WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Шавыкина Екатерина Владимировна

РАСЧЕТ ШИРИНЫ РАСКРЫТИЯ ТРЕЩИН ВО ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ С УЧЕТОМ ЭФФЕКТА НАРУШЕНИЯ СПЛОШНОСТИ

Специальность 05.23.01 – Строительные конструкции,

здания и сооружения

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2009

Работа выполнена на кафедре «Строительные конструкции, здания и сооружения» Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ).

Научный руководитель: член-корреспондент РААСН,

доктор технических наук, профессор

Фёдоров Виктор Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Меркулов Сергей Иванович,

кандидат технических наук, доцент

Клюева Наталия Витальевна

Ведущая организация: ОАО «ЦНИИПромзданий»

Защита состоится «____» _________ 2009 г. на заседании диссертационного совета ДМ 218.005.05 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, ауд. 7501.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ).

Автореферат разослан «___» ___________ 2009 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета ДМ 218.005.05

кандидат технических наук, доцент М.В. Шавыкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сегодня железобетон остается основным строительным материалом, и поэтому развитие теории и совершенствование методов расчета железобетонных конструкций входит в число важнейших задач строительной науки.

Железобетон относится к материалам, в которых при сопротивлении силовым и деформационным воздействиям образуются трещины; процессы образования и развития их – явления достаточно сложные.

Несмотря на значительную часть в общем объеме возводимых железобетонных конструкций к настоящему времени выполнено сравнительно небольшое количество теоретических и экспериментальных исследований, посвященных ширине раскрытия трещин при внецентренном сжатии с учётом применения гипотез и методов механики разрушения, способных объяснить физический смысл качественно новых явлений, замеченных в опыте. Оценивая накопленные результаты экспериментальных исследований ширины раскрытия трещин, следует отметить, что на сегодняшний день мало опытных данных о ширине раскрытия трещин вдоль всего профиля трещин; расстоянии между трещинами при проверке многоуровневого процесса их образования и длине трещин по мере увеличения нагрузки при варьировании армирования и класса бетона. Тем не менее, эти параметры являются определяющими для анализа сопротивления областей, прилегающих к местам пересечения трещинами рабочей арматуры, где, как показали последние исследования, возникает деформационный эффект.

Отсутствие теоретического обоснования и анализа экспериментальных данных вынудило в свое время отдать предпочтение эмпирическим методам расчета, в том числе по ширине раскрытия трещин, что требует непрерывного трудоемкого и дорогостоящего экспериментирования.

В последнее время исследования напряженно-деформированного состояния бетона в окрестности трещины рассматривают с привлечением основных положений механики разрушения, что позволяет достичь заметного уточнения расчётных значений ширины раскрытия трещины по сравнению с опытными, измеряемыми с помощью микроскопа. Однако до настоящего времени практически отсутствуют разработки, устанавливающие зависимость традиционных параметров железобетона, с новыми элементами механики разрушения. Многие, связанные с этим эффекты, нуждаются в выяснении их физической сути, а исключение гипотезы сплошности материала, – основной гипотезы механики твердого деформируемого тела, приводит к существенным сложностям. Все это является серьезным препятствием для повышения достоверности расчетов ответственных несущих конструкций.

Отсюда следует, что проведение исследований по детальному изучению ширины раскрытия трещин внецентренно сжатых железобетонных конструкций с учетом несовместности деформаций бетона и арматуры, нарушения сплошности материала является весьма актуальной задачей.

Цель и задачи исследований. Целью исследований является разработка методики расчета ширины раскрытия трещин внецентренно сжатых железобетонных конструкций с учетом взаимных смещений арматуры и бетона, а также эффекта нарушения сплошности.

Для достижения цели были поставлены следующие конкретные задачи:

– на основе обобщения и анализа результатов экспериментальных и теоретических исследований разработать практический способ расчета ширины раскрытия трещин внецентренно сжатых железобетонных конструкций с учетом эффекта нарушения сплошности, позволяющий увеличить его точность по сравнению с существующими способами;

– выполнить экспериментальные исследования уровней появления трещин, ширины раскрытия трещин, деформаций бетона и арматуры, и по результатам анализа полученных результатов провести проверку предлагаемого расчетного аппарата по уточненному определению ширины раскрытия трещин внецентренно сжатых железобетонных конструкций с учетом эффекта нарушения сплошности;

– провести численные исследования оценки влияния основных расчетных параметров на расстояние между трещинами и ширину раскрытия трещин внецентренно сжатых железобетонных конструкций по предлагаемому способу расчета и выполнить их анализ;

– выполнить сравнительную оценку предлагаемого способа расчета с экспериментальными данными и существующими способами расчета ширины раскрытия трещин внецентренно сжатых железобетонных конструкций.

Объект исследования – железобетонные конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений.

Предмет исследования ширина раскрытия трещин внецентренно сжатых железобетонных конструкций.

Методы исследования. Используется экспериментально-теоретический метод; в теоретических и численных исследованиях, которые выполнены в работе, применены общие методы механики твердого деформируемого тела и механики разрушения.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

учтена специфика построения двухконсольного элемента (ДКЭ) в зонах, прилегающих к трещинам применительно к расчету внецентренно сжатых железобетонных конструкций; позволяющего связывать зависимости механики разрушения с традиционными параметрами сопротивления таких конструкций, после нарушения их сплошности, в виде энергетического функционала;

– предложена упрощенная расчетная схема для раскрытия статической неопределимости задачи и оценки напряженно-деформированного состояния внецентренно сжатых железобетонных конструкций после нарушения их сплошности, позволяющая существенно уточнить практический расчет ширины раскрытия трещин;

– получены уравнения, связывающие новые расчетные параметры с традиционными параметрами сопротивления железобетона, при этом установлено, что заделки двухконсольного элемента при раскрытии трещины поворачиваются на дополнительные углы и, соответственно;

– разработаны методика расчета и зависимости для определения расстояния между трещинами и ширины их раскрытия во внецентренно сжатых железобетонных конструкциях с учетом эффекта нарушения сплошности и относительных условных сосредоточенных взаимных смещений бетона и арматуры, базирующаяся на традиционных предпосылках теории железобетона и положениях механики разрушения, позволяющая заметно приблизить эти важнейшие расчетные параметры к действительным;

– получены экспериментальные результаты ширины раскрытия трещин вдоль всего её профиля, расстояния между трещинами (при проверке многоуровневого процесса их образования) и её длины, которые в значительной мере дополняют имеющийся экспериментальный материал при варьировании армирования и класса бетона (в том числе установлено, что в пределах эксплуатационной нагрузки высота сжатой зоны бетона практически не изменяется) и предоставляют возможность проверки предлагаемого расчетного аппарата для эффективного проектирования внецентренно сжатых железобетонных конструкций;

– выполнен численный и сравнительный анализ в широком диапазоне изменения армирования, класса бетона, эксцентриситета, формы и размеров поперечного сечения, толщины защитного слоя опытных образцов, которые показали достаточную точность результатов, полученных по разработанной методике, а также положенных в основу этой методики предпосылок и формул.

На защиту выносятся:

– методика и алгоритм расчета расстояния между трещинами и ширины раскрытия трещин внецентренно сжатых железобетонных конструкций с учетом эффекта нарушения сплошности и относительных условных сосредоточенных взаимных смещений бетона и арматуры;

– методика и результаты экспериментальных исследований ширины раскрытия трещин вдоль всего профиля трещин; расстояния между трещинами и длины трещин по мере нагружения внецентренно сжатых железобетонных конструкций;

– численные исследования с использованием собранного банка опытных данных железобетонных конструкций, испытанных при внецентренном сжатии в широком диапазоне изменения армирования, класса бетона, эксцентриситета, формы и размеров поперечного сечения, толщины защитного слоя, которые показали эффективность предложенной методики расчета.

– сопоставление расчетных и опытных значений ширины раскрытия трещин по предлагаемой методике и нормативным методикам, с использованием результатов собственных опытов и собранного банка опытных данных, которые подтверждают заметные преимущества предлагаемой методики.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается использованием общепринятых допущений механики разрушения и механики железобетона, а также результатами многовариантных численных и экспериментальных исследований трещиностойкости.

Практическое значение полученных результатов заключается в том, что расчеты ширины раскрытия трещин, выполнены по предлагаемой методике дают более точные результаты при проектировании железобетонных конструкций.

Внедрение результатов. Материалы внедрены Орловским академическим научно-творческим центром РААСН при проектировании каркасов 9-17- этажных жилых домов повторного применения в г. Орле и Брянске, которые включены в каталог Росстроя РФ (2009 г.).

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе Московского государственного университета путей сообщения в рамках курса «Железобетонные конструкции», а также при проведении курсов повышения квалификации специалистов проектных организаций строительной отрасли.

Апробация результатов диссертации. Основные положения диссер-

тации доложены и обсуждались на Международных академических чтениях Российской академии строительства и архитектуры (Курск, 9-10 апреля, 2009г.), на Научно-технической конференции Орловского государственного технического университета (Орел, 2009), на Научно-технической конференции Московского государственного университета путей сообщения (Москва, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять статей в сборниках трудов РААСН, Воронежского и Орловского государственных технических университетов и научно-технических журналах «Academia. Архитектура и строительство», «Строительная механика и расчет сооружений».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 244 наименований и четырех приложений, в состав которых входят результаты экспериментальных исследований и материалы внедрения работы. Основной текст изложен на 182 страницах, иллюстрируется 65 рисунками и шестью таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обоснована актуальность темы диссертации, приведены общая характеристика работы и ее основные положения, которые автор выносит на защиту.

В первой главе проведен анализ научных работ, выполненных по разработке методов расчета ширины раскрытия трещин внецентренно сжатых железобетонных конструкций, в том числе с позиции механики разрушения, которые систематизированы в основные группы и сформулированы задачи дальнейших исследований.

Развитие трещин в железобетонных конструкциях – явление достаточно сложное, зависящее от многих факторов, оказывающих, в ряде случаев, взаимно противоположное влияние на исследуемую ширину раскрытия трещин.

Изучению ширины раскрытия трещин в железобетонных конструкциях посвящено большое число российских и зарубежных исследований: работы О.Я. Берга, В.М. Бондаренко, П.Ф. Вахненко, А. А. Гвоздева, А.Б. Голышева, Ю.П. Гущи, Ю.В. Зайцева, А.С. Залесова, Ю.А. Иващенко, Л.И. Иосилевского, Н.И. Карпенко, В.И. Клюкина, Вл.И. Колчунова, В.М. Круглова, Н.М. Мулина, В.И. Мурашёва, Я.М. Немировского, А.В. Носарева, А.А. Оатула, Е.Г. Портера, Ф.Г. Томаса, М.С Торяника, В.Ф. Усманова, Л.В. Фалеева, М.М. Холмянского, В.П. Чайки, В.П. Чиркова, Б.Ш. Шамурадова, И.Ю. Шаракаускаса и др.

Большинство известных предложений по расчету ширины раскрытия трещин основываются на предпосылках теории В.И. Мурашева (первая группа); либо на эмпирических зависимостях (вторая группа); либо на предложениях О.Я. Берга, в основу которых положена "зона взаимодействия" арматуры и бетона (третья группа); либо на гипотезе Томаса-Голышева о накоплении относительных взаимных смещений арматуры и бетона (четвертая группа).

Все большее внимание последнее время уделяется исследованиям, развивающим методы механики разрушения применительно к железобетонным конструкциям – школа Хиллерборга (Швеция), школа Шаха (США) работы, выполненные А.А. Ашрабовым, П.И. Васильевым, Ю.В. Зайцевым, Вл.И. Колчуновым, Е.М. Морозовым, В.В. Панасюком, В.А. Пахомовым, Е.Н. Пересыпкиным. Л.П. Трапезниковым, Г.П. Черепановым, В.М. Чубриковым и др. Привлечение к расчету ширины раскрытия трещин железобетонных конструкций инструментария механики разрушения безусловно позволяет достичь заметного уточнения этого дифференциального параметра, измеряемого в опытах с помощью микроскопа.

Pages:     || 2 | 3 |






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