WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

РОДЕВИЧ ВИКТОР ВИКТОРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК ПО НАКЛОННЫМ СЕЧЕНИЯМ

ПРИ СТАТИЧЕСКОМ И КРАТКОВРЕМЕННОМ

ДИНАМИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

Специальность 05.23.01. – Строительные конструкции,

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Томск 2002

Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном

университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Кумпяк О.Г.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

академик МАН ВШ

Картопольцев В.М.

кандидат технических наук, доцент

Эм В.В.

Ведущая организация: 26 Центральный научно-исследовательский

институт МО РФ

Защита состоится 20 декабря 2002 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д212.265.01 в Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 634003 г. Томск, пл. Соляная,2, ауд. 307/5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета

Автореферат разослан 2002 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета д.т.н., профессор Скрипникова Н.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Совершенствование методов расчета конструкций на кратковременные динамические нагрузки большой интенсивности является важной и сложной проблемой при проектировании зданий и сооружений, возводимых из железобетона. Особенностью данных воздействий является кратковременность действия и большая их интенсивность.

При проектировании железобетонных конструкций одним из основных является расчет на действие поперечных сил, определяющий размеры поперечного сечения и количество арматуры элемента. В настоящее время существует несколько подходов к расчету прочности наклонного сечения, но при всем их разнообразии они рассматривают предельное состояние элемента. Однако, конструкция в процессе деформирования от начала приложения нагрузки до разрушения проходит ряд стадий напряженно-деформированного состояния, в которых в свою очередь возникают продольные и поперечные деформации, оказывающие влияние на несущую способность элемента.

Создание надежного и эффективного метода расчета прочности железобетонных конструкций при действии поперечных сил является актуальным и требует построения ясной физической модели работы железобетона, которая должна обеспечивать наглядность расчета, дать четкие представления о характере деформирования, причинах возникновения внутренних усилий и разрушения элемента.

Цель диссертационной работы: Работа направлена на совершенствование метода расчета железобетонных балочных конструкций по наклонным сечениям при статическом и кратковременном динамическом нагружении с учетом физической нелинейности материалов и деформирования конструкции.

Для достижения поставленной цели были сформулированы задачи исследований:

  • анализ факторов, определяющих прочность наклонных сечений железобетонных конструкций и экспериментальное изучение сопротивления железобетона по берегам трещины при ее подвижке;
  • разработка метода динамического расчета железобетонных изгибаемых конструкций по наклонным сечениям на основе динамических диаграмм «» бетона и арматуры, с учетом усилий, возникающих по берегам наклонной трещины при ее подвижке, а также поперечного усилия, воспринимаемого продольной арматурой при срезе;
  • экспериментальные исследования железобетонных балочных конструкций по наклонным сечениям при статическом и однократном динамическом нагружениях, при наличии проема в опорной зоне и без него, с изменением схем армирования наклонных сечений;
  • сопоставление результатов расчета прочности железобетонных балок по предлагаемому методу с результатами экспериментальных исследований.

Научная новизна работы:

  • обобщение экспериментальных данных и теоретических исследований последних лет с целью получения основы для разработки методики расчета конструкций, разрушающихся по наклонным сечениям;
  • усовершенствованный метод расчета железобетонных изгибаемых конструкций по наклонным сечениям при действии кратковременных динамических нагрузок с использованием динамических диаграмм «» бетона и арматуры, и учетом усилий, возникающих по берегам наклонной трещины при ее подвижке, а также поперечного усилия, воспринимаемого продольной арматурой при срезе;
  • новые экспериментальные данные напряженно-деформированного состояния, прочности, жесткости и трещиностойкости наклонных сечений железобетонных балочных конструкций с проемами в опорной зоне и без них, с разными схемами армирования, при статическом и однократном динамическом нагружениях.

Автор защищает:

  • метод расчета железобетонных балочных конструкций по наклонным сечениям на статические и кратковременные динамические нагрузки с учетом деформирования элемента от начала приложения нагрузки до разрушения;
  • алгоритм и программу автоматизированного расчета железобетонных балочных конструкций на статические и кратковременные динамические нагрузки;
  • методику и результаты экспериментальных исследований 15-ти крупномасштабных изгибаемых балочных конструкций с проемами в опорной зоне и без них, с различными схемами армирования при статическом и однократном динамическом нагружениях.

Достоверность полученных экспериментальных результатов обеспечена применением метрологически аттестованных приборов и установок, достаточной воспроизводимостью экспериментальных величин, сравнением их с аналогичными результатами, полученными отечественными и зарубежными учеными. Расчетные предпосылки основаны на анализе обширных экспериментальных данных о поведении материалов и конструкций. Достаточная точность расчетной методики подтверждена удовлетворительным совпадением теоретических и экспериментальных данных.

Практическое значение работы:

Разработаны методика, алгоритм и программа автоматизированного расчета прочности наклонных сечений железобетонных балочных конструкций при статическом и кратковременном динамическом нагружении, позволяющие учитывать процесс деформирования конструкции, влияние усилий, возникающих в наклонной трещине на прочность элемента.

Результаты работы внедрены в 26 Центральном научно-исследовательском институте МО РФ, а также в курсы изучения дисциплины «Железобетонные конструкции» специальности ПГС в Томском государственном архитектурно-строительном университете.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены: на секции 7-ой Сибирской (международной) конференции по железобетону (г.Томск, ТГАСУ, 1998 г.); на 1-ой и 2-ой Международной конференции «Архитектура и строительство» (г.Томск, ТГАСУ, 2000 г., 2002 г.); на 58-ой научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава с участием представителей строительных, проектных и научно-исследовательских организаций (г. Новосибирск, НГАСУ, 2001 г.); на научном семинаре кафедры железобетонных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета (2000, 2001, 2002 гг.).

Публикации:

Результаты теоретических исследований и экспериментальных данных отражены в шести публикациях.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 184 наименований. Общий объем работы 174 страницы, в том числе 156 страницы основного текста, включающего 60 рисунков, 6 таблиц.

Работа выполнена на кафедре железобетонных и каменных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы и приводится общая характеристика работы.

В первой главе приведен обзор исследований по изучаемому вопросу и дан их анализ. Различные аспекты современных методов расчета железобетонных конструкций на действие кратковременных динамических нагрузок большой интенсивности разрабатывались многими учеными: Баженовым Ю.М., Бакировым Р.О., Бондаренко В.М., Белобровым И.К., Гвоздевым А.А., Голдой Ю.Л., Забегаевым А.В., Жарницким В.И., Котляревским В.А., Кумпяком О.Г., Лужиным О.В., Поповым Г.И., Поповым Н.Н., Рабиновичем И.М., Расторгуевым Б.С., Ставровым Г.И., Черновым Ю.Т., Балдиным И.В., Копаницей Д.Г., Лоскутовым О.М., Плевковым В.С., Плотниковым А.И., Пузанковым Ю.И., Сушковым Ю.В., Тихоновым И.Н., Тонких Г.П., Трекиным Н.Н., Яковленко Г.П., и др.

В настоящее время в отечественной и зарубежной практике вопросу изучения железобетонных конструкций при действии на них поперечных сил посвящено большое количество экспериментальных и теоретических исследований. Главная причина этого заключается в сложности данной проблемы. В приопорной зоне железобетонная балочная конструкция работает в условиях плоского напряженного состояния, при наличии нормальных и касательных напряжений, неупругих деформаций в арматуре и бетоне, большого количества нормальных и наклонных трещин, влияния поперечных сил в продольной арматуре и сил зацепления, возникающих в наклонной трещине при ее подвижке. Этим вопросам посвящены исследования: Барановой Т.И., Белоброва И.К., Беспаева А.А., Бердичевского Г.И., Боргатина В.С., Боришанского М.С., Гвоздева А.А., Жарницкого В.И., Залесова А.С., Карпенко Н.И., Климова Ю.А., Маиляна Р.Л., Митрофанова В.П., Михайлова В.В., Ставрова Г.И., Ахматова М.А., Бабич Е.М., Лоскутова О.М., Мордича А.И., Петросяна А.В., Усенбаева Б.У. и др. Среди зарубежных следует отметить исследования Е. Мёрша, В. Дилгера, Р. Вальтера, Д. Валравена, Г. Кани, Ф. Леонгарда, П. Ригана, Х Тейлора и др.

Для обоснования физической модели динамического деформирования железобетона были обобщены исследования о поведении материалов при статическом и кратковременном динамическом нагружениях и влиянии различных факторов на форму диаграмм «-» бетона и арматуры.

Экспериментальному исследованию диаграмм «-» бетона и арматуры посвящены работы таких авторов, как: Баженова Ю. М., Байкова В. Н., Белоброва И. К., Гвоздева А. А., Гениева А.Б., Дмитриева А.В., Митасова В.М., Мулина Н.М., Карпенко Н.И., Мадатяна С.А., Маиляна Л.Р., Михайлова В.В., Мухамедиева Т.А., Пирадова А.Б., Щербиной В. И., Яшина А. В., Мартинеза С., Нильсона А., Дилгера В., Коха Р., Ковальчука Р.и др.

На основании проведенного анализа диаграмма «b-b» для сжатого бетона принята в виде, предложенном Дилгером В., Кохом Р. и Ковальчуком Р. Данная зависимость учитывает влияние скорости нагружения и поперечного армирования на изменение прочностных и деформативных свойств бетона. Расчет по этой зависимости удовлетворительно согласуется с опытными данными.

Поведение бетона при высокоскоростном растяжении исследовалось в работах Зелинского А., Райнхарда Х., Кермелинга Х. и др. Анализ экспериментальных данных показал, что при скоростном нагружении прочность бетона на растяжение может возрастать в 2 – 5 раз, а предельные деформации выше, чем при статическом нагружении в 1,5 – 2 раза. Расчетная диаграмма «bt-bt» принята в виде двух прямых, отражающих работу бетона в упругой и пластической стадиях.

Сопротивление арматуры в расчете принято: для арматуры с физическим пределом текучести – диаграммой Прандтля с упрочнением; для арматурных сталей с условным пределом текучести используется кусочно-линейная аппроксимация. Повышение прочностных свойств арматуры при динамическом характере силового воздействия учитывается коэффициентом динамического упрочнения.

Вторая глава посвящена обоснованию физической модели динамического деформирования железобетонных балочных конструкций по наклонным сечениям. С этой целью были обобщены данные о поведении отдельных компонент наклонного сечения, определяющих сопротивление железобетонного элемента при действии поперечных сил: бетона над наклонной трещиной, продольной и поперечной арматуры, пересекающей трещину, сил зацепления в наклонной трещине и проведены дополнительные экспериментальные исследования.

Сжатая зона бетона железобетонных балочных конструкций находится в условиях плоского напряженного состояния. Поперечные и продольные усилия, возникающие в сжатой зоне бетона () определяются интегрированием нормальных и касательных напряжений по высоте сечения:

; (1)

Анализ экспериментальных данных показывает, что разрушение железобетонного изгибаемого элемента по наклонному сечению возможно по двум схемам: от среза или от сжатия сжатой зоны бетона.

Разрушение от среза носит, как правило, хрупкий характер. При этом предельное состояние, определяемое кривой прочности бетона при плоском напряженном состоянии, достигается в каждой точке по высоте сжатой зоны сечения. В случае разрушения от сжатия, предельное состояние (т.е. выход за пределы области, ограниченной кривой прочности) может быть достигнуто в некоторых точках, но не распространяется на все сечение. Этим обусловлена постепенная потеря несущей способности. Общей характеристикой механизма разрушения сжатой зоны является отношение предельных поперечных и продольных усилий в бетоне над трещиной.

Способность трещин передавать усилия среза играет большую роль во многих железобетонных конструкциях. На основании опытных данных Гвоздева А.А., Залесова А.С., Ильина О.Ф., Климова Ю.А., Митрофанова В.П., Титова И.А. Валравена Д., Маттока А., Тейлора Р., Хофбека Ж., Фенвика Р. проведен анализ развития касательных () и нормальных () напряжений, возникающих в бетоне при смещении берегов трещины относительно друг друга. Установлено, что величина напряжений (, ) зависит от коэффициента трения, объемной доли заполнителя и его размеров, ширины раскрытия трещин () и сдвига ее граней ().

С целью подтверждения и уточнения аналитических зависимостей определения касательных и нормальных (,) напряжений, возникающих в бетоне по берегам трещины автором были проведены экспериментальные исследования двух серий опытных образцов. Образцы представляют собой призмы размером 20032003600 мм с косыми вырезами (рис. 1.). Армирование образцов одинаковое и выполнялось из условия обеспечения разрушения образца по продольной оси между вырезами. Образцы отличались величиной максимального зерна заполнителя бетона (=16 мм – для образцов 1-ой серии, =32 мм – для образцов 2-ой серии).

Pages:     || 2 | 3 |






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