WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

В последующие годы динамические методы расчета железобетонных конструкций, основы которых заложены А.А. Гвоздевым и И.М. Рабиновичем, получили интенсивное развитие в России и за рубежом. Динамическому расчету широкого класса железобетонных конструкций на основе жесткопластических и упруго-пластических диаграмм деформирования посвящены работы P.O. Бакирова, И.А. Диковича, В.И. Жарницкого, Т.Ж. Жунусова, А.В. Забегаева, Б.Г. Коренева, В.А. Котляревского, О.В. Лужина, Г.И. Попова, Н.Н. Попова, Б.С. Расторгуева, А.Е. Саргсяна, А.П. Синицына, Г.Н. Ставрова, Б.И. Тетерина, М. Чарыева, Ю.Т. Чернова, И.В. Балдина, А.А. Беликова, И.К. Белоброва, Т.Н. Виноградовой, В.И. Ганушкина, С.А. Девятова, А.В. Дмитриева, О.Д. Егоровой, В.Н. Караваева, Д.Г. Копаницы, В.Ф. Кузнецова, К.В. Лингуряна, О.М. Лоскутова, А.И. Плотникова, Ю.И. Пузанкова, В.А. Рахманова, А.Г. Смолянина, М.А. Тамова, Н.Н. Трекина, А.У. Усманова, Х.Ш. Хамди, В.И. Щербины и др. При создании упругопластических методов расчета рассматривали комплекс вопросов, имеющих значение при проектировании: определение внутренних усилий и перемещений; установление предельных состояний и способов их нормирования; расчет сечений. Определение величин внутренних усилий и перемещений железобетонных конструкций от кратковременной динамической нагрузки производится методами динамики упругопластических сред. Наибольшее распространение получили методы, основанные на использовании рабочих диаграмм, или диаграмм сопротивления, которые интегрально характеризуют прочностные и деформативные свойства железобетонных конструкций и их сечений при внешних силовых воздействиях.

Развитие методов динамического расчета железобетонных конструкций тесно связано с изучением поведения арматуры и бетона при скоростных нагружениях. Методы расчета железобетонных конструкций на кратковременные динамические нагрузки на основе полных диаграмм деформирования бето­на и арматуры интенсивно развиваются в последние годы. Работы В.И. Жарницкого, В.А. Котляревского, Г.И. Попова, Н.Н. Попова, Б.С. Расторгуева, Г.Н. Ставрова, Ю.Т. Чернова и др. привели к созданию современных вариантов данных методов расчета. Совершенствование общих физических моделей деформирования железобетона с трещинами и развитие на их основе методов расчета железобетонных конструкций рассматривались В.М. Бондаренко, А.А. Гвоздевым, Г.А. Гениевым, А.С. Городецким, С.А. Дмитриевым, Н.И. Карпенко, С.М. Крыловым, О.Г. Кумпяком, В.М. Митасовым, В.И. Мурашевым, Т.А. Мухамедиевым, Я.М. Немировским и др. Эти методы динамического и статического расчетов применимы к анализу напряжен­но-деформированного состояния во всем диапазоне загружения широкого класса стержневых железобетонных конструкций, пологих оболочек и плит.

Развитие конструктивных решений пологих оболочек и плит в значительной степени определялось состоянием методов их расчета, основы которых заложили в своих трудах: Н.П. Абовский, А.В. Александров, В.Н. Байков, В.С. Бартенев, Д.В. Вайберг, П.М. Варвак, А.В. Вольмир, В.З. Власов, А.Л. Гольденвейзер, А.Н. Гузь, Ф. Дишингер, Н.В. Колкунов, Н.Н. Леонтьев, П.А. Лукаш, А.И. Лурье, И.Е. Милейковский, В.В. Новожилов, П.Л. Пастернак, Г.Н. Пшеничников, В.Д. Райзер, А.Р. Ржаницын, С.П. Тимошенко, М. Рюле, А.П. Филин, В. Флюге и др. При этом особую актуальность приобрела проблема совершенствования методов расчета железобетонных оболочек в нелинейной постановке с учетом реальных свойств материалов при статическом и кратковременном динамическом нагружении.

При внешнем динамическом нагружении исследования железобетонных оболочек с учетом пластической работы материалов рассматривались Н.В. Ахвледиани, А.С. Девятовым, М.И. Ерховым, Б.С. Жармагамбетовым, Я.Ш. Исхаковым, А.М. Кислером, А.Ш. Лурье, А.М. Медетбековым, Е.К. Нурмагамбетовым, Н.Н. Поповым, Б.С. Расторгуевым, М.И. Ройтманом, С.Р. Роззаковым, В.Н. Шаишмелашвили и др. При статическом нагружении прямоугольные в плане оболочки исследовали В.А. Архипов, А.М. Болдышев, А.С. Дехтярь, А.М. Дубинский, М.Ш. Варвак, Л.И. Кривелев, М.Б. Краковский, А.Ф. Кальмейер, Я.К. Кулгавий, И.Е. Милейковский, Е.Н. Митрофанов, В.Ю. Мирзабекян М.Ш. Микеладзе, К.П. Пятикрестовский, Л.М.Пухонто, А.О. Рассказов, А.И. Стрельбицкая, Г.К. Хайдуков, Я.Ф. Хлебной, Ю.В. Чиненков, В.В. Шугаев, Г.С. Шапиро и др. Значительная часть опубликованных исследований пологих железобетонных оболочек посвящена определению верхней границы несущей способности кинематическим методом и нижней границы статическим методом.

Анализ методов расчета железобетонных конструкций при статическом и кратковременном динамическом нагружении показывает, что наряду с развитием и применением численных методов расчета представляется необходимым дальнейшее развитие аналитических методов на экспериментально-теоретической основе, которые в пределах того или иного класса конструкций имеют высокую эффективность.

Для эксплуатируемых железобетонных конструкций, запроектированных из условия прочности нормальных сечений в плоскости несущих поперечных рам зданий и сооружений, учет пространственной работы зданий при динамических воздействиях, а также отступления при возведении и нарушения при эксплуатации приводят к возникновению в конструкциях дополнительных значительных по величине поперечных сил, изгибающих и крутящих моментов, существенно изменяющих работу железобетонных конструкций. В связи с этим отмечается необходимость совершенствования методов прогнозирования предельных состояний. Анализ существующих нормативных документов показывает, что к настоящему времени имеют место методологические разрывы в расчетах прочности нормальных и наклонных сечений, между расчетами по прочности и трещиностойкости. Совместное воздействие продольных сил, изгибающих и крутящих моментов, трудно реализуемое при статике, но имеющее место при динамике, не рассмотрено вообще. При этом континуальные (интегральные) модели, заложенные в нормативные документы, строятся на использовании понятия расчетного сечения. Для нормальных сечений железобетонных конструкций вычисленные из статического или кратковременного динамического нагружения внутренние усилия относительно центра тяжести, как правило, бетонного сечения, в дальнейшем сопоставляются относительно равнодействующей усилий арматуры растянутой зоны. При этом возникает от 35 до 56 расчетных случаев и зависимостей с учетом комбинаций продольных сил и изгибающих моментов, а также параметров расчетных сечений. Для внецентренного сжатия железобетонных конструкций не определены границы случаев малых и случайных эксцентриситетов.

В настоящее время возрастает значимость проблем оценки остаточной прочности и трещиностойкости эксплуатируемых и реконструируемых железобетонных конструкций, в том числе на вероятностной основе.

Современное развитие методов динамических расчетов железобетонных конструкций основано на общем принципе использования полных запасов их прочности, при этом допускается кратковременное деформирование сечений и элементов в стадии разрушения материалов. Физической основой развития методов расчета железобетонных конструкций при кратковременном динамическом нагружении являются действительные нелинейные диаграммы деформирования бетона и арматуры, аналитическое описание которых получено на основе обобщения имеющихся экспериментальных данных. Кратковременные динамические воздействия на бетон и арматуру приводят к изменению их прочностных и деформативных характеристик по сравнению со статическим нагружением. Для аналитического описания нелинейных диаграмм бетона и арматуры различными авторами предлагаются аппроксимации уравнениями полиномов второй, третьей и пятой степени; уравнением эллипса; диаграммой Прандтля; в виде экспоненты; тригонометрических рядов; дробно-рациональных функций; используется также аппарат сплайн-функций. На основе анализа опытных и теоретических исследований В.Н. Байкова, Ю.М. Баженова, П.П. Баландина, О.Я. Берга, В.М. Бондаренко, Г.А. Гениева, В Дилгера, Н.И. Карпенко, В.М. Круглова, Е.С. Лейтеса, В.Н. Макагонова, В.М. Митасова, А.Р. Нелепова, Г.И. Попова, С.В. Цветкова, А.В.Яшина и др. приняты нелинейные диаграммы деформирования бетона и арматуры, основные параметрические точки которых трансформируются вдоль временной координаты для аналитических методов и координаты скорости деформирования для численных методов расчета. Для аналитических методов расчета принята скорректированная логарифмическая зависимость Ю.М. Баженова для коэффициентов динамического упрочнения основных параметрических точек нелинейных диаграмм бетона и арматуры.

В диссертации условия относительной прочности и трещиностойкости нормальных сечений стержневых железобетонных элементов (во всем диапазоне их загружения от растяжения до сжатия) определены численно на основе деформационной модели и аналитически. Предельные изгибающие моменты, воспринимаемые железобетонным элементом, приняты относительно центра тяжести бетонного сечения. За единичные параметры назначены несущая способность бетонного сечения при сжатии и сжатии с изгибом относительно его центра тяжести. Анализ результатов численных и аналитических расчетов, в которых варьировались виды нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры; величина их предельных деформаций; скорости деформирования; характер и величины армирования сечений, их форма; характер и величины предварительного напряжения и другие параметры, показывает, что при статическом нагружении зависимости предельного относительного изгибающего момента m = = Mu /(RbS) от относительного продольного усилия n = Nu /(RbA) соответствует область, ограниченная выпуклой кривой. При кратковременном динамическом нагружении данная область трансформируется вокруг временной координаты (в аналитических расчетах) и координаты скорости деформирования (в численных расчетах), описывая поверхность относительной динамической прочности нормальных сечений железобетонных стержневых элементов. При этом показано, что для бетонных сжатых элементов зависимости mb и nb [mb = = Mbu /(RbS) и nb = Nbu /(RbA)] существенно зависят от вида нелинейных диаграмм деформирования бетона сжатой зоны и формы поперечного сечения. Однако область относительной прочности mb nb слабо чувствительна к данным диаграммам. Для прямоугольных сечений

±mb = 4nb(1- nb). (1)

Для других сечений элементов кривые, ограничивающие область относительной прочности, отличаются от парабол. При этом для симметричных сечений (ромбовидных, двутавровых, крестообразных, кольцевых, многоугольных и др.) эти отличия незначительны (3-5%), поэтому для практических расчетов симметричных сечений можно использовать параболы (1). В общем случае кривая, ограничивающая область относительной прочности несимметричных бетонных сечений, может быть аппроксимирована восходящей и нисходящей ветвями двух парабол, основание которых соответственно равны 1 + b и 1 - b (здесь b = (А1 – А2) / А – коэффициент асимметрии бетонного сечения; А, А1, А2 – площади всего сечения и его частей, расположенных выше и ниже центра тяжести).

Для железобетонных стержневых элементов область относительной прочности аппроксимирована двумя кривыми области прочности бетонного сечения mb nb перемещающимися вертикально и горизонтально по наклонным направляющим, зависящим от расположения арматуры в сечении. При этом вертикальные смещения обусловлены увеличением арматуры в сечении, а горизонтальные - ее перераспределением из нижней зоны сечения в верхнюю и наоборот. Величины вертикальных смещений выпуклых кривых mb nb относительно оси n и горизонтальных относительно оси m, соответствующие заданному продольному армированию сечений, можно определить следующими выражениями:

; (2)

,

где k = Ah / S – безразмерный параметр (коэффициент формы нормального сечения железобетонного элемента); А и S - площадь сечения и статический момент сжатой зоны бетона относительно центра тяжести бетонного сечения при x = h – у или х = у (для прямоугольного сечения A = bh и S = bh2 / 8); sk = - s,, s = as / h, - относительные расстояния от равнодействующих усилий в арматуре растянутой и сжатой зон сечения до центра тяжести бетонного сечения, а также до нижней и верхней граней рассматриваемого сечения; = y / h - относительное расстояние от центра тяжести бетонного сечения до нижней грани сечения; - коэффициент асимметрии армирования сечения, который изменяется от +1 до –1; sdk = RsdkAsk / (RbdA) - относительное усилие в «k-м» арматурном стержне растянутой зоны (технический коэффициент армирования); - то же для «j-го» арматурного стержня сжатой зоны сечения.

Для предварительно напряженных железобетонных элементов, а также элементов со смешанным армированием, вертикальные смещения выпуклых кривых mb nb происходят несимметрично относительно оси n поскольку Rscd / Rsd 1. Перераспределение продольной арматуры из сжатой (верхней) зоны сечения в растянутую (при s,tot = const) соответствует горизонтальным смещениям выпуклых кривых: верхней – влево, нижней – вправо. Перераспределение продольной арматуры из нижней зоны сечения в верхнюю вызывает горизонтальное смещение выпуклых кривых в противоположную сторону. При этом горизонтальные смещения кривых несимметричны относительно оси m, если Rscd / Rsd 1.

Прямолинейные участки границы области относительной прочности зависят от геометрических параметров сечения, количества и расположения арматуры по высоте сечения, с углами наклона относительно оси n равными s = - arctg(ksk),. Они пересекаются в точках В и B’ с координатами:

точка В n = - s,tot,t, ;

точка B’ n = 1 + s,tot,c,,

где s,tot,t и s,tot,c – относительные суммарные усилия, воспринимаемые продольной арматурой сечения при растяжении и сжатии; mst,, mst, - относительные положительные и отрицательные моменты, воспринимаемые продольной арматурой относительно центра тяжести бетонного сечения.

На рис. 1 показано изменение границ относительной прочности нормальных сечений бетонного и железобетонного элементов при последовательном увеличении в сечении продольной арматуры. Положение 1 ограничивает область относительной прочности нормального сечения бетонного элемента (As = = 0). Положение 2 соответствует армированию сжатой зоны элемента ( > 0, As = 0, s = -1). Положение 3 характеризует симметричное армирование элемента (As =, s = 0). При несимметричном армировании ( < As, s > 0) границы области занимают положение 4. Из рис. 1 видно, что при последовательной установке продольной арматуры (при Rscd = Rsd) в сечении, выпуклые кривые симметрично смещаются относительно осей n и m. При смешанном армировании сечений, а также при наличии предварительно напряженной арматуры эти смещения несимметричны относительно осей n и m. Однако все точки верхней и нижней границ области симметричны относительно точек, координаты которых можно определить зависимостями: ni = 0.5[1 – (s,tot,t - s,tot,c)], mi = 0.5(mot - moc)].

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |






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