WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

МУХИН СЕРГЕЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ

СОПРОТИВЛЕНИЕ РАСТЯЖЕНИЮ АРМАТУРЫ СО СЛУЧАЙНЫМИ СВОЙСТВАМИ ПРИ МНОГОСТЕРЖНЕВОМ АРМИРОВАНИИ

ЖЕЛЕ­ЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Специальность 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Чирков Владилен Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Король Елена Анатольевна

кандидат технических наук

Зенин Сергей Алексеевич

Ведущая организация: ОАО «ЦНИИПромзданий»

Защита состоится «_24_» __июня_____2009г. в _15-30_ час. на заседании диссертационного совета ДМ 218.005.05 в Московском государственном универ­ситете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр.9 в аудитории № _7501_.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан “_20_” _мая______2009г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент М.В. Шавыкина

Актуальность: В железобетонных конструкциях применяется много­стержневое армирование, при котором прочность стержней в конструкции раз­лична и выше нор­мированных значений. Однако эти резервы в кон­струкции не используются. Полное использование прочностных свойств арма­туры при многостержневом армировании один из путей снижения расхода стали. В связи с этим исследова­ние механизма поведения арматурных стержней в железобетонных конструк­циях при воздейст­вии нагрузок и выявление резер­вов несущей способности, учет реальных свойств стали является актуаль­ной задачей.

С увеличение числа стержней со случайными свойствами в железобетон­ных несущих конструкциях, приводит к повышению расчетных сопротивлений арматуры, по сравнению с принятыми в технических условиях и определенных по так называемому правилу трех стандартов. В результате коллективной ра­боты стержней увеличивается общее усилие в арматуре в предельном состоя­нии конструкции, повышается их надежность работы под нагрузками и снижа­ется вероятность отказа и обрушения зданий с опасными последствиями. Осо­бенно остро стоит проблема предотвращения прогрессирующего разрушения при локальном повреждении и выходе из строя одного или нескольких несущих элементов несущего остова здания при аварийных воздействиях техногенного или природного происхождения.

Целью исследования является выявление резервов несущей способности и надежности арматуры со случайными свойствами при многостержневом ар­ми­ровании, с этой целью необходимо решить следующие задачи:

- Разработать методику определения расчетного сопротивления многоэле­ментной арматуры со случайными свойствами с применением вероятностных методов;

- Разработать методику расчета надежности железобетонных конструкций с многоэлементной арматурой при воздействии запредельных нагрузок;

- Разработать вероятностную модель механизма разрушения многоэле­мент­ной арматуры со случайными свойствами;

- Проанализировать механизмы разру­шения железобетонных конструкций с многоэлементной арматурой со случай­ными свойствами;

- Обобщить статистическую информацию о прочностных и де­форматив­ных свойствах арматуры с целью её использования в расчетах проч­ности и на­деж­ности многоэлементной арматуры;

- Составить рекомендации по применению многоэлементной арматуры в же­лезобетонных конструкциях.

Автор защищает: методику определения расчетных сопротивлений арма­туры со случайными свойствами при многостержневом армировании в различ­ных железобетонных конструк­циях, расчета надежности при действии запре­дельных нагрузках.

Объект исследования: является многоэлементная арматура со случай­ными свойствами, расположенная в железобетонных конструкциях.

Научную новизну диссертации составляет:

- Уточнение методики определения расчетного сопротивления многоэле­ментной арматуры со случайными свойствами;

- Предложен способ определения надежности неповрежденных железобетонных конструкций, после выхода из строя одного из элементов конструкции здания, при лавинообразном обрушении;

- Повышение надежности железобетонной конструкцией с многоэлементной арматурой в результате совместной работы всех арматурных стержней;

Отличие научных результатов представленных в работе от результа­тов, полученных другими авторами:

- Проанализированы и выявлены схемы разрушения плит перекрытий железобетон­ных конструкций, в том, числе и при лавинообразном обрушении;

- Построены зависимости необходимой площади многоэлементной арма­туры в зависимости от количества и диаметра стержней;

- Предложен расчет вероятности безопасной работы железобетонной кон­струкции плиты перекрытия при запредельных нагрузках;

- Определены вероятностные характеристики распределения равномерного относительного удлинения для многоэлементной арматуры, в зависимости от числа стержней в опасном сечении.

Достоверность результатов выполненной работы обосновывается приме­нением апробированных методов теории вероятности и теории надежности, обеспечивается результатами расчетов с использованием экспериментальных данных о прочностных и деформативных свойствах арматуры, которые были представлены в различ­ных ранее опубликованных научных изданиях.

Практические значения работы и реализация результатов работы:

- Прогнозирование несущей способности в железобетонных конструк­циях при различном числе элементов (проволок или стержней);

- Выявление резерва несущей способности железобетонных конструкций при их работе в предельном состоянии;

- Повышение расчетных сопротивлений арматуры на 5-10%, что по­зволяет снизить ее расход.

Внедрение результатов работы: Результаты, исследований проведенных в диссертаци­онной работе были использованы при расчете плит перекрытий, выпускаемых УПТК ОАО“Центротрансстрой”.

На защиту выносится:

- Вероятностная модель механизма разрушения многоэлементной арма­туры со случайными свойствами;

- Методика определения расчетного сопротивления многоэлементной ар­матуры со случай­ными свойствами;

- Методика расчета показателей безопасной работы конструкции при за­предельных воздействиях;

- Анализ механизмов разрушения различных видов железобетонной кон­ст­рукции с многоэлементной арматурой со случайными свойствами;

- Анализ статистической информации о прочностных и деформативных свойствах арматуры с целью её использования в расчетах прочности и надеж­ности железобетонных конструкций с многоэлементной арматуры.

Апробация работы: Основные положения работы докладывались на на­учно-технических конференциях, проходивших в Московском государственном университете пу­тей сообщения в 2004-2007г.:

1. Пятая научно-технической конференции ”Безопасность движения по­ездов”(МИИТ) г.Москва 2004г.; 2. Неделя науки (МИИТ) г.Москва 2005г.; 3. Шестая научно-практической конференции ”Безо­пасность движе­ния поездов”. (МИИТ) г.Москва 2005г.; 4. Неделя науки (МИИТ) г.Москва 2006г.; 5. Неделя науки (МИИТ) г.Москва 2007г.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем диссертации:

Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, приложения и списка ли­тературы из 158 наименования. Диссертация изложена на 211 страницах маши­нописного текста и содержит 58 рисунков и 46 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность поставленной задачи, определена цель работы, ее научная новизна, изложено практическое содержание работы и ее практическая ценность.

В первой главе дается обзор исследований по вероятно­стным методам рас­чета для несущих железобетонных конструкций, применяемых многостерж­не­вое армирование. Изложены основные положения вероятностного расчета. Описаны различные методы расчета несущей способности в железобетонных конструкциях и проведен их анализ. Общие принципиальные вопросы приме­нения вероятностных методов к анализу надежности сооружений получили развитие в фундаментальных исследованиях Болотина В.В., Ржаницына А.Р. Стрелецкого Н.С. Глубокие исследования по развитию теории расчета железобетонных конструкций и нормирования конструктивной безопасности были выполнены: В.О. Алмазовым, Е.А. Антроповой, В.М. Бондаренко, А.А. Гвоздевым, Г.А. Гениевым, А.С. Залесовым, С.А. Зениным, Н.И. Карпенко, В.И. Колчуновым, А.П. Кудзисом, О.В. Лужиным, А.С. Лычевым, Л.Р. Маиляном, М.В. Мозго­ловым, В.Д. Райзером, Б.С. Расторгуевым, В.И. Римшиным, С.М. Скоробогатовым, В.И. Травушем, В.П. Чирковым, Е.А. Чистяковым и многими другими учеными. Обширные исследования в области изучения физико-механических свойств арматуры был проведен: Е.А. Гузеевым, Ю.П. Гуща, В.В. Дегтяревым, С.А. Мадатяном, К.В. Михайловым, Н.М. Мулиным, И.Н. Тихоновым и многими другими.

Сформулированы основные цели и задачи исследований.

Во второй главе изложены методы определения рас­четных со­противлений арматуры со случайными свойст­вами при многостержневом ар­мировании желе­зобетонных конструкций. Приводятся основные уравнения расчета многоэле­ментной арматуры со случайными свойствами, с помощью ко­торых решаются основные задачи работы: определение расчетного сопротивле­ния в каждом стержне; вычисление случайных величин значений расчетного сопротивления в зависимости от числа стержней со случайными свойствами; нахождение с за­данной вероятностью значение расчетного сопротивления мно­гоэлементной арматуры со случайными свойствами растяжению, при действии на конструк­цию нагрузок (в том числе запроектных).

Рис.1.Диаграмма арматурной сталидля каждого отдельного стержня много­эле­ментной арматуры (а) и плотность распределения предела те­кучести (б).

В предельном состоянии напряжения в арматуре достигают предела теку­чести. В связи со статистическим разбросом прочностных и деформативных свойств ар­матурной стали диаграммы для каждого отдельного стержня многоэле­ментной арматуры будут отличаться друг от друга.

Как видно из рис.1, усилия в отдельных стержнях многоэлементной ар­ма­туры в предельном состоянии (стадия текучести) неодинаковы и зависят от ста­тистического раз­броса проч­ностных и деформативных свойств арматуры. Ос­новой для статистиче­ского ана­лиза прочности многоэлементной арматуры слу­жит не строго зафик­сированное расчетное сопротивление, принятое в техни­ческих условиях, а полное уси­лие в арматуре в момент отказа. С этой це­лью при назначении рас­четных со­противлений необходимо рассматривать не в отдельной точке соот­ветствую­щей трем стандартам, а в области возможных значений прочности ар­матуры с последующим суммированием напряжений в каждом арматурном элементе для получения суммарного усилия.

Суммарные усилия в арматуре:

- фактически

- по ТУ (1)

Несущую способность многоэлементной арматуры можно определить как сумму предельных случайных усилий в каждом элементе:

(2)

где - несущая способность многоэлементной арматуры – случайная ве­личина; n - число арматурных элементов стержней; - проч­ность i-того арма­турного элемента - случайная величина.

Вероятностные характеристики распределения :

математическое ожидание (3)

среднее квадратичное отклонение (4)

где и - математическое ожидание и стандарт распределения проч­но­сти i-го элемента.

Случайное значение прочности многоэлементной арматуры можно по­лу­чить разделив обе части равенства на площадь арматуры :

(5)

Вероятностные характеристики распределения прочности многоэле­мент­ной арматуры:

математическое ожидание (6)

среднее квадратичное отклонение (7)

При равных площадях арматурных элементов и одинаковых веро­ятно­стных характеристик распределений арматурных элементов полученные формулы приобретают следующий вид: (8)

Рис.2. Кривые плотности распределения прочности арматуры при различном числе арматурных элементов: 1 - при n =1; 2 - при n = 2; 3 - при n = 10

Плотности распределения прочности многоэлементной арматуры (рис.2) свидетельствуют о том, что с увеличением числа арматурных элементов кри­вые становятся более компактные, статистический разброс прочности снижа­ется. При прочность арматуры определяется однозначно:

Коэффициент вариации распределения прочности многоэлементной ар­ма­туры (рис.3): (9)

где, уменьшается с увеличением числа арматурных элементов.

Арматура попадает в железобетонную конструкцию, как правило, из одной партии металла, поставленной на завод железобетонных изделий или строи­тельную площадку. Поэтому в расчетах, связанных с определением проч­ности многоэлементной арматуры, следует применять партионный коэффици­ент ва­риации полученный для внутриплавочного рассеивания прочности арма­туры. Этот коэффициент вариации в 1,5-2,0 раза меньше коэффициента ва­риации прочности арматуры в генеральной совокупности.

Рис.3. Зависимость коэффициента вариации прочности арматуры от числа арматурных элементов: 1 - при = 0,02; 2 - при =0,04; 3 - при =0,06

Расчетные сопротивления арматуры установлены с обеспеченностью рабо­тоспособности Р = 0,99865, и для многоэлементной арматуры их можно опре­делить так: (10)

Нормативное сопротивление для многоэлементной арматуры можно также определить по формуле: (11)

Увеличение числа элементов стержней приводит к повышению расчет­ных сопротивлений арматуры, так как работа системы приближается к работе сис­темы с параллельным соединением элементов. При параллельном соедине­нии звеньев надежность системы повышается по сравнению с надежностью од­ного звена.

Анализ статистических данных механических свойств арматуры предос­тавленные сертификатах заводами: арматура класса А400 (А-III) (Челябин­ский металлургиче­ский комбинат) и арматура класса А500С (Белорус­ский металлур­гический завод). На основе выше приведенных данных была сформирована табл.1 для соответствующего класса арматуры и определен коэффициент вариации в партии:

- среднеквадратическое отклонение в партии-плавке; - минималь­ное среднее значение в партии-плавке.

Pages:     || 2 | 3 |






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