Статья: Экспериментальный стенд для исследования работы предварительно напряженных балок на подвижную нагрузку

Экспериментальный стенд для исследования работы предварительно напряженных балок на подвижную нагрузку

Чебровский А. А.

Абстракт

В статье рассматривается обоснование экспериментального стенда для исследования работы предварительно напряженных балок на подвижную нагрузку. Приведены материалы и приспособления для проведения экспериментального исследования. Рассматривается принцип и последовательность работы стенда. Обосновывается возможность экспериментального стенда решить задачи исследования, связанные с изучением напряженно-деформированного состояния и сравнением полученных результатов с теоретическими выводами, а также с исследованиями над балками без предварительного напряжения, выполненного другими исследователями.

Ключевые слова: стальные предварительно напряженные конструкции, подвижная нагрузка, испытательный стенд.

Chebrovsky A. A.

PNU, Khabarovsk, Russia

EXPERIMENTAL STAND FOR RESEARCH WORK OF PRESTRESSED BEAMS FOR THE MOVING LOAD

Abstract

Considered the substantiation of the experimental stand for the study of the work of prestressed beams on a moving load. Presented materials and devices for carrying out experimental research. Considered the principle and sequence of work of the stand. Substantiated the possibility of an experimental stand to solve research problems related to the study of a stress-strain state and comparison of the results with theoretical conclusions, as well as with studies on beams without prestressed performed by other researchers.

Keywords: steel prestressed structures, mobile load, experimental stand.

Приборы и приспособления. Испытание всех балок проводится на стенде, приведенном на рисунке 1, смонтированном на силовом полу.

Стенд для предварительного напряжения конструкций представляет собой жесткую конструкцию из 4-х попарно сваренных двутавров 3, расставленных на расстоянии 5-ти метров один от другого. Двутавры 3 закреплены в силовом поле с помощью 8-ми анкерных болтов, состоящих из полос 1, резьбовых шпилек 2, сваренных между собой. К двутаврам 3 такие анкерные болты крепятся с помощью пластин 4, приваренных к двутаврам, и затягиваются гайками 12. На двутавры 3 сверху укладываются 2 экспериментальных образца на расстоянии 1,5 метров друг от друга. Из них один образец предварительно напряженный марки «ПНК», а другой - без предварительного напряжения марки «К». Затем каждый образец фиксируется на двутаврах 3 согласно схеме на рис. 1 с помощью швеллеров 5, анкерных болтов, состоящих из резьбовых шпилек 6 и гаек 11. После фиксации образцов, для уменьшения силы трения образца на каждый из них сверху по всей длине образцов с шагом 10 мм устанавливаются гвозди 10, следом на них согласно схеме на рис. 1 укладывается полоса 9 длиной 4,8 метра с приваренными к ней уголками 7, сваренные между собой по 4-ре. Уголки 7 сварены по 4-е с целью придания контролируемого эксцентриситета е = 0.35мм между осью экспериментального образца и осью колеса тележки. На следующем этапе полоса 8 с приваренным к нему снизу уголком 7 устанавливается сверху на конструкцию из 4-х уголков 7. Затем рельс длиной 4,8 метра, сваренный из двух уголков 7, приваривается к полосе 8.

Материал, необходимый для разработки экспериментального стенда представлен в таблице 1.

Принцип работы. Приложение подвижной нагрузки к исследуемым образцам осуществляется в следующей последовательности: на рельс длиной 4,8 метра, сваренный из двух уголков 7 устанавливается тележка с 4-мя опорными колесами; с помощью подвесного крана и набора полиспастов обеспечивается перемещение тележки вдоль исследуемых балок марок «ПНК» и «К».

За рабочий цикл принят один проход тележки вдоль образца на расстояние 4,8 метра. Тележка загружается гирями с шагом 20кН за каждый цикл. Благодаря конструкции из 4-х сваренных уголков образуется 3 паза, в которые поочередно устанавливается конструкция рельса. Таким образом, такая конструкция рельса позволяет определить численное значение воздействия эксцентриситета на образцы. Контроль деформаций, прогибов и напряжений, возникающих в процессе движения тележки, осуществляется с помощью динамометра ДОР-20 системы Токаря, тензометрами Гугенбергера или Аистова, прогибомерами Максимова, индикаторами часового типа. Расходный материал и дополнительное оборудование, обеспечивающие проведение экспериментального исследования, представлены в таблице 2.

Стадии исследования. Экспериментальному исследованию на стадии работы на подвижную нагрузку подвергаются все предварительно напряженные изгибаемые элементы и конструкции без предварительного напряжения. Для каждой партии балок (таблица 3) методика испытаний соответствует задачам исследования.

На первой стадии экспериментального исследования важно было выявить целесообразность и эффективность предварительного напряжения стальных стержней по новой методике и определить напряженное состояние конструктивных элементов конструкций в период предварительного напряжения без учета каких-либо дополнительных внутренних воздействий.

Таблица 1. Материал экспериментального стенда

Таблица 2. Материалы, приборы и приспособления, обеспечивающие проведение экспериментального исследования

Таблица 3. Маркировка, состав сечения и геометрические характеристики экспериментальных образцов стержней

стенд балка нагрузка

Предварительное напряжение стенки конструкций создается растяжением ее в продольном направлении нагрузкой, равномерно распределенной по поперечному сечению стенки. При изготовлении предварительно напряженной сварной балки ПНК промежуточные ребра жесткости приварены к стенке перед установкой ее на стенд для натяжения. Равномерность передачи нагрузки от натяжного устройства обеспечивается специально изготовленными захватными пластинами и шарнирным соединением их с натяжным устройством. Перед созданием в стенке предварительных растягивающих усилий захватные пластины центрируются относительно продольной оси стенки. Соединение стенки с захватными пластинами осуществляется через присоединенные к стенке опорные ребра жесткости. Соединение стенки с захватными и натяжными устройствами исключает локальность приложения нагрузки и обеспечивает равномерность ее распределения по ширине во всех сечениях.

Заключение

Экспериментальный стенд позволит решить задачи исследования, связанные с изучением напряженно-деформированного состояния, и сравнением экспериментальных и теоретических результатов, а также результатов исследования над балками без предварительного напряжения, выполненного другими исследователями [1-4].

Библиографические ссылки на источники

Апалько А.А. Напряженное состояние стенок сварных подкрановых балок под действием местных статических нагрузок: Автореферат дис. на соискание учен. степени кандидата техн. наук. Москва, 1960. - 20 с.

Беккерман М.И. Экспериментально-теоретическое исследование балок, изготовленных из сварных двутавров с преднапряженной стенкой // Экспериментальные исследования конструкций производственных зданий. Москва, 1984. - С. 30-39.

Кравчук В.А. Стальные стержни, предварительно напряженные без затяжек. Москва, АСВ, 2015. 550 с.

Куницкий Л.П. Расчет предварительно-напряженных неразрезных металлических балок при подвижной нагрузке. // Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура. Новосибирск, 1968. - № 9. - С. 3-11.