WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |

Показано, что условиям прочности сечений железобетонных элементов в пространстве координат относительных усилий, и соответствует некоторая замкнутая выпуклая поверхность относительного сопротивления рассматриваемого сечения, которая трансформируется вокруг временной координаты для динамически нагруженных конструкций. Следы пересечения этой поверхности с плоскостью являются границами областей относительной прочности нормальных сечений. Следы пересечения поверхностей сопротивления с плоскостью соответствуют границам относительной прочности нормального сечения при срезе. У этих следов имеются общие точки поверхности сопротивления, соответствующие относительной прочности рассматриваемого элемента при осевом растяжении и сжатии. Для следов пересечения поверхности относительного сопротивления с плоскостями при принята линейная аппроксимация границ относительной прочности железобетонных элементов (рис. 3). Удовлетворительные результаты дают аппроксимации границ областей относительной прочности (сопротивления) сжатых элементов на срез выпуклыми кривыми второго порядка, аналогичными границам относительной прочности нормальных сечений на плоскости и исследованиям прочности сжато-изогнутых элементов по наклонным сечениям. Предлагаемые кривые включают три характерные точки прочности сечений железобетонных элементов на сжатие, растяжение и срез. При осевом сжатии (), при осевом растяжении, при срезе () для железобетонных элементов с учетом «нагельного» эффекта в продольной арматуре и при наличии сил зацепления по берегам трещин (при ). В работе принят интегральный учет данных явлений, зависящих от многих факторов, таких как вид, диаметры и количество армирования, расположение его по сечению, соотношение направлений арматуры и трещин, гранулометрический состав бетона и его прочность, вид напряженного состояния конструкций, коэффициент трения,

ширина раскрытия и наклона трещин, смещение ее граней и др. Мнения ученых по учету данных явлений в расчетах противоречивы: от полного отрицания до

необходимости их учета. В экспериментальных исследованиях величина параметра qs изменялась от до. При этом отмечается некоторое повышение параметра qs при динамических нагружениях, по сравнению со статическими испытаниями. В работе приведен анализ аналитических зависимостей, описывающих влияние «нагельного» эффекта в арматуре и наличие сил зацепления, удовлетворительно согласуемых с экспериментальными данными.

Для экспериментальной проверки предлагаемой аппроксимации границ областей относительной прочности сжатых железобетонных элементов на срез аспирантом Е.А. Бояринцевым под руководством и непосредственном участии автора были проведены в 1992-1995 годах испытания 32 серий (175 образцов) железобетонных элементов. В опытных образцах варьировались вид армирования (симметричное или одиночное), количество и диаметры арматуры, а также расположение арматуры в сечении. Испытывали сжатые элементы на срез в специальных стендах с созданием различных уровней относительного обжатия и относительного усилия среза. Выполненные экспериментальные исследования позволили выявить фактические разрушающие усилия при срезе нормальных сечений железобетонных элементов в зависимости от характера и количества продольного армирования, а также величины обжатия сечений продольной сжимающей силой. Анализ полученных данных показывает, что абсолютные значения разрушающих усилий имеют значительный разброс. Вместе с тем, отмечается общее повышение разрушающих поперечных сил с увеличением обжатия сечений от нуля до значений близких половине прочности сечения на центральное сжатие. Дальнейшее увеличение уровня обжатия нормальных сечений приводит к снижению абсолютных значений разрушающих поперечных сил, которые в зоне прочности сечений на центральное сжатие стремятся к нулю. Увеличение количества продольного армирования в сечении или величины защитного слоя бетона приводят к повышению разрушающих поперечных сил. При переходе от абсолютных значений к относительным величинам разброс экспериментальных точек сокращается, а отмеченные ранее закономерности изменения максимальной относительной поперечной разрушающей силы в зависимости от уровня продольного относительного обжатия сохраняются. Аналогичные закономерности влияния продольных сжимающих сил выявлены в обширных экспериментальных исследованиях А.С. Залесова, Р.Л. Маиляна, С.Г. Шениной при исследовании прочности наклонных сечений сжато-изогнутых железобетонных элементов.

Для принятой аппроксимации поверхности сопротивления железобетонных элементов получены аналитические расчетные зависимости, показывающие, что сопротивление железобетонных элементов по наклонным трещинам зависит от прочности на изгиб и срез по нормальным сечениям, аналогично известной в физике закономерности сопротивления электрической цепи с параллельным соединением сопротивлений. Разрушение железобетонных элементов по наклонной трещине возможно после обеспечения необходимой прочности нормальных сечений. В противном случае отказ конструкции будет происходить с разрушением нормальных сечений. Результаты расчетов по предлагаемому методу хорошо согласуются с опытными данными И.К. Белоброва, О.М. Лоскутова, С.Г. Шениной и др., полученными при исследовании железобетонных сжато-изогнутых балок при статическом и кратковременном динамическом нагружении.

Большая наглядность в расчетах прочности железобетонных элементов достигается при векторном представлении относительных усилий, возникающих в рассматриваемых сечениях, части или элементе в целом от внешних воздействий. При этом каждому воздействию или сумме воздействий будут соответствовать компоненты векторов действующих относительных усилий:,и. Концы данных векторов описывают поле или поверхность относительных усилий от внешних воздействий. В то же время отдельным точкам поверхности или областям относительной прочности железобетонных элементов соответствуют компоненты вектора сопротивления, равные

; ;,

где,, – компоненты вектора сопротивления сечений железобетонных элементов; и – относительные изгибающие моменты, воспринимаемые бетоном и арматурой сечения относительно его центра тяжести;,, и – относительные усилия, воспринимаемые бетоном и арматурой сечения на сжатие, растяжение, а также срез.

Разность между компонентами векторов относительного сопротивления и действующих относительных усилий названа компонентами векторов запаса прочности сечений железобетонных элементов. При положительном их значении условия прочности рассматриваемого элемента выполняются, т.е.

; ;. (5)

В противном случае – не выполняются. Графически это означает, что если векторы относительных усилий от внешних воздействий располагаются внутри поверхности сопротивления, то условия прочности сечений выполняются, если выходят за пределы поверхности сопротивления, то прочность не обеспечивается (рис. 2 и рис. 3).

Использование выражений (5) в виде равенств в кинематическом методе предельного равновесия позволяет выявлять верхнюю оценку прочности железобетонных элементов с учетом взаимного влияния продольных и поперечных сил на предельные изгибающие моменты в пластических зонах железобетонных конструкций.

При построении поля векторов относительных усилий от внешних воздействий необходимо учитывать все возможные комбинации усилий M и N, возникающие на стадиях изготовления, транспортировки, складирования, монтажа и эксплуатации конструкции, а не ограничиваться только тремя комбинациями, ;, ;,. Это связано с тем, что в рассматриваемом сечении могут возникать и другие более невыгодные сочетания усилий, не учитываемые, как правило, в расчетах. На стадии эксплуатации конструкции первым от начала координат, откладывается вектор относительных усилий,, соответствующий постоянным нагрузкам. Векторы других загружений суммируются с вектором постоянных нагрузок в произвольном порядке, при этом суммарные векторы будут иметь различную длину и направление (рис. 4, а ). При суммировании векторов относительных усилий, соответствующих трем и более загружениям, учет коэффициентов сочетания приводит к уменьшению длины векторов относительных усилий от временных нагрузок. Учет гибкости внецентренно сжатых элементов производится умножением относительных суммарных моментов на коэффициент, определяемый согласно СНиП 2.03.01-84. Это приводит к увеличению длины суммарных векторов и изменению углов их наклона.

При динамическом нагружении железобетонных конструкций с учетом их совместной работы, а также податливости опорных устройств искомые величины усилий N и M достигают максимальных значений в разные промежутки времени t. При этом с уменьшением продолжительности действия динамической нагрузки и увеличением податливости конструкций эффект снижения перемещений и усилий возрастает, а процесс достижения их максимальных значений (перемещений и усилий) может носить колебательный характер. Переходя к относительным значениям усилий [ и ], после их проекцирования на плоскость и получим изменение следа относительных усилий во времени (рис. 4, б). Далее с помощью областей относительной прочности можно решать прямые и обратные задачи проектирования железобетонных элементов, воспринимающих динамические нагрузки.

При определении продольного армирования железобетонных элементов на поле векторов относительных усилий от внешних воздействий накладываются верхние и нижние границы области относительной прочности таким образом, чтобы все векторы относительных усилий оказались внутри области, а значения

и были бы минимальными. При таком положении границ области определяются значения вертикальных и горизонтальных смещений выпуклых кривых относительно осей и (;; ; ), а также координаты

точек пересечения прямолинейных участков границ области прочности (точки и ). В общем случае для железобетонного элемента с учетом найденных параметров можно записать две группы уравнений относительно искомых величин. В первую группу уравнений входят уравнения относительных усилий. Вторую группу уравнений составляют уравнения относительных моментов для вышеуказанных характерных параметров области прочности. Из данных уравнений можно определить относительные усилия в арматуре растянутой и сжатой зон сечения и армирование железобетонного элемента. Так, при обычном армировании железобетонного элемента арматурой класса A-I, А-II, А-III, приплощадь поперечного сечения продольной арматуры, согласно обозначениям выражения (2), определяется по формулам:

(6)

Полученное по выражению (6) армирование будет минимальным для рассматриваемого поля относительных усилий от внешних воздействий. Кроме минимального армирования, предлагаемая методика расчета позволяет анализировать без громоздких расчетов влияние прочностных характеристик материалов и геометрических параметров рассматриваемого сечения на его прочность при заданном поле относительных усилий от внешних воздействий.

Эффективность и наглядность расчетов достигается при оценке прочности нормальных сечений, части или конструкции в целом реконструируемых зданий или сооружений, когда в построенные области прочности (сопротивления) рассматриваемых сечений вписываются поля векторов усилий внешних воздействий до и после реконструкции. При этом области сопротивления сечений могут быть построены с учетом изменения прочностных характеристик материалов за период эксплуатации, влияния коррозии и т.п. На рис. 4,в показана область сопротивления отдельных сечений железобетонных колонн бункерного отделения главного корпуса Кемеровской ГРЭС до и после реконструкции покрытия котельного отделения, предусматривающей увеличение высоты помещений котельного отделения и установку дополнительного кранового оборудования. В некоторых случаях при реконструкции зданий требуется обнаружить весь спектр дополнительного возможного загружения конструкций без их усиления, что также может быть успешно выполнено по данному методу.

Расчеты по предлагаемому методу могут выполняться аналитически, графоаналитически или графически с помощью специальных номограмм, а также на ЭВМ. Предложенный метод расчета реализован в программах «POISK» и «PNS», написанных в разные годы на языках ФОРТРАН IV для ЭВМ типа СМ 1420/03 и Turbo Pascal для персональных компьютеров типа «Искра 1030», «СМ 1841» и IBM PC. Программы предназначены для решения прямых и обратных задач прочности сечений, части или конструкции в целом при статическом и кратковременном динамическом нагружениях, рассчитываемых в абсолютных или относительных величинах. Структурно данные пакеты программ состоят из головных программ и четырех - одиннадцати подпрограмм. В работе приведена структурная схема программы «POISK», иллюстрирующая связь между отдельными модулями. В разработанных программах ввод исходных данных производится в диалоговом режиме с терминалов ЭВМ, автоматизированы все этапы расчета. Кроме текстовой и цифровой информации о результатах расчетов предусмотрен графический вывод на экран мониторов областей прочности (сопротивления) рассматриваемого сечения, части или конструкции в целом с нанесенным в нее полей векторов усилий или их следов от внешних воздействий. Использование данных программ существенно упрощает расчеты, повышает их точность и во многих случаях позволяет получать более экономичные и наглядные решения.

Предложенные поверхности сопротивления железобетонных конструкций были использованы при расчетах пологих оболочек и плит на статические и кратковременные динамические воздействия. При этом характер деформирования железобетонных пологих оболочек и плит зависит от схем образующихся и развивающихся трещин, которые характеризуются последовательностью их возникновения и ориентации на внешней и внутренней поверхностях конструкции, а также прохождением трещин по толщине сечения элемента. Для элементов таких конструкций условия трещиностойкости сформулированы на основе теории ядровых моментов в пространстве компонентов относительных внутренних усилий по главным площадкам. При этом гипотеза трещинообразования по главным площадкам использована только для выявления схем образующихся трещин. В процессе динамического нагружения (вследствие перераспределения усилий) площадки трещин могут отклоняться от главных площадок. При выводе расчетных зависимостей трещиностойкости железобетонных оболочек учитывалась упругопластическая работа бетона растянутой зоны, а также изменение прочностных и деформативных характеристик бетона сжатой зоны железобетонных элементов, находящихся в условиях двухосного напряженного состояния.

Для экстремальных значений относительных ядровых моментов и относительных нормальных сил на главных площадках сформированы условия отсутствия трещин в железобетонных элементах динамически нагруженных оболочек и плит в виде

mr max,i  mcrc ,    mr min,i  mcrc,

nmax  ncrc, nmin  ncrc = Kp (btn ± np), (7)

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |






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