ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ КОНСТРУКЦИЙ ЛЕСОВОЗНЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
Бондарев Б.А. (ЛГТУ, г. Липецк, РФ)
В целях выявления сопротивления циклическому воздействию нагрузок были исследованы балки из полиэфирного полимербетона ПН-609-21М, армированного стеклопластиковой арматурой (СПА) диаметром 6 мм. Размеры балок – 400 х 800 х 1000 мм. Растянутая зона балок армировалась двумя стержнями СПА с коэффициентом армирования m = 1,77%. Контролируемое напряжение СПА составляло 413,4; 551,2; 689 Мпа. Перед испытанием многократно приложенной нагрузкой производились испытания кратковременной нагрузкой на испытательной машине УМ-5. Были испытаны 10 балок и получен статистически обоснованный разрушающий изгибающий момент при данном силовом воздействии.
Испытание на воздействие многократно приложенной нагрузкой велись на специально изготовленном стенде, позволяющем производить испытания балок с частотой приложенной нагрузки 150 циклов в минуту и коэффициентом ассиметрии цикла r = 0,3: 0,6; 0,8. Были испытаны 72 балки по 18 штук в каждой серии. Уровень загружения составлял определенный процент от разрушающей нагрузки и снижался от балки к балке при постоянном для данной серии коэффициенте ассиметрии цикла. Все балки доводились до разрушения.
При циклическом загражении во всех опытных балках происходило увеличение деформаций сжатой зоны полимербетона и растянутой арматуры. Неравномерность распределения деформаций на сжатой грана полимербетона при циклическом загружении приводила к отсутствию определенной закономерности изменения коэффициента ybN числа циклов нагрузки и других факторов. в большинстве случаев этот коэффициент находится в пределах 0,8 – 0,85. По мере увеличения числа повторных загружений происходило увеличение ybN , но его величина вплоть до разрушения стеклопластполимербетонного армирования (СПА) не превышала 1,0, что свидетельствует о достаточном сцеплении СПА с полимербетоном, обеспечивающим совместность их работы. Средняя высота сжатой зоны полимербетона и ее высота в сечении с трещиной уменьшалась с увеличением количества циклов приложения нагрузки.
Первые трещины во всех элементах появлялись после 50 – 80 тысяч циклов. В напряженных балках первая трещина появилась после 50 тысяч циклов приложения нагрузки на расстоянии 90 мм от точки приложения правой силы, а вторая – на расстоянии 150 мм от точки приложения левой силы. В дальнейшем трещины появлялись на расстоянии 30 – 40 мм друг от друга. В балках с напрягаемой арматурой (БН-1-1) первая трещина появилась на расстоянии 110 мм от точки приложения правой силы, а вторая – на расстоянии 60 мм от первой.
После образования трещины напряжение в арматуре резко возрастало и дальнейшее их раскрытие происходило в процессе интенсивной работы СПА. Ширина раскрытия трещин на уровне растянутой арматуры зависит от степени контролируемого напряжения арматуры, коэффициентов армирования и ассиметрии цикла приложения нагрузки.
Анализ результатов испытания показывает, что ширина раскрытия трещин уменьшается с ростом степени предварительного напряжения СПА и коэффициента ассиметрии цикла r. Величина acrc для балки с ненапряженной арматурой больше на 13,7%. С увеличением фиксированной величины контролируемого напряжения арматуры ssp и r ширина раскрытия трещин уменьшается на 1 – 20% и при ssp = 0,5 Rgl и r = 0,8 составит 0,17 мм на базе 2 х 106 циклов. Сравнительный анализ ширины раскрытия при статическом и циклическом загружениях показал, что при последнем происходит увеличение ширины раскрытия с 0,15 мм до 0,17 – 0,25 мм. С увеличением коэффициента ассиметрии цикла приложения нагрузки ширина раскрытия трещин изменяется незначительно при ssp = 0,3Rgl, 0,4Rgl. Более интенсивный рост ширины раскрытия трещин наблюдается при ssp = 0,5 Rgl (от 0,20 до 0,17 мм).
Высота развития трещин также зависит от данных факторов. Увеличение степени предварительного напряжения СПА от 0,3 Rgl до 0,5 Rgl с ростом r от 0,3 до 0,8 приводит к уменьшению высоты трещины с 38 до 27 мм. Одновременное увеличение коэффициента армирования балки и степени предварительного напряжения также уменьшает ширину и высоту трещин. Интенсивное трещинообразование ведет к росту деформаций в СПА, относительная высота сжатой зоны полимербетона уменьшается и разрушение элемента происходит по сжатой зоне полимербетона из-за его раздробления. Кинетика процесса разрешения следующая: появляются вертикальные трещины в его растянутой зоне, затем наклонные трещины в зоне приложения сил и, наконец, разрушение наступает вследствие раздробления сжатой зоны полимербетона. Таким образом разрушились 66 элементов, остальные разрушились от разрыва СПА. Для испытаний использовались балки с коэффициентом армирования m = 3,45%.
Анализ результатов испытаний показал, что оптимальным процентом армирования при циклических нагружения стеклопластполимербетонных элементов следует считать 1,77%, при котором предельное состояние элемента наступает от усталости полимербетона сжатой зоны, а не от хрупкого разрыва СПА.
1. Бондарев Б.А., Набоков В.Ф. Влияние циклического загружения на трещиностойкость полимербетона ПН-609-21М и конструкций на его основе. Рук. деп. в ЦНТИ. - № 34-91. – Липецк. – С. 4.
2. Бондарев Б.А. Сопротивляемость полимербетонных строительных элементов, армированных стеклопластиковой арматурой циклическим нагрузкам. Автореферат дисс…. кандидата технических наук. – Воронеж, 1990. – 26 с.