабных железобетонных предварительно напряженных моделей составных по длине пролетных строений и эталонной монолитной балки установлено, Что балки со стыками 1 Мм проходят 2-

шш. циклов усталостного нагружения, при нагрузке подобной железнодорожной С-14, без повреждений, вызывающих снижение несуи^й способности и долговечности. Балки со.стыком 10 мы • получают серьевнью повреждения, локализованные в воне клеевых ивов на стадиях предварительного напряжения конструкции и при испытаниях. Установлены различия в кинетике процесса трешинообрааования в составных и монолитных конструкциях, выявлены особенности топологии трещин в сегментных балках.

6. Установлено, методами ИК-спектроежопии, экстрагирования в ацетоне, ускоренных и натурных испытаний, испытаниями адгезионной и когезионной прочности клея, что уровень деструкции и отвержденнос-ти, и связанные с этим прочность и деформативние свойства эпоксидных компаундов вависят, в первую очередь, от правильности подбора состава клея и точности выполнения технологических операций при его приготовлении и нанесении.- Возраст.кЛея решалэдэго влияния на перечисленные характеристики не оказывает. Исследованием образцов от-вержденных эпоксидных компаундов,.находившихся в эксплуатации 20-25 лет, установлено, что при соблщении технологических требований при приготовлении и правильном подборе ингридиентов- композиции, эпоксидный клей является долговечным материалом, к'ж с точки зрения адгезионной, так и когезионной прочности. Адгезионная прочность, значительно .превышающая требуемую ВСН-9В-74 (2.5 МПа) сохраняется у образцов, находившихся в эксплуатации свыше 20 лет, Установлено, что лучшим, из иопольвуемых в:настоящее время в отечественном мостостроении, наполнителем.является портландцемент, т. к. составы с ним обладают высокой стойкостью к атмосферным воздействиям и агрессивным средах!, а также высокими физикомеханическиыи свойствами.

б. Как установлено МКЭ, максимальные поперечные растягивающие напряжения в бетоне, .вызываемые наличном клеевого ива, реализуются в вонах, непосредственно примыкающих к стыку, где невозможна постановка распределительной арматуры. 'Поэтому единственным технологическим решением, приводящим к повышению надежности стыков, за счет снижения вероятности образования продольных и наклонных трещин, является уменьшение толщиы стцка, приближение деформативных свойств идея к соответствующим характеристикам бетона.' Недопустимо возникновение иепроклеев при формовании стыков, т. ic. теоретически установлено и экспериментально подтвергэдено, что наличие непроклеев приводит к возникновение ликов напряжений.

7. Содержащиеся в диссертации рекомендации внесены в новую редакцию ОНиП 2. Об. 03-04 1! в СНиП 3.0&.-04. Результата исследований нспользо-

ваны при разработке требований к составным по длине конструкциям в универсальной технологии строительства,больших железобетонных мостов и прй разработке пролетных строений железнодорожных мостов, пролетами свыше 33 м. Положения диссертационной работы использованы при проектировании предварительно напряженных железобетонных пролетит« строений коробчатого, сечения и 1ГРК на Килом мостовом переходе через р. Днепр в г. Киеве, на мостовом переходе Через р. Днепр в г. Днепродзержинске, при разработке усиления моста через р. Шоша на автодороге Москва-Ленинград. Экономический эффект от внедрения результатов работы составил 120 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Браун R В. .Определение рациональных конструктивных форм железо-бетонннх железнодорожных пролетных строений средних пролетов. - В сб.: Пути повышения производительности труда, сокращения сроков проектрования й строительства транспортных сооружений. - Я:

' ЩШС...1986. - с. 4 - 7

2. Браун В. В. Работа составных бетонных элементов с клееным стыком под воздействием статических и многократно-повторных нагрузок. -В сб: Пути повышения качества и надежности проектирования и строительства транспортных сооружений,- М.: ЦНИИС, 1909, с. 81 -83

3. Браун В, В. Исследование влияния толщины информативных свойств клея, на напряженное - состояние бетона, стыковой воны. Тезисы докл. - В сб.: Эффективности и качеству научных исследований -мировой уровень. - М.: ЦНИИС, 1989, с. 23

L Браун Е. В. Исследование напряженного . состояния бетона в зоне клееного стыка. - Транспортное-строительство,. 1990, 1, с. 17-18. Браун В. Е. Особенности работы зоны клееных стыков сборных железобетонных предварительно напряженных сегментных конструкций. - В сб.: Актуальные вопросы разработки конструктивно-технологических систем современных-железобетонных мостов. - М.: Транспорт, 1991 (в печати)

I. Браун В. В., Робсман В. А Методика и результаты автоматизированных усталостных испытаний клеевых соединений бетона.- Бетон и железобетон, 1990, N 5, с. 16-17 '. Захаров JIB., Кришман Б. И., Браун В. В. Железобетонные пролетные' строения железнодорожных мостов. - Экспресс-информация. - М.: ВПГИтрансстрой, 1988.- 29с. . Кришман ЕЙ. , Браун В. В. Конструкции и методы монтажа составных-

по длине железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов. - В ей.: Разработка и исследование новых конструкций и технологии строительства железобетонных мостов и путепроводов. - Ы.: ЦНИИО, 1988. - с. 4-11 9. Цейтлин А. Д, , Браун К Е , №атина А Е , Решетников Е Р. Составные по длине балочные пролетные строения с поперечным обжатием по плите проезжей части. - Транспортное строительство. - 1988, 11, с. 1Й-14

Ю.Цейтлин А. Л , Враун ЕЕ Особенности работы клееные стыков составных по длине железобетонных пролетных строений мостов//Транс-поротное строительство,1990, N 10, с. 37-39 11. Пособие по оценке качества строительно-монтажных работ при сооружении сборных железобетонных пролетных строений мостов// Бон-даровчч К. А. , Мил;йковский Ы. А. , Антропова Е. А. , Кришман Б. И. , Браун Е Е - М.: ЦНИМС, 198(5,- 33 с.

Подл,к печати 5.02,91г.3аказ 46. Объем 1,5п. Тираж 100 экз. Рогапринт ЦШОЮа.