WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 |

В работе рассмотрен численный метод расчета железобетонных пологих оболочек и плит при статическом и кратковременном динамическом нагружении. Определение напряженно-деформированного состояния динамически и статически нагруженных железобетонных пологих оболочек и плит осуществлено методом конечных элементов. Базовым элементом принят прямоугольный конечный элемент пологой оболочки двоякой кривизны, в каждом узле которого пять степеней свободы. Преимущества данного элемента заключаются в том, что он точно описывает геометрию оболочки, для него нет необходимости составлять матрицу перехода от локальной системы координат к глобальной, проще организуется ввод-вывод исходных данных и результатов расчета. На основе метода конечных элементов реализована в приращениях процедура итерационного расчета уравнений движения системы. При этом для повышения точности получаемых результатов использована экстраполяционная зависимость Ричардсона, с помощью которой даже на крупных сетках можно получать удовлетворительные для практических расчетов уточненные конечные результаты. Разработанный численный метод доведен до программы расчета железобетонных пологих оболочек и плит на персональных компьютерах. Использование разработанных программ «Томск» и «Поиск» позволяет решать задачи прямого и обратного проектирования железобетонных оболочек и плит при статическом и кратковременном динамическом нагружении. Проведенные расчеты показали возможность и целесообразность применения железобетонных пологих оболочек с проемами в сооружениях, воспринимающих кратковременные динамические нагрузки. При этом наибольший эффект имеет место при возможности работы элементов оболочек в пластической стадии и учете податливости бортовых элементов и опорных устройств.

Экспериментальные исследования железобетонных конструкций, результаты которых приведены в работе, выполнены с целью обоснования корректности разработанного теоретического аппарата, проверки основных принятых предпосылок, выявления особенностей процесса сопротивления и возникновения предельных состояний при статическом и кратковременном динамическом нагружении. Кроме вышеупомянутых экспериментальных исследований стержневых железобетонных конструкций и узлов их сопряжений, приводятся результаты экспериментальных исследований ста семидесяти двух моделей (пяти серий) пологих оболочек на квадратном и прямоугольном плане, а также двадцати трех железобетонных моделей (трех серий) составных оболочек вращения при статическом или кратковременном динамическом нагружении. В моделях составных оболочек вращения сохранилось подобие с применяемыми в практике энергетического строительства составными защитными оболочками по форме, размерам и характеру армирования. Модели были выполнены в масштабе 1:150 (пять моделей – первая серия), 1:100 (девять моделей – вторая серия) и 1:50 (девять моделей – третья серия). Принятые для испытания железобетонные модели оболочек представляли собой замкнутые цилиндры, которые внизу монолитно связаны с круглой плитой, имеющей центральное круглое отверстие. Сверху цилиндр прикрывался куполом с переменным радиусом. В месте сопряжения купола с цилиндром имелось железобетонное кольцо. В моделях (пяти серий) пологих оболочек покрытий зданий варьировались: геометрические размеры в плане и стрела подъема, их соотношения, конструкции и жесткость бортовых элементов, условия опирания поля оболочек по внешнему контуру, величина и форма центральных отверстий, армирование поля и контура центрального отверстия, вид загружения моделей (внутреннее или внешнее, статическое или кратковременное динамическое) и другие параметры (стенды, приборы и их количество и т.п.). Испытывались модели на специальных стендах и установках, конструкции которых позволяли создавать статические или кратковременные динамические нагрузки, приложенные по всей поверхности оболочки или части ее. Статические нагрузки создавались гидростатическим методом через систему резиновых шлангов и мешков. Одновременное использование в стендах горизонтальных и вертикальных шлангов позволило создавать произвольный закон распределения действующей нагрузки по высоте и окружности внешней поверхности испытываемой оболочки. В процессе испытания можно регулировать величины нагрузок и вести разрушение оболочки с любой скоростью, изменяя количество жидкости, поступающей в мешки, в вертикальные и горизонтальные шланги. При этом имелась возможность производить многократно нагрузку и разгрузку испытываемой конструкции. Данный способ испытания позволяет регистрировать изменение суммарных перемещений (объема) оболочки. Испытание оболочек при кратковременном динамическом нагружении выполнено на стендах копрового типа с рычажной системой и без, а также в пневмодинамической установке. Разработанные стенды, приборы и методики испытания железобетонных оболочек показали эффективность и способность определять искомые параметры оболочек в трудно доступных местах, повышая тем самым автоматизацию и безопасность проводимых экспериментальных исследований.

Комплексными экспериментальными исследованиями железобетонных пологих оболочек, охватывающими все стадии работы при статическом и кратковременном динамическом нагружении, подтверждены основные положения разрабатываемого расчетно-теоретического аппарата. Кроме общих закономерностей, в работе подробно анализируются полученные опытные данные для конкретных оболочек и условий нагружения. Получены новые опытные данные, характеризующие процесс сопротивления и особенности возникновения предельных состояний конструкций. Показано, что для железобетонных пологих оболочек пластические деформации локализуются в отдельных зонах поля оболочки, а характер их разрушения определяется армированием зон центрального отверстия и поля оболочки в целом. Выявлено девять схем разрушения пологих оболочек, шесть из которых получены впервые при внутреннем их нагружении.

В диссертации, для обоснования принятых предпосылок методов расчета, также использованы результаты экспериментальных исследований бетона, арматуры, стержневых железобетонных конструкций, пологих оболочек и плит при статическом и кратковременном динамическом нагружении, выполненные отечественными и зарубежными учеными.

После кратковременного динамического воздействия в большинстве случаев требуется оценка технического состояния с выявлением запасов несущей способности не только стержневых железобетонных конструкций, элементов пологих оболочек и плит, но поддерживающих их других строительных конструкций, включая железобетонные фундаменты. В последние годы в связи с реконструкцией зданий и сооружений требуется оценка технического состояния железобетонных конструкций и при статических воздействиях. При этом желателен единый подход в оценке прочности сечений и достаточности геометрических параметров конструкций. Полученные в диссертационной работе расчетные зависимости позволяют с единых позиций оценивать прочность бетонных и железобетонных, каменных и армокаменных с продольным, поперечным или смешанным армированием конструкций. Кроме прочности и трещиностойкости предложенный метод расчета позволяет определить достаточность геометрических параметров строительных конструкций заданному полю относительных усилий от внешних воздействий. При этом для железобетонных фундаментов разработан метод по определению оптимальных размеров фундаментов различной геометрической формы в плане, по оценке трещиностойкости плитной и стаканной частей фундаментов, а также по назначению минимального армирования железобетонных фундаментов, воспринимающих статические или кратковременные динамические нагружения.

Предлагаемый метод расчета основан на представлении в относительных величинах функциональной зависимости действующих усилий, конструктивных параметров фундамента, в предположении линейного или нелинейного распределения контактных давлений по подошве, учете деформирования фундамента, изменения прочностных характеристик материалов тела и основания, а также особенностей работы наложенных на фундамент связей. Выявлены основные закономерности изменения и построения областей относительного сопротивления основания и сечений тела железобетонного фундамента в зависимости от вышеуказанных параметров.

Наиболее эффективен предлагаемый метод расчета при проектировании фундаментов с наложенными связями для реконструируемых зданий и сооружений с учетом сложного нагружения конструкций, в том числе динамических воздействий. Использование данного метода расчета позволяет решать ряд задач, связанных с определением дополнительных нагрузок на фундамент, проверкой достаточности размеров подошвы и резервов прочности тела фундаментов реконструируемых зданий, выявлением максимально возможных значений эксцентриситетов приложения нагрузок, определением количества необходимых накладываемых на фундамент связей и их расположение по подошве и т.п. Задачи при этом могут решаться аналитически, графически или графоаналитически, в том числе на ЭВМ. Наглядность расчетов по предлагаемому методу достигается при графическом и графоаналитическом способах. При этом принимаются векторные представления действующих на фундамент относительных усилий от внешних воздействий, на которые накладываются области относительного условного сопротивления основания, а также области прочности и трещиностойкости сечений тела фундамента.

Подробно вывод рассмотренных зависимостей и конструктивных решений для фундаментов с наложенными связями при линейной и нелинейной эпюре контактных давлений по подошве, а также новые типы задач прямого и обратного проектирования рассмотрены в работе, некоторые решения защищены патентами России.

Осуществлен комплексный анализ научно-исследовательских работ, направленных на разработку конструктивных решений и методов усиления и восстановления строительных конструкций реконструируемых зданий и сооружений, в том числе при динамическом нагружении. Проведены теоретические и экспериментальные исследования, накоплен практический опыт по систематизации причин и способов усиления железобетонных конструкций, а также разработке проектно-конструкторских решений, используемых при реконструкции зданий и сооружений. Подготовлен ряд пособий и рекомендаций, получены авторские свидетельства и патенты. При подготовке пособий ставилась цель - наглядно, в доступной форме показать специалистам способы оценки технического состояния, расчета, восстановления и усиления строительных конструкций зданий и сооружений. При этом сделана попытка методологического единства в рассмотрении вопросов восстановления и усиления (бетонных и железобетонных, каменных и армокаменных, металлических и деревянных) строительных конструкций зданий и сооружений (от фундаментов до конструкций покрытий). Для элементов пологих оболочек применительно к взрывоопасным производствам такие решения предложены впервые. Отличительной особенностью пособий является то, что они содержат в основном графический материал в виде схем и чертежей с пояснительными текстами, что позволяет оперативно инженерам и исследователям принимать необходимые решения. Данные пособия и рекомендации получили положительные отзывы от специалистов проектных, строительных и других организаций, ведущих строительных вузов России и стран СНГ, широко используются в настоящее время, а также рекомендованы в качестве учебной литературы при подготовке инженеров-строителей специальности ПГС (Программа дисциплины «Обследование, испытание и реконструкция зданий и сооружений» для специальности 2903 «Промышленное и гражданское строительство». М.:Учебно-методическое объединение вузов РФ по строительному образованию, 1998. 8 с. ).

С целью автоматизации проектирования восстановления и усиления строительных конструкций зданий и сооружений разработан программный комплекс на базе «AutoCAD», позволяющий решать задачи, связанные с оценкой технического состояния, выбором и разработкой вариантов усиления и восстановления строительных конструкций, а также с их проектированием и расчетом при статическом и кратковременном динамическом нагружении. Использование программного комплекса позволяет сократить трудоемкость и затраты времени при выполнении проектных работ по разработке вариантов усиления и восстановления строительных конструкций.

Результаты исследований вошли в нормативный документ МО РФ, 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. Выписки из справок от 93 организаций, под­твердивших использование пособий и рекомендаций в своей практической деятельности приве­дены в приложении 3, которое показывает, что, наряду с конкретными экономическими эффектами, получено снижение трудозатрат, а также сроков выполнения проектных и ремонтно-восстановительных работ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 |






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