Влияние оболочки на прочность бетона «шейки» в зависимости от размера недохода оболочки до скалы.
Опыт работ на реках Янцзы и Миньцзян показал, что в большинстве случаев не удавалось обеспечить плотное сопряжение оболочек со скалой. Из-за местных неровностей поверхности скалы, наличия валунов и других причин оболочки не доходили до скалы в среднем на 0,5—0,6 м.
Рис. 66. Схема испытуемого столба диаметром 1,1 м:
1, 2, 3, 4 — номера мессур
Была поставлена задача выяснить экспериментальными исследованиями влияние оболочки на прочность бетона ядра в месте недохода оболочки до скалы (в «шейке» столба) при различных размерах этого недохода (высоте «шейки»). Были проведены испытания столбов диаметром 1,1 и 1,55 м на построенных опорах. «Шейки» в столбах создавались искусственно путем удаления оболочки на части столба. Поверх оболочки с обеих сторон «шейки» устанавливали металлические хомуты, которые создавали примерно такое же обжатие, как и металлический наконечник оболочки у натуральной «шейки» столба.
Кроме того, были испытаны специально изготовленные образцы диаметром 0,55 м.
Столб диаметром 1,1 м (рис. 66) на опытномонтажной опоре испытывали вертикальной нагрузкой до 2 000 т. Последовательно были произведены четыре загружения столба при высоте «шейки»: 11; 22; 55 и 47 см, что соответственно составляло 0,12; 0,25; 0,6 и 0,84 от диаметра «шейки» (в первых трех случаях диаметр шейки равнялся 90 см, а в последнем—56 см). На рис. 67 приведен график последнего испытания.
При сопоставлении размеров деформаций при нагрузке в 2 000 т обращают на себя внимание слишком малые величины (около 0,02%) поперечных деформаций «шейки» при значительных продольных деформациях, составляющих 0,5%. Иначе говоря, соотношения размеров поперечных к продольным деформациям (коэффициент поперечного расширения) являлись при данных испытаниях необычно малыми. Очевидно, при небольшой высоте «шейки» оболочка столба, выполняя роль обоймы, сдерживала образование в бетоне заполнения продольных микротрещин и этим повышала его прочность.
Как следует из полученных результатов, испытательная нагрузка в 2 000 т (в первых трех случаях) не была предельной, а деформации не находились в зоне разрушения. При последнем испытании нагрузка в 1000 т также не была предельной. По производственным условиям к этому времени дальнейшее загружение не допускалось, так как с промежуточной опоры был снят вес пролетного строения. Однако при этой нагрузке напряжение в бетоне «шейки» составляло 408 кг /см2 в возрасте батона 315 суток. Разрушающие напряжения вырубленных из бетона ядра кубиков 20 X 20 X 20 см при испытании в возрасте 414 суток составили 417 кг/см2, а призм 20 X 20 X 60 см — 364 кг/см2.
Прочность бетона «шейки», следовательно, оказалась выше призменной и даже кубиковой прочности, если учесть разницу в возрасте бетона. При максимальном напряжении (408 кг/см2) в «шейке» не наблюдалось видимых трещин, но поперечная деформация была значительной (0,05%).
Столб диаметром 1,55 м на речной опоре № 3 испытывали вертикальной нагрузкой до разрушения «шейки».
«Шейка» высотой 0,6 м и диаметром 1,35 м была сделана в верхней части столба под самым ростверком. Бетон ядра марки 250 в этом месте столба был уложен обычным способом — «насухо». Возраст его при испытании составлял 30 суток.
На рис. 68 представлен график зависимости продольных и поперечных деформаций «шейки» от нагрузок. На графике видно, что при нагрузке 3 600 т наступило заметное увеличение деформаций. Разрушение произошло при нагрузке 4 275 т, что соответствует разрушающему напряжению в бетоне 298 кг /см2.
Образцы диаметром 0,55 м с «шейкой» были испытаны до разрушения (рис. 69) на специальном стенде, имеющем шарнирные устройства для обеспечения центрального приложения нагрузки.
Образцы были изготовлены из центрифугированных труб диаметром 0,55 м путем бетонирования их полости. «Шейку» создавали удалением стенки трубы на части ее длины. Диаметр «шейки» составлял около 38 см; высота была различной: 11; 18; 27 и 55 см, что соответствовало 0,29; 0,48; 0,72 и 1,45 размера диаметра «шейки».
Для каждой высоты «шейки» были испытаны два образца (всего 8 шт.). Кроме того, были испытаны два цельных образца (без «шейки»).
Все образцы бетонировались одновременно одним и тем же бетоном с водо-цементным отношением 0,68 и осадкой конуса 4— 6 см.
Испытание половины образцов (первой партии) было произведено в возрасте 53—56 суток, а испытание образцов второй партии — в возрасте 93—96 суток. Контрольные кубики 20X20X20 см в количестве 16 шт., раздавленные одновременно с испытанием образцов первой партии, показали среднюю прочность 291 кг/см2.
В табл. 8 приведены основные характеристики образцов и полученные результаты испытаний. На рис. 70 приведен обобщающий график значений разрушающих напряжений при различной высоте «шейки». На этом же графике показано значение коэффициента Кш, устанавливающего соотношение разрушающих напряжений «шейки» различной высоты и кубиковой прочности.
Рис. 69. Разрушение «шейки» столба диаметром 0,55 м при испытании на стенде
Таблица 8
* Разрушающее усилие составило 778,7 т.
Из приведенного графика следует, что на прочность «шейки» оказывает значительное влияние высота «шейки». Так, изменение высоты «шейки» от 1,5 до 0,3 d (где d — диаметр «шейки») дает увеличение прочности в пределах 45%, причем при «шейке» высотой 0,7 d прочность бетона соответствует кубиковой прочности.