автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Шпалы из древесностекловолокнистых композиционных материалов для лесовозных железных дорог широкой и узкой колеи

; Л I

БОНДАРЕВ Борис Александрович

ШПАЛЫ ИЗ ДРЕВЕСНОСТЕКЛОВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЛЕСОВОЗНЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ШИРОКОЙ И УЗКОЙ КОЛЕИ

05.21.01 - Технология и машины лесного хозяйства

и лесозаготовок; 05.21.05 - Технология и оборудование деревообраба-тыющих производств, древесиноведение.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ворснеж-1996

Работа выполнена в Воронежской государственной лесотехнической академии.

Научный консультант - академик жилищно-коммунальной академии,

академик Российской академии естественных наук, доктор технических наук, профессор В.И.Харчевников

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, член-корр. АЕН РФ В.Н.Меньшиков;

доктор технических наук, профессор Д.И.Стаичев;

доктор технических наук, профессор, действительный член жилищно-коммунальной академии В.М.Хрулев.

Ведущая организация - АО "Лесинвест" (Санкт-Петербург).

Защита состоится У.? " 1996г. в 10 часов на заседании

диссертационного совета Д.064.06.01 при Воронежской государственной лесотехнической академии по адресу: 394613, г.Воронеж, ул.Тимирязева, 8, ауд.118).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГЛТА.

Просим Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями направлять по адресу: 394613, г.Воронеж, диссертационный совет ВГЛТА, Ученому секретарю.

Автореферат разослан "/Л' 1996г.

Ученый секретарь диссертационного совета академик ЖКА РФ, доктор

технических наук, профессор В.К.Курьяиов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Лесовозный железнодорожный транспорт представляет собой сажную фазу производственного процесса лесозаготовок. На его долю приходится более 15% объема вывозимой древесины, его трудоемкость в цикле производственных операций лесозаготовок составляет 7.5%, а доля в себестоимости лссопродукции - 25% и более в зависимости от расстояния вывозки древесины.

Эффективность его работы в значительной степени определяется транспортно-эксплуатационным уровнем, приспособленностью к перевозкам лесных грузов, условиями эксплуатации, безопасностью движения, зависящей от состояния пути, т.е., в конечном счете, от физико-механических свойств материала шпал, которые со времени строительства первых железных дорог вошли в конструкцию верхнего строения пути в качестве незаменимого элемента, изготавливаемого в основном из древесины.

Однако, деревянные шпалы из высокосортного леса в возрасте 80-100 лет фактически потеряли сырьевую базу в России из-за варварского ее уничтожения и в настоящее время задолженность МПС лесной промышленности составляет до 25 млн. м3 высококачественной древесины. Использование железобетонных шпал в конструкциях верхнего строения пути железных дорог, хотя и решает в какой-то мере проблему дефицита первых, но ведет к большим экономическим потерям, которые складываются из физико-технических и механических недостатков железобетона - большой массы, хрупкости, ограниченной коррозионной стойкости и, главное, жесткости, приводящей к разрушению ходовой части подвижного состава, появлению профессиональных заболеваний.

Кроме этого, для железобетонных шпал, работающих в условиях блуждающих токов, существует опасность электрокоррозии. Поэтому, наряду с непрерывными изысканиями способов повышения срока службы деревянных шпал, ведутся исследования по созданию новых более долговечных и экономичных материалов, способных заменить древесину. Одним из таких материалов является древесностекловолокнистый композиционный материал (ДСВКМ), получаемый на основе отходов лесной и деревообрабатывающей промышленностей. Так, только в Липецкой области ежегодное количество отходов составляет более 65 тыс. м3. Они могут использоваться как в качестве армирующего заполнителя ДСВКМ-ла так и для производства фурфурола, получаемого методом каталитического пиролиза древесины. Поликонденсация фурфурола с ацетоном позволяет получить (рурановую смолу ФАМ, кото[5;Ы явлшйи вяжущим ицщшвим химически ишйк-их конструкционных и футеровочных материалов - полимербетонов (ПБ), растворов и мастик, применяемых авторами ДСВКМ-ла - В.И. Харчевниковым, О.П.Плужниковой для этих целей. Однако ими не были решены такие важнейшие проблемы как долговечность и выносливость, без чего вопрос о применении этого материала для железнодорожных шпал оставался проблематичным. Для конструкций брусьев стрелочных переводов лесовозных железных дорог нами предлагается использовать полимербетоны на фурановых и полиэфирных смолах, армированных стеклопластиковой арматурой (СПА). СПА, имея свои преимущества по сравнению со стальной арматурой (более высокую прочность на разрыв, стойкость к щелочам и кислотам, электрическую стойкость), имеет и свои недостатки - невысокий модуль упругости - 5 х 104 МПа, что предопределяет ее экономическую целесообразность применения в сочетании с предварительным

напряжением. Кроме того, в действующих нормативных документах отсутствуют положения по проектированию элементов конструкций с учетом усталости. В данной работе представлены результаты исследования возможности создания и применения в качестве коррозионностойких конструкционных материалов железнодорожных шпал полимерных мастик на фурановых и полиэфирных смолах, армированных как стекловолокном, так и отходами лесной и деревообрабатывающей промышленностей, определившие ее актуальность. Решение данной проблемы осуществлялось автором с 1982 по 1995 годы в рамках научно-исследовательских работ "Обследование и испытание транспортных сооружений с определением фактической грузоподъемности и составлением рекомендаций по повышению уровня их эксплуатационной надежности", а также планам НИР АЕН и ЖКА РФ.

Цель работы - внести, получив новые экспериментальные и теоретические результаты, существенный вклад в решение важной народно-хозяйственной проблемы частичной замены деревянных и железобетонных шпал на шпалы из композиционных материалов на основе отходов лесного комплекса и в первую очередь для железных дорог этого комплекса. В соответствии с целью работы определены следующие задачи:

1. Разработать модифицированный состав ДСВКМ-ла и заводской технологии изготовления из него шпал для лесовозных железных дорог широкой и узкой колеи.

2. Изучить вопросы совместимости древесного заполнителя- и смолы ФАМ в элементах конструкций шпал лесовозных железных дорог.

3. Получить основные коэффициенты, характеризующие свойства композиционных материалов при длительном действии статических и циклических нагрузок.

4. Разработать теоретические основы расчета элементов из композиционных материалов (шпалы и брусья стрелочных переводов) на основе структурных, объемлющих и усталостных диаграмм материалов с применением современных компьютерных систем.

5. Разработать рекомендации по подготовке древесных заполнителей при изготовлении элементов конструкций шпал лесовозных железных дорог.

6. Разработать методику расчета элементов конструкций верхнего строения пути из композиционных материалов на выносливость.

7. Провести лабораторные и натурные (эксплуатационные) испытания шпал из ДСВКМ-ла с анализом состояния древесного заполнителя после длительной эксплуатации.

8. Разработать рекомендации по эксплуатации лесовозных железных дорог широкой и узкой колеи со шпалами из ДСВКМ-ла.

Научная новизна работы определяется полученными результатами, основными из которых, выносимыми на защиту, являются:

- создание теории расчета шпал из композиционных материалов;

- разработка модифицированных составов для шпал из композиционных материалов;

- разработка методик расчета элементов конструкций из композиционных материалов на выносливость;

- доказательство возможности использования структурных, объемлющих и усталостных диаграмм для исследования сопротивляемости композиционных материалов при циклическом воздействии нагрузок;

- разработка методики формирования коэффициентов условий работы элементов конструкций верхнего строения пути лесовозных железных дорог;

доказательство возможности использования коэффициента пропорциональности при исследовании работы элементов конструкции при действии длительно действующих статических и циклических нагрузок.

Практическое значение результатов теоретических и экспериментальных исследований заключается в:

- разработке методов и рекомендаций по проектированию элементов конструкций верхнего строения пути из композиционных материалов с учетом усталости на базе полученных нормативных физико-механических характеристик и коэффициентов условий работы;

- разработке заводской технологии изготовления шпал и брусьев стрелочных переводов из композиционных материалов.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при разработке Международного стандарта по полимербетонам (Ш1ет-ТС-113). Положения диссертации прошли промышленную проверку и внедрены на Елецкой дистанции пути ЮВЖД; на предприятиях АООТ "Липецкавтодор"; на предприятии промышленного транспорта объединения "Липецкстройиндустрия", АО "Липецкдорстройматриалы", управления лесами администрации Липецкой области.

Технико-экономическая эффективность внедрения заключается в том, что при равенстве капитальных вложений в производство деревянных шпал и шпал из композиционных материалов в начальный периотд эксплуатации, через 3.5 года сумма капитальных вложений в деревянные шпалы резко возрастает. Экономическая эффективность от внедрения шпал из ДСВКМ составляет 3 млрд.400 млн.руб. при выпуске 100 тыс. штук в год.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям: "Организация и управление железнодорожным промышленным транспортом, лесоинженерное дело".

Вклад автора в разработку проблемы: научная постановка задач теоретических и экспериментальных исследований; разработка основных методических вопросов и содержания исследований; анализ и обобщение результатов исследований; формулировка исходных требований к практическим разработкам. Экспериментальные исследования и работы по внедрению производства технических и технологических рекомендаций, технологических процессов и оборудования проведены под научным руководством и при непосредственном участии автора.

Достоверность результатов работы. Решение проблемы исследований базируется на современных представлениях в области основополагающих научных дисциплин, на современной методике исследования композиционных материалов. Экспериментальные исследования выполнены с привлечением комплекса современных методов исследования состава, структуры и свойств композиционных материалов. Основные численные результаты и количественные закономерности получили вероятностную оценку на основании статистической обработки. Выводы и рекомендации прошли апробацию и производственную проверку, внедрены в промышленности, использованы в инструктивно-нормативной документации и в учебном процессе.

Апробация работы.

Основные результаты были доложены на Республиканской научно-технической конференции "Применение пластмасс в строительном и городском хозяйстве" (Харьков, 1982г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности использования автомобильного транспорта и автомобильных дорог в условиях жаркого климата и высокогорных районов" (Ташкент, 1982г.); на Всесоюзной конференции "Роль молодых ученых и специалистов в развитии научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте" (Москва, 1984г.); на 5-й Республиканской конференции "Защита металлоконструкций, коммуникаций, технического оборудования от коррозии" (Алма-Ата, 1984г.); на научно-технической конференции "Строительные композиционные материалы на основе отходов отраслей промышленности и энергосберегающие технологии" (Липецк, 1986г.); на научно-технической конференции Минпромстройматериалов СССР и Минвуза РСФСР "Актуальные проблемы строительства" (Воронеж, 1987г.); на научно-практической конференции "Практика, проблемы разработки и внедрения ресурсосберегающих технологий" (Липецк, 1987г); на 47-й научно-технической конференции Московского автомобильно-дорожного института (Москва, 1989г.); на Всесоюзной конференции "Применение эффективных полимербетонов в машиностроении и строительстве" (Вильнюс, 1989г.); на межвузовской конференции молодых ученых (Липецк, 1987г.); на международной конференции "Повышение долговечности и эффективности работы конструкций сельскохозяйственных зданий" (Челябинск, 1992г.); на VII международном конгрессе "Применение полимеров в бетоне" (Москва, 1992г.); на научно-техническом семинаре "Применение полимеров в бетоне, материалы и конструкции на их основе" (Воронеж, 1992г.); на международной конференции "Ресурсосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций" (Белгород, 1993г.); на международной конференции "Новые методы расчета, материалы, технологии" (Алчевек, 1993г.); на научно-практической конференции "Состояние, перспективы развития научно-технического потенциала Липецкой области (Липецк, 1993г.); на международной научно-технической конференции "Новые строительные композиты и нетрадиционные технологические решения" (Самара, 1995г.); на научно-практической конференции "Научно-практические достижения в области дорожных строительных материалов, строительства, реконструкции, содержания автомобильных дорог и искусственных сооружений" (Липецк, 1995г.); на УШ международном конгрессе "Применение полимеров в бетоне" (Антверпен, Бельгия, 1995г.)

Публикации: содержание работы опубликовано в 51 статье и монографии.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 8-ми глав,

основных выводов и содержит .......... страниц машинописного текста, ..........

рисунков,...........таблицы, список литературы, включающей...........наименований,

приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности диссертационной работы, сформулирована цель исследований.

Первый раздел посвящен анализу современного состояния экспериментальных и теоретических исследований выносливости древесины, бетона, железобетона, конструкционных полимеров, полимербетонов, применяемых для элементов конструкций верхнего строения пути лесовозных железных дорог.

Исследований, посвященных вопросам работы элементов конструкций верхнего строения пути железных дорог крайне мало, в основном это исследования, направленные на изучение достоинств и недостатков деревянных, железобетонных, армополимербетонных шпал. Так, в результате анализа работ Данилова В.Н., Мэджи Г.М., Мисюка B.C., Елькова Л.В., посвященных вопросам конструкции железнодорожного пути и его взаимодействия с подвижным составом, а также исследованиям работоспособности деревянных шпал, сделан вывод о том, что основными причинами их дефицита является небольшой срок службы из-за механического износа и гниения, особенно в узле соединения "рельс-шпала". Железобетонные и армополимербетонные шпалы (Барбакадзе В.Ш.) имеют, в отличие от деревянных, большой срок службы, но они тяжелы, жестки, содержат дефицитную высокопрочную арматуру, не обеспечивают диэлектричность. Наиболее серьезные работы по изготовлению шпал из композиционных материалов проводились в Австрии и Японии - это синтетические шпалы из жесткого полиуретана, армированного стекловолокном; в США и Японии - это древесностружечные шпалы, шпалы, спресованные из мелко измельченного волокнистого растительного материала и полимерного связующего, шпалы из склеенных послойно ДСП большой плотности и обычного ДСП. В данном случае можно сделать вывод, что, несмотря на практически неограниченный срок службы синтетических шпал, меньшую массу, по сравнению с железобетонными, применение их в условиях России экономически невыгодно из-за дефицитности полиуретана и сложной конструкции железобетонного основания. Опыт изготовления шпал из древесностружечного материала интересен тем, что в качестве вяжущего была использована смола ФАМ, но прессование увеличивает их стоимость, сомнительны технологичность узла "рельс-шпала" и водостойкость. Анализ свойств примененных в РФ и за рубежом композиционных материалов для железнодорожных шпал выявил их серьезные недостатки и позволил предложить в качестве альтернативного материала разработанный во ВГЛТА Харчевниковым В.И. стекловолокнистый полимербетон ФАМ на андезите (СВПБ). При этом принимали во внимание такие его свойства, как коррозионная стойкость и надежность. недесЬицитность компонентов, поскольку олигомер (смола) ФАМ может быть получена из отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности на предприятиях лесохимических комплексов. В качестве армирующих заполнителей - применить древесную щепу со стекловолокном. О.П.Плужникова продолжила такие исследования, используя в качестве наполнителя сажу и графитовую муку, добившись при этом увеличения прочности композита и уменьшив при этом в два раза водопоглощение. Однако, проведенные исследования осуществлялись только для элементов, работающих под воздействием статических нагрузок, хотя в реальных условиях эксплуатации циклическое воздействие нагрузок является основополагающим.

В связи с изложенным были выдвинуты цель исследования, изложенная выше, и поставлены следующие конкретные задачи:

1. Разработка модифицированного состава древесноволокнистого композиционного материала (ДСВКМ), заводской технологии изготовления из него железнодорожных шпал.

2. Получение основных коэффициентов, характеризующих свойства композиционных материалов при статических и циклических воздействиях нагрузок.

3. Разработка теоретических основ расчета элементов из композиционных материалов (шпалы и брусья стрелочных переводов) с учетом усталости на основе структурных, объемлющих и усталостных диаграмм с учетом экспериментальных данных и применением ЭВМ.

Во втором разделе приведены данные об исходных материалах для изготовления элементов конструкций верхнего строения пути из древесноволокнистых композиционных материалов на основе фурановых и полиэфирных смол. Фурановые смолы получаются на основе соединений, содержащих гитероцеклические фурановые кольца. Наиболее распространенным и применяемым в промышленности сырьем для их производства является фурфурол, полученный из растительного сырья - подсолнечной лузги, отрубей, кукурузных головок, хлопковой лузги и т.п., однако, в последнее время эти материалы используются как корм животным, поэтому наиболее интересным в этом плане являются отходы древесины, из которой методом каталитического пиролиза производится фурфурол. В реакции поликонденсации фурфурола, ведущей к образованию фурфуроловых смол, должен присутствовать ацетон СН3СОСН3, получаемый окислением изопропилового спирта. В результате поликонденсации фурфурола с ацетоном получают растворимую смолу (мономер), которая затем переходит в нерастворимую форму - полимер пространственного строения.

В технологии полимербетонов (ПБ) преимущественно применяется фурфуролацетоновый мономер ФАМ (ТУ 6-05-1618-79), представляющий собой однородную темно-коричневую жидкость с плотностью 1.08...1.12 т/м3. Поскольку в ФАМ избыток фурфурола, то эта смола имеет повышенную физико-химическую стойкость. Отверждение фурфуролацетоновых (фурановых) смол происходит с помощью бензосульфокислоты (БСК) СбНзБОзН. В соответствии с ТУ-6-14-25-74 БСК, выпускаемая на химическом заводе г.Новомосковска Тульской области РФ состоит из:

-моносульфокислоты бензола (98.4...98.6%); свободной серной кислоты (1.2... 1.4%); бензола (не более 0.2%).

Наполнители представляют собой дисперсные порошки с размером частиц 0.15 мм и удельной поверхностью в пределах 1500...500 см2/г Хорошим наполнителем фурановых смол, примененным в наших исследованиях, является андезит, что согласуется с общими принципами электростатического взаимодействия, принимая во внимание кислый характер этих смол (рН=3...4). Кроме этого, установлено, что фурановые связующие приобретают повышенную водостойкость и другие положительные свойства при введении в их состав углесодержащих наполнителей - графита, кокса, угля, сажи.

В наших исследованиях в составе матрицы полимерраствора ФАМ на андезите применили технические сажи, взятые с Воронежского шинного завода, марок 2226 М, ПМ-50, П-803, П-323 и графитную электродную муку марок ГЭ 1.3. В качестве армирующего заполнителя применяли отходы древесины, запасы

которой только н Липецкой области составляют более 65 тыс.м3. Армирующий заполнитель применяли в виде щепы. Для увеличения трещиностойкости в крайних волокнах шпал и в местах забивки костылей, нагелей применяли стекловолокнистую арматуру в виде жгута, сечки из этого жгута, стеклосетки типа СС (ТУ-6-11-99-75) на основе стекла алюмоборосиликатного состава, а также жгуты из щелочестойкого стекловолокна марки Щ-15 (ТУ-21-38-223-84).

Для изготовления элементов конструкций верхнего строения пути использовалась полиэфирная смола ПН-609-21М (ОСТ 6-05-431-78) Жилевского завода пластмасс Московской области.

Твердение полиэфирных смол представляет собой сополимеризацию ненасыщенных полиэфиров с мономерами по радикальному механизму с образованием трехмерной молекулярной сетки. Радикальная полимеризация полиэфирных смол протекает под действием окислительно-восстановительных систем. При этом реакция ускоряется перекисными соединениями (в нашем случае гиперизом). Гипериз применяется в сочетании с ускорителем - нафтенатом кобальта, который используется в виде 8% раствора в стироле (МРТУ-6-05-1075-67). Для придания композиции прочности, деформативности и долговечности в ее состав были введены заполнители (гранитный щебень, песок) и микронаполнитель - андезитовая мука. Технология приготовления полимербетонной смеси была общепринятой. Для изготовления образцов применяли полимербетонную смесь, приготовленную в соответствии с требованиями СН-525-80 с корректировкой на местные наполнители, исходя из размеров и процента армирования образцов. Состав смеси, в % массовых долей: щебень-52%, песок-28%, андезитовая мука-11%, смола-9%, нафтенат кобальта-8% (от массы смолы), гипериз-4% (от массы смолы). Поскольку усадка полиэфирной смолы в процессе отверждения достаточно велика и, следовательно, опасна при отливке шпал сложной формы, нами было специально исследовано это явление. Установлено, что величина усадочного напряжения (ау) равна 2.3 МПа. Такие напряжения не приводят к нежелательным последствиям и, следовательно, полиэфирные полимербетоны возможны для применения при изготовлении элементов конструкций верхнего строения пути лесовозных железных дорог.

Стеклопластиковая арматура производства Республики Беларусь, выполненная из алюмоборсиликатного волокна на эпоксифенольном связующем и примененная для армирования элементов конструкций брусьев стрелочных переводов, имеет следующие характеристики: разрывное усилие Р=39 кН, предельная растяжимость %=278.2 х Ю-4 м, временное сопротивление разрыву Т?ь1=П78 МПя 1Тпя доказательства возможности применения СПА в этих целях проведена комплексная оценка ее свойств при кратковременных, длительных и циклических воздействиях нагрузок.

Так результаты испытаний на релаксацию, проводимых совместно с В.Ф.Набоковым, показали, что процесс релаксации практически прекратился через 20-30 сут в зависимости от начального напряжения (рис.1). Падение напряжение было ограниченным. Самое большое снижение напряжения наблюдалось у образцов, начальное напряжение которых близко к пределу временного сопротивления. Оно составило 8.05-8.54%. Зависимость снижения напряжений от исходного уровня напряжений нелинейна.

HlSSUlLlOO

S 1

2

^Ti-

3 4

О 6 12 18 24 30 Т,сут.

Рис.1 Кривые релаксации напряжений СПА: 1- при ао=0.2опг; 2- при сто=0.4стпг; 3- при сто=0.5апг; 4- при сто=0.6апг Испытания СПА на ползучесть проводили по общепринятой методике. На рис. 2 показаны кривые нарастания деформации ползучести во времени. По виду кривых можно определить, что деформации нарастают с переменной скоростью, уменьшающейся во времени, и носят затухающий характер. Длительная прочность СПА находится в пределах 0.6-0.7 разрывного усилия. Основными факторами, которые влияют на величину и характер ползучести, являются местные разрушения наиболее перенапряженных участков, а также перераспределение усилий в стекловолокне, обусловленное ползучестью связующего.

Испытания на выносливость СПА вели на машине ГРМ-2А с пульсатором. Из арматуры были приготовлены три серии образцов (по 12 в каждой). Длина стержня равнялась 800 мм. Для каждой серии коэффициент ассиметрии цикла р был различным и составлял 0.3; 0.6 и 0.8. Уровень нагружения для серии изменялся от 0.7 Rgi до 0.44 Rg] , а коэффициент ассиметрии оставался постоянным. Частота приложения нагрузки составляла 330 циклов в минуту. Образцы доводили до разрушения. Результаты эксперимента были обработаны по методу прямолинейной корреляции.

е-10"4 5

— 3

2

1

0 6 12 18 24 30 36 т> СУТ-

Рис. 2 Кривые ползучести СПА без учета начальной деформации:

1 - при сто=0.2стпг, ёо=58х10-4; 2 - при со=0.4стпг, е0=1 10x10"4; 3 - при ао=0.5а,

ео=142х10"4; 4 - при сто=0.6ат, ео=178х10"4; 5 - при ао=0.7апг.

При исследовании выносливости СПА при р=0.3 было испытано 12 образцов первой серии. Уровень нагружения был принят для первого образца 0.7 с последующим снижением до 0.44 И£| для образца № 12. Из всех образцов только два прошли 2x106 циклов, остальные разрушились гораздо раньше. Образцы разрушались в основном из-за расслоения стекловолокна.

Уравнение эмпирической линии выносливости при р=0.3, ам=2004.06-215.6 N. На базе 2х106 циклов стм=645.6 кН/м2 или стм=0.47

При исследовании выносливости СПА при р=0.6 испытывались образцы второй серии. Все образцы доводили до разрушения, причем оно начиналось с расслоения стекловолокна и заканчивалось разрывом арматуры. Если разрыв происходил в зоне захватов, то пульсатор останавливался, проводился перехват арматуры испытания продолжались. Для одного образца количество перехватов не превышало пяти. По результатам испытаний строили график зависимости стпмх=Ф§'ч0 и определялся предел выносливости СПА. Уравнение эмпирической линии выносливости при р=0.6 ом=201.2-204.32 1§ N. На базе 2х106 циклов сгы=728.8 МПа или 0.53 ^ .

Методика проведения эксперимента при исследовании выносливости СПА при р=0.8 аналогична предыдущим испытаниям образцов первых двух серий. Наибольшее количество циклов составляет 2.1х106 для образца № 12, наименьшее - 60.7 тыс. для образца № 1. Уравнение эмпирической линии выносливости при р=0.8 ам= 1509.5-111.83 ^ N. На базе 2х10б циклов аы=804.9 МПа или 0.58 .

В третьем разделе приведены результаты экспериментальных исследований прочности и выносливости ДСВКМ-лов для шпал лесовозных железных дорог. Экспериментальные исследования полимербетонных матриц ФАМ на андезите, армированные стекловолокном, вели на длительное воздействие нагрузок при постоянной температуре и влажности, а также в агрессивной среде.

При длительном воздействии нагрузок ступени нагружения образцов в переводе на условные напряжения были приняты 24.5; 33.0; 54.0; 63; 73; 83 и 93 МПа. По результатам испытаний построены кривые ползучести образцов при изгибе и определены границы возможного значения предела длительной прочности (33 МПа < Я^пг < 54 МПа). По известной методике вычислены коэффициенты длительности и построены кривые изменения во времени прочности СВПБ ФАМ при изгибе и по ним определен коэффициент длительности равный 0.45. По величине коэффициента т^^р = Е5ек/Емгн, вычисленного для образцов различных серий, построена кривая изменения во времени модуля упругости СВПБ при изгибе. Асимптота к этой кривой отсекает на оси ординат величину длительного коэффициента дёфорШЩГП—(4b.ini~0.44);—опрьдиины—мгновенный—модуль упругости, равный 2.14х104 МПа и длительный модуль деформаций, равный 0.94x104 МПа.

Исследования длительной прочности СВПБ ФАМ при одновременном действии жидких сред и длительной изгибающей нагрузки проводили на образцах, содержащих 3% продольной стекловолокнистой арматуры (по массе) и 2%-поперечный (стеклосетка). Начальная прочность при "чистом изгибе" составляла 48 МПа, мгновенный модуль упругости - О.бхЮ4 МПа. Образцы погружали в воду и нагружали с помощью специального устройства, позволяющего за счет изменения рычагов и приложения различных комбинаций грузов создавать в зоне их "чистого" изгиба условные напряжения, составляющие 0.2; 0.3; 0.4 и 0.5 от среднего предела прочности при изгибе - 48....50 МПа. Результаты испытаний показали, что границами возможного значения длительной прочности для

принятия процента армирования СВПБ является 20 и 25 МПа. Коэффициент длительности с учетом действия агрессивной среды определяли с помощью структурной диаграммы A.M. Иванова, что ранее никем сделано не было. Величина коэффициента длительности при этом составила 0.46. Таким образом, с помощью структурной диаграммы получили значение коэффицинта длительности, полностью совпадающее с данными прямых опытов. Тем самым проведенные исследования установили наличие длительной прочности СВПБ, ФАМ не только в идеальной среде, но и при действии агрессивной среды. Были получены значения отношения Пь,sup= E''HseK/E''" ПРИ изгибе в зависимости от времени приложения нагрузки и ее величины. Минимальное значение отношения, соответствующее величине длительного коэффициента деформаций r)bSL]p, равно 0.48. Развивая изложенные выше исследования, автором совместно с В.И.Харчевниковым проведены эксперименты на образцах 320x30x20 мм хаотически армированного СВПБ ФАМ. В качестве агрессивной среды был применен 70-процентный раствор серной кислоты - основного компонента электролита производства двуокиси марганца (ЭДМ-2) на Руставском химкомбинате (Грузия), перевозимого железнодорожным транспортом. В переводе на условные напряжения ступени нагружения образцов при длительном действии нагрузки были равны соответственно 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0 и 8,0 МПа, т.е. составляли 0,22; 0,30; 0,37; 0,45; 0,52 и 0,59 от среднего предела прочности при "чистом изгибе" (13,5 МПа). По результатам испытаний построены кривые ползучести СВПБ ФАМ при "чистом изгибе" и одновременных действии агрессивной среды. Анализ результатов испытаний показал, что при напряжениях, не превышающих Rbijnr, деформирование с течением времени прекращается. При напряжениях же, превышающих этот предел, процесс ползучести имеет незатухающий характер, приводящий образец к разрушению. Так, при условных напряжениях, равных 3.0; 4.0; 5.0 и 6.0 МПа, деформирование прекратилось соответственно на 80-е, 100-е, 120-е и 140-е сутки. При напряжениях 7.0 и 8.0 МПа образцы разрушались приблизительно на 120-е и 70-е сутки. Таким образом, границами возможного значения длительной прочности для хаотически армированного СВПБ ФАМ на андезите оптимального состава, являются напряжения 6.0 и 7.0 МПа, т.е. 6.0 МПа < Rb,i„f < 7.0 МПа, т.е. коэффициент длительности должен быть заключен в границах 0.44 < Кь,шГ < 0.52. Более точно коэффициент длительности определяли с помощью структурной диаграммы. Коэффициент длительности хаотически армированного СВПБ ФАМ на андезите при "чистом изгибе" с одновременном действием агрессивной среды равен 0.47.

Таким образом, с помощью структурной диаграммы получено точное значение коэффициента длительности, которое практически совпало с данными прямых опытов (0.44±0.52)/2=0.48. Были вычислены значение отношения Tlb,sup=E'"<seK/E4',MrH ПРИ "чистом изгибе" в зависимости от времени приложения нагрузки и ее величины деформаций - ribiinf равна 0.54. Совместно с М.Р.Ашписом и В.В.Черниковым ранее исследовалась длительная прочность ориентированно СВПБ ФАМ на андезите в 20%-ном растворе серной кислоты. Установлено, что Kb,ini=0-52, ^,¡„1=0.53.

Испытание длительной нагрузкой элементов на основе полиэфирных смол производили на образцах размерами 100x100x400 мм на специально изготовленных установках рычажного типа. Уровни загружения составляли 0.28RB, 0.32RB, 0.34RB, 0.40RB, 0.44RB, 0.48R„, 0.55RB, 0.6R„. Измерение деформаций производили по четырем граням индикаторами часового типа с ценой деления 0.001 мм,

устанавливаемыми стационарно с помощью закрепленных на образцах стальных хомутов. Отсчеты снимали в первый месяц ежедневно, далее через 5 дней, а нослс трех месяцев через 20 дней. По результатам эксперимента построены кривые ползучести, и построена структурная диаграмма полиэфирного полимербетона ПН-609-21М и определен коэффициент длительности, равный 0.45.

Для исследования выносливости композиционных материалов на основе и полиэфирных смол, используемых для изготовления элементов конструкций верхнего строения пути лесовозных железных дорог применялся метод планирования эксперимента с построением ортогонального композиционного плана второго порядка. Исследовали степень влияния коэффициента асимметрии цикла приложения нагрузки и уровня загружения на величину предела выносливости. По результатам расчета получена математическая модель, связывающая эти величины (1).

Y=29.172+2.759p-78.464amax/RB+3.104p2 +60.8(c,„ax/R„)2-6.36amax/R,1. (1)

Эксплуатационные нагрузки на изгибаемые и сжатые элементы различных транспортных сооружений представляют собой комбинации многократно повторных и постоянной нагрузок. Многократно приложенная часть нагрузки обычно имеет однозначное направление. Соотношение между нею и постоянной частью нагрузки может быть самым различным. Поэтому при испытаниях был принят режим асимметричного циклового загружения при различных коэффициентах асимметрии, так как именно в этом режиме работают шпалы в реальных условиях эксплуатации.

Испытание на выносливость проводили на образцах в виде призм размерами 100x100x400 мм на испытательной машине ГРМ-2А с частотой приложения нагрузки 670 циклов в минуту и коэффициентом асимметрии цикла р=0.1; 0.35; 0.6.

Для получения корреляционного управления в зоне ограниченной выносливости использовалась методика, предложенная Н.С.Карпухиным. Результаты испытаний приведены в табл.1.

Таблица 1

Результаты испытаний на выносливость СВПБ на андезите

Коэффициент асиммет. Корреляционные уравнения Коэффициент выносливое.

0.1 Y=79.83-8.89^gN 0.31

0.35 Y=66.23-5.63£gN 0.41

0.6 Y=68.09-5.70^gN 0.43

_Испытания на выносливость полиэфирного полимербетона ПН-609-21М

вели по той же методике, что и для элементов из СЫ1Ь на андезите, при р-0.1; 0.3; 0.6. На рис.3 приведены линии выносливости полимербетонных элементов на основе смолы ПН-609-21М, а в табл. 3 значения коэффициентов выносливости и уравнения корреляционных линий выносливости композита на основе смолы ПН-609-21М.

Таблица 2

Результаты испытаний на выносливость полиэфирного полимербетона

ПН-609-21М _

Коэффициент асимметрии цикла Корреляционные уравнения Коэффициент выносливости

1 2 3

0.1 Y=80.21-8.95igN 0.34

"Окончание таблицы 2"

1 2 3

0.3 У=76.85-7.75^Ы 0.4

0.6 У=72.3-6.05^ 0.45

В таблице 3 приведены значения коэффициентов длительности и выносливости для исследуемых композиционных материалов.

Таблица 3

Значения коэффициентов длительности и выносливости для исследуемых _композиционных материалов_

№ п/п Наименование композиционных материалов Коэффициент асимметрии цикла Кь.шГ

0.1 0.3 0.35 0.6

I Полимербетон ФАМ на андезите Кь 0.31 - 0.41 0.43 0.45

2 Полиэфирный полимербетон ПН-609-21М Кь 0.34 0.40 - 0.45 0.45

а»,, (МПа) в

1 1 № 3 2

«з Н N.3 • дЗ 7 ------- 12 • 14

X 8" ТЧ^ и' >4)—0- и- 1Г 16" А 7" Гь»

* в С 13"

3.5 4.0 5.0 6.0 7.0

Рис.3 Линии выносливости сжатых полимербетонных элементов в координатах "а».»«^!^" 1) р=0.6; 2)р=0.3; 3)р=0.1

В четвертом разделе приведены результаты экспериментальных «следований элементов из ДСВКМ-лов для конструкций брусьев стрелочных 1ереводов на действия кратковременных, длительных и циклических нагрузок. Испытания кратковременной статической нагрузкой проводили с целью определения исходных механических характеристик полимербетонных и СПБ )лементов. В результате статистической обработки экспериментальных данных зыли получены величины временного сопротивления полимсрбстона сжатию зашюго 71 МПа и модуля упругости равного 26300 МПа при выборочном соэффициенте изменчивости, равного 6.7% и коэффициенте однородности - 0.79. 1ля изгибаемых элементов были получены величины разрушающей сратковременной нагрузки и подсчитаны величины разрушающих моментов при сратковременном загружении: для элементов со степенью предварительного напряжения арматуры asp, равного 0.3 Rgj и ц=1.77-Мри =1.7 кН м; при asp=0.4 Rgi \ ц=3.54- Мр"=1.9 кН м; при asp=0.5 Rg, и ц=1.77-Мр"=2.1 кН-м.

Для оценки влияния продолжительности нагружения на сопротивляемость юлимербетонных и СПБ элементов были проведены испытания на длительное зоздействие постоянной нагрузки. Полимербетонные элементы испытывали

шительной нагрузкой, составляющей 0.28.....0.6 от величины временного

:опротивления сжатию. По результатам испытаний была построена структурная шаграмма А.М'.Иванова и получена величина коэффициента длительности, равная ).45. СПБ элементы испытывали нагрузками 0.30....0.85 .от разрушающей. С юмощью структурных диаграмм были определены коэффициенты длительности, эавные 0.74 при asp= 0.3 Rg]; 0.78 при asp=0.4 Rgi; 0.83 при crsp=0.5 Rgi; где Rg|-зременное сопротивление СПА разрыву.

Для испытаний СПБ элементов на выносливость предварительным эасчетом было установлено минимальное количество образцов, необходимых для юстроения линий выносливости. В каждой серии испытывали по 6 элементов, объединенных в группу по 18 элементов, имеющих одинаковую для всей группы зеличину контролируемого напряжения СПА, составляющих 0.3 Rg|, 0.4 Rgb 0.5 RS| : коэффициентами армирования 1.77....3.54. Кроме того, испытывали шесть злементов, армированных ненапрягаемой арматурой с ц=1.77. Таким образом, испытаниям на выносливость были подвергнуты 78 элементов. Испытания вели на :пециально изготовленном стенде с частотой приложения нагрузки 150 циклов в нинуту и коэффициентами асимметрии цикла нагружений 0.3; 0.6; 0.8. Эпределение предела выносливости для каждой серии образцов производили по фнимм прогибов п паписимостиот числа циклов приложения нагрузки. Нагрузку, :оотвествующую пределу выносливости, определяли по образцу с наименьшим )агружением, полностью прекратившим деформирование. В процессе испытаний <аждой балки через 50 тыс. циклов повторной нагрузки замеряли краевые 1еформации сжатия полимербстона, а также максимальный прогиб в зоне чистого лзгиба. По результатам усталостных испытаний построены кривые выносливости, 1риведенные на рис.4. В результате выполненных экспериментов установлено, что тред ел выносливости стеклопластполимербетонных элементов зависит от степени 1редварительного напряжения СПА и коэффициента армирования элементов. В «следуемых пределах усталостная прочность элементов возрастает с увеличением троцента армирования на 14.8%. При одинаковом проценте армирования зольшему предварительному напряжению СПА соответствует больший предел зыносливости. Так, при увеличении степени предварительного напряжения СПА зт 0.3, до 0.5 Rgi предел выносливости возрастает на 11%, а по сравнению с

элементами, армированными неналрягаемой арматурой - на 10%. Это объясняем тем, что в предварительно-напряженных элементах происходит меньшее развитие трещин по высоте, в результате чего будет меньше плечо внутренней пары сил, сопротивляющейся внешней нагрузке. Наличие предварительного напряжения создает сжатие полимербетона в растянутой зоне и вследствие этого момент появления трещин и их развитие наступает значительно позже. С увеличением коэффициента асимметрии приложения внешней нагрузки растет усталостная прочность элементов. Так, с увеличением р от 0.3 до 0.8 при фиксированном значении степени предварительного напряжения предел выносливости увеличивается на 17-23%. Повышение усталостной прочности связано со снижением перепада напряжений в СПА и увеличением коэффициента асимметрии в растянутой арматуре.

1,3,4 при с,р=0.3 R,c и р=0.3; 0.6 ; 0.8 ; 2, 6 , 10 - при ст!Р=0.3 ...

0.5 Rs= и р=0.3 при ¿/=3.54%; 5, 7, 8 - при оч=0.4 R* и р=0.3;0.6;0.8

9,11,12 при <т!р=0.5и р=0.3; 0.6; 0.8. 13-балки с не напрягаемой арматурой

Установлено, что трещиностойкость СПБ элементов при циклическом загружении зависит от предварительного напряжения СПА, процента армирования элементов и коэффициента асимметрии цикла. При одновременном увеличении этих факторов ширина раскрытия трещин и развитие их по высоте замедляется. Разрушение СПБ элементов в основном происходило по сжатой зоне полимербетона.

В табл. 4 приведены значения коэффициентов длительности и выносливости для композитов на основе полиэфирной смолы ПН-609-21М, армированных СПА, из которой видно, что существуют определенные закономерности, связывающие между собой коэффициенты выносливости и длительности, так при р=0.8 Кь,ри| и Kbii„f отличаются на 1...10% независимо от степени предварительного напряжения СПА.

Таблица 4

Значения коэффициентов длительности и выносливости для композитов на основе полиэфирной смолы ПН-609-21М, армированной

Контроли- Коэффи- Коэффи- Предел

№ руемые циент циент выносли-

п/п напряжения асиммет- армирова- вости Kb.pul Kb.inf

СПА (МПа) рии ния (кНм)

1 413.4 0.3 1.77 1.02 0.6 0.74

0.3 3.54 1.09 0.64

0.6 1.77 1.18 0.69

0.8 1.77 1.24 0.73

2 551.2 0.3 1.77 1.22 0.64 0.85

0.3 3.54 1.28 0.67

0.6 1.77 1.38 0.73

0.8 1.77 1.45 0.76

3 689.0 0.3 1.77 1.32 0.63 0.88

0.3 3.54 1.50 0.71

0.6 1.77 1.62 0.77

0.8 1.77 1.72 0.82

В пятом разделе дается теоретическая интерпретация сопротивляемости ДСВКМ-лов и элементов на их основе длительным и многократно приложенным нагрузкам, раскрывается роль и место предела пропорциональности в комплексе свойств композитов. Выше была установлена взаимосвязь между коэффициентами длительности и выносливости для исследуемых композитов (ДСВКМ) на андезите, полиэфирного полимербетона ПН-609-21М, а также для стеклопластполимербетонных элементов. Выявлено, что КЬ ри| и Кь,;пг величины одного и того же порядка, и как рабочая гипотеза, выдвигается предположение о взаимосвязи этих величин с коэффициентом (пределом) пропорциональности.

Роли предела пропорциональности в комплексе свойств композиционных материалов до настоящего времени не предавалось серьезного значения. Причиной этому являлось то, что зачастую происходила путаница между этой характеристикой и пределами упругости, истинного течения и т.п. Особенно трудно определить разницу в величинах пределов пропорциональности и упругости для композиционных материалов (КМ), а также древесины - естественного кимнизша, диаграмма их разрушения по имеет ярко выраженного перешла прямой линии в кривую. Эту трудность удалось устранить, по новому интерпретировав релаксационный метод Огаркова-Планиды, которым с 1959г. до 1980г. не пользовался никто. Авторы этого метода считали, что, прикладывая нагрузку ступенчато и выдерживая систему определенное время без ее увеличения, можно по шкале силоизмерителя зафиксировать падение нагрузки (АР на рис.5). Это действительно так, но они не обратили внимание на то, что на начальных ступенях нагружения и выдерживания системы без увеличения нагрузки падения ее не происходит. Мы считаем, что здесь нагружение происходит в пределах действия закона Р.Гука, т.е. нагрузки не превышают величину силы, соответствующей пределу пропорциональности. Затем при некоторой нагрузке силоизмеритель начинает фиксировать ее спад. На нескольких ступенях нагружения и выдержки величины ДР будут пропорциональны соответствующей

нагрузке и тогда на графике ДР-Р через эти точки можно провести прямую, которая на оси абсцисс отсечет величину нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности (т.А на рис.6), а не пределу упругости как это считали авторы. Нагрузку, соответствующую пределу упругости, можно зафиксировать, продолжая ступенчатое нагружение с выдержкой на каждой ступени. При определенных нагрузках ДР перестает быть пропорциональной Р. Если удастся провести через две-три точки некоторую осредняющую прямую, то точка пересечения ее с первой наклонной прямой, спроектированная на ось абсцисс, и будет фиксировать нагрузку, соответствующую пределу упругости композиционного материала. Итак, получить точное значение предела пропорциональности можно лишь применив изложенную методику, т.к. есть возможность зафиксировать этот предел с помощью диаграммы разрушения материала, но при этом возможен и большой разброс его величин. Далее, большинство авторов экспериментальных работ занимались выявлением лишь отдельных необходимых величин - пределов прочности, длительного сопротивления, выносливости, химической стойкости и т.д., не рассматривая для конкретного материала весь комплекс его свойств.

Так как у разных авторов составы и технологии изготовления образцов и методы испытаний, как правило, разнились, то и значения выше названных характеристик не совпадали, хотя материалы и имели одинаковое название.

Значения характеристик редко сравнивались между собой и, тем более, с пределом пропорциональности. Тем не менее, попытки найти соотношения между некоторыми из выше названных пределов имелись. Так, еще в 1960г. А.М.Иванов в докторской диссертации, рассматривая действие пульсирующих и знакопеременных нагрузок, высказал мнение о том, что предел длительной прочности и предел выносливости являются для древесины величинами одного порядка, однако дальше такого заключения не пошел и не сравнил названные пределы с какой-либо более стабильной физической постоянной этого материала.

В.И.Харчевников обратил внимание на то, что для стекловолокнистого полимербетона ФАМ (СВПБ) нагрузки, соответствующие упругим деформациям, и нагрузки, соответствующие длительной прочности этого КМ, составляют равные доли от предела прочности. Однако он проводил испытания на длительную прочность в течение ограниченного времени - 100 сут., что оказалось недостаточным для выявления ее истинного предела и пришел к ошибочному заключению о соответствии предела длительной прочности пределу упругости, хотя автор был наиболее близок к решению проблемы.

240

200

.........160

120

80 40

1000 1500 2000 2500 3000

Рис.5 Определение величины нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности СВПБ (образец №39 НС)

р р Б,

ц / 1 )

и гто 1 1 1

1

I 1 1

Рпу=1 780Н А/ / 'пу=ЗК Ьн :в

Экспериментальные исследования полимерной мастики ФАМ, армированной стекложгутом и являющейся матрицей древесностекловолокнистого композиционного материала (ДСВКМ), использумого для отливки железнодорожных шпал, а также полиэфирного полимербетона, армированного СПА, и поиски данных в литературных источниках, проведенные в последнее время, выявили следующие соотношения: предел пропорциональности к пределу прочности (Крс), предел длительной прочности к пределу прочности (К^ы), предел стойкости в воде к пределу прочности (Кя), предел длительной прочности при одновременном действии воды к пределу прочности (К^т^*), предел выносливости к пределу прочности (Кь ри|), (табл.5).

Для композиционных материалов, наиболее полно исследованных различными авторами:

Таблица 5

Данные по физико-механическим характеристикам

исслед; /емых мате риалов

№ п/п Автор исследования, наименование материала Крг Кн ¡чГ Kb inl» Kb put

1. Харчевников В.И., Бондарев Б.А. Полимербетон СВПБ, ФАМ 0.46 0.45 0.46 0.45

2. Бондарев Б.А., Плужникова О.П. ДСВКМ 0.45

3. Соломатов В.И., Потапов Ю.Б., Корнеев А.Д., Бондарев Б.А. Полимербетон ПН-609-21 0.43 0.44-0.5 - 0.45

4. Иванов A.M., Леонтьев Н.Л., Яценко В.Ф., Белянкин Ф.Л., Соболев Ю.С. Сосна 0.54-0.59 0.55 0.56 -

5. Залан Л.М., Чуйко П.К., Меднов А.Е., Левченко П.Г. Полимербетон ФАМ 0.46 0.45 0.46 0.43-0.66

6. Панферов К.В., Доос A.B., Чапский К.А. Пластик.СВАМ 0.47 0.47 - 0.4

Такое совпадение вышеназванных коэ( )фициентов не может быть

случайным тем более, что приведены результаты работ разных авторов и для различных композиционных материалов, поэтому предлагается следующая -фпрмуттнргшуя пррпрчп пропорциональности, имеющая, на наш взгляд, серьезное теоретическое и практическое значение. Предел пропорциональности -

- это наибольшее напряжение, при котором в матрице композиционных материалов не возникает структурных изменений на молекулярном уровне как под действием внешних нагрузок, так и жидких сред, химически пассивных к их компонентам;

- это наибольшее напряжение, не только ограничивающее действие закона Р.Гука, но и соответствующее пределам длительной прочности и выносливости композиционных материалов;

это напряжение, определяющее минимальную прочность композиционных материалов при одновременном длительном действии постоянной внешней нагрузки и химической пассивной жидкой среды и равное напряжению, определяющему их химическую стойкость в этих средах.

Безусловно данные формулировки требуют дополнительных экспериментальных подтверждений для абсолютно одинаковых составов композиционных материалов для всех видов нагружения.

Вместе с тем, полученные данные позволяют сделать важнейший вывод о том, что в качестве коэффициента условия работы конструкций из композиционных материалов может быть принят универсальный коэффициент -коэффициент пропорциональности.

При циклических воздействиях нагрузок и высоких значениях коэффициентов асимметрии приложения нагрузок (р=0.4...0.8) коэффициент пропорциональности близок, а то и совпадает с коэффициентом выносливости композита. Вместе с тем, предел выносливости, связанный с коэффициентом выносливости через его предел прочности (Кь1ри|=Кь,ри1/Кь). определялся нами по кривым деформации при циклических загружениях (кривым виброползучести) образцов с наибольшим загружением, полностью прекратившим деформирование. Превышение этой нагрузки приводит к незатухающему деформированию, а затем и к их разрушению. Установлено, что между коэффициентами пропорциональности и виброползучестью композитов существует взаимосвязь и прогнозирование циклической долговечности материала возможно при знании коэффициента пропорциональности. Первый можно определить обратившись к кривым виброползучести, полученным по результатам испытаний элементов из полиэфирного полимербетона, например, на выносливость.

В зависимости от уровня нагружения и коэффициента асимметрии цикла развитие деформаций виброползучести может протекать различно. На стадии неустановившихся деформаций виброползучести в зависимости от соотношения скоростей деформирования и релаксации напряжений деформации к концу этой стадии могут носить нарастающий, установившийся или затухающий характер. Так при ст1ШХ/11ь=0.66, 0.6, 0.5 локальные напряжения, вызванные неоднородностью структуры полимербетона, не успевают отрелаксировать за цикл нагрузка-разгрузка и, складываясь с остаточными, превышают прочность структурных связей. Деформации виброползучести монотонно нарастают, и разрушение происходит на этой стадии. При уровнях нагружения, равных 0.46НЬ; 0.44Иь и 0.40ЯЬ , между процессами деформирования и релаксации напряжений к концу первой стадии устанавливается динамическое равновесие, что связано с концентрацией субмикротрещин в объеме материала конструкций. При уровнях нагружения, равных 0.32ЯЬ; 0.34ЯЬ, релаксационные процессы на неустановившейся стадии могут снизить локальные перенапряжения до такого уровня, при котором разрыв структурных связей станет маловероятным. Деформации виброползучести носят затухающий характер, в дальнейшем стабилизируются, и циклическая долговечность, характеризуемая количеством циклов, стремится к бесконечности. Деформация виброползучести может служить индикатором повреждаемости материала и использоваться при оценке выносливости полимербетона.

Теоретический анализ сопротивляемости полимербетонных элементов циклическим нагрузкам велся с использованием структурной диаграммы по методике А.М.Иванова-П.Г.Левченко. В соответствии с этой методикой строится структурная диаграмма полимербетона по результатам длительных испытаний и используется дополнительные гипотезы, учитывающие особенности циклического воздействия по сравнению со статическими, т.е. применяется принцип суперпозиции, предполагающий наложение в испытуемом образце двух независимых и различных по характеру процессов: ползучести от постоянного

напряжения стп„п и усталости от напряжения сгтах - атт, а также то обстоятельство, что в случае приложения циклической нагрузки происходит накопление остаточных деформаций и микроразрушений, создающихся в результате приложения нагрузки сверх предела длительной прочности наиболее слабых частиц. Разрушение происходит при снятии нагрузки, а не при нагружении, так как снятие нагрузки с частиц, получивших необратимые деформации прямого знака, вызывает напряжения обратного знака. Если эти напряжения превзойдут временное сопротивление полимербетона растяжению, частица должна разрушится и в материале, в целом, появится микроразрушение. Используя эти представления, по структурной диаграмме установлена зависимость между пределом выносливости, временным сопротивлением полимербетона сжатию и коэффициентом асимметрии цикла:

о,шах=2,05Яв р .. (2)

(1 + Р)

Это выражение справедливо при 0.4 < р < 0.6. При 0 < р < 0.4 несущие способности элемента полностью не используются и, поэтому, на этом участке зависимость ашх=Цр) вырождается в прямую, являющуюся касательной в точке с р=0.4 и аналитическое ее выражение имеет вид:

атах=0.24Кв+0.445рК6 . (3)

Начиная с р=0.6 предел выносливости не зависит от коэффициента асимметрии цикла и функция стшах=Др) является постоянной:

^ = = 0.45. (4)

Расхождение между теоретическими и экспериментальными значениями предела выносливости составляет 2.5 - 14.7%.

Структурную диаграмму композиционного материала можно представить интегральной кривой распределения элементарных частиц по их длительным прочностям. Длительная прочность композита связана с пределом выносливости и, как было доказано выше, с пределом пропорциональности. Кроме того, было установлено, что К^щС. КЬр1,1 и Крс это величины одного порядка и их численные значения для исследуемых композиционных материалов практически совпадают. В свою очередь предел пропорциональности связан с виброползучестью материала, что особенно важно при исследованиях работы элементов конструкций под действием многократно приложенных нагрузок. Следовательно, для исследования процесса виброползучести композитов возможно использование структурных диаграмм, причем, построений ИХ следует шли ни рыулыаым испытаний под действием циклических нагрузок. По результатам испытаний на длительное воздействие циклических нагрузок построены стректурные диаграммы, приведенные на рис.6. Здесь же построена структурная диаграмма по резульатам испытаний длительно действующих статических нагрузок при р=1.0. При одинаковых уровнях загружения кривые виброползучести распологаются ниже кривой статической ползучести, т.е. наблюдается аналогия с пределом выносливости, величина которого не превышает предела длительности, причем они являются величинами одного порядка. Такая же закономерность наблюдается и при построении структурных диаграмм (рис.6). Построенные по данным испытаний циклической нагрузкой, они расположены ниже структурной диаграммы, построений при загружении длительно действующей статической нагрузкой.

При нагрузках цикла, отличных от нуля, в материале конструкции развиваются деформации виброползучести, оказывающие влияние на снижение деформационных характеристик материала. Предлагается при расчете стеклопластполимербетонных элементов по второй группе предельных состояний вводить коэффициент деформативности, равный:

т|в= 1.0-0.041N. (5)

Еще одним подтверждением правильности вывода взаимосвязи предела пропорциональности с выносливостью композитов является возможность его интерпретации с помощью объемлющих диаграмм, предложенных А.И.Чебаненко, получивших название параметрических.

р=0.6; 3 - циклическое нагружение р=0.3; 4 - циклическое нагружение р=0.1

Одним из основных параметров, характеризующих равновесное состояние композита является силовой параметр:

jep^TT^ ' (6)

ft.sup

где jepc - силовой параметр; RB)inf - длительная прочность композита; Ro sup -кратковременная прочность композита.

Согласно параметрической теории для исследования выносливости композитов используется единственный из параметров (силовой), определяемый из выражения (6). Величина этого параметра в зависимости от вида композиционного материала колеблется от 0.45 до 0.75, т.е. находится в том диапазоне, в котором находятся коэффициенты выносливости, длительности, пропорциональности и, зная силовой параметр, можно определить предел выносливости (коэффициент выносливости), порядок и величину предела пропорциональности (коэффициент пропорциональности) и наоборот. То есть, используя методы параметрической теории и дополнив их экспериментальными данными, полученными нами, а также

методику, излагаемую в данной работе, можно решать вопросы циклической долговечности композиционных материалов.

Для расчета полимербетонов на выносливость разработана номограмма, представляющая собой графическое изображение зависимости между переменными, входящими в выражение (7) в параметрической теории А.И.Чебаненко:

R 2(1"

• Jcpc) • R-I.inf_ ^

•-сек

где jepc - силовой парметр; Е„ - модуль упругости полимербетона; Есек -секущий модуль деформации; р - коэффициент асимметрии цикла приложения нагрузки; RB>inf - длительное сопротивление полимербетона сжатия; RB,Sup -кратковременное сопротивление полимербетона сжатию.

Правомерность использования выражения (7) для расчетов полимербетонных элементов на выносливость доказана нами экспериментально. Расхождение между экспериментальными и теоретическими значениями предела выносливости, подсчитанные с помощью разработанной программы расчета полимербетона на выносливость "Dinam" для IBM РС/АТ-486 на языке "Паскаль", составили 2.2 ... 14.8%. На рис.7 приведена номограмма для расчета на выносливость.

В шестом разделе приводятся результаты проектирования состава модифицированного ДСВКМ-ла для элементов конструкций верхнего строения пути лесовозных железных дорог.

В работах В.И.Харчевникова, О.П.Плужниковой вопросы совместимости фурановых смол и древесины уже находили свое решение. Так в работах О.П.Плужниковой выдвинута гипотеза, суть которой заключается в том, что олигомер ФАМ, получаемый из отходов древесины, и древесный заполнитель в виде щепы по своему химическому строению и физико-механическим характеристикам должны быть совместимы в создаваемом композиционном материале, обеспечивая ему прочность, коррозионную стойкость при одновременном снижении жесткости и массы, приближая их к соответствующим характеристикам древесины. Установлено, что олигомер (смола) ФАМ является полярной по отношению к древесине, краевой угол смачивания очень мал -5...8°С. В результате анализа структурных схем молекул компонентов ДСВКМ выявлена очевидная возможность возникновения водородных связей, которым пррдтрртпурт фмц-шргк-ад яптрйяпия Д осуществляемая Ван-пеп-ваальсовыми силами, активизирующими диполь-дипольное взаимодействие. Показано, что процесс возникновения сильных адгезионных связей между олигомером ФАМ и древесиной является очень сложным, его фазы взаимопереплетаются во времени, зависят от температуры и качества поверхности субстрата.

На рис. 8 показан возникший механизм взаимодействия функциональных групп основных компонентов ФАМ. В своей работе О.П.Плужникова остановилась на этом, отметив, что что процесс возникновения адгезионного соединения очень сложный, его фазы взаимно переплетаются во времени. Не ясен был и характер взаимодействия по метальным СН3, альдегидным СНО и карбоксильным СООН группам, имеющимся в молекулах лигнина, и олигомером ФАМ. Нашими исследованиями установлено, что монофурфурилиденацетоны реагируют друг с другом по двойной связи, а также взаимодействуют за счет карбоксильных групп и

ю ■р.

Рис.7 Номограмма для определения предела выносливости полимербетона

атомов водорода метановых групп. При этом образуются плавкие и растворимые олигомеры:

1С СН

0 I 1 О

СН=СН—СН3->(^_

[С

\/с о

о

V

-Н20

СН— ср — СН-СН —

О =С-СН,—с —

I монофурфурилиденацетон

->0

Ан

СН3

(^Щ II и III продукты взаимодействия

молекул монофурфурилиденацетонов

О = С

СН =

Рис.8

С—СН3

Механизм взаимодействия функциональных групп основных компонентов

ФАМ

Учитывая тот факт, что в качестве промежуточного продукта (II) образуется соединение, содержащее гидроксильную группу, можно ожидать ее взаимодействие с гидроксильными группами макромолекул лигнина и целлюлозы с образованием эфирных связей за счет реакции межмолекулярной дегидратации (рис.9).

Исходя из того, что катализатор ФАМ - бензосульфокислота (БСК) после окончания процесса полимеризации играет отрицательную роль, увеличивая пористость полимербетонного камня в результате ее вымывания жидкими агрессивными средами, принято решение модифицировать базовый состав СВПБ ФАМ на андезите хлоридами металлов, т.к. теоретически предполагалось, что они являются катализаторами катионного типа и создают дополнительные связи при отверждении ФАМ, а также образуют с БСК нерастворимые соединения, связывая ее с образованием основных солевых комплексов. Для выявления оптимального количества добавки в базовом составе полимерной мастики, армированной

стекловолокном, вводили 1,0; 1,э; ->,и; 6,0; 9,0 и 12,0 % хлирида маршица ( МпСу, свинца ( РЬС12), железа ( РеС1з) и бария ( ВаС12) от основной массы композита. Далее изготовляли образцы размером 30x30x40 мм и испытывали их на сжатие. Число образцов в серии равнялось 7 шт. Результаты эксперимента обрабатывали на ЭВММ "Электроника-бОМ" в предположении, что зависимость предела прочности при сжатии (1^,) СВПБ от содержания хлорида металла может быть представлена полиноминальной регрессией третьего порядка.

В результате сделаны следующие выводы:

— наилучшую прочность, а следовательно, и плотность модифицированного СВПБ ФАМ на андезите дало введение хлоридов свинца и бария, что подтвердило теоретическое обоснование, высказанное выше и согласующееся с представлениями В.И.Соломатова;

— для введения в состав ДСВКМ-ла можно рекомендовать добавку — хлорид свинца, как менее дефицитную, чем хлорид бария, в количестве 4,0...4,5%-тов от основной массы композита;

- образование комплекса ECK с РЬС12 оказывает существенное влияние на прочность и химическую стойкость СВПБ ФАМ; что было показано ранее и подтверждено с помощью ИК-спектроскапии.

Таким образом, комплекс БСК с РЬОг можно представлять следующим образом: q 0 0

/Ч

О

-SO - Pb -CI

S -O-Pb-O- S —

0

монозамещенная свинцовая соль БСК

О

Ч/

О о

дизамещенная свинцовая соль БСК

Пе ревод фурфурилиденацетонов в полимеры сетчатого строения осуществляется при нагревании или в присутствии катализаторов. Самым дешевым и доступным катализатором являются сульфокислоты, в частности, БСК. Основными недостатками данного сшивающего катализатора являются необходимость разогрева его до температуры 65-70° С, соответствующей переходу его из твердого в жидкое состояние, что диктуется необходимостью равномерного распределения БСК в объеме композиции. Особенно сложно применение БСК в осенне-зимний период, когда понижение температуры способствует быстрому охлаждению расплавленного БСК и его переход в твердое состояние. Одним из перспективных направлений по переводу БСК из твердого в жидкое состояние является дополнительное введение в него небольшого количества растворителя. Наиболее приемлемыми с экономической и экологической точки зрения являются спиртовые растворители, в качестве которых могут быть использованы одна- и многоатомные спирты, эфиры на их основе и др.

На первом э тапе исследований была рассмотрена возможность использования ряда органических растворителей для перевода БСК из твердого в жидкое состояние. При этом важным фактором является определение минимальной добавки растворителя к БСК для сохранения жидкофазного состояния при температуре плавленной БСК ниже 30° С.

В качестве растворителей-замедлителей реакции кристаллизации (ЗРК) были использованы следующие кислородосодержащие органические соединения: бутанол, этиленгликоль, глицерин, триацетатглицерина, диметиловый эфир диэтиленгликоля (ДМЭДЭГ), полиэтиленгдиколь (400), тетраэтоксисилан (ТЭС). Интерес к соединениям данного типа базировался на их невысокой токсичности, хорошей совместимости с БСК и доступностью.

На основе проведенных исследований было установлено (табл. 6), что введение в БСК 10-12 % бутанола, этиленгликоля, глицерина, ДМЭДЭГ обеспечивает сохранение БСК жидкофазного состояния как при обычных положительных, так и отрицательных темпаратурах (-5-5-10° С) и возможность применения данного состава в осенне-зимний период. Применение полиэтиленгликоля (400), триацетатглицерина в колич

сохранение жидкофазного состояния БСК только при положительных температурах, а ТЭС — только при 50 % дозировке.

С Н2ОН

сн2он

-сн—сн-

о=с -©

сн-сн7

сн2он

-ср— ■•• +

-С—СН3 I

он

СН2ОН

он н

Целлюлоза

-н,0

^М^н V.

Н

о

Н он

0=ср- СН2-С—

СН— НС— сн—сн-

:н3

о

ч

1

Продукт взаимодействия целлюлозы с соединением II

О

О

Ч

..X

о

н°-Го>

н сн с

©

сн—сн—сн— о^—сн2——

ОСНз

н,

ОН он он

СНз

Составная часть лигнина

ОН

-^

-> О

ч

—^

о

Продукт взаимодействия составной части лигнина с шушнешем II-

—СН— С|Н-СН—(|Н—•••

о = с—сн2—с—сн3

*

СН2—сн—СН-ОН ОН

о

-ОН

-Н20

ОСНз

Рис.9 Возможный механизм взаимодействия целлюлозы и составной части лигнина с продуктами конденсации молекул монофурфурилиденацетонов

При отрицательных температурах (-5 + -10° С) композиции на основе БСК с добавками полиэтиленгликоля (400), триацетатглицерина и ТЭС застывали. Для сохранения жидкофазного состояния композиции требовалось применение повышенных дозировок данных компонентов (25-50 % от массы БСК). На основе данных табл. 6 можно сделать вывод, что перспективными модифицирующими добавками в БСК для сохранения им жидкофазного состояния являются бутанол, этиленгликоль, глицерин, триацетатглицерина и ДМЭДЭГ.

Пров еденные исследования по определению влияния данных модифицируищих добавок на прочностные свойства отвержденных композиций на основе ФАМ показали, что наименьшие отклонения от прочности контрольного образца имеют композиции, содержащие бутанол, триацетатглицерина и ДМЭДЭГ. Они могут быть рекомендованы для введения в состав ДСВКМ в количестве 8... 15 % от массы БСК.

Глицерин и, особенно, этиле нгликоль при повышенных дозировках (свыше 20 % на БСК) оказывают отрицательное влияние на прочностные показатели отвержденных композиций (рис. 10).

О - Глицерин

• - Бутанол

* - Этиленгликоль

л - Триацетат-глицерина

□ - Дилитиловый эфир

диэтиленгликоля

от БСК

Рис.10 Влияние добавок на прочность при сжатии отвержденного олигомера ФАМ

Таблица 6

Оценка состояния композиций от количества модифицирующей добавки

Модифицирующая добавка в БСК Количество модифицирующей добавки от массы БСК

0 контрольный 12 25 50

1 2 3 4 5

1. Батанол твердый жидкий жидкий жидкий

1 2 3 4 5

2. Этиленгликоль твердый жидкий жидкий жидкий

3. Глицерин твердый жидкий жидкий жидкий

4. Триацетатглицерина твердый жидкий при 20°С жидкий жидкий

5. Диметиловый эфир диэтиленгликоля твердый жидкий жидкий

6. Тетраэтоксисилан твердый твердый жидкий жидкий

7. Полиэтиленгликоль 400 твердый жидкий при 20°С жидкий при 20°С жидкий

Примечание: В графах, где указано "жидкий", композиции на основе БСК сохраняют жидкофазное состояние как при положительных, так и отрицательных температурах.

Результаты исследований, изложенные в данном разделе, а также опыт автора по практической отливке шпалы новой формы (см. ниже) позволили предложить модифицированный состав ДСВКМ-ла, в котором, однако, сохранились основные соотношения между его компонентами при 50% объемном содержании щепы в шпале массой 150 кг (табл. 7), выявленные ранее.

Таблица 7

Расчет модифицированного состава ДСВКМ на одну шпалу и м3_

№№ п/п Компоненты ДСВКМ Состав Масса в 1000 кг / /Объемная масса, кг/м3 Объем в 150 кг Масса комп. в шпале Содержание в 1 м3

м.ч. % по массе м3 кг

1. ФАМ 6.5 20.97 209.7/1400=0.1498 0.02247 31.5 254

2. БСК 1.5 4.84 48.4/1700=0.0285 0.00428 7.0 56

3. ЗРК 0.2 0.65 6.5/1700=0.0038 0.00057 1.0 8

4. П 12.5 40.32 403.2/2600=0.1551 0.02327 60.5 488

5. АН 3.8 12.26 122.6/2600=0.0472 0.00708 18.5 149

6. ГЭ 0.9 2.90 29.0/2600=0.0112 0.00167 4.0 32

7. ХС 1.0 3.23 32.3/2500=0.0129 0.00194 5.0 40

8. СВ 0.1 0.32 3.2/2700=0.00119 0.00018 0.5 4

9. Щ 4.5 14.52 145.2/350=0.4149 0.06223 22.0 177

—Итого;— -31,0 м.ц. 150 кг 1208 кг

В седьмом разделе приведены результаты расчета элементов конструкций верхнего строения пути лесовозных железных дорог из ДСВКМ-ла и брусьев стрелочных переводов из стеклопластполимербетона с применением ЭВМ.

Несущие элементы верхнего строения пути рассчитываются на прочность (усталостную) и трещиностойкость. Кроме этого, определяют их прогибы и давление на балласт (для шпал и т.п.). Расчеты на прочность и трещиностойкость ведутся по напряжениям (нормальным и касательным в поперечных сечениях несущего элемента). Напряжения в поперечных сечениях и прогибы можно определять только зная нагрузки, которые действуют на элемент с продольных брусьев, и характер опирания на балласт. Нагрузки от продольных элементов на несущие элементы и нагрузки от действия балласта определяются согласно методике, изложенной в монографии А.Ф.Золотарского "Железобетонные шпалы для рельсового пути".

При определении сил, действующих от продольного несущего элемента, первый рассматривают как бесконечно длинную балку на упругом основании, подвергающуюся пространственному изгибу и кручению вертикальными и горизонтальными силами. Вертикальные и горизонтальные силы, приложенные к продольному элементу, например, к рельсу, при сочетании транспортного сооружения с железнодорожными путями определяются, рассматривая взаимодействующие этого элемента и колеса. Упругое основание рельса оказывает сопротивление его изгибу в вертикальной и горизонтальной плоскостях и кручению. Принимают, что величина сопротивления пропорциональна упругой деформации в каждом из этих направлений, а коэффициент пропорциональности именуется модулем упругости основания в этом направлении.

На шпалу действуют вертикальные силы Рш (рис. 11), которые определяются по формуле:

Рш=к • 1/2 • Рдин, (8)

Рш= 1.48 ■ 0.5/2 • 221.2=81.8 кН.

Горизонтальные силы:

_Нш=кг • 1/2 • Ндин, (9)

ГД6 = ^4-2.10' 70.643.10-*=Ш М"'

Нш=1.91 • 0.5/2 • 88.8=42.4 кН.

Момент от кручения рельса, передавамый на подрельсовое сечение шпалы определяют по формуле: шш=Мкр ■ и<р - 1/рф . (10)

Кроме указанных сил, на шпалу действует распределенная нагрузка от балласта, пропорциональная прогибам шпалы. Шпала рассматривается как балка на упругом основании, нагруженная сосредоточенная силами и моментами (рис.12).

Н„

н„

н„

Рис. 12 Схема нагружения шпалы В методике предлагается замена достаточно условно показанных сосредоточенных сил и моментов сил распределенной нагрузкой переменной интенсивности (рис. 13).

Рщ|

1с.'

.1

а) 1е—а_>к ' > ^

Рис. 13 а - сосредоточенная нагрузка на шпалу;

Ь - распределенная нагрузка на шпалу При расчете шпал ступенчатой конфигурации такая замена не слишком усложняет расчет. Если же рассчитывается шпала с непрерывным изменением поперечного сечения, то такое представление сил, действующих со стороны рельса на шпалу, очень существенно его усложняет.

Нами предлагается замена сосредоточенной силы и сосредоточенного момента системой трех сил (рис. 14).

"6 №1/6

1

ь

Рис. 14 Система сил, заменяющая распределенную нагрузку Здесь Р1=Р2+ДР, а Р3=Р2-ДР.

Сила ДР определяется из условия МШ=ДР ■ 2/3 ■ 1, где ДР=ЗМш/21.

Уж Рп Р|2

(П)

Рис. 15 Ступенчатая балка, нагруженная системой сосредоточенных сил При таком представлении нагрузки от рельса на шпалу с приемлемой точностью шпала с непрерывным изменением поперечного сечения может быть заменена многоступенчатой, с постоянным поперечным сечением внутри каждой ступени (рис. 15).

Для каждой ступени предлагается использовать решение для балки постоянного сечения на упругом основании нагруженной системой

сосредоточенных сил. На наш взгляд, наиболее приемлемо решение по методу начальных параметоров (метод А.Н.Крылова).

На i-ом участке выражения для прогибов, углов поворота, поперечных сил и изгибающих моментов имеют вид.

y(Zi)=yoi • ko(ßi ■ Zi)+e0i • I/ßi ■ ki(ßj ■ Zi)+M0i • l/ßi2EIi ■ k2(ß; • Z;)+

+Z(Fij / ßj3EIj) • 1(ац) ■ к3[р1(ггау)]; (12)

9(Zi)=-4ßi • k3(ßi • ZiJyQi+Go • k0(ßi • Zi)+M0i /ßiEIi • ki(ßj • Zi)+Q0i /ßi2EIi •

' k2(ßi ■ ZiJ+KFy /ßi2EIj) • l(ay) • k2[ßi • (Zi-ay)]; (13)

M(z-,)=-4ßi2EIiyoi ■ k2(ßj ■ Zj)-4ßiEli6o] • k3(ßi ■ 2;)+М01 • k0(ßi •

+Qoi • 1/Pi ' k|(ßj • zj)+ KFy /ßi) ■ 1(ау) ■ k[[ßi(zi-ay)]; (14)

Q(Zi)=-4ßi3EIik!(ßi • Zi)yoi-4ßi2Eljk2(ßi ■ Zj) eoi-Moi ■ 4ßs ■ k3(ßi • z-,)+

+Qoiko(ß> • Zj)+ IFy • 1(ау) ■ ко[р((ггау)]. (15)

Здесь yoi - прогиб в начале i-oro участка;

Qoi - угол поворота в начале i-oro участка;

Мщ - изгибающий момент в начале i-oro участка;

Qoi - поперечная сила в начале i-oro участка.

МРй), ki(PjZi), к2(Рй), k3(ßiZi) - функции Крылова,

1(ау) - единичная функция, f0,z < а-

Используя условия сопряжения участков, можно получить систему уравнений, из решения которой находятся начальные параметры (yoj, 8oi, Moi, Qoi) на всех участках. Зная начальные параметры на каждом участке, можно достаточно просто найти прогибы, изгибающие моменты и поперечные силы в любом сечении балки.

По поперечным силам и изгибающим моментам по известным формулам сопротивления материалов легко определяются касательные и нормальные напряжения в любой точке поперечного сечения балки, для чего нами разработана программа "Road" для расчета прогибов, изгибающих моментов и поперечных сил в балке переменного сечения на упругом основании.

С помощью программы могут быть рассчитаны шпалы и брусья стрелочных переводов и проведено сравнение расчетов прогибов, изгибающих моментов, поперечных сил по разработанной и стандартной методикам.

Итак, приведенное исследование показало, что методика расчета шпал, изложенная, в монографии А.Ф.Золотарского, имеет ряд недостатков:

1. Произвольно предлагается считать, что максимальный изгибающий момент будет под рельсом (под осью рельса). На самом деле (при принятой схеме представления нагрузки от рельса на шпалу в виде распределенной по линейному закону нагрузки) максимальный изгибающий момент действует в другом сечении и имеет заметно большее значение (9.06 кН.м), чем изгибающий момент в подрельсовом сечении (8.144 кН.м).

2. Шпала представляется в виде ступенчатого стержня с тремя участками. Это ограничивает ее применение при шпалах плавно-переменного сечения, которые могут быть спроектированы с целью оптимизации по эксплуатационным характеристикам.

3. Расчет предлагается вести по одной расчетной схеме.

4. Неудовлетворительны рекомендации по точности промежуточных вычислений. Расчет промежуточных значений, в том числе и используемых

функций А.Н.Крылова, показал, что изгибающий момент в подрельсовом сечении равен 8.476, а не 8.144 кН.м, как приведено в названной методике.

Наша методика расчета балок переменного сечения на упругом основании в значительной степени устраняет эти недостатки.

5. По предлагаемой методике балка переменного сечения представляется многоступенчатой (число ступеней существенно больше трех) с постоянными характеристиками на ступени. К ступени могут быть приложены нагрузки в виде множества сосредоточенных сил и моментов. Такое представление нагрузки имеет большие возможности. В частности, проведенные исследования (представление действия рельса на шпалу в виде сосредоточенной силы и сосредоточенного момента, в виде трех сил, в виде пяти сил, в виде шести сил) показало большую зависимость максимальных изгибающих моментов от их расположения по длине балки и способа представления нагрузки.

Нагружение балки может быть любым (симметричным или несимметричным) и, поэтому, возможен расчет самых различных вариантов.

6. Разработана и отлажена программа "Road" для расчета прогибов, изгибающих моментов и поперечных сил в поперечных сечениях балки переменного сечения на упругом основании и реализована на ЭВМ.

Расчет конкретных вариантов шпал из ДСВКМ показал, что они удовлетворяют требованиям по трещиностойкости, по усталости, по давлению на балласт (их вид и размеры приведены на рис. 16, 17 и 18 и в табл. 8).

Таблица 8

Основные размеры железнодорожных шпал и брусьев из ДСВКМ-ла

Вид шпал и Габаритные размеры, мм

брусьев

1 1| h h| h? hi b b| b? bi b4 d

Шпала 2780 0 230 200 200 0 480 260 200 170 240 800

для ши

рокои

колеи

Нагруз. 2780 260 250 215 200 30 350 337 200 170 250 810

на ось

230 кН

Шпала 1500 0 165 160 100 0 300 300 300 280 270 400

ППЯ V3K

колеи

Нагруз. 1500 0 165 160 100 0 250 250 250 230 220 400

на ось

80 кН

Брус 2750 0 280 250 280 0 400 400 400 370 370 -

стрелоч ного пе 4250 0 280 250 280 0 400 400 400 370 370 _

ре вода Нагруз 5250 0 280 250 280 0 400 400 400 370 370 _

ка на

ось 200

кН

35.

760(1520/2)

и25,

300

380

370

510

.5.1 I 30

I «

„ 580 795

1375(2750/2)

395 . , 190 ,190 605

Торм.

Вид В 240

170 (

ь = =

- I----И

200

480

А-А

170

200

Рис. 16 Шпала из композиционного материала (ДСВКМ) с уширенным торцом для лесовозных дорог широкой колеи

амт" =331.5

о о т

_1_

Рис.18

а. Шпала для лесовозных дорог узкой колеи; б. Схема дорожно-строительного элемента

Теоретическая оценка сопротивляемости стеклопластполимербетонных элементов циклическим нагрузкам впервые произведена с помощью усталостной диаграммы, применяемой для оценки выносливости клееной древесины А.С. Прокофьевым. Откладывая на оси абсцисс средние напряжения цикла в долях от кратковременного сопротивления материала, получают математическую зависимость напряжений цикла для произвольной величины коэффициента асимметрии. Диаграмма усталостной прочности позволяет находить амплитудные и средние напряжения при произвольном коэффициенте асимметрии цикла, анализировать сопротивляемость клееной древесины циклическому нагружению в широком спектре времени. Область I треугольника (рис. 19 ) отвечает малоцикловой усталости материала, когда среднее количество нагружений не превышает 5 ■ 104 циклов. Область II характеризует ограниченную выносливость, которая может быть использована при расчете конструкций с временем нагружения, отвечающим конкретному сроку эксплуатации. Область III включает длительную выносливость материала, которая соответствует капитальным срокам эксплуатации строительных конструкций. Нижняя линия характеризует длительную выносливость, являясь предельной кривой.

Экспериментальные исследования выносливости стеклопластполимербетонных элементов проводились с частотой приложения нагрузки 150 циклов в минуту. С такой же частотой велись и экспериментальные исследования выносливости клееной древесины, поэтому в расчетах использованы линии усталости, описываемые уравнениями вида

/Rb=fem(P-l)]( аз сР/ Rb)3+m[(g(l-Ao)+l(P-l)]( аср/ Rb)2+[ml(l-Ao)-P]( a J Rb)+

+Ао, (16)

где Ао=1.19-0.15 lg t„; g=-0.38 exp[0.82(lg tu-5.52)2]; 1=0.43 exp[0.96(lg tu-5.20)2];

m=2.1 exp[-0.6(lg tu-5.30)2]; P=0.42 lg t„-0.06(Ig tu)2-0.11; t„=N/w; где N - число циклов до разрушения, w - частота нагружения.

Для N=105 циклов w=150 ц/мин и tu=40000 с.

Для N=106 циклов w=150 ц/мин и t„=400000 с.

Аналитические выражения для кривых усталости, соответствующих N=105 циклов и N=106 повторного нагружения до разрушения стеклопластполимербетона имеют вид:

для tu=4 • 101 lgtu=4.602 (17)

о, /Rb=0.365(crcp/ Rb)3-0.833(qcp/ Rb)2-0.077aCD/ Rb+0.5;_

-для t„=4 • III3—lg tu=b.6U2- -

<та /Rb=0.477(acp/ Rb)3-1.007(acp/ Rb)2+0.17(rcp/ Rb+0.349.

Сравнение теоретических и экспериментальных величин коэффициентов выносливости показало, что средняя ошибка аппроксимации составила 10.5%. Графически теоретические кривые усталости для изгибаемых элементов из стеклопластполимербетона изображены на рис. 19.

Расчет СПБ элементов предлагается выполнять в соответствии с Инструкцией по проектированию конструкций зданий и сооружений из армополимербетона с поправкой на особенности работы СПА в полимербетонных конструкциях.

Расчет реализован на ПЭВМ. Расхождение между теоретическими и экспериментальными данными составляет 1.4-7.2%.

Рис.19 Теоретические кривые усталости для изгибаемых стеклопластполимербетонных элементов

В восьмом разделе приведены основные положения по технологии и организации производства элементов верхнего строения пути из ДСВКМ-ла, а также технико-экономическое обоснование эффективности их применения.

Поскольку объектами применения ДСВКМ-лов являются строительные элементы, в том числе железнодорожные шпалы и брусья стрелочных переводов, а также фундаменты, полы и приямки в производственных помещениях с агрессивными жидкостями, например, в цехах вагоноремонтных и шпалопропиточных заводов, т.е. изделия отличаются по назначению, линейным размерам, форме, объему, величине и виду внешних нагрузок, применяется ориентированное, хаотическое или комбинированное (слоистое) армированние материалами на основе стекла алюмоборсиликатного состава (СВПБ), а также их комбинации с заполнителем из щепы (Щ) различных пород древесины (табл.7 ). В разделе представлены материалы, необходимые для приготовления шпал из ДСВКМ-ла, требования к заполнителям и наполнителям, а на рис. 20 приведена технологическая схема отливки шпал.

Древесную щепу готовят из тонкомера, дров, отходов лесопиления, разрезая их на щепки длиной 16 см (15 ...20см), а затем производят их рубку на специальной машине-колуне (рис. 21). Далее в разделе приводятся положения по контролю качества материалов, необходимых для изготовления железнодорожных шпал лесовозных дорог, приводятся конструкции опалубки и опалубочных устройств.

При организации производства железнодорожных шпал из ДСВКМ-ла необходимо рассматривать его как химическое производство, несмотря на то, что по основным технологическим операциям оно более близко традиционному производству цементного бетона. Все требования по технологии для обеспечения высокого качества выпускаемых конструкций должны соблюдаться полностью. Все участки технологического процесса должны размещаться в помещениях с прнточно-вытяжной вентиляцией; относительная влажность воздуха не должна

превышать 60% ; температура воздуха в любое время года в цехе долна быть +18...20°С. Приготовление и укладка смеси при температуре окружающей среды ниже +10°С не допускается.

Технология изготовления железнодорожных шпал из ДСВКМ-ла включает:

подготовку и сборку опалубки; приготовление полимерраствора; приготовление стеклоарматуры и щепы; укладку и уплотнение ПР или ДСВКМ-ла; тепловую обработку сухим воздухом, влажностью не более 50%; распалубку; складирование готовых изделий.

Подготовка и сборка опалубки состоит из следующих операций:

очистка формы; нанесение разделительного слоя на чистую поверхность; сушка разделительного слоя.

Составы разделительного слоя:

1 - парафин; 2 - смесь парафина с солидолом или машинным маслом (1:1); 3 - эмульсол ЭКС (ТУ 38-101536-80); 4 - смесь эмульсола с графитом (1:1); 5 -смесь отработанного машинного масла с графитом. Специфика изготовления железнодорожных шпал из ДСВКМ-ла заключается в том, что укладка полимерраствора совмещается с введением стекложгута, стеклосетки или сечки. Для распределения стеклосечки в массе полимеррствора она после распушки равномерно подается вдоль лотка бетономешалки. При необходимости укладки стекложгута (ровнинга) или стеклосетки первая их половина равномерно распределяется вдоль днища формы с ориентацией вдоль оси шпалы. Смачивание армирующего заполнителя- древесной щепы полимерраствором проходит в два этапа. Сначала в бетоносмеситель наливается и засыпается одна треть компонентов ДСВКМ-ла: смолы ФАМ, песка, наполнителя, заполнителя и модифицирующих добавок, затем высыпается из дозатора необходимое количество щепы (рис.22). ДСВКМ-ап перемешивается 2-3 мин. до полного обволакивания щепы полимерной смесью и вводится охлажденная БСК. "Жесткий" ДСВКМ-ал заливается из бетономешалки через лоток и направляющую трубу в опалубку, которая постепенно перемешается во время заливки по транспорту. Затем опалубка закрывается специальной стальной решетки, роль которой состоит в удержании щепы от всплывания в полимеррастворе. Последний (две трети полимерной смеси) из растворомешалки (смесителя) выливается в опалубку через решетку с одновременным вибрированием в течение 30с. На следующем этапе решетка снимается и сверху ДСВКМ-ла укладывается вторая часть стекложгута или стеклосетки, форма закрывается крышкой, имеющей пригруз, и вибрирование продолжается еще в течение 1-2 мин. Уплотнение следует производить на

пчКрпгтрыпяу (ртппяу) т гпрпутитмн упрпгтррпг-тчгпчч- пчппчтупп уппрКпннП

А=0,8+1,0 мм; частота колебаний=50+60 Гц (30000+3600 об/мин); тип колебаний -эллипсообразные и круговые. Окончание вибрирования определяется по появлению на поверхности (через смотровое отверстие в крышке) жидкой фазы. Время уплотнения не должно превышать 3 мин. Для повышения эффективности уплотнения и получения гладкой поверхности, рекомендуется применять вибро- и пневмопригрузку щитом, с величиной пригруза, равной 0,05-0,15 МПа. На крышке - груза может быть установлен дополнительный вибратор. Термообработку формы с ДСВКМ-лом сухим воздухом необходимо начинать сразу же после окончания отливки для того, чтобы использовать температуру саморазогрева. Режим прогрева: подъем температуры с 60°С до 70°С - 1,5ч, время прогрева при 70°С определяется эмпирически при пробных отливках шпал (до осязаемого отверждения ДСВКМ-

Рис. 20 Технологическая схема отливки шпал

л

-Тельфер

п

ДОЗАТОРЫ

^К^ ^дйу

РМ0.25м'

К камере прогрсна

Опалубка

V

•А—¿V

7

ж

БМ0.5М1

Транспортер

'II II II II I..... N11 II IГ

■Ь.

Вибратор

Рельсы

Рис.22 Принципиальная технологическая линия по отливке железнодорожных

шпал из ДСВКМ-ла

ла), охлаждение с 70°С до 20°С- со скоростью снижения температуры не более 5-7°С в час может производиться вне термокамеры.

Далее в разделе приводятся положения по контролю качества готовых железнодорожных шпал, мероприятия по технике безопасности при производстве работ по отливке шпал, экологической защите.

Годовую экономическую эффективность определяли по формуле, приведенной в монографии В.В.Патуроева:

Э = (Сс +Е„-Кс)-(С11+Е„.Кн), (18)

где: Сс и Сн - годовые эксплуатационные расходы по старому (эталонному - деревянная шпала) и новому (шпала из ДСВКМ) варианетам шпал;

Кс, Кн - капиталовложения по старому (приведенному) и новому вариантам шпал;

Ен - нормативный коэффициент экономической эффективности, Ен = 0,15. Годовая экономическая эффективность от внедрения одной шпалы из ДСВКМ-ла составит:

Э = (Сс + Е„ ■ К,.) - (Сн + Ен ■ К„) = (24912 + 0.15 144000) - (2254 + 0.15 68407) = 46512 - 12515 = 33297 = 34000 руб.

Прогнозируемый годовой экономический эффект при выпуске 100 тыс. штук шпал из ДСВКМ-ла в год составит:

Э = 3400 • 105 руб., или 3400 млн.руб.

Величина капитальных вложений в зависимости от срока эксплуатации (Т) может быть выражена формулами:

Кдер(с) = Ссор + Сс = 48000 + 8244Т, (19)

КдсвК„(„) = С"ор + Сн = 68407 + 2257Т, тогда:

При нулевом балансе: КДф = Кдс„км или 48000 + 8244Т = 68407 + 2257Т, т.е. 5987Т = 20407, откуда Т= 3.41 года, т.е. капитальные вложения в шпалы из древесины и ДСВКМ-ла уравниваются примерно через 3.5 года эксплуатации, а затем сумма капитальных вложений в деревянные шпалы начинает расти.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

В результате анализа конструкторских и технологических решений, предлагаемых отечественными и зарубежными авторами, которые пытались создать варианты железнодорожных шпал, альтернативных деревянным, выявлено, что все они имеют те или иные существенные недостатки:

- сложность и многодельность технологии изготовления;

_- малая воло- и химическая стойкость, электропровопность. высокие

жесткость и масса;

- необходимость в применении прессования или предварительного напряжения арматуры;

- отсутствие методов расчета, основанных на достоверных данных по длительной прочности и выносливости композиционных материалов, применяемых в шпалах.

С позиций изложенного выше, требовали своего решения проблемы, сформулированные в целях и основных задачах представленной работы, и касающиеся нового конструкционного композита для железнодорожных шпал -древесностекловолокнистого материала (ДСВКМ), созданного в ВГЛТА под руководством В.И.Харчевникова.

Предварительная экспертиза представленной работы оценивает ее как имеющую большое народно-хозяйственное значение, учитывая при этом научную новизну, достоверность выводов и рекомендаций автора, излагаемых ниже:

1. Учитывая причины возникновения дефектов железнодорожных и деревянных шпал под действием приложенных нагрузок, а также условия эксплуатации лесовозных железных дорог, где зачастую отсутствует специальный балласт (усы), предложена улучшенная форма шпалы с уширенными концами и плавными переходами по высоте и ширине сечений, что обуславливает: увеличение площади опирания шпал, расположение точек приложения внешней вертикальной нагрузки против центров тяжести половин их основания, отсутствие мест концентрации напряжений, возможность увеличения шага укладки.

2. Разработан модифицированный состав ДСВКМ-ла на смоле ФАМ, в котором для связывания инициатора реакции отверждения - бензосульфокислоты (БСК) вводится хлорид свинца, а для улучшения ее технологических свойств -реагенты, увеличивающие время начала кристаллизации как при комнатной, так и при отрицательных температурах.

Установлено наличие физических и химических связей между компонентами ФАМ, целлюлозой и лигнином, что обеспечивает монолитность композиционного материала и защиту армирующего заполнителя - щепы от гниения.

3. Для брусьев стрелочных переводов длиной более 4-х метров, а также мостовых брусьев предлагается применить армирование ДСВКМ-ла или полимербетона на полиэфирной смоле ПН-609-21М, предварительно напряженной стеклопластиковой арматурой (СПА), изучение свойств которой потребовало специальных исследований.

4. С целью получения достоверных коэффициентов условия работы проведены исследования длительной прочности полимерной мастики ФАМ, армированной стекловолокном и являющейся матрицей ДСВКМ-ла, как при действии только постоянной нагрузки, так и при одновременном действии наиболее опасных агрессивных сред - воды и серной кислоты. Значения коэффициентов длительности уточнены с помощью структурных диаграмм.

Аналогичные исследования проведены с полимербетонами на смолах ФАМ и ПН-609-21М и, что самое важное, для расчета шпал получены значения коэффициентов выносливости всех названных материалов при различных значениях коэффициента ассиметрии цикла.

5. Впервые теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования метода структурных диаграмм для описания процесса виброползучести и уточнения коэффициентов выносливости композиционных материалов на термореактивных смолах.

6. По литературным источникам для наиболее изученных естественных и искусственных композиционных материалов, а также в результате экспериментальных исследований полимерной мастики ФАМ, армированной стекловолокном, и полиэфирного полимербетона, армированного СПА, автором установлено численное равенство коэффициентов пропорциональности (Крс), длительной прочности (Кь ¡„¡О, стойкости в воде (К5,), длительной прочности при одновременном действии воды (Кь^п(ас) и выносливости (КЬ1ри]), что дало возможность предложить следующую формулировку предела пропорциональности:

- это наибольшее напряжение, при котором в матрице композиционных материалов не возникает структурных изменений на молекулярном уровне как под

действием внешних нагрузок, так и жидких сред, химически пассивных к их компонентам;

- это наибольшее напряжение не только ограничивающее действие закона Р.Гука, но и соответствующее пределам длительной прочности и выносливости композиционных материалов;

это напряжение, определяющее минимальную прочность композиционных материалов при одновременном длительном действии постоянной внешней нагрузки и химически пассивной жидкой среды и равное напряжению, определяющему их химическую стойкость в этих средах.

Таким образом предел пропорциональности играет для композиционных материалов ту же роль, что и предел текучести для пластически изотропных материалов, т.е. его нельзя превосходить при назначении расчетных сопротивлений.

7. Разработана скоростная заводская раздельная технология отливки железнодорожных шпал из ДСВКМ-ла, потребовавшая создания специального колуна чураков на древесную щепу как кривошипно-ползунного аксиального механизма, применения либо подвижной виброплощадки и специальных лотков, обеспечивающих ориентированную укладку армирующего заполнителя - древесной щепы, либо трансортера для перемещения опалубки под основанием бетоно- или растворомешалок.

8. Разработана и реализована в программе для I ВМР - 1 методика расчета железнодорожных шпал как брусьев переменного сечения, лежащих на упругом основании. Она основана на представлении любых внешних нагрузок системой сосредоточенных сил, располагаемых как симметрично, так и несимметрично относительно центра шпалы, позволяет построить эпюры поперечных сил, изгибающих моментов и прогибов, и определить координаты сечений, в которых эти величины достигают максимальных значений.

Это существенно корректирует ранее применявшиеся методики и дает возможность проектировать рациональные форму и геометрические размеры любых видов шпал.

9. В соответствии с ГОСТ 10629-88 в лаборатории ВГЛТА с приглашением независимых экспертов проведены статические испытания 14 шпал из ДСВКМ-ла, которые по величине разрушающей нагрузки были отнесены к 1-му и 2-му сортам.

Динамические их испытания на специально разработанном стенде подтвердили полученное ранее значение коэффициента выносливости Кь,ри1=0-45, что позволило установить 15 шпал из этого материала в действующий железнодорожный путь на Елецкой дистанции пути ЮВЖД. За 13 месяцев 199495гг. через них прошло 2980тн грузов, трещин и изменений в ширине колеи не обнаружено.

10. Стоимость шпалы из ДСВКМ-ла для железных дорог широкой колеи соизмерима со стоимостью деревянных и железобетонных шпал.

Их выгодно производить, в особенности с учетом сроков их эксплуатации, владельцам всех видов железных дорог, в первую очередь, лесной промышленности, МПС, городского электротранспорта и др., т.к., например, капитальные вложения в шпалы из древесины и ДСВКМ-ла уравниваются за счет эксплуатационных расходов, примерно через 3.5 года. Для сравнения, аналогичные затраты на японские шпалы из древесины и армированного стекловолокном полиуретана уравниваются лишь через 15 лет.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. Харчевников В.И., Бондарев Б.А. Шпалы из композиционных материалов для лесовозных железных дорог. - Монография. - Липецк - 1995 - 310с.

2. Kharchevnikov V.l., Bondarev В.А., Pluzhnikova O.P., Favaz I. Woodglass-fibrous polymer concrcte composite material for sleeps // Применение полимеров в бетоне. Сб. трудов УШ конгресса по применению полимеров в бетоне. -Антверпен, 1995. -с.

3. Бондарев Б.А., Харчевников В.И. Расчет элементов конструкций верхнего строения пути лесовозных дорог с учетом усталости // Научно-практические достижения в области дорожных строительных материалов, строительства, реконструкции и искусственных сооружений. - Тезисы докладов. -Липецк, 1995. - с.60-62.

4. Бондарев Б.А., Харчевников В.И. Сопротивляемость элементов конструкций верхнего строения пути лесовозных дорог из композиционных материалов длительным и многократно приложенным нагрузкам // Научно-практические достижения в области дорожных строительных материалов, строительства, реконструкции и искусственных сооружений. - Тезисы докладов. -Липецк, 1995. - с.53-56.

5. Харчевников В.И., Зобов С.Ю., Бондарев Б.А. Новый композиционный материал для железнодорожных шпал // Научно-практические достижения в области дорожных строительных материалов, строительства, реконструкции и искусственных сооружений. - Тезисы докладов. - Липецк, 1995. - с.25-26.

6. Огарков В.Б., Бондарев Б.А. Матрично-операторный метод расчета напряженно-деформированного состояния конструкций из композиционных материалов типа балок, плит и оболочек // Научно-практические достижения в области дорожных строительных материалов, строительства, реконструкции и искусственных сооружений. - Тезисы докладов. - Липецк, 1995. - с.6.

7. Харчевников В.И., Бондарев Б.А., Бухонов Ю.Н., Зобов С.Ю., Плужникова О.П. Древесностекловолокнистый полимербетон // Современные проблемы строительного материаловедения. - Материалы международной научно-технической конференции. - Самара, 1995. - с.24-27.

8. Набоков В.Ф., Бондарев Б.А., Степанов В.В. Исследование напряженно-деформированного состояния струнополимербстонных балок на основе полиэфирной смолы НПС-609-21М // Применение пластмасс в строительстве: Тез. докл. респ. конф. -Харьков, 1982. - с.296.

9. Набоков В.Ф., Бондарев Б.А., Татаринов А.Б. Струнополимербетонные дорожные покрытия в условиях жаркого климата // Повышение эффективности использования автомобильного транспорта и автомобильных дорог в условиях жаркого климата и высокогорных районов: Тез. докл. всесоюзной конференции. -Ташкент, 19S2. -с.85-86.

10. Набоков В.Ф., Бондарев Б.А. Сцепление стеклопластиковой арматуры с полиэфирным полимербетоном при повышенных температурах // Исследование строительных конструкций с применением полимерных материалов: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж: изд. ВГУ, 1982. - с.94-99.

11. Набоков В.Ф., Бондарев Б.А. Предварительно-напряженные полимербетонные конструкции, армированные стеклопластиковой арматурой на основе полиэфирной смолы НПС-609-21М // Исследование строительных

конструкций с применением полимербетонных материаловМежвуз. сб. науч. тр. -Воронеж: изд. ВГУ, 1983. - с.93-100.

12. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф. Исследование работы стеклопластполимербетонных конструкций под действием повторных и многократно приложенных нагрузок // Роль молодых ученых и специалистов в развитии научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте: Тез. докл. всесоюзной конференции. - М.: Транспорт, 1984. - с.50-51.

13. Бондарев Б.А., Бураков А.И., Набоков В.Ф. Номограмма для расчета относительного предела выносливости полимербетонов. Рукопись деп. в ЦНТИ №105-86. - Липецк, -с.4.

14. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф., Бураков А.И. Исследование свойств полиэфирного полимербетона ПН-609-21М при многократном воздействии нагрузок // Строительные композиционные материалы на основе отходов отраслей промышленности и энергосберегающие ресурсы: Тез. докл. научно-практической конф. - Липецк, 1986. - с.4.

15. Набоков В.Ф., Бондарев Б.А., Осокина В.В., Татаринов А.Б., Чермашенцев А.П. Исследование работы мостовых конструкций после длительной эксплуатации. - Автомобильные дороги, 1986, №10. - с.8-10.

16. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф. Исследование напряженно-деформированного состояния полимербетона ПН-609-21М под действием многократно-приложенных нагрузок // Коррозионностойкие строительные конструкции из полимербетонов и армополимербетонов. Межвуз. сб. научн. тр. -Воронеж: изд. ВГУ, 1986. - с.97-104.

17. Бондарев Б.А., Бураков А.И., Клепиков А.И. Коррозионностойкие полимерные материалы в элементах конструкций, воспринимающих динамические нагрузки. Рук. деп. в ЦНТИ. №19-87. - Липецк. - 4с.

18. Набоков В.Ф., Бондарев Б.А. Предварительно-напряженный армополимербетон для конструкций транспортных сооружений. Рук. деп. в ЦНТИ. №197-87. - Липецк. - 4с.

19. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф., Бураков А.И. Предварительно-напряженные стеклопластполимербетонные конструкции, воспринимающие многократно-приложенные нагрузки. Рук. деп. в ЦНТИ. №201-87. - Липецк. - 4с.

20. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф., Бураков А.И. Применение стеклопластиковой арматуры в полимербетонных конструкциях, воспринимающих многократное воздействие нагрузок. Рук. деп. в ЦНТИ. №205-87. - Липецк. - с.4.

21. Бондарев Б.А. Сопротивляемость полимербетона ПН-609-2Ш многократному воздействию нагрузок // Актуальные проблемы строительства: Тез. докл. поучпо техинч! коиф.—р^р^и^ ю»7 - /• __

22. Бондарев Б.А. Метод планирования эксперимента при исследовании несущей способности и выносливости конструктивных элементов проезжей части транспортных сооружений // Межвузовская конференция молодых ученых: Тез. докл. - Липецк, 1987. - с.97.

23. Бондарев Б.А. Применение ЭВМ при расчете полимербетонных конструкций на многократное воздействие нагрузок, рук. деп. в ЦНТИ. №258-87. -Липецк. - с.4.

24. Бондарев Б.А. Сопротивляемость стеклопластполимербетонных конструкций многократно-приложенным нагрузкам // Практика, проблемы разработки и внедрение энергосберегающих технологий. Тез. докл. научно-технич. конф. - Липецк, 1987. - с.60-61.

25. Бондарев Б.А., Шмырин A.M. Применение ЭВМ при расчете стеклопластполимербетонных конструкций на многократное воздействие нагрузок. Рук. деп. в ЦНТИ. №49-89. - Липецк. - с.4.

26. Бондарев Б.А., Бураков А.И. Теоретический анализ сопротивляемости полимсрбстона многократному воздействию нагрузок. Рук. деп. во ВНИИС, №7910, вып.2, 1988. - с.4.

27. Прокофьев A.C., Набоков В.Ф., Бондарев Б.А. Усталостные диаграммы полиэфирного полимербетона, армированного стеклопластиковой арматурой, при циклическом воздействии нагрузок // Применение эффективных полимербетонов в машиностроении и строительстве. Тез. докл. всесоюзной конф. - Вильнюс, 1989. - с.110-111.

28. Бондарев Б.А. Влияние коэффициента асимметрии цикла приложения нагрузки на выносливость стеклопластполимербетонных элементов. Рук. деп. в ЦНТИ. №23-91. - Липецк. - с.4.

29. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф. Влияние циклического нагружения на трешиностойкость полимербетона ПН-609-21М и конструкций на его основе. Рук. деп. в ЦНТИ. №34-91. - Липецк. - с.4.

30. Прокофьев A.C., Бондарев Б.А., Набоков В.Ф. Оценка сопротивляемости стеклопластполимербетонных элементов циклическим нагрузкам на основании усталостных диаграмм. Рук. деп. в ЦНТИ. №264-91. -Липецк. - с.4.

31. Бондарев Б.А. Влияние предварительного напряжения арматуры и коэффициента армирования на выносливость стеклопластполимербетонных элементов. Рук. деп. в ЦНТИ. №240-91. - Липецк. - с.4.

32. Бондарев Б.А. Выносливость стеклопластполимербетонных элементов при циклических воздействиях // Повышение долговечности и эффективности работы конструкций сельскохозяйственных зданий и сооружений: Тез. докл. междунар. научно-техн. конф. - Челябинск, 1992. - с.97.

33. Бондарев Б.А. Технико-экономическое обоснование применения полиэфирного полимербетона в конструкциях транспортных сооружений. Рук. деп. в ЦНТИ. №148-92. - Липецк. - с.4.

34. Бондарев Б.А. Расчет стеклопластполимербетонных элементов на выносливость. Рук. деп. в ЦНТИ. №196-92. - Липецк. - с.4.

'35. Prokofiev A.S., Nabokov V.F., Bondarev В.А. Endurence of polymer concrets subjected of cyclic Ioadinse // Применение полимеров в бетоне. Сб. трудов УП конгресса по применению полимеров в бетоне. - М.: - 1992. - с.389-395.

36. Бондарев Б.А. Виброползучесть полимербетонных элементов при сжатии. Рук. деп. в ЦНТИ. №12-93. - Липецк. - с.4.

37. Бондарев Б.А. Виброползучесть стеклопластполимербетонных изгибаемых элементов // Ресурсосберегающие технологии строительных материалов изделий и конструкций. Тез. докл. на межд. конф. - белгород, 1993. -с. 15.

38. Иванов A.M., Бондарев Б.А., Набоков В.Ф. Сопротивляемость стеклопластполимербетонных элементов длительному воздействию нагрузок. Рук. деп. в ЦНТИ. №24-93. - Липецк. - с.4.

39. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф. Сопротивляемость полимербетонных элементов при сжатии. Рук. деп. в ЦНТИ. №132-93. - Липецк. - с.4.

40. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф. Исследование выносливости плиты проезжей части из полимербетона в конструкциях металлических мостов. Рук. деп. в ЦНТИ. №139-93. - Липецк. - с.4.

41. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф. Влияние температуры саморазогрева на сопротивляемость полимербетонных элементов многократному воздействию нагрузок. Рук. деп в ЦНТИ. №140-93. - Липецк. - с.4.

42. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф. Экспериментальные исследования СПА. Рук. деп. в ЦНТИ. №141-93. - Липецк. - с.4.

43. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф. Выносливость элементов конструкций проезжей части транспортных сооружений из полимербетонов // Новые методы расчета, материалы и технологии в строительстве. Материалы международной научно-техн. конферен. - Алчевск, 1993. - с.45-47.

44. Бондарев Б.А. Сопротивляемость стеклопластполимербетонных элементов кратковременным нагрузкам, рук. деп. в ЦНТИ. №196-93. - Липецк. -с.4.

45. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф., Кокорев А.И. Перспективы применения стеклопластполимербетонных композитов в дорожно-строительном комплексе области // Состояние, перспективы развития научно-технического потенциал;! Липецкой области, тез докл. научно-практич. конф. - Липецк, 1993. - с.

46. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф. Результаты исследований применения стеклопластполимербетонных элементов в мостостроении. - Автомобильные дороги, 1993, №12. - с. 14-16.

47. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф., Кокорев А.И. Комплексная оценка свойств СПА. - Автомобильные дороги, 1994, №7. - с. 16-18.

48. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф. Стеклопластполимербетоны коррозионностойкие материалы для транспортного строительства. Автомобильные дороги, 1994, №9. - с.20-21.

49. Харчевников В.И., Бондарев Б.А. Новая интерпретация предела пропорциональности в теории композиционных материалов // Научно-практические достижения в области дорожных строительных материалов, строительства, реконструкции и искусственных сооружений. - Тезисы докладов. -Липецк, 1995. - с.50-53.

50. Бондарев Б.А. Предварительно-напряженный армополимербетон для конструкций транспортных сооружений // Научно-практические достижения в области дорожных строительных материалов, строительства, реконструкции и искусственных сооружений. - Тезисы докладов. - Липецк, 1995. - с.57-59.

51. Бондарев Б.А., Карабутов H.H., Шмырин A.M. Модели кривых

НИОршиш^чилн сжатых полимербетоппых элементов //_Нпучно-прпктичгпа^

достижения в области дорожных строительных материалов, строительства, реконструкции и искусственных сооружений. - Тезисы докладов. - Липецк, 1995. -с.152-153.

52. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф. Сопротивляемость стеклопластполимербетонных элементов кратковременным, длительным и многократно приложенным нагрузкам. - Автомобильные дороги, 1995г., №3-4. -с.18-19.