Как это сделано, как это работает, как это устроено

Самое познавательное сообщество Живого Журнала


Previous Entry Share Next Entry
Лаборатория строительных материалов
Main
mechanismone wrote in kak_eto_sdelano


Различные факультеты университета Хьюстона имеют свои собственные лаборатории, кафедра промышленного и гражданского строительства - не исключение. Лаборатория строительных материалов университета занимается исследованием и созданием как новых материалов, так и созданием новых дизайнов строительных конструкций.

Сегодня я расскажу об испытании железобетонных мостовых пролетов, пролетов созданных по новым технологиям без использования горячекатаной арматуры общего усиления, а так же испытании железобетонных панелей для моделирования поведения оснований морских нефтяных платформ.

1. Строительные конструкции, в своем подавляющем большинстве, проходят испытания статической нагрузкой. Такая нагрузка вызывает деформацию материалов с последующим разрушением конструкции, которая и интересует инженеров. В лаборатории проходят исследования как самих материалов, так и конструкций в масштабе 1:1.
Лаборатория имеет несколько ангаров в которых находится все оборудование и проходят научно-исследовательские работы. В первом здании расположены две тестовые машины – гидравлический пресс вертикальной нагрузки и универсальный пресс для испытания панелей.


2. Гидравлический пресс вертикальной нагрузки представляет собой стальную ферму в основании которой находятся две стальных балки, закрепленных на усиленном железо-бетонном фундаменте. На балках монтируется П-образная ферма, на которой закреплен гидравлический пресс. Всего на ферме может быть смонтировано до четырех прессов, а максимальная общая нагрузка прессов составляет 450 тонн.


3. В течении испытаний пролеты мостов тестируются в рабочей схеме, т.е. пролеты закрепляются так, как они будут закреплены на опорах моста. Вместо опор используются специальные динамометрические датчики. Таким образом инженеры могут получить данные о распределении нагрузки между опорами при нагрузке одной стороны пролета.


4. Задача данной научной работы заключалась в создании более дешевых мостовых пролетов за счет сокращения используемой стальной арматуры высокой прочности. Был разработан новый состав бетонной смеси прочностью 110 N/mm2. Благодаря использованию более прочного бетона инженеры и хотели сократить объем стали при изготовлении пролетов, что значительно бы снизило их себестоимость.


5. В течении научной работы был испытан 21 пролет моста с наиболее невыгодно расположенной статической нагрузкой, как точечной, так и равномерно распределенной по поверхности пролета. Пролеты испытывались тройками, для подтверждения результатов эксперимента.


6. Одна из наиболее уязвимых точек, и наименее изученных, находится на боковом сечении в близи опоры, в этом месте возникают первые трещины в процессе эксплуатации пролета, поэтому эта зона представляла наибольший интерес в течении научной работы.


7. Для детального микроскопического анализа на боковых сечениях были закреплены датчики деформации на основе дифференциального трансформатора, способные измерять деформацию пролета с точностью до десятой доли миллиметра.


8. Помимо внешних датчиков внутри пролета так же были установлены различные электронные датчики при изготовлении экспериментального образца на заводе ЖБИ. Датчики были установлены как на стальной арматуре, так и в теле самого пролета.


9. Для анализа качества бетона при изготовлении пролетов были взяты пробы бетона в форме цилиндров. Цилиндры будут испытаны в лаборатории для определения прочности бетона на сжатие. Кстати, в отличии от России, где в основном используются кубы, в США стандартной формой является цилиндр. В зависимости от размера заполнителя бетонной смеси (говоря простым языком - гравия) выбирается необходимый размер цилиндра.


10. Цилиндры разрушаются под прессом через 7, 21 и 28 дней после изготовления. Первые испытания пролетов проходят через 28 дней, давая бетону набрать 100% расчетной прочности. Испытания выглядят примерно вот так:

(Видео не мое)

11. Другой проект, который показался мне весьма интересным – создание железобетонных пролетов прямоугольного сечения усиленных стальными натяжными тросами лишь в нижнем поясе. Арматура общего усиления в пролетах отсутствовала, вместо нее при изготовлении пролетов использовались стальные волокна и стекловолокно, равномерно распределенные в бетонной смеси.


12. В центре пролета, для снижения веса, использовался обычный полистирол. В разрезе вся конструкция выглядит примерно вот так. На фотографии разрушенное сечение пролета лежит вверх ногами.


13. Вторая машина, которая находится по соседству – универсальная машина для испытания панелей. Данная машина может проводить испытания панелей создавая усилие как в двух плоскостях, вертикальной и горизонтальной, так и в трех, оказывая давление вне плоскости панели, т.е. по оси Z.


14. Машина имеет 40 прессов в вертикальной и горизонтальной плоскости, по 10 с каждой стороны, каждый из которых способен оказывать давление или усилие натяжения 100 тонн. Дополнительные 20 прессов расположены вне плоскости, они способны создавать усилие 60 тонн каждый. Сама машина уникальна, таких всего две в мире, поэтому на испытания и проведение научных работ среди компаний выстраивается очередь. Вторая такая машина находится в Канаде, но она более слабая в отношении применяемого давления и не способна создавать циклические нагрузки.
Испытуемый образец имеет размер 5х5 метров. На испытуемой панеле, идентично пролету, с внешней стороны закрепляются датчики, так же внутри тела испытуемого образца имеются различные электронные датчики, считывающие деформацию как бетона, так и стальной арматуры.


15.

16. За испытаниями различных панелей, проводимых университетом, очень пристально следят нефтяные компании, собственно они и выступают основными пользователями данной машины и продвигают данные научные проекты. Дело в том, что очень многие буровые платформы работающие в северных морях, где присутствует дрейфующий лед или море замерзает в зимнее время, имеют бетонное основание. Данная панель представляет кусочек стены основания вышки, зная поведение этого кусочка, можно смоделировать поведение всего основания как в течении работы, так и при ударах с айсбергами. Например на этой фотографии основания платформ Лун-А и ПА-Б, которые сегодня осуществляют бурение по проекту Сахалин-2. О самих основаниях и процессе их строительства я уже писал ранее.


17. Помимо данных машин-гигантов, в лаборатории имеется пресс-монстр, способный создавать нагрузку 1 250 тонн на сжатие, и 800 тонн на усилие натяжения. Так же в лаборатории проводятся работы по испытанию различных металлических труб, материалов под воздействием атмосферных температур и осадков, проб различных пород для моделирования поведения фундаментов.


Как-нибудь в следующий раз я расскажу про лабораторию строительных материалов Техасского университета, и расскажу как проводятся испытания железобетонных конструкций на сейсмоустойчивость, в течении который используется вибрационная машина, применяемая при сейсмической разведке в нефтяной индустрии.



A еще меня можно добавить в друзья.
Subscribe to  kak_eto_sdelano

promo kak_eto_sdelano март 3, 2015 06:01 45
Buy for 150 tokens
За все время существования сообщества kak_eto_sdelano (с 2011 года) я перечитал более тысячи различных производственных репортажей, как с заводов, так и из мастерских, о различных технических сооружениях и технике, как военной, так и гражданской и спортивной. Сам подготовил и…

  • 1
А с видео про испытания это такая тонкая ирония или вы что-то перепутали?
Спасибо за интересный фоторепортаж, вы имеете какое-то отношение к этой лаборатории?

Это видео автор "присобачил" сюда, с целью еще раз посмеяться над российскими мостостроителями. Чистоплюй он ....

Ссылка при перепосте сбилась.
Имел.

нового для себя ничего не узнал, но, думаю, многим будет интересно и познавательно.

конструкцию с тросами признали таки перспективной? я не очень понял, в чём её цимес. мы растягиваем волокна стали, которые под штатной нагрузкой в нижнем поясе будут ещё сильнее растягиваться?

Прочтите про преднапряжение строительных конструкций, и еще кое что интересное для себя узнаете :)

Дело не в троссах, а в отсутствии усиления. Признали успешными.

Я давненько

не брал в руки учебник по ЖБК.
Но как то я не особо доверяю полистиролу ы центре балки!
С каких пор канат стал дешевле арматуры?
Да ,и как быть с циклами "заморозка-разморозка"?
Двадцать-тридцать циклов весьма и весьма влияют на бетон.

И вообще, в России расчет ЖБК идет по иным принципым,нежели на Западе.(насколько я помню)
У нас считают "до раскрытия трещин". т.е. у нас заведомо заложена "еще более высокая прочность!" Что конечно оборачивается перерасходом материала,и естественно утяжелением.
Но полистирол в балку-это уж совсем,знаете,ли...перебор.
И вопрос к автору блога- на Ваш взгляд,что лучше(с точки зрения надежности) прочнее бетон(т.е. больше цемента) или пободьще металла?
Кстати, Волгоградский мост так и остался загадкой(асфальт не потрескался даже,при "танце"!),но думаю вел он себя ТАК именно из за нашей ,российской системы расчета,и соответственно большого кол-ва арматуры в конструкция.
Но,не могу утверждать,что написал истину, потому что давненько не пролистывал учебников.

Re: Я давненько

Сечение балки в центре практически не работает, потому и кладут пустотообразователи для облегчения конструкций.
А то что канат дешевле, так это потому, что с учетом преднапряжения его расчетное сечение получается несколько меньше обычной арматуры.
С мостом вроде тоже загадки не было: его динамические характеристики не правильно учли.

Edited at 2014-10-23 09:47 am (UTC)

Re: Я давненько

А вот тут по-подробнее! Если не затруднит.
Насколько помню, пустой мост, никаких динамических нагрузок, просто ветровая нагрузка...
(что как представляется нечто иное, чем машинки по пролетам едущие).
Если не затруднит, хотя бы примерно,где ссылку глянуть. Немцы руками разводили- такая волна, а асфальт пластичненько так..без трещин.

Re: Я давненько

Ну про сечение балки в центре я поиню, даже из сопромата и момента инерции.
Но то,про что вы рассказываете это фото 11 12.
М там фактически КОРОБЧАТАЯ структура. т.е. неким образом полистирол ТАМ есть,но по сути это как если бы уравнивать конструкцию из балок и профильных труб.
А расчет там совсем мной. Профилька дает облегчение,но она дороже в метраже.

Никакой "российской" системы расчёта на колебания нет. Есть определённые условности, которые рекомендуются принимать, когда вы сооружение считаете. Мост вошёл в резонанс, т.к. кто-то просто поленился считать его полностью по законам физики. "Динамика сооружений" и прочие интересные дисциплины вузовского курса плакали кровавыми слезами в этом месте.

Так на подобные конструкции, далеко не самые сложные, результат расчёта будет +/- одинаковый независимо от того, как вы его будете считать - в Москве в ЦНИИСе или в Политехе в Вирджинии. Потому что яблоко Ньютоново везде падает примерно одинаково)

Ну как же нету?
Если вся система расчета ЖБК в России отличается от Западной!
Вы ЭТОГО не улавливаете?
т.е. грубо говоря- расчеты по "приему 5 тн динамической нагрузки" ведутся по-разному,и дают РАЗНЫЕ решения инженерные. Не кардинально отличающиеся,но различные.

Если и Вам все ясно с волгоградским мостом- дайте ссылочку,хоть описательно как то,я поищу.Где вы читали про этот мости Диагноз по нему?

Re: Я давненько

Трос всегда был дешевле высокопрочныой арматуры.
А в США нет зимы и всегда +20?

Большее количество цемента требует большее количество воды - падает прочность бетона. Больше стали - тоже плохо. Поэтому во всем находится золотая середина для условий заданных дизайном.

Волгоградского моста тут быть не должно, ссылка была битая при перепосте, я уже все поправил.

А кто нибудь сталкивался?

Я на строительстве мостов присутствовал,но там жби всегда готовыми привозили.
А в "полевых условиях" заливают что нидь, предварительно напрягши?
В России.
В Штатак я картинки видел, как в южных районах фундаменты заливают.
Там напрягают арматуру и льют плиту.
У нас че то не встречал такого на фундаментах.
Только на пр=ве делают напряжение, столбы там всякие и так далее.

Re: А кто нибудь сталкивался?

Про фундаменты с натяжкой я писал в заметках о строительстве домов.

  • 1
?

Log in

No account? Create an account