автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Трещиностойкость кольцевых сеченийжелезобетонных предварительно-напряженных труб на стадии изготовления

Белорусская Государственная Политехническая Академия

Р г я ОД

На правах рукописи

?? CF.ll 1ПП7 УДК 621.643.255.666.97.033.1

ШЕПЕЛЕВИЧ Николай Иосифович

Трещиностойкость кольцевых сечений железобетонных предварительно-напряженных труб на стадии изготовления

Специальность 05.23.01 — Строительные конструкции,

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МИНСК - 1997

Работа выполнена в Белорусском научно-исследовательском институте по строительству (БелНИИС) Минстройархитектуры РБ.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ— кандидат технических наук, доцент

[ЛТД. Чече|

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ — доктор технических наук, профессор

Г.П. Пастушков

— кандидат технических наук, доцент С.И. Корзун

ОППОНИРУЮЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ — Белводоканалпроект

Защита диссертации состоится сентября 1997 го-

да в часов на заседании Совета по защите диссертаций

Д.02.05.09 по присуждению ученой степени доктора технических наук в Белорусской Государственной Политехнической Академии по адресу: 220027 г.Минск, проспект Ф.Скори-ны,65

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан "_" августа 1997 г.

Ученый секретарь

Совета по защите диссертаций,

кандидат технических наук, доцент

Е.М. Сидорович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее время одной из главных задач, стоящих перед строительной отраслью Республики Беларусь, является снижение стоимости строительных объектов. Существенное влияние на стоимость возводимых зданий и инженерных сооружений оказывает металлоемкость строительных конструкций.

Железобетонные предварительно-напряженные трубы широко используются в мировой строительной практике. Их применяют при сооружении напорных и безнапорных трубопроводов водопроводных и канализационных сетей. Данные конструкции отличаются высокой стоимостью, что обусловлено значительным расходом, высокопрочной арматурной проволоки и сложной технологией изготовления, содержащей трудоемкие операции по созданию предварительного напряжения в продольных и кольцевых сечениях труб. Снижение стоимости труб может быть, достигнуто как разработкой новых конструктивных решений, так и совершенствованием существующих, путем уточнения прочностных характеристик и совершенствованием методов их расчёта.

При проектировании железобетонных предварительно-напряженных труб необходимо произвести расчет трещикостой-кости кольцевых сечений труб на действие нагрузок, возникающих на стадии их изготовления. Результатом данного расчета является определение требуемого количества продольных напряженных стержней - при спирально-продольном армировании или назначение необходимого продольного обжатия - при использовании метода спирально-перекрестного армирования.

При изготовлении труб по трехступенчатой технологии расчет трещиностойкости кольцевых сечений производят на действие усилий, возникающих в стенке сердечника трубы а процессе навивки напряженной спиральной или спирально-перекрестной арматуры, а при изготовлении труб способом виброгидропрессования на действие усилий, возникающих в стенке трубы при ее распалубке (из-за недонапряжения арматуры на втулочном участке трубы).

В "Руководство по расчету и проектированию железобетонных напорных предварительно-напряженных труб М., Строй-издат, 1977, трещиностойкость кольцевых сечений труб проверяют расчетом на действие максимального изгибающегося момента, возникающего в стенке сердечника трубы от давления

напряженной спиральной арматуры. Применяемый в Руководстве способ расчёта нуждается в совершенствовании, так как при проверке условия трещиностойкости в нем не учитывается фактическое напряженно-деформированное состояние стенки трубы. Для определения внутренних усилий использованы зависимости из теории тонких оболочек, тогда как их следует отнести к классу оболочек средней толщины. Данный способ расчета не пригоден для труб армированных спирально-перекрестными каркасами.

Диссертационная работа выполнена в соответствие с:

- заданием 01.08.05 "Разработать и внедрить технологические процессы и оборудование для создания высокомеханизированного производства низконапорных труб диаметром 300600 и 800-1200 мм методом радиального прессования" целевой комплексной научно-технической программы 0.Ц.031, том II, подпрограмма О.ЬЬ.ю.ц, часть I, № Гос. регистрации 01826003511;

- теме 7-12.13-2-87 "Разработать пособие по проектированию железобетонных напорных труб (к СНиП 2.03.01-84), выполненной НИИЖБ Госстроя СССР и БелНИИС Госстроя БССР по заказу Госстроя СССР.

Цель работы - разработка метода расчета кольцевых сечений железобетонных предварительно-напряженных труб на трещиностойкость, который позволил бы наиболее полно учитывать их напряженно-деформированное состояние в процессе изготовления, как при спирально-продольном, так и при спирально-перекрестном армировании и экспериментальная проверка его на физических моделях и натурных образцах труб.

Для решения поставленных задач применялись теоретические исследования, метод простого физического моделирования и экспериментальные исследования опытных образцов труб.

Автор защищает: - способ определения внутренних усилий в сердечниках железобетонных предварительно-напряженных труб от давления напряженной арматуры, основанный на использовании зависимостей из теории оболочек средней толщины;

- методику экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния бетонных круговых цилиндрических оболочек (физических моделей) , находящихся в условиях осе-симметричной деформации;

- инженерную методику расчета трещиностойкости кольце-

вых сечений железобетонных предварительно-напряженных труб, в которой учитывается их реальное напряженно-деформированное состояние.

Научная новизна работы. Новым является то, что для определения внутренних усилий в сердечниках труб от давления напряженной арматуры впервые использованы зависимости, полученные в результате применения теории оболочек средней толщины, основанной на использовании сдвиговой модели С.П. Тимошенко.

Впервые разработана методика и экспериментальное оборудование для исследования напряженно-деформированного состояния бетонных круговых цилиндрических оболочек (физических моделей) при действии кольцевого давления на части их поверхности.

Впервые разработана инженерная методика расчета трещи-ностойкости кольцевых сечений железобетонных предварительно-напряженных труб, позволяющая учитывать характер налря-женно-деформированного состояния сердечников труб в процессе их изготовления как при спирально-продольном, так и при спирально-перекрестном армировании.

Практическое значение работы. Разработанный, автором способ расчета трещиностойкости кольцевых сечений железобетонных предварительно-напряженных труб позволяет достаточно точно рассчитать необходимое предварительное обжатие кольцевых сечений, обеспечивающее их трещиностойкость в процессе изготовления труб.

Созданный способ расчета включен в окончательную редакцию "Пособие по проектированию железобетонных напорных труб (к СНиП 2.03.01-84)" и использован при разработке новых эффективных конструкций железобетонных предварительно-напряженных труб.

Результаты работ, вошедшие в диссертацию, получены автором без участия других лиц, что подтверждается научными докладами и публикациями.

Результаты работ, вошедших в диссертацию доложены на: 12-ой Конференции молодых ученых и специалистов Прибалтики и Белоруссии по проблемам строительных материалов и конструкций (Рига - 1984); 4 9-ой Конференции профессорско-преподавательского состава Белорусского политехнического института (Минск -1989); Международном научно-техническом семинаре "Развитие технологии производства и применения

железобетонных напорных и безнапорных труб"

(Минеральные Воды - 1991) .

Основные результаты диссертации опубликованы в 6 статьях.

Диссертация состоит из следующих частей: введения, общей характеристики работы, пяти глав, заключения и приложения. Объем диссертации составляет 178 страниц, в т.ч. 74 рисунка и 18 таблиц. Список использованных источников составляет 9 страниц из 98 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Особенностью конструирования железобетонных предварительно-напряженных труб является то, что в них должно быть создано предварительное напряжение как в продольных, так и в кольцевых сечениях стенки трубы. Причем, предварительное обжатие кольцевых сечений необходимо лишь для восприятия напряжений растяжения, возникающих в процессе изготовления труб, вследствие неравномерного обжатия сердечника (по длине) навиваемой спиральной арматурой или спирально-перекрестным каркасом. Стенка трубы, при этом, находится в сложном (двухосном) напряженном состоянии.

Исследованию трещиностойкости кольцевых сечений железобетонных предварительно-напряженных труб на стадии их изготовления посвящены работы Р.И. Бергена, В.М. Васильева, В.М. Когана, С.И. Корзуна, И.И. Кулика, Р.И. Медведского, В.Р. Скочеляса, B.C. Хабровицкого, Я.Ф. Хлебного, A.A. Че~ че, Е. Хемпе, Е. Цайлера, Б. Фореса, Ж. Туража и других.

Для определения изгибающего момента, возникающего в стенке сердечника трубы от давления навиваемой напряженной спиральной арматуры используют выражения из решения дифференциального уравнения изгиба перемещений срединной поверхности тонкой круговой цилиндрической оболочки находящейся в условиях осесимметричной деформации.

jj/j ji где h и ги - соответственно ра-

iV"" + ', , ■ *W-~ ; (1) диус срединной поверхности и

л г. О

™ толщины стенки оболочки.

q - внешнее радиальное давление

Si'

£>=—-г -цилиндрическая жесткость оболочки ;

12(1-ог)

Ей и - соответственно модуль упругости и коэффициент Пуассона материала оболочек.

Решение дифференциального уравнения(1)производят с использованием гиперболических функций, с учетом граничных условий, зависящих от технологии изготовления труб.

Величину изгибающего момента М1, возникающего в кольцевом сечении стенки трубы определяют по формуле

О с32И/с1х2 ; (2)

До настоящего времени расчет трещиностойкости кольцевых сечений железобетонных предварительно-напряженных труб производили по специально разработанной методике (Руководство), в которой условие трещиностойкости имеет вид:

МГая'< ИмлНр! + М*о0 (3),

где 1 - расчетное сопротивление бетона растяжению, обжатого в поперечном направлении, определяемое по специальному критерию прочности в зависимости от напряжения в продольном сечении стенки трубы <72.

М*о9 - момент обжатия ядра сечения стенки трубы продольной напряженной арматурой;

Максимальный изгибающий момент определяют по гра-

фикам, в зависимости от параметров сердечника трубы и порядка навивки напряженной спирали. Графические зависимости получены по результатам расчета сердечников труб с использованием выражений (1) и (2).

Следует указать, что использование зависимостей из теории тонких оболочек, вносит в расчет погрешность порядка Ь/гт, что на практике составляет 10...20 процентов.

Второй, существенной, неточностью данного способа расчета является то, что при проверке условия трещиностойкости (3), напряжения сжатия а2 определяют по зависимостям, правомерным лишь при условии равномерного обжатия сердечника трубы по всей его длине, что не соответствует условиям, при которых возникает изгибающий момент М]™"*.

О недоработанное™ расчета говорит то, что согласно Руководства, величину предварительного обжатия кольцевых сечений виСрогидропрессованных труб должно Оыть не менее 1,5 МПа, независимо от расчета, что на практике приводило к неоправданному увеличению расхода металла (продольных на-

пряженных стержней) и трудоемкости изготовления труб. Существующий способ расчета трещиностойкости кольцевых сечений был разработан только для традиционного способа армирования труб и его невозможно применить при спирально-перекрестном армировании.

Таким образом, существующая методика расчета трещиностойкости кольцевых сечений железобетонных предварительно-напряженных труб нуждается в совершенствовании.

Основные задачи диссертационной работы следующие: - разработать способ определения внутренних усилий в сердечниках труб от давления напряженной спиральной и спирально-перекрестной арматуры с использованием зависимости из теории оболочек средней толщины;

исследования по проверке предложенного способа расчета на физических моделях и натурных образцах труб;

- разработать инженерную методику расчета кольцевых сечений железобетонных предварительно-напряженных труб, позволяющую быстро произвести проверку их трещиностойкости без выполнения громоздких вычислений при определении внутренних усилий, при этом должно быть учтено их реальное напряженно-деформированное состояние.

При разработке способа определения внутренних усилий в стенке сердечника трубы от давления напряженной арматуры использована деформационная модель С.П. Тимошенко, учитывающая деформации сдвига и получено дифференциальное уравнение изгиба срединной поверхности стенки трубы, выраженное относительно угла поворота нормали к срединной поверхности

Значения внутренних усилий в стенке сердечника трубы определяются по формулам:

разработать методику и провести экспериментальные

<1<р

Мг=-т, ; С, = ; (5)

N >= сопэЬ ;

На рис.1 представлена расчетная схема и эпюры внутренних усилий в стенке сердечника трубы диаметром 600 мм армированного напряженной спирально-перекрестной арматурой

по первому классу на-порности. Расчет выполнен на ЭВМ по разработанной программе. Решение дифференциального уравнения (5) произведено с использованием гиперболических функций, которые для необ-жатого (чн) и обжатого (<Рг) участка сердечника трубы приняты в виде:

<Р,=С,

сНах-сси Ьх

Рис. 1 . а1 ~Ьг

■зках-$тЬх+С1(зНах-сойЬх-—зНах-$тЬх); 2 аЬ о

(б)

<р2 =е'"(С, вшЬх+С, ссвЬх),

где а и Ь - коэффициенты, определяемые по формулам:

В+А . ¡В-А , 1+9 Я2 _ 12(1-'дг)

-I

А =

2 V 2

Граничные условия для данной задачи имеют вид:

9*1(4 ~ Фио) '

-£><Р'м я -£><Рт + М •

(7)

где М, Р и ч - составляющие давления спирально-перекретсногс каркаса, зависящие от его параметров (шага и количества спиралей) . При спирально-продольно», армировании М=Р=0.

Таким образом, в стенке сердечника трубы помимо изгибающего момента М]., действуют еще и внутренние усилия СЬ, М2,Ы1 и Ыг, которые необходимо учитывать при расчете трещи-ностойкости кольцевых сечений, чего не было в действующе! методике расчета.

С целью проверки разработанного способа определения внутренних усилий в сердечниках труб от давления напряженной арматуры была разработана методика и оборудование для экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния бетонных круговых цилиндрических оболочек при действии кольцевого давления на части их поверхности (физических моделей). Геометрические размеры оболочек приняты следующие: наружный диаметр - 390 мм, длина - 1000 мм и толщина стенки - 30 и 4 5 мм.

Оболочки были изготовлены из мелкозернистого бетона. В качестве вяжущего использован портландцемент М 500, а в качестве заполнителя - кварцевый песок с Мк 2,4...2,5. Отношение вяжущего к заполнителю составляло 1/2,5 при водоце-ментном отношении 0,44...0,45. Физико-механические характеристики бетона (прочности при сжатии и растяжении, модуль упругости и коэффициент Пуассона) определены йутем испытаний бетонных призм 10x10x4 0 см, изготовленных из бетонной смеси рабочего состава.

Всего было изготовлено семь серий (по три штуки в каждой) оболочек. Четыре серии оболочек (по две на каждую толщину стенки) использованы для исследований их напряженно-деформированного состояния действием кольцевого давления, а три серии - при совместном действии кольцевого давления и продольного сжатия.

Давление на части поверхности оболочки создавали с помощью специального устройства и гидростанции (рис. 2). Ширина полосы давления составляла 30 мм, а положение её центра от торца оболочки принято 90 и 180 мм.

Давление поднимали ступенями по 0,5 МПа со скоростью 0,01 МПа/с с выдержкой не менее 10 мин. на каждой ступени, после чего измеряли продольные и кольцевые деформации на внутренней и наружной поверхности

оболочки. Измерение деформаций выполнено методом электротензометрии.

Рис. 2.

Оболочки с толщиной стенки 30 мм были доведены до разрушения. Разрушение происходило в результате образования кольцевой трещины на внутренней грани оболочки приблизительно на уровне центра полосы давления. При этом перед разрушением деформации растяжения продольных волокон внутренней поверхности оболочки в опасном сечении превосходили предельную растяжимость бетона при одноосном растяжении.

С целью сравнения результатов экспериментальных исследований с расчетными значениями напряженно-деформированного состояния оболочек был произведен их расчет по разработанной методике. Расчетные величины деформаций продольных ех и кольцевых ег на внутренней и наружной поверхности оболочки определяли с использованием закона Гука для плоского напряженного состояния:

¿2 = (3),

Напряжения в продольных аг и кольцевых ст2 волокнах определяли по выражениям:

М. • а 9 ■ М. • <7 ¿V, - а

<х. -—ст, ---+ 9

А

Сравнение результатов эксперимента с результатами вычислений показало, что они хорошо согласуются в области упругой работы материала (70...80 процентов) от разрушающей нагрузки. В дальнейшем в эксперименте наблюдался быстрый рост деформаций растяжения, причем, учет пластических свойств бетона с использованием упругопластического момента сопротивления так же не позволяет существенно уменьшить расхождения результатов эксперимента с результатами вычислений. В данном случае на стадии, близкой к разрушению, в зоне действия максимального изгибающего момента Мх происходило образование своеобразного пластического шарнира.

Аналогичные исследования выполнены при совместном действии на оболочку кольцевого давления и продольного сжатия, которые показали хорошее совпадение экспериментальных и расчетных величин напряжений продольных и кольцевых волокон, поверхности, расхождения не превышали 10...15 процентов.

Вторая часть экспериментальных исследований выполнена на натурных образцах железобетонных напорных труб с внутренним диаметром 300, 600 и 1000 мм, армированных спираль-

Рис. 3.

но-перекрестными каркасами.

Трубы диаметром' 300 мм были изготовлены по трехступенчатой технологии. Сердечники труб были изготовлены методом радиального прессования. Навивку напряженной спирально-перекрестной арматуры производили с помощью арматурно-навивочной машины, разработанной БелНИИС (рис. 3).

|с целью определения напряжен-1но-деформированного состояния [сердечника трубы, после на-[вивки напряженного спирально-'перекрестного каркаса была ^произведена наклейка тензо-датчиков на бетон арматуру в ^различных его сечениях, а зачтем осуществлена развивка ар-(матуры, определены деформа-|ции, а по ним напряжения в бетоне и арматуре.

Сравнение экспериментальных и расчетных значений напряжений в различных сечениях стенки сердечника трубы показало, что Их величины хорошо согласуются на цилиндрической части сердечника трубы. Так, экспериментальные величины напряжений кольцевых сечений составляли 0,89...О,91 МПа при расчетном значении 0,96 МПа, а продольных сечений 4,8...5,1 МПа при расчетной величине -5,6 МПа.

Существенные расхождения между экспериментальными и расчетными величинами напряжений зафиксированы во втулочной части сердечника трубы в зоне анкеровки спирально-перекрестного каркаса. Так, на данном участке расчетные величины деформаций продольных волокон внутренней поверхности сердечника трубы на 30...40 процентов превышали их величины, полученные из эксперимента. Данное обстоятельство объясняется тем, что вследствие пластических деформаций бетона растянутой зоны, восстановление деформаций после развивки арматуры происходит не полностью.

Напряжения в спирально-перекрестной арматуре составляли около 90 процентов на цилиндрической части сердечника трубы и 70...75 процентов в зонах анкеровки спирально-перекрестного каркаса, что объясняется ослаблением спиралей в зонах анкеровки при их повороте.

Два натурных образца трубы были испытаны внутренним

гидравлическим давлением на трещиностойкость с целью сравнения их фактической несущей способности с расчетной. Испытания показали, что при заданных параметрах спирально-перекрестного каркаса и отсутствия защитного слоя (не бьш нанесен вследствие отсутствия необходимого оборудования), фактическая трещиностойкость труб составила 2,3 и 2,4 МПа при расчетной - 2,6 МПа. При указанных давлениях произошло образование продольных трещин на цилиндрической части сердечника трубы, при этом трещиностойкость кольцевых сечений была обеспечена их предварительным обжатием.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что прочностные характеристики продольных и кольцевых сечений труб обеспечивают восприятие нагрузок, возникающих при их изготовлении и эксплуатации. При этом расчетная величина предварительного обжатия кольцевых сечений сердечника трубы составляла 0,96 МПа.

С целью определения фактических величин предварительного обжатия кольцевых сечений железобетонных напорных труб, изготовленных по технологии виброгидропрессования и сравнения их с расчетными, были определены испытания труб диаметром 600 и 1000 мм (по две штуки каждого), армированных спирально-перекрестными каркасами. Испытание труб произведено по схеме "балка на двух опорах". Трубы были изготовлены на Минераловодском заводе напорных труб. Изготовление спирально-перекрестных каркасов произведено на станке СМЖ-ббба. Трубы диаметром 600 мм были армированы по первому классу (рассчитаны на рабочее давление 1,5 МПа), а трубы диаметром 1000 мм армированы по второму классу (1 МПа).

Параметры спирально-перекрестных каркасов были подобраны таким образом, что расчетные величины предварительного обжатия продольных сечений составляли 8,07 (7,09) и 11,09 (9,88), а кольцевых 0,72 (0,63) и 0,59(0,53) МПа соответственно, диаметром 600 и 1000 мм. В скобках указаны величины напряжений для труб с утолщенной стенкой, изготовленных э формах новой конструкции.

Испытание труб выполнено в экспериментальном корпусе БелНИИС. Нагружение труб производили двумя сосредоточенными силами, приложенными на расстоянии 1,3 м от опор. Пролет был принят равным полезной длине трубы (5м). Нагрузку прикладывали снизу вверх, для чего трубы были уложены на две седлообразные опоры, расположенные на расстоянии .0,7 м от

середины трубы, которые в свою очередь были уложены на гидродомкраты, установленные на силовом полу, рис. 4. Перемещения труб вверх сдерживали при помощи двух рам, снабженных седлообразными опорами, расположенными по торцам труб и

закрепленными на силовом полу. Напряжения в бетоне определяли через продольные г1 и кольцевые Бг деформации на наружной поверхности средней части трубы (в зоне рис ^ чистого изгиба).

Измерение деформаций производили с использованием тен-зостанции ЦТМ-3. Тензодатчики были установлены цепочками в щелыге и лотке трубы в плоскостях, расположенных под углом 0°, 15°, 30° и 45° к вертикали. Нагружение труб производили ступенями,, количество которых было принято равным не менее 10 (от расчетной нагрузки по трещиностойкости).

Разрушение труб носило хрупкий характер вследствие образования кольцевой трещины в середине трубы, при этом наблюдалось быстрое (почти мгновенное) увеличение ширины раскрытия трещины при одновременном снижении нагрузки (падения давления в гидродомкратах). Нагрузка уменьшалась на 30...40 процентов, после чего наступала стабилизация. Дальнейшее нагружение труб не производили, так как при незначительном подъеме давления наблюдалось быстрое увеличение ширины раскрытия трещины. Однако, после снятия нагрузки трещина практически закрывалась, ширина ее раскрытия не превышала 0,0.5 мм. Данное явление обусловлено большими углами наклона спирально-перекрестной арматуры к продольной оси трубы. Так, для труб диаметром 600 мм угол наклона спиралей составлял 63,8°,. а для труб диаметром 1000 мм - 77,4° и при образовании кольцевой трещины они практически выключаются из работы

Предварительное обжатие кольцевых сечений труб спирально-перекрестным каркасом (о0) было определено по формуле с учетом известных величин момента трещинообразования М;Г<:, геометрических размеров сечения сЦ и с^ и прочности бетона при осевом растяжении

Сравнение фактической величины предварительного обжатия кольцевых сечений с его расчетными значением показало, что оно на 10...15 процентов превышает расчетное. Это объясняется тем, что при расчете предварительное обжатие определяют без учета деформаций растяжения в напряженной арматуре, расположенной в растянутой зоне бетона перед образованием кольцевой трещины.

Таким образом, экспериментальные исследования трещино-стойкости кольцевых сечений физических моделей и натурных образцов труб показали, что разработанный метод расчета может быть использован при разработке новых и совершенствовании существующих конструктивных решений труб. При этом величины предварительного обжатия кольцевых сечений труб, изготовленных способом виброгидропрессования, могут быть существенно снижены, чем это требовало Руководство (не менее 1,5 МЛа).

В предлагаемом способе расчета условие трещиностойко-сти кольцевых сечений имеет вид:

сг, [а,

= Т + УТ + Г»

; (11)

где Ог и 11,з ~ нормальное и касательное напряжение в кольцевом сечении трубы или ее сердечника определяемые по формулам:

(Ц N. \ 9 а ,„,

; (12)

Кьь.зег, 1 ~ расчетное сопротивление бетона растяжению, обжатого в поперечном направлении, определяемое с использованием критерия прочности, полученного в ВелНИИС по результатам экспериментальных исследований

3,145-1,206 1+— I-Н-— ;

I Ъ)

(13)

аг - напряжение в продольном сечении стенки сердечника трубы, определяемое по формуле:

м

I М Л'г! .

(14)

При изготовлении труб способом виброгидропрессования при определении напряжений Ох и т1(3 величину нормальной составляющей давления спирального или спирально-перекрестного каркаса следует уменьшить на величину данного давления на втулочном участке трубы, формуемом в неразъемном кольце.

Для определения внутренних усилий в "опасном" кольцевом сечении стенки разработаны (построены) графические зависимости максимального погонного изгибающего момента Мг и соответствующих ему значений продольных Ы2 и поперечных 01 сил для различных технологий производства труб, при МПа от длины обжатого или необжатого участка трубы 10. На рис. 5 представлены графические зависимости Мх, <2-1 и Ыг для труб армированных спирально-перекрёстным каркасом.

Разработанный в диссертационной работе метод расчета трещиностойкости кольцевых сечений железобетонных предварительно-напряженных труб включен в окончательную редакцию "Пособие по проектированию железобетонных напорных труб (к СНиП 2.03.01-84)", разработанного НИИЖБ Госстроя СССР и БелНИИС Госстроя БССР.

,*к-м/мла

й21кн/мПа

_____ <7, ,кн/мг)<1

Рис .5 1 - 9 - соответственно для внутренних диаметров сердечников труб 300 - 1600 мм.

Материалы настоящей работы использованы при разработке альбомов рабочих чертежей "Трубы железобетонные напорные виброгидропрессованные диаметром 1000 и 1200 мм с утолщенной стенкой и спирально-перекрестным армированием", Минск, БелНИИС, 1993 (шифр 93-44-ЮК) и "Трубы железобетонные безнапорные виброгидропрессованные", Минск, 1995 (шифр 95-251-КЖ), производство которых налажено на Микашевичском заводе "Спецжелезобетон". Объём внедрения в 1995г составил 1200 м3

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

1. Железобетонные предварительно-напряженные трубы в процессе их изготовления находятся в сложном напряженном состоянии, которое обусловлено неравномерным давлением напряженной арматуры на их различных участках (по длине). При этом в их кольцевых сечениях возникают изгибающие моменты, которые могут вызвать образование трещин при недостаточном предварительном обжатии сечения.

2. Геометрические параметры железобетонных предварительно-напряженных труб таковы, что при определении внутренних усилий в их сердечниках от давления напряженной арматуры необходимо учитывать деформации сдвига, с использованием сдвиговой модели С.П. Тимошенко, позволяющей получить математические зависимости для определения внутренних усилий в кольцевых и продольных сечениях стенки трубы.

3. Для расчета трещиностойкости кольцевых сечений железобетонных предварительно-напряженных труб достаточно знать максимальный изгибающий момент Мх , соответствующие ему значения поперечных Ог и продольных сил, которые могут быть представлены в виде графиков, в зависимости от длины обжатой или необжатой части сердечника трубы как для спирально-продольного, так и для спирально-перекрестного способа армирования.

4. Проверку трещиностойкости кольцевых сечений железобетонных предварительно-напряженных труб на стадии их изготовления, следует производить с учетом сложного напряженного состояния (растяжения-сжатия) стенки трубы. При этом расчет следует вести по главным растягивающим напряжениям.

5. Трещиностойкость кольцевых сечений железобетонных предварительно-напряженных труб на стадии их изготовления обеспечивается как их предварительным обжатием, так и конструктивно-технологическими приемами (оптимальными геомет-

рическими размерами и выбором вида армирования или последовательности навивки напряженной спирали). Для железобетонных напорных виброгидропрессованных труб со спирально-перекрестным армированием предварительное обжатие кольцевых сечений следует принимать равным 0,6...О,8 МПа.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шепелевич Н.И. К определению внутренних усилий во втулочной части бетонных сердечников труб от давления напряженной спирально-перекрестной арматуры// Строительные конструкции. - Минск, 1984. - С. 107-113.

2. Шепелевич Н.И., Чече A.A. Расчет кольцевых сечений бетонных сердечников труб на усилия, возникающие при навивке напряженной спирально-перекрестной арматуры// Рациональные строительные конструкции зданий и сооружений. ~ Минск, 1985. - С, 89-95.

3. Шепелевич Н.И. Экспериментально-теоретические исследования прочности бетонных круговых цилиндрических оболочек при действии кольцевой радиальной нагрузки// Эффективные строительные конструкции производственных зданий. -Минск, 1986. - С. 59-65.

4. Шепелевич Н.И. Способ расчета трещиностойкости кольцевых сечений железобетонных напорных труб на давление напряженной арматуры// Вопросы строительства и архитектуры. - Минск, 1989. - Вып. 17. - С. 29-36.

5. Чече А.А, Шепелевич Н.И., Мелихов В.И., Шмурнов А.Е Расчет напорных труб на давление напряженной спирально-перерестной арматуры// Бетон и железобетон. - 1989.-№ 9. -С. 18-20.

6. Берген Р.И., Шепелевич Н.И., Девятой В.В. Результаты экспериментальных исследований железобетонных напорных виброгидропрессованных труб со спирально-перекрестным армированием// Развитие технологии производства и применения железобетонных напорных и безнапорных труб: Тез. докл. семин. - Минеральные Воды, 1991. - С. 12-13.

7. Шепелевич Н.И. Новое о спирально-перекрестном армировании// Архитектура и строительство Беларуси. - 1995. -№2. - С. 7-9.

РЕЗКМЕ

Шепелевич Николай Иосифович, "Трешиностойкость кольцевых сечений железобетонных предварительно-напряженных труб на стадии изготовления".

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННЫЕ ТРУБЫ, ДАВЛЕНИЕ АРМАТУРЫ, ОБОЛОЧКИ, ВНУТРЕННИЕ УСИЛИЯ, НАПРЯЖЕНИЯ, ДЕФОРМАЦИИ, КОЛЬЦЕВЫЕ СЕЧЕНИЯ, ИСПЫТАНИЯ, ПРОЧНОСТЬ, ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ

Объектом исследований являются железобетонные предварительно-напряженные трубы, применяемые для строительства напорных и безнапорных водоводов. Цель работы - разработка способа расчета трещиностойкости кольцевых сечений труб на действие усилий, возникающих на стадии их изготовления.

Выполнены теоретические и экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния стенки трубы от неравномерного давления напряженной арматуры. Получены математические выражения для определения внутренних усилий в стенке трубы, при этом впервые использованы зависимости из теории оболочек средней толщины. Произведена экспериментальная проверка полученных выражений на физических моделях и натурных образцах труб. Для испытания физических моделей разработано специальное оборудование. Деформации бетона и арматуры определены методом электротензометрии. Разработан способ расчета трещиностойкости кольцевых сечений, в котором впервые учитывается фактическое напряженно-деформированное состояние стенки трубы. Приведены графические зависимости для определения внутренних усилий в опасном кольцевом сечении.

РЭЗШЭ

Шапялев1ч Мл.калай 1ос1фав1ч, "Трэщынастойкасць кальцавых сячэння$/ жале забе тонных папяэдне-напружаных труб на стадьп. вырабу".

ЖАЛЕЗАБЕТОННЫЯ ПАПЕРЭДНЕ-НАЛРУЖАНЫЯ ТРУБЫ, Ц1СК АРМАТУРЫ, АБА-Л0ЧК1, УНУТРАНЫЯ С1ЛЫ, НАПРУЖАНН1, ДЭФАРМАЦЫ1, КАЛЬЦАВЫЯ СЯЧЭНН1, 1СПЫТЫ, ТРЫВАЛАСЦЬ, ТРЭЩЫНАСТОЙКАСЦЬ.

Прадметам даследвання$/ з'я?-ляюцца жалезабетонныя, па-пярэдне-напружаныя трубы, ужываемые для будаун1цтва напорных 1 безнапорных вадаводау. Мэта працы - пабудова метаду раз1ку трэщынастойкасцо. кальцавых сячэнняУ труб на с1льг, узн1каючыя на стадьп. 1х вырабу.

Праведзены тэарэтычныя 1 эксперыментальныя даследван-н1 напружана-дэфарм1раванага стану сценк1 трубы ад нерауна-мернага ц1ску арматуры. Атрыманы матэматычння залежнаец!

для вызначэння унутраных с1л у сценды трубы, пры гэтым у першыню труба разгледжана як абалочка сярэдняй та$?щыны. Зроблена экспериментальная праверка атрыманых залежнасцей на ф1з1чных мадэлях i натуральных узорах труб. 1спыт ф1з1чных мадэляу прыведзен з прымяненнем спецыяльнаствора-наго прыстасавання. Дэфармацы1 бетона арматуры атрыманы з прымяненнем метада электратэнзаметры1. Разпрацаваны спосаб разлуку трэщынастойкасц1 кальцавых сячэння$? трубы, у як1м упершыню зроблены ул1к фактычнага напруджана-дэфарм1раванага стану сценк1 трубы. Пабудованы граф1к1 для вызначэння унутраных с!л у небяспечным кальцавым сячэнн1.

ABSTRACT

Shepelevich Nikolai Iosiphovich, "Resistance to Cracking of Prestressed Reinforced Concrete Pipes Circular Sections at the Stage of Manufacturing". PRESTRESSED REINFORSED-CONCRETE PIPES, REINFORCEMENT PRESSURE, SHELLS, INTERNAL FORCES, STRESS, DEFORMATION, CIRCULAR SECTIONS, TESTS, STRENGTH, RESISTANCE TO CRACKING

The subject of the investigation is the prestressed reinforced-concrete pipes used for construction of pressure and non-pressure water conduits. The main objective of the study is the development of the procedure for calculation of the resistance to cracking of pipe circular sections towards force actions occurred at the stage of manufacturing.

The theoretical and experimental studies of the pipe wall in a stressed and deformed state due to the unsteady pressure of the stressed reinforcement were carried out. Mathematical expressions for determination of the internal forces in a pipe wall have been obtained, in addition the dependences from the theory of shells of medium thickness have been applied for the first time. Experimental tests were carried out on physical models and full-scale pipes using the expressions obtained. For testing physical models special equipment was developed. Deformation of concrete and reinforcement has been defined using electric strain measurement. The technique for computing the resistance to cracking of pipe circular sections has been developed taking into account, for the first time, actual stressed and deformed state of the pipe wall. Graphic dependences for determination of internal forces in a dangerous circular section are presented.