3. Экспериментальные исследования работы трубобетонных стержней при внецентренном сжатии

Формулы, полученные в предыдущих параграфах, позволяют построить критические зависимости для прак-

8828 !28Й? 8555 ???? Й?5<о с»^а>сл

№ стержня

ЙЙ^^А госоео^ шо О О О О О О О О О О О О О О О О ОО О О со СО ОО 0О 00 00 00 00 (»00 00 00 ^3555 вёюо босо® 00 00 00 00 00 00 00 Й мйй^ мьэьэ Ю (ОФФЩ «>«>«5» ^СОЧ^СО *<о*с© "н — со "<©*СЛ "сл’стГоГсл "ел СЛ сл"и-» "со *<о "(ою <0 СО оз СО СО СО со со со сл — и со со со

Кэ

Наружный диаметр в мм

А А А А А А А А А А А А А А А А А А А Ю Ю Ю ЮКЭ Ю ЮЬЭ ?0 ЬЭ А Л, А А Л. А Л. ЛАДА

А® 2 а ааай 2822 2823 2522 зЪЪ — ЬЬЬ"

Со

Толщина стенки в мм

Й^ЙЙЙ ЙЙЙЙ ёёёа агге к^гг Е00К5;

22232353 ?32:223 оооо оючэсй СОСОСПОЭ СОСОСО.&. .Й. СЛСЛСЛ ЮМСОСО со оо со

ОТОТЙЗЗ ЗЙЕЙсл 2888 8§ЩСЛ ОООТО сЙЙсЯсл 8 Сл 00 <?> 00 Ю Сл О СЯСЯОО ОТ Сл <В О

4.

Расчетная дли­на в мм

88332 ёё5а> 885?

1!М§5 §111 §222 2§§8 §а§за аааа ёй&э гавв

СП

Фактическая длина в мм

2222 22235 Я5^ Я5*?? Я2ГГ ГГГГ гггг

ЬЭЬЭ ЬЭЬЭ ЬЭ СП *СЛ ОтСЛ СП СЛ*СЛ Сл"« СО СО СО СО СО СО СО СО со СО СО СО М0 05 0) С5 О С5 О ОСГ5СГ5СЛ

О>

Площадь бетона в см’

11111 1111 1111 1111 1111 1111 1Ш §111

Кубиковая проч­ность бетона в кгс/см’

11111 и 1 1 111$ 1^11 ПИ 1 1111 4 11 III 1 Ш§

00

Прочность бетон­ных цилиндров (Я/Д=2) в кгс/см1

§§Ш 1111 йййй || 1 3 331 1 1 1 11 III 1 1 1 1 а || 1 1 1 §!§1

Со

Кубиковая проч­ность бетона в день испытания стержня в кгс/смг

ООООО О О О О О О О О ОООО о оо о оооо оооо оооо оооо оооо оооо

§§§§ §§§§ §!§§ !!§§ §§§1 СП СЛ ОТ СП СП СП

О

. б

А=ст : ат

Я.0.0.0.0 о О О О О ОООО ОООО О 222Й2 Е^й® о’ооЬ ООООО оооооооо оооооооо 00030001

Л^^лл Еёёё «?$??5 ^КБК гйй^Е; я0"»™ °°<»°ООО ОООООООО

П

Б

П=гТ : ет

0,213 0,213 0,213 0,213

0,213 0,213 0,213 0,213

0,213 0,213 0,213 0,0835

0,0835 0,0835 0,0835 0,0835

0,0835 0,0835 0,0835 0,0835

0,0835 0,0835 0,0835 0,0835

0,0835 0,177 0,177 0,177

0,177 0,177 0,177 0,177

0,177 0,1468 0,1468 0,1468

0,1468 0,1468 0,1468 0,1468

0,1468 0,1468 0,1468 .0,1468 0,1468

Ю

ЩЧЗ ^ЩЩЛ СО О; а — Со СО X О ОФФО) 0>010»С1 0,0)050

-о О"! —1 сс со сл со сл ^ ч’о «г <оо’сгз о"со"^"сл оокоаз "^э "ю\о"со "со "с*э сл со со "со "с?> О Ю "и-"(О

^ МСЛмм СЛ ЬЭ СО Ю0ОЮСХ5 00 00 О (ОЩЩЮ О СЛ — У

Со

Площадь стали в см *

СОуСОСО СО СО СО СО СОСОСОСО СОСОСОСО СОСОСОСО СО’,ОСОСО СОЮЮЮ ЮЮЮЮ Ю Ю Ю Ю

^^^^ 1—<0Ю10<0 ююсосо <0&<0<0 (ОСООООО оооооооо ооюоооо 2225^ ^^^^ ^^^^ ^^^со со со со о^ сосососо сосососо ю»оюсо оо^дате ООООСЛ СЛ Сл СЛ СЛ О О О СЛ СП СП Сл О ОООО ОООО (Л СЛ О О о ^ О О СЛ ^ ^ & СЙ ЙООО

А

Предел текуче­сти стали в кгс/см’

Мююю. оююю в^в юьск.-10 ы юмюю ВВВВ м т. т. т. T_.t_.T_" — • * ‘ » • • о оооо оооо ОООО о» — * …» . …. …. …. Т Т"Г* Т и— сл сл сп от ог сп сл Сд Сл сл Сл сл сп сл»-««—ь-» 1—к 1— >—1

<вСв<2®(в ОООО ОООО ОООО оооо оооо оооо ОООО оооо

Сл

Модуль упруго­сти стали в кгс/см’

88?§;3 ёё^й ЙЙ22 2ёё6 йёйё ёёёё

О

Возраст стерж­ня в днях

Ййййй ёёйй ЙЙ^К К К® К Кор_о ёёёё

Сл СЛ СЛ О! СЛ О! СП сл СЛОТ СП СЛ СО СО СО СО СО СЛ Ъз ОО СО СО СО

Начальный эксцентрицитет в мм

Сл СП СЛ СЛ А АСЛСЛА АААЬЭ Ю Ю СО СО н-ь Ю Ю ь-ь-ь-^- Ю КЗЮКЗЮ —

^.СП5П ^ 00 00 А О ®ЮЙА со СО СП со сооа^ С^^а^ Йчам АА^ою СС со — V) ю аз со со н’соа со*^ > сп о сл’слч*^ ‘-о сю со со ^ со Ъ о о То о со со а а слсл сл СП сл сл СЛ КЗ сл Сп ю Со со со сл сл ййсл слСлаа

00

Теорети­ческая

Критическая нагрузка В ТС

А СП СЛ А СЛААЮ Й Ю Ю «О ю СО СО ^ МЬ-ЬОЮ (-. н — ю КЗКЭЮЮ н-Юн-^- — ^ — — СО А м(ОСП сП-МЮ о А А Ю СлОСПм 00 СО А СП СОСО Й 00 СО О СП ^ 00 СО А ЬО СП 00 СО Й ^ОЬЭ^ АСлСОСО

Слел сл сл слсл01 слслсл сп сл

Экспери­менталь­ная

М1 и. Ц ш+ т+ ни ++1+ ++и ш±

823238 г-сл^Е ЙЙЙ® м«’®» "сп^Ьц ««Ьц ЬсоотЬ "?"от"^

Ю о

Разница между ^р и *кр в %

В)

Рис. 46. Прогибы стержней, испы­танных на внецентренную нагруз­ку (см. табл. 14)

А — кривые «нагрузка — прогиб стерж­ней № 7 и 9 0 90X4 мм»: 1, 3—прогибы сечений, расположенных на расстоянии ?/4 от концов стержня; 2, 4 — прогибы среднего сечения; б—кривые нараста­ния прогибов и углов поворота опорных плит у стержня № 30 0 108: / — проги­бы среднего сечения; 2, 3— прогибы сечений, расположенных на расстояний LЎ4 от кондов стержня; 4 — тангенс уг­ла поворота концевого сечения; в—из­менение кривой прогибов трубобетонно — го стержня в сопоставлении с синусои­дой у стержня № 30

//V

///

/

!//

?/о/

Ш

Wtga Ю3

‘ ‘ — -.

Тических расчетов при условии экспериментальной их проверки.

Эксперименты над внецентренно-сжатыми трубобе — тонными стержнями проводились в ЛИСИ [107, 113] с целью выявления их работы от начальных стадий за — гружения до момента перехода в первое расчетное пре­дельное состояние по устойчивости второго рода и далее, по мере возрастания нагрузки, до разрушения. Опыты ставились так, чтобы имитация и характеристика явле­ния соответствовали бы теории их расчета. Испытывали 45 стержней натуральной величины: диаметром от 89,3 до 140 мм, длиной от 70 до 330 см, заполненных бетоном различных марок с кубиковой прочностью 250, 350, 450 и 500 кгс/см2, испытанных с эксцентрицитетами от 20 до 50 мм.

(,игЧ!2,к? с/см’

11ш

12,1

0,33

21,5

0,62

I

27,6

0,88

Я

33,5

1,20

39,6

1,72

[Ар-

41,1т С ‘ |

V

I

60,5

60,5

I

I

1—+——-

20 40 1.±. ,0′

В)

Р/Ркр%

80

60

40

20

Л

Р >> / р

К г }

\ ,л

V/ %

Ш ^ у %

Ж

/

1

Рис. 48. Распределение от­носительных продольных деформаций до поперечно­му сечению стержня и кри­визны наиболее нагружен­ных сечений а — следование продольных де­формаций стержней закону пло­скости для полностью сжатого сечения; б — то же, при одно­сторонней текучести; в — нара­стание кривизн стержня 0 102Х Х2 мм с бетоном = 265 кгс/см2, 1 = 265,9 см, е = —2,4 см): 1, 2 —кривизна сече­ний, расположенных в четвер­тях длины; 3—кривизна сред­него сечения

Постановка испытаний аналогична изложенной в гла­ве II, однако вместо задачи центрирования нагрузки (е = = 0) решается задача точного задания эксцентрицитета нагрузки (ефО). Результаты испытаний стержней при­ведены в табл. 14.

В качестве экспериментального значения силы, ха­рактеризующей первое предельное состояние трубобетон — ного стержня по устойчивости второго рода, принималась наибольшая нагрузка, при которой начинался интенсив­ный рост прогибов.

Рассматривая результаты экспериментального иссле­дования, видим, что величины прогибов на последних ступенях нагрузки возрастают более интенсивно, чем на начальных. На рис. 46 показаны диаграммы прогибов некоторых стержней. Здесь же нанесены синусоиды, про­веденные через концы стержней. Диаграммы прогибов достаточно точно вписываются в синусоиду. Углы пово­рота концевых сечений согласуются с прогибами стерж­ня, свидетельствуя о шарнирных граничных условиях.

По результатам измерений продольных деформаций в различных точках по периметру сечения построены графики (рис. 47 и 48). Их анализ показывает: продоль­ные деформации оболочки по поперечному сечению стержня следуют закону плоскости на всех этапах за — гружения (см. рис. 48); продольные деформации обо­лочки и бетонного ядра согласуются удовлетворительно (см. рис. 47,6), что подтверждает условие совместности деформаций. Отношения поперечных деформаций обо­лочки к продольным как со стороны растянутых, так и со стороны сжатых волокон близки численному значе­нию коэффициента Пуассона, что свидетельствует о ма­лой величине обжатия бетонного ядра в поперечном на­правлении.

Основным результатом опыта являются предельные нагрузки, при которых начинается непрерывный процесс нарастания прогибов. Величины этих сил приведены в табл. 14 (графа 19). В графе 18 той же таблицы при­водятся теоретические значения критических сил, полу­ченных по формулам предыдущего параграфа. Средняя величина отклонений составляет от +3 до +5%. Такое совпадение результатов наблюдается при различных со­отношениях L/D стержней: от 10 до 32. Совпадение ре­зультатов теории и эксперимента позволяет утверждать, что разработанный метод расчета внецентренно-сжатых

7*

99

2 Таблица 15

° РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАРУБЕЖНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ТРУБОБЕТОННЫХ СТЕРЖНЕЙ НА ВНЕЦЕНТРЕННОЕ СЖАТИЕ

3330 3330 3330 3330 3330

3330 3330 3330 3330 3330

1715 2030 2030 2030 2030

199 197 195 190 187,5

187 180 114,8 114 135

114,85

119,61

113,98

120,2

113,98

425 413 326 290 145

153 253 318 207 326

575 384 384 408 408

0,149

0,147

0,139

0,1305

0,1068

0,108

0,1043

0,1485

0,123

0,1396

0,157

0,139

0,1066

0,1424

0,109

К =.

Кубико- вая проч­ность бе­тона в кгс/см2

Пло­щадь бето-

Наруж­

Тол­

Ный

Щина

Стерж­

Диа­

Стенки

Ня

Метр

В мм

В мм

1

2

3

М-1

169,5

5,1

М-2

169

5,25

М-3

169

5,66

М-4

168,5

6,55

М-5

169

7,18

М-6

169

7,29

М-7

169

8,81

М-8

140

9,59

М-9

140

9,75

М-10

141

5

С-8

127

3,02

С-9

127

1,78

С-10

127

3,25

С-11

127

1,63

С-12

127

3,25

Рас­чет­ная дли­на в мм

Критическая нагрузка в кгс

8 Л

О. Ч си га с

" й 5

X V я)

Пре­дел теку­чести стали в

Кгс/сяС-

На­чаль­ный экс­центри­цитет в мм

Разница между

Пло­щадь стали в см*

.и Р,

Ц =

Кр

Кр

Е — К <У Я О. и О и <Ц ш

Ь в*

15

10

Эксперименты, проведенные в «Империал колледж» (Англия)

+2,68

+3,36

—2,78

—5,2

—5,87

—3,98 —5,34 —1,97 —4,65 —2,82

—1,59 —11,9 —0,094 +4,3 +5,85

Т 8 и

0,132

26,37

3150

47,6

61,7

63,4

0,1375

27,05

3150

38,1

69,1

71,5

0,147

28,65

ЗОЮ

47,6

62,8

61,1

0,176

33,4

3040

47,6

67

63,7

0,193

36,15

3185

47,6

70,4

66,5

0,196

36,65

3185

38,1

78,3

75,3

0,244

44

3295

47,6

81,3

77,2

0,343

39,3

2790

31,7

57

55,9

0,351

40,05

2790

31,7

58,5

55,9

0,1585

21,4

3000

31,7

43,7

42,5

0,102

11,76

4220

6,35

83,3

82

0,0585

7

3230

15,9

40,4

36,1

0,111

12,63

4220

15,9

53,7

53,2

0,053

6,41

3230

22,2

33,5

35

0,11

12,63

4220

22,2

48,3

51,3

+ 14,9 +7,15 + 14,8 +3,12 +6,15

+7,7 12 +17,4 — 1,03 —8,02 +7,9

+9,76 —4,38 —2,43 + 1,7 +0,67 —3,39 +4,73 + 11,5 +11,4 0

+2,11 +4,8 +7,15 +4,13

+0,11 —0,96 —0,09 +3.18

10,5

3330

1,67

56,3

66,9

10,55

3940

0,63

65

70

9,9

3420

0,93

57

66,9

11

3330

0,51

56

57,8

11,2

3940

2,28

58

61,8

10,3

3420

0,95

54,2

58,7

10,85

3940

1,67

50,7

57,7

10,05

3420

3,37

41

49,7

27

2900

3,37

196,3

194,3

27,3

3050

3,22

202

187,1

26,9

2940

2,1

215

233,4

27,3

2920

4,29

206

228,3

39,7

3970

2,82

262

251

39,5

4010

5,25

253

246,9

43,1

3610

1,63

281

285,9

41,6

4130

1,7

297

299

13,42

ЗОЮ

2,38

73,3

70,9

13,77

3340

5,25

72,5

76,1

13,8

3140

4,14

75,5

85,3

14,7

3330

4,56

78,6

88,4

13,82

3340

2,55

64,2

64,2

13,73

3140

1,56

69,4

70,9

14,39

3330

1,67

73,3

77

20,37

3510

4,45

94,5

101,8

19,7

3500

1,57

99,5

103,8

20,63

3510

3,55

79,3

80,2

19,95

3500

1

840

83,2

20,45

3370

1,06

89,9

89,1

19,74

3280

1,47

85,4

88,2

Эксперименты, проведенные в Высшей технической школе Дармштадта (ГДР)

41

95

3,65

860

60,4

318

0,124

1,01

0,174

42

95

3,68

860

60,3

318

0,105

0,86

0,175

43

95

3,41

860

61,1

318

0,1208

0,99

0,16

44

95

3,85

1420

59,9

318

0,124

1,01

0,184

45

95

3,9

1420

59,7

318

0,105

0,86

0,188

46

95

3,59

1420

60,6

318

0,1208

0,99

0,17

48

95

3,79

1980

60

318

0,105

0,86

0,181

49

95

3,5

1980

60,9

318

0,1208

0,99

0,165

63

216

4,06

2220

339

292

0,138

1

0,08

64

216

4,11

2220

339

292

0,131

1

0,081

65

216

4,04

2220

339

380

0,152

1,07

0,079

66

216

4,11

2220

339

380

0,152

1,07

0,081

69

216

6,05

2220

327

292

0,1

0,79

0,121

70

216

5,98

2220

327

292

0,1

0,79

0,121

71

216

6,59

2220

323

380

0,123

0,8

0,133

72

216

6,3

2220

325

380

0,108

0,8

0,125

83

121

3,65

1050

101,6

269

0,128

1,12

0,132

84

121

3,73

1050

101,2

269

0,115

1

0,136

85

121

3,75

1050

101,2

321

0,133

1,06 1

0,136

86

121

4

1050

100,3

321

0,1255

0,147

96

121

3,76

2310

101,2

269

0,115

1

0,137

97

121

3,71

2310

101,3

321

0,133

1,06

0,136

98

121

3,87

2310

100,6

321

0,1255

1

0,143

89

121

5,61

1050

94,6

269

0,11

0,99

0,215

90

121

5,42

1050

95,3

269

0,11

0,99

0,207

101

121

5,68

2310

94,4

269

0,11

0,99

0,219

102

121

5,49

2310

95

269

0,11

0,99

0,21

„ 103

121

5,63

2310

94,5

321

0,114

1

0,216

? 104

121

5,44

2310

95,3

321

0,117

1

0,207

Трубобетонных стержней дает достаточно точные значе­ния их критических сил.

Дополнительно сравнивались^, теоретические критиче­ские силы с экспериментальными, полученными в «Им­периал колледж» (Англия) [143] и в Высшей техниче­ской школе Дармштадта (ГДР) [134], частично приве­денными в табл. 15. Из этого сравнения следует, что средняя величина отношения теоретических критических сил к экспериментальным, полученным в «Империал кол­ледж», составляет 1,012.

Отсутствие учета повышенной прочности бетонного ядра приводит при обработке результатов эксперимен­тов [143, 134] к превышению (до 35%) эксперименталь­ной силы над теоретической. Это превышение особенно велико для труб малой длины 15) и при малых

Эксцентрицитетах.



.