WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Для обеспечения коллективной работы многоэлементной арматуры необ­ходимо, чтобы арматурные стержни обладали достаточным равномерным отно­сительным удлинением. В табл.2. приведены статистические зависимости де­форматив­ных свойств относительного удлинения арматуры, и опреде­лено отношение коэффи­циентов вариации этих случайных величин.

Рис.4. График отношения относительного удлинения в арматуре (,) при­ве­денных в различных источниках. (Испытано более 150 образцов диам.10-36мм).

Из рис.4 видно, что для различных изготовителей колеблется в интер­вале от 12,4715,7 % для арматуры А400(A-III) и от 7,0311,54 % для арматуры А500С. Партионный коэффициент вариации () и в генеральной совокуп­но­сти () с увеличением количества стержней как для арма­туры класса А400 (А-III) так и для арматуры А500С, уменьшается и нахо­дится ниже норми­руемого представ­ленного в ГОСТе и СТО АСТМ 7-93 и EN0080.

Рис.5. Диаграмма зависимости вариации от количества стержней арма­туры (n): для арматуры класса А400 (А-III).

Рассмотренная методика расчета железобетонных конструкций с использо­ванием коэффициента вариа­ции позволяет рассчитывать железобетонные эле­менты на прочность с учетом их совместного разброса случайных параметров.

Формулы (10) и (11) соответственно можно преобразовать к следую­щему виду: ; (12)

где, - расчетное и нормативное сопротивление арматуры при n=1;

,- функции, учитывающие повышение расчетных и норматив­ных сопро­тивлений арматуры: ; (13)

Значение расчетных сопротивлений не должно превышать браковочных минимумов, установленных для арматурных сталей.

В третьей главе производится анализ механизмов разрушения железо­бе­тонных конструкций. В последнее время, в связи с обрушением конструкций, стал актуальным вопрос о живучести, в этой главе также рассмотрены некото­рые аспекты при прогрессирующем обрушении железо­бетонных конструкций с арматурой со случайными свойствами при многостержневом ар­мировании.

Физические модели разрушений, которые являются основой для расчетов прочности, определяют характер армирования железобетонных элементов. В опасных сечениях может быть размещено различное число растянутых арма­турных стержней в зависимости от класса арматуры, диаметра, геометрических характеристик бетонного сечения. Если для балочных конструкций при дейст­вии изгибающего момента разрушение происходит в середине пролета в одной плоскости, перпендикулярной продольной оси элемента, то для других элемен­тов, например, плит опертых по контуру поверхность разрушения образуется несколькими плоскостями и для обоснованного учета свойств многоэлементной арматуры следует определять какое количество стержней расположено в сече­ниях поверхности разрушения железобетонной конструкции.

Рассмотрены механизмы разрушения в железобетонных конструкциях, ко­торые установлены на основе многочисленных экспериментов и приводятся в технической литературе.

На основе представленных механизмов разрушений можно выявить ре­зервы несущей способности железобетонных конструкций при их работе. При расчете на воздействие запредельных нагрузок этот дополнительный резерв прочности способствует повышению надежности и живучести желе­зобетонной конструк­ции.

Представлены модели предельного состояния плит железобетонных кон­ст­рукций (балочные плиты, плиты, опертые по контуру, панели КЖС, узлы ферм). На основании их анализа, устанавливается, что расчетная несущая спо­собность зависит от количества стержней, перпендикулярных поверхности раз­рушения.

В четвертой главе рассматривается применение разработанной мето­дики определение расчетного сопротивления много­элементной арматуры в раз­лич­ных железобетонных конструкций. Произведен сравнительный анализ по­лу­ченных результатов расчета требуемой площади рабочей арматуры с результа­тами, полученными по действующим нормам СНиП. Построены зависимости необходимой площади арматуры при много­стержневом армировании в зависи­мости от диаметра стержней.

Предлагаемая методика позволяет повысить расчетную несущую способ­ность, на основе учета совместной работы стержней в составе многоэлементной арматуры. С увеличением количе­ства стержней изменчивость прочности мно­гостержневой арматуры стремиться к нулю, что приводит к уменьшению рас­хода арматуры, в среднем 5-10%, и по­вышает надежность системы. Такой под­ход позволяет выявить резервы несущей способности железо­бетонных конст­рукций при их работе за пределами упругости, т.е. использовать вязкость арма­турных сталей и способность поглощать кинетическую энергию стержнями многоэлементной рабочей арматуры при внезапных запредельных воздейст­виях.

В пятой главе рассматривается вероятности отказов железобетонных кон­струкций с арматурой при многостержневом армировании при действии за­про­ектной нагрузки. Проанализированы схемы разрушения плит перекрытий желе­зобетонных конструкций, в том, числе и при лавинообразном обрушении с уче­том влияния количества арматурных элементов в конструкции. Предложен рас­чет вероятности безопасной работы железобетонной конструкции, плиты пере­крытия при запредельных нагрузках.

В настоящее время четко обо­значена проблема обеспе­чения конструктив­ной безопасности как одного из важнейших направлений общей безопасности строитель­ных систем, то есть безопасность железобетон­ных конструкций, как в системе здания, так и его отдельные элементы, выпол­нять заданные функции в течение всего срока службы.

Как показали результаты испытаний, равномерная относительная дефор­мация являются случайной величи­ной. Вероятностные характеристики ( и ) определяют на основе стандартных испытаний одиночных стержней. При отказе железобетонных конструкций с многоэлементной арматурой сна­чала происходит разрыв арматурного стержня обладающего наименьшей рас­тяжимостью (рис.6).

В этот момент растяжимость других стержней еще не исчерпана, и относи­тельные деформации остальных стержней будут меньше их значений, полу­ченных при испытаниях одиночных стержней арма­туры. При разрыве одного стержня происходит возрастание напряжений в дру­гих стержнях, что, как пра­вило, сопровождается разрушением железобетонной конструкции. В связи с тем деформации в остальных стержнях не достигли своих предельных значе­ний, плотность распределения для многоэлемент­ной арматуры, по­строенная с учетом деформаций арматурных элементов при отказе, сдвигается влево по отношению к кривой - плотно­сти распре­деления относитель­ных равномерных деформаций одиночных стержней арматуры.

Определение вероятностных характеристик равномерной относи­тельной деформации арматуры для арматуры со случайными свойст­вами при много­стержневом армировании.

Рис.6. Диаграммы для арматуры класса А500С: а)“”; б) плотность распределения ; в) плотность распределения равномерного удлинения.

В настоящее время отсутствуют экспериментальные данные вероятност­ных характеристик распределения для многоэлементной арматуры. В то же время имея вероятностные характеристики относительных равномерных де­формаций для одиночных стержней арматуры, можно перейти к вероятностным характеристикам этих деформаций многоэлементной арматуры на основе при­менения положений теории вероятностей – теоремы о распределении миниму­мов нескольких случайных величин.

Для равно­мерных относительных удлинений многоэлементной арматуры они имеют сле­дующий вид: (14)

(15)

где и - математическое ожидание и среднеквадратическое отклоне­ние равномерного относительного удлинения одиночных стержней ар­матуры.

Выявить резервы прочности конструкции с многоэлементной арматурой воз­можно на основе применения методов теории вероятности.

При чрезвычайных ситуациях, возможно, допустить значительные де­фор­мации железобетонных перекрытий в стадии работы их арматуры как ван­товой системы, деформирующийся в пластической стадии. Стадия деформиро­вания арматуры как вантовой системы начинается после того, когда углы рас­крыты в опорных сечениях, ригелей достигают предельных значений, сжатые зоны ри­гелей раздроблены, однако аварийное обрушение конструкций каркаса отсутст­вует и обеспечивается эвакуация людей. Расчетная схема с разрушен­ным бето­ном в сжатых зонах представляется в виде гибкой пологой нити, де­формирую­щейся в пластической стадии. Площадь поперечного сечения ванта равна пол­ной площади арматуры, расположенной в растянутой и сжатой зонах элемен­тов.

Нагрузки и несущая способность железобетонного перекрытия как ван­то­вой системы, после разрушения ниже расположенной колонны, носят слу­чай­ный характер (рис.7). Для оценки безопасной работы арматуры можно приме­нить методику с использованием характеристики безопасности.

(16)

где и - математическое ожидание и дисперсия предельной на­грузки, выдерживаемой вантами (арматурой в составе элементов перекрытия); и - математическое ожидание и дисперсия приведенной нагрузки на ри­гели и плиту перекрытия; - характеристика безотказности, соответствующая нормативному значе­нию надежности, при =0,99865 величина =3.

Рис.7. Кривые распределения усилий от нагрузки и несущей способности как вантовой системы.

Вероятность отказа Q, т. е. риск разрушения несущей конструкции, ра­бо­тающей по вантовой схеме определяется так: Q=1-P (17)

где P – вероятность надежной работы конструкции от разрушения, рабо­тающей по вантовой схеме.

Несущая способность вантовой системы с многоэлементной арматурой за­висит от предельного растягивающего усилия всех стержней арматуры (ри­геля и плиты),, которое определяется на основе анализа вероятностных свойств многоэлементной арматуры. Изложенный подход позволяет вскрыть резервы несущей способности перекрытий при чрезвычайных ситуациях. Это стало возможным благодаря учету развития пластических деформаций в много­эле­ментной арматуре после полного разрушения бетона и переходу работы пе­ре­крытия как вантовой системы.

Условие отсутствия разрыва арматуры, работающей по вантовой схеме:

(18)

Величины и определяются при средних значениях переменных.

Применив методику с использованием характеристики безопасности, вы­числяемая по формуле (17) получим:

, следовательно, при =0,99865.

Значение соответствует определенное значение вероятности P.

Вероятность Р надежной работы конструкции, с учетом совместной работы стержней в составе многоэлементной арматуры равно:

где - интеграл вероятностей.

Вероятность отказа Q, т. е. риск разрушения несущей конструкции, рабо­тающей по вантовой схеме с учетом совместной работы стержней равна:

Q=1 - 0,9997505 = 0,0002495

Вероятность Р надежной работы конструкции, без учета совместной ра­боты стержней:

Вероятность отказа Q, т. е. риск разрушения несущей конструкции, рабо­тающей по вантовой схеме, без учета совместной работы стержней увеличива­ется: Q=1 - 0,999522 = 0,000478

Расчетная вероятность отказов железобетонных конструкций с мно­гоэле­ментной арматурой при чрезвычайных ситуациях снижается в 2 раза.

Проектирование железобетонных конструкций должно осуществляться та­ким, образом, чтобы при локальном разрушении какого-либо элемента сис­темы остальные неповрежденные конструктивные элементы могли сохранить цело­стность объекта и не допустить его лавинообразного разрушения.

При сверхпредельных воздействиях допускается значительное развитие пластических деформаций в арматуре и разрушение бетона в сжатой зоне изги­баемых элементов. Ригель и плита переходят в предельное состояние 1в, при котором арматура этих элементов работает как вантовая система.

Из условия (16) математическое ожидание несущей способности не­по­вре­жденных элементов должно быть:

(19)

В расчетах целесообразно пользоваться относительными величинами веро­ятностных характеристик, входящих в формулу. Если разде­лить числитель и знаменатель левой части формулы (19), то получается квадратное уравнение относительно К и решение которого имеет вид:

(20)

где и - коэффициенты вариации несущей способности многоэле­мент­ной арматуры как вантовой системы.

Величина К, равная отношению математических ожиданий несущей спо­собности и нагрузки, представляет собой коэффициент запаса.

Как правило, значение изменчивости нагрузок и несущей способности ос­таются постоянными, что является удобным при выполнении расчетов по фор­муле (19). После определения величины К согласно (20) не представ­ляют труда найти математическое ожидание несущей способности многоэле­ментной арма­туры как вантовой системы: (21)

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

1. Разработана методика определения расчетных сопротивлений много­стержневой арматуры со случайными свойствами.

2. Основой для определения расчетных сопротивлений многоэлементной арматуры со случайными свойствами является анализ фактического напряжен­ного состояния стержней в стадии текучести с учетом статических данных о прочностных и деформативных свойствах арматуры.

3. В стадии текучести, соответствующей наступлению предельного состоя­ния арматуры, напряжения в стержнях многоэлементной арматуры различны и при совместной работе по восприятию усилий от нагрузки их среднее значение превышает минимальный предел текучести, установленный в нормативных до­кументах.

4. Установлено, что для учета фактических условий работы стержней в же­лезобетонной конструкции в качестве исходной статической информации для определения расчетных сопротивлений следует применять партионное распре­деление предела текучести арматуры как случайной величины.

5. Получены расчетные зависимости для определения расчетных сопротив­лений многоэлементной арматуры при различном числе стержней (проволок) и коэффициентах вариации партионного распределения предела текучести. Зна­чение расчетных сопротивлений не должно превышать браковочных миниму­мом, установленных для арматурных сталей.

6. Установлено, что с увеличением числа стержней или проволок коэффи­ци­ент вариации предела текучести уменьшается, а расчетное сопротивление мно­гоэлементной арматуры с ярко выраженными пластическими свойствами уве­личивается, приближаясь к среднему значению предела текучести в партии.

7. Разработаны рекомендации по назначению расчетных сопротивлений многоэлементной арматуры со случайными свойствами для А240, А300, А400, А500С с обеспеченностью.

8. Учет изменчивости прочностных характеристик арматуры при много­стержневом армировании конструкции приводит к увеличению расчетной не­сущей способности, как отдельного элемента, так и конструкции в целом в слу­чае лавинообразного разрушения.

Pages:     | 1 || 3 |






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