WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Совершенствование метода расчета железобетонных балок по наклонным сечениям при статическом и кратковременном динамическом нагружении

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).

Испытания образцов проводились на гидравлическом прессе на статическую, распределенную по площади образца нагрузку. В процессе испытаний величину прикладываемого усилия контролировали по силоуказателю гидравлического пресса. Поперечные и продольные деформации бетона в зоне между вырезами до образования трещины регистрировали тензорезисторами, после образования трещины поперечные деформации измерялись с помощью металлических тяжей, устанавливаемых перпендикулярно плоскости образования трещины. Продольные деформации бетона, подвижку берегов трещины и ширину раскрытия трещины измеряли механическими приборами.

Результаты исследований представлены на рис. 2.

Анализ результатов испытаний показал, что разрушающая нагрузка образцов 1-ой и 2-ой серий незначительно отличается друг от друга, и при величине заполнителя =16 – 32 мм (наиболее часто встречающиеся в практике проектирования) касательные и нормальные напряжения в трещине могут быть определены на основе теории бетонных «зубьев», предложенной Валравеном Д. по следующим зависимостям:

(2)

Динамический характер сопротивления при реализации сдвигового механизма движения трещины предлагается учитывать введением коэффициента динамического упрочнения к статической прочности бетона.

Многие исследователи отмечают в продольной арматуре в месте пересечения ее наклонной трещиной помимо осевых усилий также изгибающих моментов и поперечных – нагельных – сил. Опыты Залесова А.С., Карпенко Н.И., Торяника М.С., Митрофанова В.П., Фортученко Ю.А., Валравена Д., Кемпа К., Джонсона Р., Ригана П., Чехавичуса Р. и других показали, что величина поперечной силы, воспринимаемой арматурой при срезе, в зависимости от ряда факторов может составлять от 10 до 74% разрушающей поперечной силы (). Анализ теоретических предположений и опытных данных позволил принять в зависимости от формы разрушения нагельного механизма расчетную модель для оценки сопротивления арматуры срезу.

Третья глава посвящена разработке метода расчета прочности наклонных сечений железобетонных балок при статическом и кратковременном динамическом нагружении, приведены расчетные зависимости и алгоритм расчета.

Рассматривается изгибаемая железобетонная конструкция прямоугольного сечения, работающая на поперечный изгиб под действием кратковременной динамической нагрузки интенсивностью .

Система дифференциальных уравнений для определения параметров конструкции, прогибов , расчетных кривизн в каждый момент времени принята в виде:

(3)

где: - соответственно изгибная и сдвиговая жесткости конструкции, определяемые с учетом появления и развития трещин; - погонная масса; - коэффициент, определяющий жесткость на сдвиг ( , где: - угол поворота волокон при поперечном сдвиге).

Расчет основан на методе конечных разностей с соответствующими граничными и начальными условиями для шарнирно опертой балки. В каждый момент времени, полученные из расчета по нормальным сечениям функции прогибов, углов поворота, кривизн, сил инерции используются для определения напряженно-деформированного состояния и усилий в наклонных сечениях.

Для определения деформаций сечение по высоте балки разбивается с равным шагом на слои. Значения деформаций продольных волокон в каждом сечении изгибаемой балки через их приращения за промежуток времени будут равны:

(4)

где: - координата по высоте нормального сечения; - координата мгновенного физического центра тяжести сечения.

Поведение конструкции моделируется в процессе её движения от начала приложения нагрузки до развития неупругих деформаций и разрушения. На первом этапе до появления трещин балка работает как условно упругий элемент (стадия I (упругая), Iа (упругопластическая до образования трещин)). В этих стадиях усилия в бетоне и арматуре определяются в соответствии с гипотезой плоских сечений для условно упругого материала. Напряжения в слоях конструкции определяются в зависимости от принятых аналитических диаграмм деформирования арматуры и бетона в сжатой и растянутой зонах.

С появлением сети трещин в зоне действия максимальных изгибающих моментов и переходом конструкции в стадию II (упругопластическая с образованием нормальных трещин) напряженно-деформированное состояние балки изменяется незначительно. В этой стадии изгибающие моменты определяются путем интегрирования напряжений по высоте сечения:

(5)

где: - напряжения в сжатом и растянутом бетоне в соответствующем слое; - напряжения в растянутой и сжатой арматуре; - координата от точки, относительно которой определяется момент до центра соответственно сжатого и растянутого слоя с напряжениями .

Высота сжатой зоны бетона определяется из условия равновесия внутренних продольных усилий.

До образования наклонной трещины поперечная сила воспринимается бетоном над нормальными трещинами.

Образование наклонных трещин в бетоне элемента принято перпендикулярно направлению главного растягивающего напряжения. Оно устанавливается при достижении в бетоне по главной площадке предельных деформаций на растяжение. С образованием и развитием наклонных трещин конструкция переходит в стадию IIа (упругопластическая с образованием наклонных трещин). В этой стадии напряженно-деформированное состояние конструкции значительно изменяется. Развитие наклонных трещин приводит к образованию отдельных жестких блоков, которые при деформировании вызывают изгиб продольной арматуры и смещение граней блоков относительно друг друга.

Смещение граней блоков относительно друг друга и их взаимный поворот вызывает возникновение усилий в поперечной арматуре , нагельных сил в продольной арматуре и сил зацепления бетона по берегам трещины , которые определяются с учетом зависимости (4).

В этой стадии рассматривается наклонное сечение. Величина поперечной силы, воспринимаемой элементом () определяется по зависимости:

(6)

Составляющие уравнения (6) определяются на основе анализа деформационной модели приопорной зоны балки (рис.3).

Максимальное значение поперечной силы принято на основе исследований проф. Расторгуева Б.С., которые показывают, что в предельной стадии поперечная сила сохраняет близкое к постоянному значение .

В стадии III рассматривается равновесие отдельного бетонного блока, разделенного нормальной и критической наклонной трещиной (рис. 4.).

Используя уравнения равновесия и дополнительные деформационные зависимости, определяемые из анализа деформационной модели приопорной зоны балки (рис. 3) составляется система уравнений (7), совместное решение которой позволяет определить предельное поперечное усилие, воспринимаемое элементом ().

(7)

Условием разрушения конструкции является достижение в бетоне над наклонной трещиной сочетания напряжений на взаимно перпендикулярных площадках предельных значений по критерию прочности бетона при плоском напряженном состоянии, принятого с учетом скоростного нагружения. Переход конструкции из одной стадии в другую основан на деформационных критериях.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям прочности наклонных сечений железобетонных балок.

Задачи экспериментальных исследований состояли в следующем:

  • получить данные о прочности, деформативности и трещиностойкости железобетонных балок, разрушающихся по наклонным сечениям и влиянии на их напряженно-деформированное состояние проемов в приопорной зоне и характера поперечного армирования;
  • изучить особенности деформирования железобетонных балок по наклонным сечениям при однократном динамическом нагружении.

При экспериментальном изучении параметров напряженно-деформированного состояния на моделях использованы основные положения теории подобия, общепризнанные методики физического и геометрического моделирования конструкций.

В соответствии с поставленными задачами были запроектированы и изготовлены три серии (по пять образцов в каждой серии) железобетонных балок прямоугольного сечения размером 100400 мм, при длине пролета между опорами 2240 мм. Все балочные образцы содержали одинаковую продольную арматуру. Верхняя арматура выполнена из двух стержней диаметром 6 мм класса А-I. В нижней зоне установлены два стержня диаметром 20 мм класса A-III. Поперечное армирование балок осуществлялось арматурой диаметром 4 мм класса Вр-I.

Для определения прочностных и деформативных характеристик арматурной стали были проведены стандартные испытания на растяжение на разрывной машине в соответствии с требованиями действующих государственных стандартов. На основе анализа полученных данных установлено, что для арматуры:

20 мм А-III - ; ; ;

6 мм А-I - ; ; ;

4 мм Вр-I - ; ; ;

Прочность бетона образцов к моменту испытаний на основании стандартных испытания призм и кубов соответствовала классу В35.

Опытные образцы второй и третьей серий имели проемы размерами 100150 мм в пролете среза конструкции на расстоянии от опор. Образцы третьей серии имели дополнительные наклонные отгибы из арматуры диаметром 6 мм класса A-I.

Испытания свободно опертых балок статической и кратковременной динамической нагрузкой проводились двумя сосредоточенными силами, расположенными на расстоянии от опоры. Причем из каждой серии два образца испытывали статической нагрузкой, три – однократной динамической.

При статических испытаниях нагружение проводилось на специально разработанном стенде гидравлическим домкратом этапами, составляющими 0,050,1 ожидаемого разрушающего усилия, с выдержкой на каждом этапе 1015 минут. Усилие на опытные балки от домкрата передавалось посредством жесткой траверсы. Величину усилия контролировали по предварительно тарированному манометру насосной станции и по величине упругих деформаций динамометрических опор, позволяющих определять опорные реакции.

Кратковременное динамическое нагружение балок осуществлялось на копровой установке. Высота падения груза и его масса устанавливалась исходя из несущей способности конструкций. Величину прикладываемого усилия определяли тензодинамометром стаканного типа, который перед каждым испытанием тарировался с помощью специального оборудования. Опорные реакции определяли по величине упругих деформаций динамометрических опор. При таких испытаниях реакции опор, прогиб балок, деформации арматуры и бетона балок регистрировали с помощью специально разработанного аналого-цифрового преобразователя частотой 640 кГц, соединенного с ноутбуком Pentium-IV. Все исследуемые параметры записывали во времени в виде осциллограмм с дальнейшей расшифровкой их по градуировочным графикам.

Испытания показали, что:

  • наличие проема в опорной зоне балок приводит к снижению как их несущей способности, так и деформативности. При этом прочность конструкций по наклонным сечениям понизилась на 26-43%, деформативность – на 10-25%;
  • армирование наклонных сечений балок с проемами отгибами приводит к повышению несущей способности конструкций на 20-32%;

При однократном динамическом нагружении выявлено, что:

  • разрушение железобетонных балок с проемами происходит хрупко;
  • развитие опорных реакций опытных балок не является полным подобием диаграмм их сопротивления. С достижением максимального значения поперечная сила на опоре стабилизируется на небольшой промежуток времени, что характеризует неупругое деформирование конструкции в предельной стадии динамического сопротивления;

Анализируя деформирование опытных конструкций, можно отметить, что развитие деформаций продольной, поперечной арматуры и бетона по своему характеру и особенностям подобны как при статическом, так и кратковременном динамическом нагружениях. Наибольшее влияние на развитие деформаций оказало образование наклонных трещин. Так, в момент их образования и дальнейшего развития происходит перераспределение усилий в бетоне и арматуре, на сжатой грани бетона в некоторых случаях деформации замедляли свое развитие или переходили в деформации удлинения. В продольной арматуре происходило выравнивание значений деформаций в окрестностях критической наклонной трещины.

Следует отметить различия в образовании критической наклонной трещины в первой, второй и третьей сериях. Если в первой серии магистральная трещина развивалась от опоры до места приложения нагрузки, то во второй и третьей сериях магистральная трещина развивалась по пути наименьшего сопротивления, то есть от верхнего правого угла проёма до места приложения нагрузки, и от левого нижнего угла проёма к опоре.

Пятая глава посвящена численным исследованиям прочности и деформативности исследуемых конструкций на основе разработанного метода и сравнению экспериментальных данных с теоретическими. Также были проведены расчеты опытных балок согласно нормативной методики (СНиП 2.03.01.-84*, СНиП II-11-77*) и с использованием вычислительного комплекса «Мираж».

Результаты сравнения численных исследований, теоретических расчетов и экспериментальных данных приведены в таблице 1.

Таблица 1

Шифр балки kH ВК «Мираж» СНиП 2.03.01.-84* (СНиП II-11-77*) предлагаемая методика
kH kH
jpg">
kH
БС-1-1 92 89,2 1,065 87,9 1,046 89,5 1,027
БС-1-2 89 86,4 1,031 87,9 1,012 89,5 0,994
БД-1-1 99 93,6 1,058 92,3 1,072 98,3 1,007
БД-1-2 102 93,6 1,089 92,3 1,105 98,3 1,037
БД-1-3 100 93,6 1,068 92,3 1,083 98,3 1,017
БС-2-1 68 84,5 0,805 87,9 0,774 60,8 1,118
БС-2-2 52 84,5 0,615 87,9 0,592 60,8 0,855
БД-2-1 73 80,0 0,913 92,3 0,791 70,1 1,041
БД-2-2 75 80,0 0,938 92,3 0,813 70,1 1,069
БД-2-3 72 80,0 0,900 92,3 0,780 70,1 1,027
БС-3-1 92 101,8 0,904 116,1 0,792 89,5 1,028
БС-3-2 92 101,8 0,904 116,1 0,792 89,5 1,028
БД-3-1 108 122,3 0,876 127,7 0,845 104,3 1,035
БД-3-2 106 122,3 0,867 127,7 0,830 104,3 1,016
БД-3-3 107 122,3 0,875 127,7 0,838 104,3 1,026

Анализ результатов расчета показал, что нормативный метод расчета, заложенный в ныне действующих нормах проектирования, дает хорошую сходимость экспериментальных и теоретических данных для балок без проемов. При расчете балок с проемами СНиП дает большую погрешность сравнения экспериментальных и теоретических данных. Расчет конструкций методом конечных элементов, заложенным в ВК «Мираж» обладает лучшей (в отличии от методики СНиП) сходимостью экспериментальных и теоретических данных. Недостаточную точность при расчете на ВК «Мираж» можно объяснить тем, что при расчете шаговым методом необходимо использовать эквивалентные статические нагрузки.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

  1. Проведен анализ факторов, определяющих прочность наклонных сечений железобетонных балочных элементов. На основе этого анализа, опытных данных отечественных и зарубежных ученых, а также собственных исследований разработана физическая модель сопротивления железобетона по наклонному сечению.
  2. Разработан метод динамического расчета железобетонных изгибаемых конструкций по наклонным сечениям на основе экспериментальных нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры с учетом трещинообразования в бетоне, влияния скорости и характера динамического нагружения на прочностные и деформативные свойства материала, учете усилий, возникающих по берегам наклонной трещины при ее подвижке, а также поперечных усилий, воспринимаемых арматурой при срезе.
  3. Разработанный метод доведен до программы автоматизированного расчета для ПЭВМ.
  4. На специально сконструированных железобетонных образцах экспериментально изучено распределение касательных и нормальных напряжений, возникающих по берегам трещины при ее подвижке.
  5. В результате проведенных экспериментальных исследований изгибаемых конструкций балочного типа при статическом и кратковременном динамическом нагружениях получены новые опытные данные, характеризующие особенности деформирования, трещинообразования и разрушения приопорной зоны балок, ослабленных проемом на различных стадиях статического и динамического деформирования.
  6. Результаты экспериментальных исследований балочных конструкций на действие статических и кратковременных динамических нагрузок подтвердили правомерность основных теоретических предпосылок, положенных в основу разработанного метода расчета.
  7. Разработанная вычислительная программа использована для решения практических задач при расчете конструкций специальных сооружений.

Основные результаты диссертации представлены в следующих статьях:

  1. Кумпяк О.Г., Пахмурин О.Р., Родевич В.В. Расчет железобетонных изгибаемых конструкций по наклонным сечениям на основе дисково-связевой модели. - Деп. в ВИНИТИ. М.: 1999. - №558-В99. - 21с.
  2. Кумпяк О.Г., Пахмурин О.Р., Родевич В.В., Галяутдинов З.Р. Расчет железобетонных конструкций по наклонным сечениям при кратковременном динамическом нагружении на основе дисково-связевой модели. - Деп. в ВИНИТИ. М.: 2001. - №283-В2001. - 34с.
  3. Пахмурин О.Р., Родевич В.В., Петухов А.А., Притьмов С.Г. Исследование прочности наклонных сечений железобетонных балок с проемами при статическом и кратковременном динамическом нагружении. - Деп. в ВИНИТИ. М.: 2002. - №335-В2002. - 41с.
  4. Родевич В.В., Галяутдинов З.Р. Расчет наклонных сечений железобетонных элементов при действии кратковременной динамической нагрузки // Вестник Томского гос. архит.-строит. ун-та. – Томск. - 2000. - №2. – С.126-131.
  5. Родевич В.В. Расчет прочности железобетонных элементов по наклонному сечению при действии кратковременной динамической нагрузки. // Известия ВУЗов. Строительство. - 2001. - №8. – С. 144-146.
  6. Родевич В.В. Совершенствование метода расчета наклонных сечений железобетонных конструкций при кратковременном динамическом нагружении на основе дисково-связевой модели. // Научно-техническая конференция «Архитектура и строительство»: Сб. тезисов докладов. – Томск.: Изд-во ТГАСУ. - 2002. – С. 20-22.

Подписано в печать.

Заказ №. Тираж 100 экз.

Офсетная печать ООП ТГАСУ

634003, Томск, ул. Партизанская, 15



 




<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.