Прямые трубобетонные балки с асимметричным предварительно напряженным бетонным ядром для пролетных строений малых мостов

народном научном сообществе. Конструктивный подход имеет практический выход для кинематического исследования и проектирования плоских рычажных механизмов [9; 10].

Выводы

Классическое определение групп Ассура является противоречивым и неполным, а значит не удовлетворяет критериям научного метода.

Классическое определение групп Ассура, не отвечающее критериям научного метода, препятствует развитию теории и практике проектирования рычажных механизмов.

Требуется выработка нового определения групп Ассура, являющегося непротиворечивым и полным. Такое определение можно выработать на основе изучения структурных свойств групп Ассура.

Список литературы

1 Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин. М. : Наука, 1975. 640 с.

2 Теория механизмов и механика машин : учеб. для втузов /К. В. Фролов, С. А. Попов, А. К. Мусатов и др. ; под. ред. К. В. Фролова. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Высшая школа, 1998. 496 с.

3 Курс теории механизмов и машин : учеб. для вузов / Левитский О. Н, Левитская Н. И. М. : Высшая школа, 1978. 269 с.

4 Пейсах Э. Е. Каталог восьмизвенных плоских групп Ассура. Теория механизмов и машин. 2007. № 2(10). С.15-27.

5 Курс теоретической механики. Ч. 1. Статика : Учеб. для втузов /Яблонский А. А., Никифорова В. М. 5-е изд., испр. М. : Высшая школа, 1977. 368 с.

6 Молдабеков М. М., Кулешов А. К., Уалиев Г. У. Математическое моделирование динамики механизмов и машин. Алматы : Казахский университет, 1998. 204 с.

7 Krokhmal N. Structural synthesis of kinematic chains of lever mechanisms // Proceedings of 13th National Conference on Mechanisms and Machines (NaCoMM07),IISc, Bangalore, India, December 12-13, 2007. P.149-155. http://nacomm07.ammindia. org/Contents/papers/NaCoMM-2007-033.pdf

8 Krokhmal N., Krokhmal O. Structural synthesis of kinematic chains of lever mechanisms // Proceedings of 13th World Congress of IFToMM 2011 Mexico, June 19-23, 2011. - A11-376. ISBN978-607-441-131-7. URL: http://somim.org.mx/conference_ proceedings/index.html

9 Крохмаль Н. Н. Кинематический анализ групп Ассура в связи с их структурными свойствами //Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2003. №1(18). С.1-6. URL: http://csc.ac.ru/news/

10 Крохмаль Н. Н., Крохмаль О. Н. Метод оптимизационного кинематического синтеза плоских рычажных механизмов на примере восьмизвенного механизма. Вестник ЮУрГУ. Серия машиностроение. Вып. 17. № 11(228). 2011.

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 11

УДК 612.19

О.Ю. Моисеев, ООО «Мостпроект», Курган Д.Н. Парышев, ЗАО «Курганстальмост» г. Курган

И.Г. Овчинников, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В.В. Харин, Курганский институт железнодорожного транспорта

И.И. Овчинников, Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), Сочинский филиал

прямые ТРУБОБЕТОнныЕ

балки с асимметричным предварительно напряженным бетонным ядром для пролетных строений малых мостов

Аннотация. В статье рассматривается возможность использования в пролетных строениях малых мостов балочной конструкции тру-бобетона с асимметричным предварительно напряженным бетонным ядром. С целью снижения стоимости прямой трубобетонной балки предлагается в качестве металлической трубчатой оболочки использовать старогодные нефтегазовые трубы. Применение частичного предварительного напряжения бетонного ядра позволяет управлять напряженным состоянием прямой трубобетонной балки.

Ключевые слова: малые мосты, пролетные строения, трубобетон, армирующие элементы, бетонное ядро, внецентренное сжатие, металлическая оболочка.

0.Yu. Moiseev, Open JSC «Mostproekt», Kurgan D.N. Paryshev, CJSC «Kurganstalmost», Kurgan

1.G. Ovchinnikov, Perm National Research Polytechnic University, Perm

V.V. Kharin, Kurgan Institute of Railway Transport, Kurgan

I.G. Ovchinnikov, Moscow Automobile and Road ConstructionState Technical University (MADI), Sochi branch

STRAIGHT TUBE CONFINE CONCRETE BEAMS WITH ASYMMETRIC pRESTRESSED CONCRETE CORE FOR

superstructures OF SMALL

BRIDGES

Annotation. The article considers the possibility of useof tube confine concrete beam construction with asymmetrical previously strained concrete corein the superstructures of small bridges. For

39

reducing the cost of tube confine concrete beams is proposed to use reclaimed oil and gas pipes as a metallic tubular envelopment. The use of partial prestressingof theconcretecore allows controlling the stress condition of straight tube confine concrete beams.

Keywords: small bridges, superstructures, tube confine concrete, reinforcing element, concrete core, eccentrical compression, metal envelopment.

На федеральной сети автомобильных дорог общего пользования РФ расположено 41,8 тыс. мостовых сооружений. Большинство таких сооружений относятся к категории малых и средних мостов, построенных 1960-1970-х годах по действующим в то время нормам проектирования. В настоящее время в качестве проектных используются большие нагрузки А14 и Н14. Но на дорогах общего пользования все еще эксплуатируются мосты, построенные по более старым нормам.

В последнее время происходит прогрессирующее ухудшение состояния мостов на дорогах общего пользования. Так, анализ материалов обследования малых и средних мостов показывает, что целый ряд повреждений носит массовый характер: неисправность гидроизоляции и деформационных швов, размыв опор и устоев, выход из строя опорных частей и т.д. Но наиболее важным, с точки зрения эксплуатационных свойств, является состояние пролетных строений.

В настоящее время возрастает потребность в сооружении надежных и недорогих малых автодорожных мостов. В первую очередь это связанно с тем, что для развития экономики по всей стране должно развернуться массовое строительство автомобильных дорог, что потребует возведения большого количества малых мостов.

Наиболее простые и экономичные мостовые сооружения - малые мосты балочной системы, где главными элементами являются опоры и пролетные строения. При этом пролетные строения, как правило, самые сложные и дорогие элементы в малых мостах, которые в значительной мере определяют общую стоимость мостового сооружения.

Предлагаемая авторами перспективная и экономически выгодная трубобетонная балка с применением старогодных труб, которая может эффективно работать в пролетных строениях малых мостов, представлена на рисунке 1.

Конструкции с использованием трубобетон-ных элементов начали широко применяться в промышленности и в гражданском строительстве более 70-ти лет назад Трубобетон представляет собой бетон, заключенный в металлическую трубу. Но, как показывает мировой опыт использования прямых трубобетонных балок (у которых отсутствует кривизна их осей) всегда ограничиваются конструкциями, где балки применяются или в качестве колонн, или в качестве опор. При этом обе спечивается осесим м етрич н ое или вне-40

центренное нагружение сжатием трубобетонной конструкции, у которой бетонное ядро работает в условиях объемного сжатия.

3 1

г~ г

\ \ ))

/ /

\ \ /

Рисунок 1 - Прямая трубобетонная балка с асимметрично предварительно напряженным бетонным ядром; 1 - бетон (не армированная часть бетонного ядра); 2 - предварительно напряженный железобетон (армированная часть бетонного ядра); 3 - старогодная нефтегазовая труба

Обычные прямые трубобетонные балки в пролетных строениях мостов использовать практически невозможно в силу того, что в нижней части балки бетонное ядро работает на растяжение и уже при деформации 0,003 в нем образуются трещины. По этой причине в обычных изгибаемых трубобетонных балках бетонное ядро малоэффективно, а грузоподъемность такой трубобетонной балки может оказаться не намного больше грузоподъемности пустотелой металлической трубчатой балки. На практике трубобетонные конструкции в пролетных строениях мостов всегда используются в виде арок, у которых бетонное ядро работает в условиях объемного сжатия. Однако любые арочные конструкции сложны и затратны в изготовлении и транспортировке их к месту строительства моста, и уже только по этим показателям существенно проигрывают прямым балкам.

Для реализации потенциальных грузоподъёмных свойств прямой трубобетонной балки необходимо создать в её сечении неравномерное распределение предварительных сжимающих напряжений. При этом максимальные сжимающие напряжения в бетонном ядре должны быть в наиболее растянутых от внешней нагрузки частях ядра (т.е. в её нижней части, наиболее удаленной от оси), для чего напрягаемую арматуру располагают асимметрично (эксцентрично) как показано на рисунке 1.

От действия растягивающих усилий от армирующих элементов в сечении трубобетонной балки возникает внецентренное сжатие. Кроме сжимающего усилия в сечении трубобетонной балки также возникает и изгибающий момент, обратный по знаку моменту от внешней нагрузки. В процессе изготовления такая трубобетонная балка получает выгиб, обратный прогибу от внешней нагрузки (по сути дела это строительный подъем). Следовательно, предварительно напряженная арматура в трубобетонной балке создает наибольшие сжимающие напряжения в нижней части бет о н н о г_о я д р а , п р е п я т с_т в уя в дальнейш е м п о -

Вестник КГУ, 2016. № 3

явлению в нем трещин от действия внешних нагрузок. А при нагрузках, близких кразрушающим, когда в растянутой зоне бетонного ядра начитается трещинообразование, арматура будет воспринимать растягивающие усилия аналогично арматуре в железобетонных элементах.

На рисунке 2 представлены возможные схемы натяжения армирующих элементов в трубобе-тонной балке. Очевидно, что для облегчения заполнения полости трубы бетоном, эти элементы надо располагать или под углом, или вертикально, причем вполне можно применять и самоуплотняющийся бетон.

а б

Рисунок 2 - Способы реализации асимметричного предварительного напряжения в прямых трубо-бетонных балках: а) с передачей усилия на упоры 3; б) с передачей усилия на бетон ядра 2; 1 - старогодная нефтегазовая труба; 2 - бетонное ядро; 3 - торцевой упор; 4 - армирующие элементы (только арматура для б, стальной трос или арматура для

а)

Напряженное состояние трубобетонной конструкции можно регулировать в широких пределах, создавая искусственные поля напряжений, благоприятные для работы несущей балки (управляя усилиями натяжения в армируюших элементах при создании предварительного напряжения). Важно отметить, что повышение грузоподъёмности рассматриваемой прямой трубобетонной балки достигается не технологическими, а конструктивными мероприятиями. Это существенно снижает стоимость изготовления (в т.ч. путем использования старогодных нефтегазовых труб) и значительно расширяет эксплуатационные свойства балки. Так в схеме по рисунке 2а можно вместо стальной арматуры применять стальные тросы, отделив их от бетонного ядра полимерными чехлами. При этом возникает возможность управления не только статическими, но и динамическими напряжениями в трубобетонной балке при её использовании в пролетном строении малого моста. В таком случае можно говорить о классе малых мостов, адаптируемых к эксплуатационным нагрузкам.

В настоящее время практически отсутствуют методы расчета прямых трубобетонных балок для пролетных строений малых мостов. Расчетные методы должны учитывать особенности конструкции предлагаемых балок, в первую очередь рассматривать их как выполненные из композиционных материалов на неметаллической матрице, у которых поля напряжений в общем случае нелинейные и нестационарные. Кроме того, следует рассмотреть все физически реализуемые варианты совместной работы металлической трубчатой оболочк и , бет о н н о г_о ядра ( м а_т р и ц ы) и арм и р ую -

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 11

щих элементов (стальной арматуры или стальных тросов), что позволит раскрыть потенциальные эксплуатационные свойства предлагаемой трубо-бетонной балки как элемента пролетного строения малых мостов.

Следует иметь в виду, что при поставке прямых трубобетонных балок на строительную площадку их необходимо четко маркировать, чтобы не перепутать ориентацию балок с частично предварительно напряженным ядром при установке в проектное положение.

Дополнительно, как конструктивный вариант, можно рассматривать повышение несущей способности трубобетонных балок на изгиб путем установки горизонтальной тонкостенной металлической (или фибропластиковой) перегородки и заполнения верхней части полости металлической трубчатой балки обычным бетоном, а нижней части - фибробетоном, что позволит более эффективно использовать возможности каждого материала.

Список литературы

1 Овчинников И. И., Овчинников И. Г., Чесноков Г. В. и др. О проблеме расчета трубобетонных конструкций с оболочкой из разных материалов. Ч. 2. Расчет трубобетонных конструкций с металлической оболочкой // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». Т. 7. №4 (2015).

2 Кришан А. Л., Трубобетонные колонны с предварительно обжатым ядром : монография. Ростов н/Д. : Рост. гос. строит. ун-т, 2011. 372 с.

3 Маренин В. Ф. Исследование прочности стальных труб, заполненных бетоном, при осевом сжатии : дисс. канд. техн. наук. М., 1959. 231 с.

4 Долженко А. А. Трубчатая арматура в железобетоне : дисс. д-ра техн. наук. М., 1963. 413 с.

5 Яровой И. С. Исследование напряженно-деформированного состояния гибких внецентренно сжатых трубо-бетонных элементов при кратковременном и длительном действии нагрузки : дис. канд. техн. наук. Кривой Рог, 1974. 195 с.

6 Дуванова И. А., Сальманов И. Д. Трубобетонные колонны в строительстве высотных зданий и сооружений // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014. №6 (21). С. 89-103.

7 Стороженко Л. И., Семко А. В. Сравнение методик расчета трубобетонных конструкций // Коммунальное хозяйство городов : научно-технический сборник. 2005. №63. С. 59-67.

629.11.01:62-23:534.1 Б.М. Тверсков

Курганский государственный университет

карданные шарниры

Аннотация. В работе представлены характеристики карданных шарниров неравных угловых скоростей и рассмотрена возможность замены шарниров равных угловых скоростей в приводе к управляемым колесам.

Ключевые слова: шарниры, привод, угловые скорости, колебания,крестовина.

41