WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

На правах рукописи

Плевков Василий Сергеевич

ПРОЧНОСТЬ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ

ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ И

КРАТКОВРЕМЕННОМ ДИНАМИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

доктора технических наук

Томск - 2003

Работа выполнена в Томском государственном

архитектурно-строительном университете

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Б.С. Расторгуев

Доктор технических наук, профессор В.М. Митасов

Доктор технических наук, профессор В.М. Картопольцев

Ведущая организация: 26 Центральный научно-исследовательский

институт МО РФ, г. Москва

Защита состоится 25 апреля 2003 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.265.01 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 634003, г.Томск, пл. Соляная 2, корп. 5, ауд. 307. Тел. (8-382-2) 65-42-61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 14 марта 2003 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Н.К.Скрипникова

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В последние годы наблюдается тенденция к увеличению вероятности возникновения и воздействия на строительные конструкции зданий и сооружений кратковременных динамических нагрузок аварийного характера, вызванных развитием отраслей промышленности и жизнедеятельности человека, связанных с взрывоопасными материалами. По данным отечественной и зарубежной литературы, к настоящему времени более тысячи сырьевых материалов, их компонентов и продуктов производства относятся к числу взрывоопасных, вызывающих аварийные ситуации, которые приводят к значительным материальным потерям и гибели людей.

Учет пространственной работы зданий и сооружений - один из существенных источников повышения безопасности и экономии материалов. В железобетонных пологих оболочках и плитах эффект пространственной работы реализуется в наибольшей степени, что позволяет всё шире использовать данные конструкции в зданиях широкого профиля, сооружениях гражданской обороны и специального защитного назначения, для которых кратковременные динамические воздействия являются неотъемлемыми при проектировании и эксплуатации. Кроме того, последствия динамических воздействий аварийного характера в большинстве случаев требуют оценки технического состояния конструкций зданий и сооружений, их восстановления и усиления, с целью дальнейшей надежной эксплуатации с заданными начальными или меняющимися во времени параметрами.

В связи с этим задача совершенствования методов расчета эксплуатируемых стержневых железобетонных конструкций, пологих оболочек и плит при статическом и кратковременном динамическом нагружении, оценка их технического состояния, восстановления и усиления является научной проблемой, имеющей важное хозяйственное значение.

Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете в соответствии с межвузовской научно-технической программой Госкомвуза РФ «Архитектура и строительство» (приказ Минвуза РФ № 252 от 27.03.91, темы № 3.14 и № 11.1.2.3); грантом Минвуза РФ (№ 5.2.2.93 раздела 1.06); координационным планом научно-исследовательских работ Минвуза по строительной тематике (тема № 382 от 5.06.90); межотраслевой программой научно-инновационного сотрудничества между Министерством образования Российской Федерации и Федеральной службой специального строительства Российской Федерации «Наука, инновации, подготовка кадров в строительстве» (тема «Взрывобезопасность в строительстве на основе конструирования и расчета систем, допускающих большие деформации и разрушения конструкций», 2002 г.) и тематическим планом Томского государственного архитектурно-строительного университета за период с 1980 по 2002 г.

Цель работы состоит в развитии теоретических основ деформирования эксплуатируемых стержневых железобетонных конструкций, пологих оболочек и плит зданий и сооружений с учетом нелинейных диаграмм «напряжение -деформация» бетона и арматуры при кратковременном динамическом нагружении, разработке практических методов расчета и рекомендаций по оценке их технического состояния, восстановлению и усилению.

Научную новизну работы составляют:

- методы расчета прочности и трещиностойкости железобетонных конструкций при статическом и кратковременном динамическом нагружениях; выявленные основные закономерности изменения границ поверхностей и областей относительной прочности и трещиностойкости (сопротивления) железобетонных элементов в зависимости от нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры, влияния скорости динамического нагружения на прочностные свойства материалов, особенностей армирования сечений, их формы, характера и величины предварительного напряжения и других параметров;

- установленные закономерности деформирования пологих оболочек при внутренних нагружениях; полученные параметры предельного состояния; разработанные расчетные предпосылки и модели деформирования пологих оболочек и плит при внутреннем кратковременном динамическом нагружении;

- сформулированные предельные состояния железобетонных конструкций, воспринимающих кратковременные динамические нагрузки, и способы их нормирования;

- аналитические и численные методы расчета железобетонных пологих оболочек и плит на действие кратковременных динамических нагрузок, учитывающие основные особенности их деформирования и работы материалов, выявленные в опытах.

На защиту выносятся:

- физические предпосылки и общий метод расчета прочности и трещиностойкости железобетонных конструкций при статическом и кратковременном динамическом нагружении;

- основные закономерности изменения поверхностей и областей относительной прочности и трещиностойкости (сопротивления) железобетонных конструкций на основе нелинейных динамических диаграмм деформирования бетона и арматуры с учетом влияния скорости и характера динамического нагружения на прочностные и деформативные свойства материалов, величины и характера предварительного напряжения арматуры, а также геометрических параметров и армирования конструкций;

- предельные состояния железобетонных оболочек и плит при внутреннем кратковременном динамическом нагружении и способы их нормирования;

- методики и результаты экспериментальных исследований железобетонных пологих оболочек;

- предпосылки и расчетные модели железобетонных конструкций при кратковременном динамическом нагружении; аналитический и численный методы расчета железобетонных пологих оболочек и плит на действие кратковременных динамических нагрузок, учитывающих основные особенности их деформирования;

- практические разработки и рекомендации по оценке технического состояния, восстановлению и усилению железобетонных пологих оболочек, плит и других конструкций зданий и сооружений, подверженных статическим и кратковременным динамическим нагрузкам.

Практическое значение работы. Разработаны методы динамического расчета и предложения по оценке технического состояния, восстановлению и усилению стержневых железобетонных конструкций, пологих оболочек и плит для практического применения в проектировании зданий и сооружений, подверженных кратковременным динамическим и статическим воздействиям.

Достоверность научных положений и выводов. Расчетные предпосылки основаны на обширных экспериментальных данных материалов и конструкций, которые имеют надежное метрологическое обеспечение. Расчетные модели учитывают основные особенности работы эксплуатируемых стержневых железобетонных конструкций, пологих оболочек и плит при кратковременном динамическом наружении. Расчетные зависимости получены в результате строгого решения задач в соответствии с принятыми предпосылками и моделями. Достаточная точность расчетных методик подтверждена удовлетворительным совпадением теоретических и экспериментальных результатов.

Реализация работы. Результаты исследований вошли в пособия и рекомендации по оценке технического состояния, восстановлению и усилению железобетонных конструкций (в том числе элементов пологих оболочек и плит) зданий и сооружений, пользователями которых к настоящему времени являются более 800 проектных, научно-исследовательских и учебных институтов, строительных и других предприятий и организаций России и стран СНГ; выпущено четыре монографии и пять пособий по методам расчета железобетонных конструкций, получено четыре авторских свидетельства и патента России.

Основные результаты работы докладывались и получили одобрение на: ХХ11 Международной конференции по бетону и железобетону (Иркутск, 1990 г.); 1-й, 2-й Всесоюзных конференциях по динамике сооружений (Харьков, 1978 г.; Тбилиси 1982 г.); Х Всесоюзной конференции по бетону и железобетону (Казань, 1988 г.); Всесоюзных совещаниях национального комитета СССР и России по участию в ИАСС (Душанбе, 1982 г.; Красноярск, 1983 г.; Белгород, 1986, 1995 и 1997 г.г.; Донецк, 1989, 1990 и 1991 г.г.); 1-м Всесоюзном координационном совещании по прочности железобетонных конструкций на действие однократных кратковременных динамических нагрузок (Москва); Всесоюзном координационном совещании «Железобетонные конструкции при интенсивных дина-

мических воздействиях» (Томск, 1986 г.); научно-технических конференциях МИСИ ( Москва, 1982 и 1991 гг.); 1-й, 3-й, 4-й, 5-й и 7-й Сибирских конференциях по бетону и железобетону (Новосибирск, 1991, 1994, 1995, 1996 и 1998 гг.; Омск, 1993 г.); международной научно-технической конференции «Надежность строительных элементов и систем» (Самара, 1997 г.); ХV111 Международной конференции по теории оболочек и пластин (Саратов, 29 сентября - 4 октября 1997 г.); международной научно-технической конференции «Архитектура и строительство» (Томск, 30 ноября - 1 декабря 2000 г., 11-12 сентября 2002 г.); Международном конгрессе МКПК-98 ( Москва, 22-26 июня 1998 г.). 1-й и 2-й Всероссийской конференциях по проблемам бетона и железобетона «Бетон на рубеже третьего тысячелетия» (Москва, 9-14 сентября 2001 г. ); межвузовских научно-практических конференциях и научных семинарах преподавателей и научных сотрудников (Томск, 1978, 1983 и 1986, 1989, 1994, 1997,1998, 2000 и 2002 гг.).

В полном объеме диссертационная работа докладывалась на научном семинаре кафедры «Железобетонные и каменные конструкции» Московского государственного строительного университета (Москва, 2002 г.), на объединенном научном семинаре кафедр Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Новосибирск, 2003 г.), на объединенном научном семинаре кафедр Томского государственного архитектурно-строительного университета (Томск, 2002 г.).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Она включает 340 страниц основного машинописного текста, 121 иллюстрацию и 22 таблицы (на 133 с.), библиографию из 415 наименований и 63 страницы приложений.

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 98 работах, в том числе в четырех монографиях, десяти пособиях и рекомендациях, трех брошюрах, четырех авторских свидетельствах и патентах России. Монографии и пособия в разные годы рецензированы докторами технических наук, профессорами: Р.А. Бакировым, А.М. Болдышевым, А.В. Забегаевым, В.И. Колчуновым, О.Г. Кумпяком, В.М. Митасовым, Г.И. Поповым, Н.Н. Поповым, Б.С. Расторгуевым, Б.С. Соколовым, Г.К. Хайдуковым и Г.И. Швецовым, которым автор выражает глубокую признательность и благодарность.

В экспериментальных исследованиях под руководством автора принимали участие аспиранты и соискатели: И.В. Балдин, Е.А. Бояринцев, Е.А. Онащенко и П.В. Стуков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

К настоящему времени методы расчета железобетонных конструкций на действие кратковременных динамических нагрузок определяют самостоятельный раздел динамики сооружений. Специфика данных нагрузок заключается в большой величине давления на конструкцию и малом времени их действия. Для рассматриваемых в настоящей работе железобетонных конструкций особая нагрузка вызывается воздействиями, источниками которых являются взрывы газопаровоздушных смесей (ГПВС), характеризуемые дефлаграционным или детонационным их горением. При этом действующие на конструкции кратковременные динамические нагрузки возникают в результате распространения волн от источника взрыва и взаимодействия их с конструкцией, подчиняющихся законам газовой динамики. Максимальные значения давлений, время нарастания и спада динамической нагрузки при дефлаграционном и детонационном горении ГПВС различно (поскольку скорость распространения фронта пламени может отличаться до двух порядков) и зависит от многих факторов: соотношения размеров здания, его объема, вида и концентрации ГПВС, источника воспламенения, наличия и расположения легкосбрасываемых или легковскрываемых конструкций, их площади и конструктивных решений, узлов их креплений, последовательности и времени вскрытия и многих других факторов. Вследствие сложности происходящих процессов в динамические расчеты железобетонных конструкций закладываются интегральные кусочно-линейные зависимости для динамической нагрузки с постепенным нарастанием давления (дефлаграционное горение ГПВС) и мгновенным нарастанием давления (детонационным горением ГПВС).

Разработка теоретических основ динамического рас­чета зданий и сооружений на действие динамических нагрузок взрывного типа интенсивно началась после Второй мировой войны в связи с необ­ходимостью проектирования надежных и экономичных спецсооружений, обеспечивающих защиту от ядерного взрыва, а также зданий и сооружений взрывоопасных производств.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»