|
ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ
«Лабораторные испытания на прочность пластиковых геоячеек «Прудон-494»
для оценки возможности применения их при укреплении поверхностей
откосов земляного полотна железных дорог»
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ
2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ГЕОЯЧЕЙКАМ
3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1. Определение прочности материала при разрыве
3.2. Определение прочности сварного шва
3.3. Контроль геометрических параметров геоячеек
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1. Результаты испытаний геоячеек «Прудон-494» на разрыв
4.2. Результаты исследований прочности шва геоячеек «Прудон-494»
4.3. Результаты измерений геометрических параметров геоячеек «Прудон-494»
5. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ВВЕДЕНИЕ
В данной работе проведено исследование механических свойств пластиковых геоячеек «Прудон-494» с целью выявить возможность применения их по условиям прочности и деформативности при укреплении поверхностей откосов земляного полотна железных дорог.
В отчете приводятся результаты лабораторных исследований прочностных и деформативных свойств геоячеек «Прудон-494», контроля геометрических параметров, и дается заключение о возможности их применения.
1. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ
Геоячейки «Прудон-494» представляют собой объемную конструкцию, изготовленную из полимерных лент, соединенных между собой сварными швами. Конструкция в свернутом (сложенном) виде представляет собой гибкий компактный модуль, а в развернутом состоянии образует ячеистую структуру с заданными геометрическими очертаниями и размерами. Геоячейки «Прудон-494» выпускаются ОАО «494 УНР» по ТУ 2246-002-07859300-97 с изменением №1.
2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ГЕОЯЧЕЙКАМ
Основные технические требования к исследуемой продукции изложены в документе «Временные технические условия для опытного применения геоячеек при укреплении поверхностей откосов земляного полотна железных дорог».
Требования к прочности и деформативности материала геоячеек, регламентируемые ВТУ, следующие:
- растягивающая нагрузка при достижении условного
предела текучести полосы шириной 50 мм при расстоянии
между зажимами 100 мм, Н, не менее…………………………………… 1000
- относительное удлинение при условном пределе т
екучести, %, не более……………………………………………………………… 15
Требования к геометрическим параметрам, регламентируемые ВТУ, следующие:
- Толщина полос, применяемых для изготовления
геоячеек, мм, не менее…………………………………………………………… 1.5
- отклонение угла между швом и основанием геоячеек
от прямого, град., не более…………………………………………………… 5
ВТУ непосредственно не содержат требований к прочности сварных швов геоячеек. При определении граничного значения прочности сварного шва были использованы требования, изложенные в технических условиях на изготовление геоячеек ТУ 2246-002-07859300-97, а именно: разрывная нагрузка для ленты шириной 100 мм со сварным швом должна быть не менее 925 Н.
3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1 Определение прочности материала при разрыве
В соответствии с требованиями ГОСТ 11262-80 из образца геоячеек изготавливались испытательные пробы – полоски размером 5х20 см таким образом, чтобы прилагаемое усилие совпадало с продольным направлением пластиковой ленты.
В процессе испытаний определялись:
- наибольшая растягивающая нагрузка, которую выдерживает испытательная проба (Н);
- относительное удлинение на расчётной длине 100 мм при наибольшей растягивающей нагрузке (%);
- растягивающая нагрузка при достижении условного предела текучести полоски шириной 50 мм при расстоянии между зажимами 100 мм (Н);
- относительное удлинение при условном пределе текучести(%);
3.2 Определение прочности сварного шва
Ширина испытательной пробы, содержащая сварной шов, была выбрана равной фактической ширине пластиковой ленты геоячеек (номинально 100 мм), что наилучшим образом соответствует проверке работы соединения в условиях реальной эксплуатации. Ширина пробы при этом в два раза больше стандартной ширины полоски, применяемой при определении прочностных свойств материала 50 мм. Для сохранения пропорций испытательной пробы длину рабочей зоны также увеличили в два раза. Полная длина испытательной пробы определялась с учетом ширины захватов испытательной машины и составляла около 310 мм.
Методика испытания содержит следующие основные моменты:
- количество испытательных проб – 5 шт.;
- ширина испытательной пробы равна 100 мм;
- расстояние между захватами в свету равно 200 мм;
- закрепление испытательной пробы в захватах производится таким образом, чтобы линия шва находилась на расстоянии 1/3L, где L – расстояние в свету между захватами испытательной машины.
- моментом отрыва считался момент прекращения приращения нагрузки.
Схема испытания приведена на рис. 3.1.
Для сравнения прочности сварного шва на отрыв с прочностью основного материала были проведены по той же методике испытания пяти вырезанных из пластиковых лент геоячеек полосок шириной 100 мм и рабочей длиной 200 мм, не содержащих сварного шва.
3.3 Контроль геометрических параметров геоячеек
Ширина и толщина пластиковых лент геоячеек определялась штангенциркулем по ГОСТ 166-88 в нескольких случайным образом выбранных точках измерения.
Угол отклонения сварного шва от прямого измерялся с помощью угломера по ГОСТ 5378-88.
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Результаты исследования геоячеек «Прудон -494» представлены в табличной форме. В таблицах приведены значения контролируемых параметров для каждой из пяти проб. Статистическая обработка результатов испытаний включает в себя вычисление математического ожидания M случайной величины X, многократно определяемой в эксперименте; среднеквадратического отклонения S случайной величины; коэффициента вариации V; n–число проб. 
4.1. Результаты испытаний геоячеек « Прудон 494» на разрыв
Результаты испытаний геоячеек « Прудон 494» на разрыв приведены в таблицах 4.1 и 4.2.
Таблица 4.1.
Результаты испытаний на разрыв материала геоячеек « Прудон 494», ширина пробы 50 мм
| Номер пробы | Наибольшая нагрузка,
Н | Деформация при наибольшей нагрузке,
% | Нагрузка при условном пределе текучести,
Н | Деформация при условном пределе текучести,
% |
| 1 |
1703 |
10,9 |
1333 |
3,4 |
| 2 |
1637 |
10,9 |
1257 |
3.4 |
| 3 |
1746 |
10,2 |
1351 |
3,2 |
| 4 |
1726 |
10,5 |
1318 |
3.3 |
| 5 |
1735 |
10,9 |
1321 |
3,3 |
|
| M |
1710 |
10,7 |
1316 |
3,3 |
| S |
43 |
0,3 |
35 |
0,1 |
| V,% |
2,5 |
2,9 |
2,7 |
2,3 |
Таблица 4.2.
Результаты испытаний на разрыв материала геоячеек « Прудон 494», ширина пробы 100 мм
| Номер пробы |
Наибольшая нагрузка,
Н |
Деформация при наибольшей нагрузке,
% |
Нагрузка при условном пределе текучести,
Н |
Деформация при условном пределе текучести,
% |
| 1 |
3243 |
10,8 |
2504 |
3,5 |
| 2 |
3266 |
10,8 |
2463 |
3,1 |
| 3 |
3240 |
10,9 |
2436 |
3,2 |
| 4 |
3270 |
10,3 |
2465 |
3,1 |
| 5 |
3260 |
10,5 |
2465 |
3,2 |
|
| M |
3256 |
10,6 |
2466 |
3,2 |
| S |
14 |
0,3 |
24 |
0,2 |
| V,% |
0,4 |
2,4 |
1,0 |
4,7 |
4.2. Результаты исследований прочности шва геоячеек «Прудон 494»
Результаты исследований прочности шва геоячеек « Прудон 494» на отрыв приведены в таблице 4.3.
Таблица 4.3.
Результаты испытаний для определения прочности шва на отрыв геоячеек « Прудон 494», ширина пробы 100 мм
| Номер пробы |
Наибольшая нагрузка,
Н |
Деформация при наибольшей нагрузке,
% |
| 1 |
3186 |
7,8 |
| 2 |
3225 |
7,8 |
| 3 |
3166 |
7,6 |
| 4 |
3210 |
9,4 |
| 5 |
2963 |
5,9 |
|
| M |
3150 |
7,7 |
| S |
107 |
1,2 |
| V,% |
3,4 |
16,0 |
Среднее значение максимальной нагрузки по результатам испытаний пяти проб со сварными швами – 3150 Н, без сварных швов – 3256 Н. Таким образом, прочность сварного шва геоячеек «Прудон – 494» на отрыв составляет 97% прочности основного материала.
Разрывная нагрузка сварного шва таким образом значительно превышает минимально допустимое значение по ТУ– 925 Н.
4.3. Результаты измерений геометрических параметров геоячеек «Прудон–494»
В таблице 4.4 приведены результаты измерения толщины и угла отклонения шва от перпендикуляра к продольному направлению, проведенные для пяти случайно выбранных участков образца геоячеек.
Таблица 4.4.
Результаты измерения ширины и толщины ленты геоячеек «Прудон-494»
| Номер точки замера |
Ширина ленты,
мм |
Толщина ленты,
мм |
| 1 |
99,3 |
1,4 |
| 2 |
99,7 |
1,5 |
| 3 |
99,5 |
1,5 |
| 4 |
100,5 |
1,5 |
| 5 |
100,0 |
1,5 |
| 6 |
99,8 |
1,4 |
| 7 |
99,5 |
1,5 |
| 8 |
100,0 |
1,4 |
| 9 |
100,0 |
1,6 |
| 10 |
99,8 |
1,3 |
| 11 |
100,0 |
1,5 |
| 12 |
100,3 |
1,4 |
|
| M |
99,87 |
1,46 |
| S |
0,34 |
0,079 |
| V,% |
0,3 |
5,4 |
Согласно ВТУ, отклонение угла между швом и основанием геоячеек от прямого должно быть не более ±5°. По результатам проведенных замеров превышений требуемого значения по этому параметру не выявлено.
Средняя толщина пластиковой ленты геоячеек – 1,46 мм – практически соответствует (чуть ниже) минимально допустимого по ВТУ значения, равного 1,5 мм.
Ширина и толщина ленты соответствуют требованиям ТУ на изделие.
5. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
Результаты проведенных исследований прочностных свойств геоячеек « Прудон 494» представлены в сводной таблице 5.1, где в качестве расчетного значения исследуемого параметра принимается:
Пр=Пф±СКОП,
где Пр исследуемый параметр,
Пф фактическое значение, полученное в эксперименте
СКОП среднеквадратическое отклонение параметра.
Таблица 5.1.
Сводная таблица результатов испытаний геоячеек «Прудон 494»
| Показатель |
Единица измерения |
Допустимое значение |
Фактическое значение |
Расчетное значение |
| ВТУ |
ТУ на изделие |
Растягивающая нагрузка при достижении условного предела текучести полоски шириной 50мм |
Н |
>1000 |
|
1316 |
1281 |
Относительное удлинение при условном пределе текучести |
% |
<15 |
|
3,3 |
3,4 |
Разрывная нагрузка шва |
Н |
|
>925 |
3150 |
3034 |
Наибольшая прочность полоски шириной 50мм |
Н/мм2 |
|
>18,5 |
22,8 |
- |
Анализ результатов испытаний, приведенных в сводной таблице (табл. 5.1) дает основание утверждать, что расчетные параметры геоячеек « Прудон 494» удовлетворяют требованиям ВТУ по условиям их работы в качестве защитного каркаса для укрепления поверхностей откосов земляного полотна железных дорог. Следует отметить высокие прочностные характеристики материала в зоне упругих деформаций (запас по прочности составил около 30%), удовлетворительные деформативные свойства. Полученные данные свидетельствуют о стабильности свойств геоячеек: коэффициент вариации по нагрузке составил 2,7 %, по деформации–2,3 %.
Следует заметить, что толщина ребер пластиковых геоячеек, заявленная производителем и получившая подтверждение в ходе проведения контрольных замеров, незначительно ниже минимального значения этого параметра, указанного в ВТУ. Однако, как подтвердилось в ходе проведенного исследования, это обстоятельство не оказало влияния на прочностные свойства геоячеек. В целом, по результатам контроля геометрических параметров, состояние геоячеек «Прудон 494» можно считать удовлетворительным.
Исходя из выводов по результатам испытаний, можно рекомендовать применение геоячеек « Прудон 494» для защиты откосов земляного полотна на ж.д. линиях РФ.
|
