Встатье представлены результаты испытаний моделей балок, усиленных полосой на болтовом соединении.
Ключевые слова: экспериментальное исследование, металлическая балка, модель балки, усиление, усиление полосой, болтовое соединение, нагрузки, прогиб
На сегодняшний день обследования и испытания конструкций зданий являются неотъемлемой задачей, помогающей обеспечить безопасность сооружений при новом строительстве, или усилить конструкции получившие дефекты или повреждения в процессе эксплуатации, соответственно, предотвратить их разрушение.
Испытания натурных объектов динамической нагрузкой трудоемки и дорогостоящи, и как правило не предоставляют возможности решить многие теоретические задачи, связанные со строительством зданий, их реконструкцией или усилением конструкций.
Как показывает практика, испытания на моделях могут заменить натурные испытания и во многих случаях являются более эффективными. Принципиально на моделях можно решать любые задачи, возникающие на практике, при соответствующем техническом и экономическом обеспечении.
Целью испытания является получение информации о действительной работе усиленной балки перекрытия подвального помещения, требующей усиления по результатам обследования.
Было испытано две модели балок. Модели — это образцы из стальных швеллеров. Геометрическая длина образцов составляет 1600 мм (рис.1). Материал швеллеров — сталь класса С245 и марки 10П по ГОСТ 8240–89 [1].
В качестве элементов усиления применялась пластина 45х5 из стали соответствующая по прочности основной балке, длинной 800 мм. Пластина закреплялась к балке 4 болтами М10 [3] (рис.1).
Рис. 1. Схемы образцов для испытания балок
Испытание моделей проводилась на установке для испытания балочных конструкций [2].
Рис. 2. Экспериментальная установка для испытания балочных конструкций
Установка для испытания балочных конструкций состоит из основания 1, жестко установленных на нем опорных стоек 2, нагружающего устройства, которое выполнено с возможностью приложения знакопеременных нагрузок и снабжено реверсным механизмом 3 и источником дискретной нагрузки 4. Реверсный механизм 3 выполнен в виде двух пар вертикальных тяг, которые соединены между собой двумя траверсами 5 и 6 с отверстиями под эти тяги. Одна пара тяг 7 и 8 жестко установлена на основании 1, а другая пара тяг 9 и 10 выполнена с возможностью закрепления на испытываемой балочной конструкции 11 посредством хомутов 12 рамной конструкции. При этом концы балочной конструкции 11 закреплены в опорных стойках 2 посредством элементов 13. Траверсы 5 и 6 установлены горизонтально одна над другой, а на нижней траверсе 6 установлен источник дискретной нагрузки 4, который выполнен в виде гидравлического домкрата. Каждая тяга 7 и 8, 9 и 10 снабжена регулировочными гайками: тяга 7 — гайками 14, 15, и 16, тяга 8 — гайками 17, 18 и 19, тяга 9 — гайками 20 и 21, тяга 10 — гайками 22 и 23. Регулировочные гайки 14–23 предназначены для регулировки свободного хода траверс 5, 6 и тяг 9 и 10 и изменения направления действия нагрузок, прилагаемых к испытываемой балочной конструкции 11, поскольку источник дискретной нагрузки 4 действует всегда в одном направлении. Кроме того, установка снабжена динамометром 24, фиксирующим прикладываемые к балочной конструкции 11 нагрузки [2] (рис. 2).
Испытание балок проводилось в следующем порядке: балка устанавливалась на опорные стойки и закреплялась, после чего гидравлическим домкратом производилось нагружение ступенями по 3Мпа.
Схема нагружения показана на рис. 3. Наблюдения за нагрузками осуществлялись с помощью динамометра. Опытное определение величин прогибов производилось с помощью прогибомера Аистова — Овчинникова с ценой деления большой шкалы 0,01 мм.
Рис. 3. Схема нагружения балок
Результаты испытаний были обработаны и внесены в таблицу 1:
Таблица 1
|
1 образец (без усиления) |
2 образец (с усилением) |
||||||
|
P, MПа |
F,т |
f, мм |
Δf |
P, MПа |
F, т |
f, мм |
Δf |
|
0 |
0 |
37,98 |
0 |
0 |
0 |
38,58 |
0 |
|
3 |
0,1 |
35,49 |
2,49 |
2,5 |
0,1 |
38,53 |
0,05 |
|
5 |
0,2 |
33,57 |
4,41 |
5 |
0,2 |
37,42 |
1,16 |
|
7,5 |
0,5 |
31,65 |
6,33 |
7,5 |
1 |
34,21 |
4,37 |
|
10 |
1,1 |
29,59 |
8,39 |
10 |
2,1 |
30,75 |
7,83 |
|
12,5 |
1,9 |
26,95 |
11,03 |
12,5 |
3,08 |
24,70 |
13,88 |
|
15 |
2,98 |
20,20 |
17,78 |
15 |
4,08 |
21,90 |
16,68 |
|
17,5 |
5,07 |
20,68 |
17,9 |
||||
Рис. 4. Зависимость прогиба от нагрузки
Проведя данные испытания моделей приходит к следующему:
‒ При одинаковых нагрузках прогибы балки с усилением значительно меньше, чем балки без усиления.
‒ Выполненные исследования показали эффективность применения данного вида усиления.
Исходя из результатов испытания делаем вывод что усиление балки металлической полосой на болтах не дает развитие дальнейших прогибов, что в свою очередь влияет на повышение устойчивости здания в целом.
Литература:
- ГОСТ 8240–89 «Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент»
- Установка для испытания балочных конструкций findpatent.ru //URL: http://www.findpatent.ru/patent/226/2262698.html (дата обращения: 05.06.2017).
- СНиП II-23–81* Стальные конструкции (с Изменениями, с Поправкой)
