Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




29.05.2020


28.05.2020


28.05.2020


28.05.2020


28.05.2020


28.05.2020


27.05.2020


25.05.2020


24.05.2020


22.05.2020





Яндекс.Метрика

Контакты | Карта сайта
         » » Экспериментальные исследования балок

Экспериментальные исследования балок

16.07.2014


В России проведены весьма обширные экспериментальные исследования балок, усиленных предварительно напряженными затяжками. Основными задачами экспериментов было:
- исследовать действительную работу предварительно напряженных балок как в процессе предварительного напряжения, так и под нагрузкой и сравнить ее с расчетными данными;
- обследовать различные конструктивные решения балок с точки зрения надежности их работы и удобства изготовления;
- получить опыт производства предварительного напряжения и сопоставить различные способы предварительного напряжения с точки зрения простоты работы, надежности получения заданной величины предварительного напряжения и работы конструкции под нагрузкой. Основные характеристики некоторых испытанных балок приведены в табл. 13.
Экспериментальные исследования балок
Экспериментальные исследования балок

Опытные балки изготовляли из стали марки Ст. 3 пролетами 6 и 12 м, что позволяло приблизить размеры конструкции к реальным и не учитывать масштабный фактор. Затяжки во всех случаях принимались из высокопрочной проволоки трубчатого, сплошного, прямоугольного, одноветвевого и многоветвевого сечений. Затяжки были как прямолинейные, размещенные по всей длине пролета или только в средней его части, так и ломаного очертания.
Натяжение затяжки производилось различными способами: домкратами (балки У6, Т6, Б1-5, М50), на поворотном столе (Л06, Л3, Л6, Л03), оттяжкой болтами (М46) и электронагревом (ЗС1, ЗС2).
Конструкции анкерных креплений затяжек были различными и соответствовали способам натяжения и типам затяжек (рис. 39).
Балки Л06, Л03, Б2, Б4 и Б5 были подвергнуты до испытания высокому отпуску с целью снятия сварочных напряжений. Термическая обработка заметного влияния на работу конструкций не оказала.
В балках У6 и Т6 затяжки трубчатого сечения натягивались гидравлическими домкратами двойного действия и анкеровались колодками с конусной пробкой.
В балках Л06, Л3, Л6 и Л03 затяжки в виде непрерывной петли прямоугольного сечения наматывались на балку при заданном натяжении методом непрерывной навивки на поворотном столе. Балки Б1, Б2, Б3, Б4 и Б5 имели затяжки из шести ветвей, расположенных симметрично по сторонам стенки. Каждая ветвь затяжки состояла из семи проволок диаметром 5 мм, плотно скрученных в отдельных местах вязальной проволокой. Все шесть ветвей затяжки были заделаны в один анкер стаканного типа (конструкции А. П. Коровкина), в котором проволоки отгибались на 180° и заливались высокопрочным бетоном.
Экспериментальные исследования балок

Балка М50 имела затяжку из одного мощного пучка сплошного сечения из 76 проволок диаметром 3,8 мм. Проволоки закреплялись в цилиндрическом стакане с конусной расточкой заливкой его баббитом марки БК. Натяжение затяжек в балках Б1—Б5 к М50 производилось гидравлическим домкратом. Промежуток между анкерным стаканом и торцом (упором) балки заполнялся стальными вилкообразными шайбами.
В балке М46 применялась затяжка из двух петлевидных пучков, расположенных по обе стороны стенки. Пучки изготовлялись непрерывной навивкой вокруг двух неподвижных штырей, закрепленных на стеллажах на заданном расстоянии, и анкеровались на штырях, укрепленных в стенке балки. Затяжки натягивались путем оттяжки их болтами с крюком к нижнему поясу на заданную расчетом величину. Предварительно петлевидные пучки с помощью горизонтальных болтов туго натягивались в горизонтальное положение.
Балки М50 и М46 испытывались в пределах упругой стадии работы и после испытаний поставлены для постоянной эксплуатации на открытую подкрановую эстакаду московского завода «Серп и молот».
Балки ЗС1 и ЗС2 (маркировка автора) имели затяжки из двух стержней диаметром 28 мм, изготовленных из стали 5, упрочненной вытяжкой на 5—5,5%. Натяжение производилось путем электроподогрева затяжки в течение 30—40 мин четырьмя сварочными аппаратами до температуры около 300° С. В образовавшийся между анкером затяжки и упором зазор вставлялась шайба. Эти балки также испытывались в упругой стадии работы и после испытания были поставлены в цех электролиза алюминия для постоянной эксплуатации.
Сечения нижнего пояса балок были различными — из уголка (У6), из трубы (Т6) и из листа. Гибкость стенок опытных балок (К) колебалась в пределах от 130 до 60.
В балках Тб, Л06, Л3, Л6 и Л03 верхние пояса были дополнительно усилены наклонными листами, которые вместе с тем укрепляли и стенки балок, принятые в этих балках весьма тонкими — 6 и 8 мм. Это усиление было произведено после того, как в результате испытания балки У6 выяснилось, что при принятых толщинах верхние пояса и стенки теряют устойчивость в момент перехода балок от упругой к упруго-пластической стадии работы. Усиление верхней зоны балок наклонными листами позволило провести испытания балок и в упруго-пластической стадии работы.
Пять балок серии Б имели повышенную жесткость стенок (K=hст/tст=54/68) и верхних поясов (bп/δп=10/15), что позволило при их испытании наиболее полно изучить все стадии упруго-пластической работы балок под нагрузкой.
Испытаний балок с учетом развития пластических деформаций в стадии предварительного напряжения не производилось.
Методика испытаний всех балок была примерно одинаковой. Балки испытывались на специальных стендах, как правило, в вертикальном положении (рис. 40). Нагрузка во всех случаях создавалась гидравлическими домкратами и контролировалась показаниями маном.
Экспериментальные исследования балок

Почти во всех балках схема загружения принята в виде двух симметрично расположенных сил. Кроме того, некоторые балки серии Б испытывались на одиночную сосредоточенную нагрузку, приложенную несимметрично и в середине полета, с целью более подробного изучения влияния поперечных сил на работу предварительно напряженных балок. Балки ЗС1 и ЗС2 загружались одной сосредоточенной силой по середине пролета.
Первым этапом испытания для всех балок (кроме М50 и М46) было создание в них предварительного напряжения. Балки М50 и М46 испытывали на одну и ту же нагрузку без предварительного напряжения до постановки затяжки, в процессе предварительного напряжения и после его создания. Сопоставление результатов испытаний наглядно показало изменение напряженного состояния и деформативности балок вследствие усиления их предварительно напряженной затяжкой.
Во всех случаях образцы для испытаний материала вырезались из балок и затяжек, и при анализе результатов испытаний балок расчетные данные вычислялись по действительным механическим характеристикам материала.
Результаты испытаний. В процессе предварительного напряжения работа балок соответствует расчетным предположениям.
Обычно принимаемые в конструкциях типы сопряжения затяжки с нижним поясом балок обеспечивают устойчивость нижнего пояса, сжимаемого в процессе предварительного напряжения. В балке Т6, у которой затяжка размещалась в трубе нижнего пояса и не была с ним соединена по длине, устойчивость в процессе предварительного напряжения обеспечивалась достаточной жесткостью самого нижнего пояса.
Экспериментальные исследования балок

В сечениях балки, удаленных от опоры на 1 м и более, нормальные напряжения распределяются, как во внецентренно сжатом стержне, близко совпадая с расчетной эпюрой напряжений (рис. 41, б). В сечениях около опоры (рис. 41, а), где непосредственно была приложена горизонтальная сила натяжения затяжки, распределение нормальных напряжений отклонялось от закона плоских сечений. В области закрепления натяжки, в стенке и нижнем поясе балки создавались значительные местные сжимающие напряжения. Эти местные напряжения особенно проявляются при тонких стенках (6—8 мм) и недостаточном укреплении опорного узла ребрами жесткости (балка Л6, рис. 42).
Экспериментальные исследования балок

В балках с толстыми стенками и надежно укрепленным опорным узлом (балки серии Б) местные напряжения проявляются меньше. Так же незначительно проявляются местные напряжения в балках с нижним поясом из трубы или уголка и с затяжкой, расположенной внутри них (Т6).
При загружении балки поперечными силами нормальные напряжения в средних сечениях балок в упругой стадии работы близко совпадали с расчетными (рис. 43). Следовательно, принятая схема расчета вполне удовлетворительно отражает, действительную работу балок. Влияние на работу балок не учитываемых расчетом факторов, как искажение геометрической схемы при деформации балок, податливость анкеров, трение между балкой и затяжкой (при горизонтальной затяжке), оказывается несущественным.
Экспериментальные исследования балок

При действии внешней нагрузки местные напряжения у опор в месте анкеровки затяжки возрастают. К усилию предварительного напряжения прибавляется усилие самонапряжения, в результате чего растет величина передаваемой затяжкой горизонтальной силы. Возрастает также величина опорной реакции.
В балках У6, Л6 и Л06 с тонкими стенками, когда сечения, балки в середине пролета еще работали в упругой стадии, в опорных узлах наблюдались пластические деформации в результате значительных местных напряжений, развивающихся под воздействием сосредоточенных сил — от затяжки (горизонтальной) и опорной реакции (вертикальной).
В балках с тонкими стенками (hст/δст = 100/130) уже в упругой стадии работы намечались нарастающие искривления стенок по всей длине пролета.
В балках со стенками толщиной 6 мм были заметные на глаз начальные деформации стенок, которые при загружении балок и даже при предварительном напряжении увеличивались.
В результате такой деформативности стенки не полностью работали на нормальные напряжения, в них наблюдалось не-донапряжение, пояса же в результате этого получали некоторое перенапряжение (рис. 44, a). В более жестких стенках (hст/δст = 55/70) этого явления не наблюдалось (рис. 44, б).
Экспериментальные исследования балок

Усилия предварительного напряжения (рис. 45, а) и самонапряжения (рис. 45, б, в) в затяжках всех систем в упругой стадии работы балок также близки к расчетным. Средние отклонения напряжений от расчетных были порядка 6—8%. Максимальные отклонения достигали 20—25%. Отдельные проволоки в затяжках работали достаточно равномерно.
Наиболее равномерное распределение напряжений наблюдалось в затяжках трубчатого сечения. В петлевидных затяжках прямоугольного сечения неравномерность была несколько больше, по-видимому, в результате взаимного смещения проволок на упорах при деформации балок во время нагружения. В затяжках сплошного сечения с большим количеством проволок полностью выявить равномерность распределения напряжений не удалось ввиду того, что проволоки находились внутри пучка.
Напряжения в наружных проволоках затяжек с анкерными стаканами имели максимальные отклонения от расчетных 23%. а в петлевидных затяжках (балка М46) — до 35%.
Прогибы балок на границе упругой области работы почти во всех случаях были больше расчетных (рис. 46). В балках с жесткими стенками это превышение составляло около 10% (Б1, Б3), только у балки Б5 оно достигало 30%. В балках же с тонкими стенками в отдельных испытаниях величины экспериментальных прогибов превышали расчетные на 30—40% (Л06, У6), а в других испытаниях были близки к расчетным. Наиболее значительное расхождение величин опытных и расчетных прогибов наблюдалось при первых загружениях; при последующих загружениях расхождение, как правило, уменьшалось.
Анализ показал, что при определении расчетного прогиба в упругой стадии для балок с тонкой стенкой необходимо учитывать влияние поперечной силы. Расчетом установлено, что это влияние достигает 20%, даже если не учитывать влияние местных напряжений под нагрузкой σу.
Экспериментальные исследования балок

Рассмотрение всех обстоятельств, вызывающих прогибы балок, позволяет отнести имевшее в ряде случаев превышение действительных прогибов над расчетными за счет следующих причин: малой жесткости стенок, которые при загружении балок деформировались из плоскости; значительных местных деформаций, приводящих к текучести в месте закрепления затяжек; наличия в балках сварочных напряжений; податливости затяжек в анкерных устройствах. Это объяснение, очевидно, не является исчерпывающим, но данных для более детального анализа в настоящее время нет. Во всяком случае, факт получения из экспериментов в ряде случаев меньшей, чем по расчету, жесткости балок заслуживает самого внимательного отношения, так как жесткость предварительно напряженных балок часто бывает недостаточной и по расчету. В процессе предварительного напряжения прогибы балок близки к расчетным (рис. 47).
Так как в ряде случаев жесткость балок совпадала с расчетной, можно сделать вывод, что пониженная жесткость объясняется конструктивными недостатками, которые могут быть устранены.
Величина опытной нагрузки, при которой балка переходила из упругой в упруго-пластическую стадию работы, не всегда совпадала с расчетной, соответствующей началу фибровой текучести в месте наибольшего изгибающего момента.
Как уже указывалось, в некоторых балках развитие пластических деформаций начиналось с опорного узла. В этих случаях упруго-пластическая стадия работы балок начиналась раньше, чем нагрузка достигала значения Рф. Однако это местное развитие пластических деформаций и изгиб из плоскости тонких стенок оказывали влияние главным образом на прогибы балок и усилия в затяжке (см. рис. 45), где начинала нарушаться линейная зависимость. Фибровая текучесть в наиболее нагруженном сечении в таких балках начиналась лишь незначительно раньше, чем по расчету (У6, Т6).
Момент появления фибровой текучести определяется величиной предварительного напряжения. Чем больше усилие предварительного напряжения, тем позже появляется фибровая текучесть.
В балках с укороченными затяжками (Л03, Л3) не наблюдалось раннего развития пластических деформаций в месте закрепления затяжки, так как здесь сжимающие напряжения от усилия в затяжке погашались значительными растягивающими напряжениями от нагрузки. Переход в упруго-пластическую стадию работы начинался позже и соответствовал расчетным предположениям. В балках, имеющих достаточно толстые стенки и укрепленный опорный узел, переход в упруго-пластическую стадию работы почти совпадал с достижением нагрузкой расчетного значения Рф. Во всех балках, испытанных до разрушения, текучесть начиналась раньше в нижнем поясе, а затяжка имела избыточные запасы прочности.
Результаты экспериментов показали, что в балках с достаточной жесткостью стенок и полок, закрепленных от потери общей устойчивости, а также с надежным укреплением узла, воспринимающего усилие от затяжки, возможно развитие пластических деформаций вплоть до напряженного состояния, соответствующего появлению шарнира пластичности в сечении (рис. 48). Для ряда балок появление шарнира пластичности не являлось пределом несущей способности, и балки еще могли воспринимать некоторую часть нагрузки. Однако получить в наиболее напряженном сечении балки однозначную сжимающую эпюру напряжений и, следовательно, использовать третий этап работы балок от появления шарнира пластичности до перехода в изменяемую систему ни в одном из испытаний не удалось, хотя напряжения в затяжках не достигали предела текучести. Потеря несущей способности балок, как правило, происходила в результате потери местной устойчивости стенки и сжатой полки в месте приложения вертикальной нагрузки. В балках с тонкими стенками это происходило раньше и иногда начиналось с потери местной устойчивости стенки и нижнего пояса в опорном узле у анкерного крепления затяжек.
Экспериментальные исследования балок

В табл. 14 полученная экспериментальным путем разрушающая нагрузка Pэ сопоставлена с расчетными нагрузками, отвечающими границам трех этапов работы балок: Рф — фибровая текучесть; Рш — шарнир пластичности; Рпр — предельная возможная нагрузка при переходе балки в изменяемую систему (с однозначной эпюрой сжатия сечения балки).
Экспериментальные исследования балок

В пяти балках Т6, Л3, B1, Б2 и Б5 нагрузка достигла величины Рш и даже несколько превысила ее. Величина опытной нагрузки ни для одной из испытанных балок не достигла значения Pпр. Потеря несущей способности в этих балках происходила, как правило, в результате потери местной устойчивости стенкой и верхним поясом под нагрузкой. Лишь в балке Т6 потеря несущей способности началась с потери устойчивости стенкой в опорной панели.
Очевидно, при более жестких элементах сечения можно довести нагрузку в предварительно напряженных балках и до величины Pпр. Нужно иметь в виду, что большинство балок имело очень невыгодную для их работы схему загружения двумя симметрично расположенными грузами, вызывающими на значительной части длины балки чистый изгиб и существенные местные напряжения поперечного сжатия (только балка Б5 испытывалась на сосредоточенную нагрузку по середине пролета, а балки Б3 и Б4 — на сосредоточенную нагрузку в одной трети пролета). При загружении балок равномерно распределенной нагрузкой их несущая способность, по-видимому, могла быть больше.
В двух балках — Л03 и Б1 — в момент потери несущей способности разорвались затяжки. В обоих случаях это произошло из-за допущенных конструктивных недостатков. В балке ЛОЗ анкерный упор для затяжки, выполненной методом непрерывной навивки, имел слишком маленький радиус закругления (отношение диаметра закругления упора к диаметру проволоки D/d = 65/5 = 13, что дважды приводило к обрыву проволоки на упоре. Сказалась, очевидно, к недостаточно тщательная обработка поверхности закругления упора. В балке Л3 на точно такой же упор был наложен гладкий лист, что выровняло поверхность и сделало закругление более плавным. В результате затяжка в балке Л3 не разорвалась.
Также не разорвались затяжки аналогичной конструкции у балок Л06 и Л6, у которых диаметр закругления упора для затяжки был в 24 раза больше диаметра проволоки.
В балке Б1 затяжка пропускалась в отверстия, вырезанные в ребрах жесткости. При значительных прогибах балок проволоки затяжки упирались в острые кромки ребер жесткости и перерезались ими.
Балка У6 преждевременно потеряла несущую способность из-за большой гибкости стенки hст/δст=800/8=100.
В недостаточно укрепленном сечении под сосредоточенным грузом стенка и верхний пояс потеряли устойчивость при сравнительно незначительном развитии в них пластических деформаций.
В балках Б3 и Б4 стенка толщиной 8 мм также была недостаточно укреплена под грузом в сечении, где одновременно действуют максимальный момент и поперечная сила. При действии сосредоточенной силы 60—65 т стенка в этом сечении потеряла устойчивость, что послужило причиной потери несущей способности балок.
Балки Л06 и Л6 имели наиболее слабый опорный узел. В результате под действием горизонтального усилия от затяжки и вертикальной опорной реакции разрушение началось с опорного узла: стенка и нижний пояс потеряли устойчивость.
Анализ причин преждевременной потери несущей способности балок позволяет установить, что причинами являются устранимые конструктивные недостатки рассматриваемых балок. В балках, где эти недостатки отсутствовали или проявлялись в меньшей степени, несущая способность превышала предельный момент, соответствующий проявлению шарнира пластичности.
Отсюда можно сделать вывод, что при надлежащем конструктивном оформлении балок за расчетное предельное состояние по прочности можно принимать предельное равновесие внутренних сил в сечении — шарнир пластичности.
Разгрузка балок, достигших упруго-пластической стадии работы, дает остаточные деформации, величина которых зависит от степени развития пластических деформаций. При повторном загружении балка работает упруго до первоначальной нагрузки — упругие свойства балки повышаются. Петли гистерезиса были небольшими и быстро затухали (рис. 49).
Экспериментальные исследования балок

Прогиб балки в упруго-пластической стадии их работы сдерживаемые упругой работой затяжки, нарастают не так быстро, как в обычных балках.
Диаграммы работы затяжки и прогибов балки имеют одинаковый характер. В упруго-пластической стадии работы с интенсивным нарастанием прогибов столь же интенсивно увеличивается и усилие в затяжке (рис. 50).
Экспериментальные исследования балок

Если в обычных балках в упруго-пластической стадии работы прогибы увеличиваются по сравнению с упругой стадией на 40-60%, то в предварительно напряженных балках — на 20-30%.
При наличии чистого изгиба на большом участке длины балки прогибы в упруго-пластической стадии работы резко увеличиваются. Очевидно, в этом случае предельное состояние балок будет лимитироваться прогибами, и расчет балок следует вести по фибровой текучести. В упругой стадии прогибы не зависят от величины усилия предварительного напряжения. В упруго-пластической стадии прогибы существенно зависят от этой силы.
При усилии предварительного напряжения в балке Б2 на 30% меньшем, чем в балке Б1, разница прогибов в предельном состоянии достигала 67%. Методика расчетного определения прогибов балок в момент появления шарнира пластичности разработана с учетом результатов испытаний балок серии Б.
Отношение расчетных прогибов к экспериментальным в момент появления шарнира пластичности у балок Б1 и Б2 оказалось соответственно равным 0,93; 0,89 и 0,79, т.е. во всех случаях фактические прогибы оказались больше расчетных при относительно хорошем совпадении, учитывая сложность работы балок в упруго-пластической стадии.
Результаты экспериментов дали интересный и полезный материал по опенке конструктивных особенностей предварительно напряженных балок.
Прямолинейные затяжки проще и дешевле ломаных (Б3, Б4). Выявить преимущества ломаных затяжек в отношении восприятия поперечной силы у опоры не удалось, так как в этих балках потеря устойчивости стенки происходила непосредственно под грузом в пролете. Натяжение ломаных затяжек надо производить последовательно или одновременно с двух сторон. При натяжении с одной стороны из-за сил трения на перегибах разница усилий по концам затяжек доходила до 30%. В прямолинейных затяжках сила трения у ребер жесткости и диафрагм практически не меняла величину усилия по длине как в процессe предварительного напряжения, так и_при работе балок.
Преимуществом ломаных затяжек является перенос их анкерского закрепления в верхнюю часть опорного рассредоточивает горизонтальное усилие от затяжки и вертикальное от опорной реакции. Ho с этой точки зрения целесообразнее размещать затяжку не на полной длине пролета балки. Балки с укороченными затяжками работали вполне удовлетворительно.
Доведение горизонтальной затяжки до опоры не только усложняет работу опорного узла и приводит к перенапряжению нижнего пояса у опоры, но и связано с лишне затратой материала на затяжку.
Прикрепление затяжек к балке по длине через некоторые интервалы для восприятия сил сдвига не имеет смысла, так как это приводит к неравномерному распределению напряжений по длине затяжки, но практически не влияет на напряженное состояние и прогибы балки.
Поверхности соприкосновения затяжек с балками должны быть гладкими во избежание подрезов или повреждений проволок затяжки.
В петлевидных затяжках особенно тщательно должны быть проверены пластические свойства проволоки. Затяжки всех систем и сечений (трубчатые, сплошные, прямоугольные, петлевидные, прямые) работали удовлетворительно. Наиболее четко работают трубчатые затяжки.
Анкеры затяжек всех исследованных в экспериментах систем работали удовлетворительно. В стаканных анкерах, залитых бетоном (балки серии Б), имелось два случая разрушения бетона при предварительных испытаниях. Анализ показал неудовлетворительное качество бетона. Вторичная заливка с тщательным контролем качества бетона обеспечивала надежную работу анкеров. Усилие в затяжке после закладки шайб падает. Это затрудняет контроль усилия по манометру домкрата. Более надежен в этом случае контроль по прогибу балки, но этот способ сложнее.
Более жесткое закрепление анкеров стаканного типа, например с помощью муфт с резьбой, значительно улучшило бы конструкцию анкерного крепления.
При закреплении анкеров затяжек вблизи опорного узла необходимо конструировать опорный узел жестким, способным воспринимать и равномерно передавать на сечение балки две больших сосредоточенных силы.
Усиление стенки опорного узла косой вставкой большей толщины (Л06, Л6, рис. 39) не дало положительного результата. Надежной показала себя конструкция опорного узла балок Б1, Б2 и Б5. Хорошую основу для усиления опорного узла дает нижний пояс из профильного металла (У6, Т6). При предварительном напряжении и под нагрузкой такой нижний пояс также работает вполне надежно.
При больших гибкостях стенки балок (hст/δст = 80/100) и полок (bп/δп = 18/20) учет развития пластических деформаций может иметь смысл лишь при надежном закреплении стенок (полок) от потери устойчивости. При гибкости стенки более 100 учет развития пластических деформаций, по-видимому, нежелателен.
Предварительную вытяжку затяжек (если это возможно) целесообразно производить непосредственно на балках; это может снять нежелательные внутренние напряжения в балке и является дополнительной проверкой надежности узлов конструкции и работы натяжного приспособления.
Испытания моделей балок из алюминиевого сплава АМг6 провел асп. А.М. Петров под руководством авторов. Были испытаны четыре сварные балки пролетом 2 м. Затяжка из высокопрочной стали периодического профиля размешалась по всей длине балки на уровне нижнего пояса (рис. 51) и закреплялась в торцах балки гайками. Одна из балок в качестве эталона была изготовлена без предварительного напряжения (О-I), две подвергались предварительному напряжению в пределах упругой стадии работы материала (Н-1; H-2) и в одной в процессе предварительного напряжения на части высоты сечения вызывались пластические деформации (Н-3).
Экспериментальные исследования балок

Все балки испытывались до потери несущей способности, В основу расчета упруго-пластической стадии работы балок положена идеализированная диаграмма работы материала с линейным упрочнением после достижения предела текучести. Механические характеристики материалу балки: предел текучести σт = 17,9 кг/мм2, модуль упругости Е=719000 кг/см2, модуль упруго-пластической деформации Еу-пл=0,1 Еупр.
Испытания и расчет показали, что величина предварительного напряжения затяжки для алюминиевых балок больше, чем для стальных. Из-за большего модуля упругости затяжка при загружении балки получает усилие самонапряжения в 3 раза большее, чем в стальных балках. Поэтому еще более необходимым, чем для стальных балок, является усиление опорного узла балки в месте закрепления затяжки.
Экспериментальные исследования балок

Предварительное напряжение существенно повышает жесткость алюминиевых балок и снижает конечные прогибы примерно на 40% (рис. 52). Из-за значительной силы самонапряжения сжимающие усилия в нижнем поясе балки растут на большем протяжении длины балки, чем у стальных балок (рис. 53).
В балках с большим усилием предварительного напряжения предельные сжимающие напряжения в нижнем поясе у опоры появлялись раньше. чем в сечении с максимальным изгибающим моментом (рис. 53). Вследствие этого в алюминиевых балках особенно целесообразны укороченные затяжки.
Экспериментальные исследования балок

Фактическая предельная нагрузка для балки с предварительным напряжением в упругой стадии работы была несколько больше расчетной, полученной исходя из предельного равновесия сечения. Следовательно, в алюминиевых балках учет упруго-пластической стадии работы возможен.
Развитие пластических деформаций в стадии предварительного напряжения с упругой работой под нагрузкой в алюминиевых балках также возможно. Предельная нагрузка при этом несколько меньше (примерно на 12%), но зато существенно меньше будет и прогиб (примерно на 80%), что для алюминиевых балок может иметь решающее значение.
В этом случае учет развития пластических деформаций под нагрузкой нецелесообразен, так как за пределами упругой стадии скорость развития деформаций резко возрастает.
В целом работа алюминиевых балок как в упругой, так и в упруго-пластической стадиях отвечала расчетным предположениям.
В НИИ мостов испытывалась на выносливость балка пролетного строения моста пролетом 15 м, усиленная предварительно напряженным одностоечным шпренгелем. Пролетное строение имело две сварные двутавровые балки из низколегированной стали высотой 1 м.
Под каждой балкой были поставлены затяжки шпренгеля из двух канатов диаметром 45 мм с разрывным усилием в канате 45 т и модулем упругости 1,4*10в6 кг/см2.
Испытание проводилось с помощью вибромашины с разрушающей силой 25 т. Режим испытания был тяжелым. После 300 тыс. циклов начали рваться отдельные проволоки канатов. Балка выдержала запланированные 500 тыс. циклов, что позволило сделать вывод о надежности конструкции и возможности использования ее в мостах.