автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Сейсмодинамика стержневых железобетонных конструкций



КАЗАХСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛ^Н \Я АКАДЕМИИ

На правах рукописи

УДК 624.072.2.042.8

БЕСПАЕВ АЛИЙ АББАСОВИЧ

СЕЙСМОДИНАМИКА СТЕРЖНЕВЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

05.23.01. Строительные конструкции. зданий и сопрухоипи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

АЛМАТЫ, 1996

Работа выполнена в Казахском научно-исследовательском и проектно-эксперименгалы-юм институте сейсмостойкого строительства и архитектуры (КазНйИССА)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Б. С. РАСТОРГУЕВ

доктор технических наук

А.Т.АУБАКИРОВ

доктор технических наук, профессор С. Р. РАЗЗАКОВ

Ведущая организации: Акционерная Проектная Академия ■

"КазГОР"

Защита состоится 24 мая 1996 года в 14 часов на заседании Специализированного Совета Д. 14. 03. 01 а Казахской Государственной Архитектурно-строительной Академии (КазГАСА) по адресу: 480123, Алматы. ул. Рыскулбекова,- 2&.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КазГАСА. Автореферат разослан 16 апреля 1996 года.

Ученый секретарь Специализированного

Совета, кандидат технических наук ^ Шинтемиров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы обусловлена катастрофическими последствиями сильных землетрясений, вызывающими в населенных районах большие разрушения и гибель людей, и вытекающей отсюда необходимостью повышения надежности зданий и сооружений. Южные и Юго-Восточные районы Казахстана относятся к районам с повышенной сейсмичностью, в »¡их проживает около трети населения республики, они охватывают шесть густонаселенных областей и целый ряд крупных административных, промышленных и культурных центров. Поэтому обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений, повышение эффективности строительства, снижение затрат от возможных землетрясений имеют большое народнохозяйственное и социальное значение.

В настоящее время и в обозримом будущем железобетон останется важнейшим конструкционным материалом строительства, а развитие железобетона, наряду с совершенствованием методов расчета и конструирования, сопровождается применением новых эффективных видов бетонов, таких как высокопрочные бетоны, легкие и ячеистые бетоны, бетоны на вяжущих и заполнителях из отходов народного хозяйства, материалов попутной добычи и местных материалов. •

Сейсмостойкость зданий и сооружений, под которой подразумевается прежде всего способность не разрушаться и не опрокидываться при расчетных землетрясениях, определяется надежностью применяемых методов расчета и конструирования, а также качеством строительства. Действующие нормы по строительству в сейсмических районах весьма условно и недостаточно надежно оценивают влияние сейсмического характера нагружекия на прочность железобетона, не учитывают накопление в нем повреждений и деформаций. *

Данная диссертация посвящена сейсмодинамике стержневых железобетонных конструкций, под которой понимается комплексная I ценка прочностных и деформативных свойств конструкций, характеризующая их способность сопротивляться сейсмическим нагрузкам.

Целью диссертационной работы является разработка методов расчета стержневых железобетонных конструкций на реальные сейсмические нагрузки с учетом накопления повреждений. В задачи исследований входило:

- изучение влияния сейсмического характера нагружения на прочностные и деформативные свойства различных бетонов,

- исследование сейсмодинамиш стержневых железобетонных элементов при основных видах напряженного состояния, разработка методов расчета прочности и деформаций, при нестационарных нагрузках, оценка диссипативных свойств и энергоемкости,

- выявление особенностей работы многопролетных неразрезных балок и статически-неопределимых железобетонных рам, уточнение принципов их рационального армирования с применением искусственного регулирования усилий.

Изучение сейсмодинзмики производилось для стержневых железобетонных конструкций из различных видов бетона и арматуры: -обычного и высокопрочного тяжелого бетона, -конструкционного керамзитобетона, -бетона на литом щебне из фофорных шлаков, -бесцементных бетонов на вяжущих из фосфорных шлаков (шлакощелочном, известково-шлаковом, солешлаковом, шлаковом с добавкой клинкера или цемента), -золобетона,

-арматуры классов А-1, A-Il, A-HI, A-V, A-VI Аитор диссертации защищает:

- способы нагружения при динамических испытаниях в рычажных установках и пружинных стендах, а также с применением взрывных устройств контагтного типа,

- результаты ис ледованг.я влияния динамического характера нагружения и повторности воздействия на прочностные и деформа-тивныо свойства различных видов бетона,

- результаты изучения влияния последовательного действия повторных динамических нагрузок ; азличной интенсивности на прочность бетона, а также зависимости для оценки остаточной прочности бетона в процессе повторных нагружений,

- результаты исследоеания сейсмодинамиш железобетонных балочных элементов, рекомендации по расчету прочности нормальных сочеиий при нестационарных динамических нагрузках, предложения по определению кривизны с учетом накопления поврежде-

• ний в процессе знакопеременных динамических нагружений, методику нахождения коэффициентов динамичности при внезапно!» приложении нагрузки, данные по влиянию вида бетона, класса i

• количества арматуоы, предварительного напряжения и продольной силы на динамичность конструкций, значения коэффициента уело

ли работы железобетонных конструкций при расчете на сейсмич«*-<ие нагрузки,

методику расчета прочности наклонных сечений по поперечной иле при динамических повторных нагружениях с учетом влияния редварительного напряжения, интенсивных продольных сжи-ающих или растягивающих сил,

результаты исследования сейсмодинамики многопролетных еразрезных железобетонных балок с искусственным регулирован» м усилий, данные по их прочности, деформациям, динамичности, атуханию колебаний, энергоемкости, особенностям перераспреде-ения усилий при знакопеременных повторных нагрузках, возможности работы отдельных сечений на ниспадающей ветви деф9рми-ования,

результаты исследования сейсмодинамики . статически-еопределимых железобетонных рам, особенности взаимодействия жатых и изгибаемых элементов, пределы искусственного регулиро-ания усилий, необходимость рационального армирования желепо-ретонных рам каркаса многоэтажных зданий.

Научное значение исследований заключается в усгановле-1ии общих закономерностей и выявлении специфики работы при ейсмичесшх нагрузках различных типов стержневых элементом: »етонных элементов, однопролетных железобетонных балочных цементов и многоТфолетных неразрезных железобетонных балок, :татически-неопределимых железобетонных рам, учету влияния 1ида бетона, класса арматуры, ее количества и характера армиро-1ания; наличия предварительного напряжения или продольных ;ил; разработке методики приведения нестационарных повторных огрузок к эквивалентным стационарным, выработке предложений ю оценке остаточной прочности железобетонных коне-гукций в. фоцессе действия повторных нагрузок, создании методики определения коэффициентов динамичности на любой стадии рабитй, эазработке. методики нахождения коэффициентов условий работы тементов при сейсмических нагрузках, развитии методов расчета точности железобетонных конструкций, их. жесткости и коэффициентов динамичности; выявлении пределов искусственного регулирования усилий в неразрёзных балках и статически-неопределимых замах, принципах рационального армирования железобетонных рам саркаса.многоэтажных зданий.

Научную новизну работы составляют:

- способы динамического нагружёния в рычажных установках i пружинных стендах, применением взрывных устройств контактной типа,

- экспериментальные данные по прочностным и деформа'тивныг свойстам при динамических повторных нагрузках различных видо бетона (обычного и высокопрочного тяжелого бетона, конструкци онного керамзитобетона, бетона на щебне из фосфорных шлэкое бетонов на вяжущих из фосфорных шлаков: шлакощелочном, со лешла. ооом, известково-шлаковом, шлаковом с добавкой клинкер или цемзнта, золобетона),

- формулы для оценки величины динамического упрочнения раз личных бетонов, предложения го приведению нестационарны повторных нагрузок к эквивалентным стационарным, формулы дл расчета остаточной прочности бетона в процессе повторных нагру жений, ' оедпосылки для нахождения коэффициентов условий рабе ты при реальных сейсмических нагрузках,

- результаты изучения работы нормальных сечений железобето» ных элементов при сейсмическом характере нагружёния, предложе ния по оценке трещиностойкости и расчету прочности на действи динамических повторных нагрузок с введением дифференцировав ных коэффициентов условий работы бетона и арматуры, уче1 накопления повреждений в сжатой зоне бетона и арматуре, наличу предварительного напряжения, продольной силы, использовав различных видов бетона и арматуры, формул для определен коэффициентов динамичности при внезапном приложении нагрузк! экспериментальные данные по затуханию колебаний и энергоек кости, расчетноаналитическая оценка прочности одноэтажных ка| касных зданий при реальных землетрясениях, свидетельствуют: о необходимости повышения расчетных сейсмических нагрузок снижения коэффициентов условии работы железобетонных koi сфукцнй при расчете на сейсмические нагрузки,

- уточнения методов расчета прочности наклонных сечений г поперечной силе при сейсмическом характере нагружёния и нал! чии больших продольных сжимающих или растягивающих сил, также преднарительного напряжения; зависимость, связьтающ; шчрину наклонных трещин после снятия нагрузки с шириной ра крышя трещин под нагрузкой и уровне й действовавших усилий,

- экспериментальные данные по сейсмодинамике неразрезш железобетонных балок, закожпруированны:: с искусственным per лированием усилий,- картина изменения соотношения усилии критических сечониях, услпния возможной работы искусствен!

слабленных сечений на ниспздающэй ветви деформирования, а акже возможность неполной реализации несущей способности :ечений с искусственно завышенной прочностью, ■ особенности взаимодействия сжатых и изгибаемых железобетонах элементов в статически-неопределимых рамах, характер переопределения усилий при знакопеременных динамических нагруз-:ах, влияние насыщения сечений арматурой и наличия предвари-ельнрго напряжения, принципы рационального армирования рам :аркасов многоэтажных зданий, воспринимающих горизонтальные сейсмические нагрузки. - .

- .Практическое значение работы заключается в том, что в результате проведенных экспериментально-теоретических исследо-5аний разработаны методы расчета стержневых железобетонных «жструкций на реальные сейсмические нагрузки, повышающие надежность проектируемых зданий, позволяющие оценить состояние и возможность дальнейшей эксплуатации после землетрясений, необходимую степень усиления поврежденных конструкций, обеспечивающие экономию материалов за счет более точной оценки влияния сейсмического характера нагружений и снижения ущерба от возможных землетрясений. Выполненные исследования работы железобетонных конструкций из различных видов бетона расширяют возможности применения в сейсмических районах высокопрочного тяжелого бетона, конструкционного керамзитобетона, позволяют применять новые малоизученные бетоны на вяжущих и заполнителях из фосфорных шлаков. '

Результаты исследований включены в следующие республиканские строительные нормы:

- "Временные указания по проектированию железобетонных конструкций из тяжелых бетонов на щебне фосфорного производства". РСН 16-73, Алматы, 1973;

- "Временные указания по проектированию'железобетонных конструкций из тяжелых бетонов на щебче фосфорного производства. Расчет конструкций на динамические нагрузки". РСН 2-74, Алматы, 1975;

- "Временные указания по проектированию железобетонных конструкций из тяжелых бетонов на литом щебне фосфорного производства для обычных и сейсмических районов". РСН 2-77. Алматы, 1977;.

- "Указания по проектированию несущих керамзитобетонных конструкций для сейсмических районов". РСН 16-82. Алматы, 1982.

- "Указания по проектированию и изготовлению железобетонны; конструкций из плотных автоклавных бетонов на фосфорношлако ьом нпжущем для обычных и сейсмических районов". РСН 17-83 Алматы, 1983;

- "Указания по проектированию и изготовлению ограждающи> керамзитобегонных конструкций на вяжущем из фосфорного шлак; и жидкого стекла для сельскохозяйственного и промышленное строительства". РСН 19-83. Алматы, 1983;

- "Указания по проектированию железобетонных конструкций и: тяжелых бетонов на литом щебне из фосфорных шлаков для обыч них и сейсмических районов". РСН 28-84. Алматы, 1984;

- "Указания по проектированию железобетонных конструкций' и: тяжелых бетонов на вяжущем из фосфорного шлака и солей". РШ 27-84. Алматы, 1984;

- "Республиканские строительные нормы по изготовлению и при менению бетонов, бетонных и железобетонных изделий и конструк ций на основе шлакового вяжущего". РСН 38-87. Алматы. 1987;

'Проектирование и изготовление ограждающих керамзитобо тонных конструкций на вяжущем из фофорного шлака и жидкогс отекла для сельскохозяйственного и промышленного строитель стиа". РСН 19-88. Алматы, 1988;

- "Проектирование бетонных и железобетонных конструкций н; • нижущем из фосфорного шлака и содосульфатной смеси для обыч

ных и сейсмических районов". РСН КазССР 43-88. Алматы, 1988;

- "Проектирование керамзитобетонных конструкций для сейсмиче ских районов". РСН 2-89. Алматы, 1989;

- "Проектирование и 'изготовление бетонных и железобетонны; конструкций из автоклавных бетонов на фосфорношлаковом вяжу ¡дсм для обычных и сейсмических районов". РСН 17-89. Алматы 1909;

"Рекомендации по проектированию предварительно-напряженны, железобетонных конструкций с термически упрочненной стержнево! арматурой для сейсмических районов". Госстрой СССР, КазПСНИ ИГ1, Алматы, 1975.

Апробация работы и публикация. Основные результат! работы докладывались на различных конференциях, совещаниях симинлрах и технических советах, в том числе:

- Всесоюзных совещаниях по сейсмостойкому строительству "Совершенствование методов расчета и конструирования зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах" (г.Кишиног!, октябрь, 1976 ), "Снижение материалоемкости и повышение качества сейсмостойкого строительства" (г. Алматы, октябрь, 1982 );

- научно-технической конференции по сейсмостойкому строительству (г. Ташкент, октябрь, 1991);

- международном симпозиуме ФИП "Сейсмостойкость предварительно напряженных железобетонных конструкций", (г.Тбилиси, октябрь, "(972);

- Европейской конференции по сейсмостойкому строительству, (г. Москва, сентябрь, 1990);

V

- ¡1 Всесоюзной конференции "Совершенствование методов расчета зданий и сооружений на динамические воздействия", (г.Тбилиси, ноябрь, 1982);

- Всесоюзном координационном совещании "Деформирование железобетонных конструкций на стадии, близкой к разрушению, при статических и динамических нагружениях", (г Алматы. май, 1982);

- Ежегодных сессиях НК ФИП (г. Минск, сентябрь, 1982; г. Владивосток, сентябрь, 1983; г. Ереван, август, 1987; г. Харьков, октябрь, 1989; г. Свердловск, октябрь, 1990; г. Новополоцк, октябрь, 1991; г. Москва, октябрь, 1992);

- научно-практической конференции "Комплексное использование фосфорных шлаков для производства строительных материалов", (г. Алматы, февраль, 1979);

- Всесоюзных научно-практических конференциях "Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции",(I конференция, г. Киев, октябрь, 1979; II конференция, г. Киев, октябрь, 1984; ИГ конференция, г. Киес, октябрь, 1989);

- Всесоюзном совещании "Пути использования вторичных ресурсов для производства строительных материалов* и изделий", (г. Шым-кент, октябрь, 1986).

'Основные положения диссертации изложены в 68 опубликованных работах, 14 нормативных документах и 6 авторских свидетельствах.

Работа выполнена в КазНИИССА (до 1990 года бывшей научной частью института КазпромстройНИИпроект). Материалы, представленные в диссертации, разрабатывались автором диссертации как самостоятельно, так и совместно с руководимыми им Адаев,ым Н.Г.,

Баймаганбетовым К.Т., Бертаевым М.Ж., Боргатиным B.C., Бочаровой Л.Н., Кочиным В.Б., Нокербековым Д.М., Сексенбаевым А.Т., Тастанбековым А.Т., Якуповой Т. М. и другими работниками лаборатории конструкций из монолитного железобетона и новых материа--лов.

Диссертации состоит из общей части, шести глав, заключения и литературы. Диссертация изложена на 273 страницах и содержит 45 таблиц, 91 рисунок и список литературы из 301 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В обзорной главе диссертации указана область применения различных видов бетонов для железобетонных конструкций и их эффектах ность. Изложены специфические факторы, определяющие сопротивление отержнеаых железобетонных конструкций действию сейсмических нагрузок. Наряду с динамическим характером воздействия для.них характерна нестационарность повторных нагрузок различной интенсивности при общей немногочисленности нагруже-ний. Поэтому в диссертации дифференцированно изучалось влияние указанных факторов на прочностные и деформативные свойства бетонных и железобетонных конструкций.

Физико-механические характеристики бетонов зависят от скорости нагружен) :я. Исследованием влияния времени нагружения на прочность бетона занимались Абраме Д.А., Акрйдин Д.В., Амбарцу-мян Н.Л., Баженов Ю.М., Беченева Г.В., Ватстин Д., Николау В., Мудрое И.В., Музурума М., Рахманов В.А., Рейншмидт К.Ф., Удальцов B.C., Хатано Т., Хансен Р.И., Щербина В.И., Янг K.M. и другие. Предложены эмпирические форм, лы для определения динамического упрочнения бетона по линейным или степенным зависимостям of логарифма скорости или времени нагружения. Доказано, что оно зависит от многих факторов, в том числе и от вида бетона, его д-;формативных свойств, возраста, прочности, влажности и т.п.

Повторные нагружения рызызгют снижение прочности бетона. Изучением прочности бетона при немногочисленных повторных нагрузках занимались Бан С., Беченева Г.В., Бекметоз В.Г., Гесгль К.Н., Котов Ю.М., Музурума М., Надирадзе А.Д., Синха Б.П., Тсуд-зуми Н., Тулин Л.Б., Хатано Т. и другие. Прэдло;:<ены полулогарифмические зависимости уровня усилий от коэффициента ассиметр^ изменения усилий и числа нагружений.

Повторные динамические нагрузки существенно влияюf на войства арматуры. Изучением работы стальной apMaiypu при щнамических скоростях или немногочисленных погружениях дзни-1ались Белобров U.K., Беченева Г'.В/, Дучмнский Б.Н., Вейсм.и. /I.X., Веллер А., Каплан М.Н., Кириллов А.П., Петрик В.М., Попов '.И., Рахманоз В.А., С тузи Ф., Томсон Дж, Шзрбмна В.И. и другип. 1олучены данные по повышению предела текучести и прочности >азличных видов арматуры о зависимости от скорости кагру^ения » количества повторных нагружеиий.

Вопросы, связанные с исследованием сейсмостойкости стерж-швых железобетонных конструкций, рассматривалисо в трудах многих исследователей, в том числе Борджеса Дж.Ф., Жунусова Г.Ж., Залесдва A.C., Корчикского И.Р., Кулыгинэ Ю.С., Ныомарка -I.M., Окамото С., Полякова C.B., Равара А., Ржевского В.А., Рсзен-элюфа Е., Складнева H.H., Степаняна В.А. и других. Изучалась 1рочность нормальных и наклонных сечений при динамическом повторном нагружении. получены зависимости прочности от числа повторных нагружении при некоторых видах напряженного состояния.

Анализ нормативных методов расчета прочности железобетонных конструкций показывает, что сейсмический характер нагоу-жения оценивается весьма приближенно коэффициентом условий работы ткр, который назначен с обеспеченностью прочности бетона 0,926, что даже ниже обеспеченности нормативных 'сопротивлений бетона и в 49.3 раза превышает вероятность разрушения бетона в обычных условиях эксплуатации.

При проведении исследований сейсмодинамики стержневых железобетонных конструкций автором диссертации приселялись различные методы создания динамических нагрузок, что позволило оценить раздельно влияние основных факторов сейсмического воздействия, а также совместное их действие. Наряду с традиционными способами динамических испытаний, такими гак использование гидропульсаторов, гидродинамических машин с домкратами или вибромашин; а исследованиях применялись специально разработанные методы и стенды. Для исследований были разработаны рычажные установки, пружинные стенды, блочные системы с падающими грузами и регулированием величины динамического импульса: а также взрывные устройства контактного типа

В рычажных установках динамическая нагрузка от падающего груза передается на испытываемый образец через специальные рычаги. Созданный для исследований рычажный стенд с соотно-

шением плеч рычага 1:10 обеспечивал динамические усилия до 50G кН при вертикальных перемещениях до 5 см. и времени нагружени? 0,1-0,15 сек. Частичное заполнение грузовой платформы позволялс создавать свободные затухающие колебания балочного образа с грузом или без груза (при отсоединении нагружающей системы с помощью дополнительного сбрасывателя).

3 пружинных стендах динамическая нагрузка вызывается рас прямленном предварительно сжатого пакета пружин. В созданног. для исследований г;ружинном стенде пакет пружин сжимался гид равлическим домкратом, фиксировался а сжатом состоянии тяжам! и после включения сбрасывателя распрямлялся, создавая динами ческсе усилие величиной до 500 кН за 0,01-0,015 сек при пареме щениях до 5 см.

Для изучения влияния повторных динамических нагрузок ис пользовалась гидродинамическая установка МВГ-1 с гидравличе скими домкратами двойного действия, которая обеспечивала соз дание знакопеременных усилий величиной до 500 кН с частотой д 2 герц. При положительном коэффициенте ассиматрии усили использовался гидропульсатор ГРМ-1, создававший повторны нагружениа с величиной усилий до 500 кН при частоте до 3 герц.

Дня испытания образцов колонн или рам в вертикальном поле женил применялась блочная система создания горизонтально динамической нагрузки, в которой падающая грузовая корзина помощью троса, переброшенного через блок, вызывала в опытно образце, •динаммчес :ий импульс заданной величины. Величи> динамической нагрузки регулировалась сбрасывателем со сменш ми хрупкими вставками различной прочности.

Принципиально новым методом динамических испытаний я ляется применение взрывных устройств контактного типа. Там устройства могут создавать динамические импульсы в любой то" испытываемого объекта и действовать в произьсльно.и иапразл нии. Нагружающая система такого устройства состоит из накладно камуфлированного взрывного устройства и ударника. Высоко&ффг THBHbies листовые заряды взрывчатого вещества наклеиваются массивный ударник, упирающийся через елей демпфора в испыг ваемь'й объект. Подбором демпферов из соответствующих 'мат риалов можно регулировать форму и продолжительность динами1 с ко го импульса. Глушение взрывной волны может осущег.тг.лять газожидкостной пеной. Автоматическая система управления подр вами позволяет создавать необходимые при испытаниях динами«

ские нагрузки а требуемой последовательности. подрывая их г, "следящем" за деформациями испытываемого объекта режиме.

Исследования сэйсмодинамнки бетонных элементоз, наряду с традиционным тяжелым бетоном на гранитном щебна, охватывали, высокопрочный тяжелый бетон, конструкционный' кер^мзитобетоь. бетон на литом щебне из фосфорных шлаков, бетоны на различных вяжущих из фосфорных шлаков{ (мзвесткозо-итакозом вяжущем, садошлакозом вяжущем, сопешлаковом вяжущем, обезвреженном фосфорношлаковом вяжущем с добавкой клинкера или цемента), золобетсн. Опытные образцы в виде бетонных призм стандартных размеров. загружались осевой сжимающей. силой. В процессе испытана* с помощью тенэодатчиков, осциллографов Н700 и усилителей Топаз-3 замерялись продольные и поперечные.деформации боковых граней, а также величина нагрузки. Испытано 62 серии бетонных призм в количестве более SCO и ¡ту:;, изготовленных из различных видов бетона.

Для изучения влияния скорости нагр/женил опытные образцы испытывапись при однократном динамическом иагружении в рычажном и пружинном стендах при времени нагружекия, соответственно, 0,1-0,15 сек и 0,01-0,012 сек. Для сравнения образцы-близнецы испыгьшались при кратковременном статическом нагружеиии. Установлено, что прочность бетона при динамическом нагружении возрастает на 8-60%, а величина упрочнения зависит от скорости нагружекия, вида бетона, его прочности и деформативных свойств. С повышением прочности и уменьшением деформатиености сни-' жается чувствительность, бетона к изменению скорости нагружения.

Дня тяжелых цементных бетоноз рекомендуется спепующая зависимость динамической прочности or логарифма времен нагружения:

R^RbLI>23-^-K^-0,05)lgxl ' (1)

По величине динамического упрочнения «ерамзмтобатон уступает тяжелым бетонам, а его динамическая прочность может определяться по формуле:

Ri =R,f 1,1 + -0.23) Ig-cl (2)

b 600 V 2600

Тяжелые бетоны на литом щебне из фосфорных шлаков отличаются от бетонов на гранитном щебне повышенным начальным модулсчл упругости, меньшей деформатияностью и меньшей величиной динамического упрочнении. Однако различия в величине динамического упрочнения не превышают нескольких процентов.

бетоны на из^естково-шпаковом вяжущем автоклавного твердения обладают высокой прочностью, пониженным начальным модулем упругости и меньшей долей неупругих деформаций, что, соот-иетстыенно, несколько снижает величину их динамического упрочнения.

Бетоны на солешлаковом вяжущем обладают пониженным на чальным модулем упругости и несколько большей деформатив ностыо, но уступаю1" цементным бетонам в величине динамической упрочнения.

Значительно отличатся от цементных бетонов бетоны на обез вреже.-чпом фосфорношлаковом вяжущем с добавкой клинкера ил цемента. Их начальный модуль упругости меньше на 30-40%, пре дельная деформативность возрастает на 20-50%, а по величин динамического упрочнения они подобны цементным бетонам.

Еще оазительнее от цементных бетонов отличаются шлакоще лочные бетоны на вяжущем их гранулированного фосфорного шлак . с активизацией водным раствором содощелочного плава Чирчикскс го ПО "Химпром". Начальный модуль упругости таких бетонов ниже 2,53 раза, предельная деформативность больше на ЗС-59%, а г величине динамячес .ого упрочнения они уступают цеменгнь бетонам.

Золобетоны обладают пониженным модулем упругости, имен большую деформатианость, но меньшее динамическое упрочнение

Для определения динамического упрочнения различных вид1 бетона предлагается формула, оперирующая соотношением неупр гих и полных (с(| ) деформаций:

¡1,' = К ь [ 1,3 + 0,25 --- - 0,06 ™ ¡£> т] (

с,, с,,

где (

Еь

продольные деформации бетона при осевом сжатии, соото С1 вующие достижению напряжений Р^, .

Изучение влияния повторных нагружений на прочность и де-формативность бетонов производили по результатам испытаний образцов бетонных призм на силовом стенде с помощью гидродинамической машины МВГ1 и гидравлического домкрата при частоте нагружения около одного герца и коэффициенте яссиметрии изменения усилий р = 0. Установлено, что уже 15-50 циклов нагружений при величине напряжений около 80-90% от призменной прочности приводят к-разрушению бетона.

Рекомендуется оценивать влияние повторных нагружений коэффициентом условий работы :

7b"=Yb,'Yb„ (5)

где ybt - коэффициент динамического упрочнения бетона,

у bn - коэффициент, учитывающий повторность нагружений, который может определяться по следующим формулам:

- для тяжелого бетона на гранитном щебне

У bn =1 + 0,06(р-^)(-^-)4-(0,1-0,05р-0,05р2)1пп (6)

- для керамзитобетона

у bn- = 1 + 0,06(р - ~(0,18 -0,1p-0,08p2)lg п (7)

ь

- для бетона на вяжущем из фосфорного шлака с добавкой клинкера

У b„ = I + 0,06 (р - Jf^X—)4 -(0,095 - 0,05р- 0,45р7) ig п (8) Rb

В процессе повторных нагружений предельная сжимаемость бетона увеличивается на 20-40%, а исходная выпуклая диаграмма деформирования постепенно превращается в вогнутую. При этом начальный модуль упругости снижается на 20-30%, а в процессе увеличения усилий модуль деформаций достигает исходных значений. При высоких уровнях усилий уже с первых циклов нагружений наблюдается неуклонное ускоренное нарастание продольных и поперечных деформаций бетона. При небольших усилиях этапу ускоренного роста деформаций предшествует достаточно продолжительный этап (около 70% от предельного числа нагружений)

внешней стабилизации повреждений, в течение которого не происходит значительного прироста деформаций.

Сейсмические нагруски относятся к нестационарным случайным воздействиям, в которых усилия изменяются в широком диапазоне амплитуд и числу повторений. Для изучения влияния последовательно действующих различных по величине и числу повторения нагрузок проведены специальные экспериментальные исследования, в которых опытные образцы подвергались действию ограниченного числа повторных нагружений одного уровня усилий, а затем загружались циклическими нагрузками другого уровня. Получены данные по значительному влиянию предварительных нагружений на число повторных нагружений другого уровня, вызывающее разрушение бетона. Так 20 циклов нагружений ( около трети предельного числа нагружений, приводящего к разрушению бетона) с максимумом усилий около 90% от призменной прочности привели к снижению числа нагружений с максимумом усилий, уменьшенным на 10%, в среднем на 53%. В свою очередь, 100 циклов нагружений (около 3,5% от предельного числа нагружений) привели к уменьшению числа нагружений при увеличенной на 10% амплитуде усилий на 86,1%. 1

Предлагается зависимость для приведения повторных нагружений "к" уровня усилий к эквивалентному числу нагружений "¡" уровня усилий:

I- V

7я;

/ 'Н

/к

1Впк.,=-г-Т-МЕ"* О)

1- а4/

18"с' . ПО

У" <11)

Дьз изучения влияния повторных нагружений на остаточнук прочность бетона проводились специальные исследования, прк которых опытные образцы бетонных призм после различного числг повторных нагружений разрушались при кратковременном стати ческом нагружении. На основании анализа результатов испытание

предложена эмпирическая зависимость остаточной прочности бетона Пост после "гГ повторных нагружений:

Н0СТ=Кь[1 + а(р-^)(^~)4-(Ь + ср^ар2)^- М2) Кь 18"о

где По предельное число повторных нагружений, приводящее к разрушению бетона.

Таким образом, коэффициент условий работы бетона при нестационарных повторных нагружениях может быть найден по фор- . муле: *

у ? = [А + + (СИЬ + Б) 1п г ] [ 1 + а (р - Л?) + (ь+ср+Ф) <8 »2 ]

(13)

Приведение нестационарных немногочисленных нагружений к эквивалентным циклическим может быть выполнено по формуле:

^"=л/т: ^ ^ ~ -«- < -^сь сП| ^ ир? > ? I

(14)

Одним из наиболее распространенных видов напряженного состояния стержневых железобетонных элементов является поперечный изгиб. Поэтому сейсмодинамике изгибаемых железобетонных элементов в диссертации уделено особое внимание.

В задачи исследований входило изучение прочности нормальных сечений, границы армирования, жесткости, трещиносдикости, коэффициентов динамичности, затухания колебаний и энергоемкости. Экспериментальные исследования выполнялись на опытных образцах железобетонных балок прямоугольного поперечного сечения, различавшихся видом и прочностью бетона, количеством и классом продольной арматуры, величиной предварительного напряжения. Всего было испытано 43 серии железобетонных балок общим количеством 275 штук.

Опытные образцы изгибаемых , железобетонных балок испыты-вапись по схеме однопролетной шарнирно-опертой балки, загруженной в третях пролета двумя равными сосредоточенными силами.

Опытные образцы железобетонных колонн испытывались в вертикальном положении по схеме защемленного консольного стержня, загруженного продольной сжимающей силой и горизонтальной поперечной нагрузкой. .

Анализ результатов испытаний показал, что динамический характер нагружен ш вызывает повышение нагрузки образования трещин. Это повышение удовлетворительно оценивается нормативной ме\одикой расчета по образованию трещин при учете упрочнения бетона при такой скорости нагружения.

Прочность нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов при динамическом нагружеиии также превышает статическую прочность, а величина упрочнения зависит от вида бетона, класса арматуры и коэффициента армирования сечений. Расчет прочности нормальных сечений иекомендуется производить по традиционной нормативной методике с учетом динамического упрочнения бетона и арматуры, а такжз при ".орректировке характеристики сжатой зоны:

<1)т =——0,008И^ ; (15)

У ы

Установлено, что для балок с малым и средним процентом армирования динамическое упрочнение зависит, прежде всего, от динамического упрочнения растянутой арматуры, а при высоких процентах армирования - от динамического упрочнения бетона. При применении высокопрочной продольной арматуры в ней может реализовываться коэффициент условий работы у56 >1,0.

Знакопеременные повторные нагружения вызывают снижение прочности и жесткости нормальных сечений. Однако основные неупругие деформации происходят при первых циклах нагружения. Затем наблюдается этап внешней стабилизации повреждений, лишь после которого начинается этап интенсивного нарастания повреждений а бетоне, образования новых и развития имеющихся трещин. Разрушение элементов обычно сопровождается раздроблением бетона сжатой зоны, потерей устойчивости и переломом либо разрыеом продольной арматуры. Эпюра напряжечий в сжатой зоне бетона принимает криволинейное очертание со значительном периферийным участком работы бетона на ниспадающей ветви деформирования и смещением центра тяжести сжимающих напряжений вглубь сечения.

Расчет прочности изгибаемых железобетонных элементов на знакопеременные динамические нагрузки рекомендуется производить с учетом изменения прочностных свойств бетона и арматуры, а .также пр;л корректировке характеристики сжатой зоны бетона по формулам:

' (16) к." = П7)

0,008 Кь у* Гь„; (18)

ц У Ьг

где уЬт,у5т - коэффициенты, учитывающие повышение прочностных свойств бетона и арматуры при динамическом - нагружении,

У ьп'У 511 " коэффициенты, учитывающие влияние повторных нагружений на. прочность бетона и арматуры", для арматуры класса А-Ш коэффициент у5„ может определяться по формуле:

Ти=1 + 0,04(р.-^ ^ -(0,95-0,04р-0,01р2)Вп; (19)

1<п - коэффициент, учитывающий изменение свойств бетона сжатой зоны в процессе повторных нагружений. рекомендуется определять по формуле:

к„=1-0,05(р-л/р7) -0,2(Т-Т2); (20)

Т = ; ' (21)

5*УТУ„

Характер изменения жесткЬсти с увеличением динамической нагрузки подобен статической. Удовлетворительное совпадение опытной кривианы с расчетной при эксплуатационных, уровнях усилий

обеспечивается при учете динамического упрочнения бетона и значениях коэффициента, характеризующего упругопластическое сосюяние бетона сжатой зоны, равных у, - 0-55.

Знакопеременные повторные нагружения вызывают изменение диаграммы деформирования элементов и увеличение прогибов. Исходная выпуклая диаграмма деформирования превращается в линейную,, а затем и вогнутую диаграмму с практически линейным. участком разгрузки. Жесткость в процессе знакопеременных нагру-жений рекомендуется определять. с использованием зависимости Рамберга-Осгуда, для которой "скелатная кривая" описывается формулой: ■

1 Б [Б

(22)

где [—] кривизна сечения с начальной (исходной) жесткостью . г°

элемента,

Восходящая и нисходящая "ветви" диаграммы деформирования описываются формулой:

1 О Я-Б.

Г Г: У 8

л1,1

(23)

где 5, и [—] г,

величина текущем знакопеременной нагрузки и соответствующая ей кривизна

(¡1 - коэффициент, зависящий от напряженного состояния, вида бе юна и числа нагружений, для изгибаемых элементов из тяжелого бетона можег определяться по формуле :

>'-»4'С

-0,6

(24)

для керамзишбетонных элементов:

21 (25)

А,

р = —5—— , но не более 0,75 (26)

ИьЫ»,,

т - коэффициент, зависящий от вида бетона, для элементов из тяжелого бетона т=3, для керамзитобетонных элементов т=5.

Оценку динамических свойств изгибаемых железобетонных элементов производили по коэффициентам динамичности при внезапном приложении нагрузки, который представляет собой отношение реакции балки при внезапном приложении нагрузки к ее реакции при статическом действии этой же нагрузки. Получены Формулы для нахождения коэффициентов динамичности для кусочно-линейных диаграмм деформирования:

' кл=---^---(27)

¡=1

или для равношаговой кусочнелинейной диаграммы:

¡=1 ■ А

Анализ значений коэффициентов динамичности, построенных по опытным диаграммам "нагрузка-прогиб", показывает, что они начинают снижаться после образования трещин. Затем наблюдается этап некоторой стабилизации его величины, после которого при приближении к разрушающей нагрузке начинается этап ускоренного снижения коэффициента динамичности. В целом уменьшение процента армирования сечений или предварительное напряжение вызывают снижение коэффициента динамичности, а повышение

22 . • прочности бетона или наличие продольной сжимающей силы ограничивают пределы снижения коэффициента динамичности в разрушающей стадии. Предлагается формула для определения коэффициента динамичности в этой стадии в зависимости от процента армирования сечений, размеров сжатой зоны и относительного уровня образова :ия трещин:

<

М

к„ = 8 ц -г 1,55 е + 3,6—-0,17 (29)

• V м

Выполнено сопоставление энергоемкости изгибаемых железобетонных элементов по величине работы, затраченной на их разрушение. Установлено, что предварительное напряжение или про-, дольная сила снижают энергоемкость, а повышение прочности бетона или увеличение коэффициента армирования сечений вызывают повышение энергоемкости, но при этом относительная энергоемкость снижается.

Проведен анализ диссипативных свойств железобетонных элементов, которые оценивалась по' величине затухания колебаний. Доказано, что увеличение коэффициента армирования сечений приводит к снижению затухания колебаний. Предложена зависимость для определения декремента колебаний при начальных уровнях усилий:

6 =0.4-0,04ц ' (30)

Показано, что затухание колебаний незначительно изменяется до уровня усилий, не превышающего 70% от разрушающей нагрузки. С дальнейшим, увеличение*, нагрузки начинается ускоренное увеличение затухания, и при достижении несущей способности декремент колебаний возрастает в 5-7 раз по сравнению с начальным. -

Знакоперемэнность изменения усилий вызывает снижение коэффициентов динамичности, увеличение затухания колебаний й позышение энергоемкости.

Применимость разработанных методов расчета стержневых железобетонных элементов и возможность оценки влияния сейсмического характера нагружения проверены путем динамического расчета зданий на реальные сейсмические воздействия. Расчетные объекты представляли собой одноэтажные каркасные здания с желе-

зобетонными колоннами, расчитанным по СНиП 11-7-31* для 9 бапльной расчетной сейсмичности. Диаграмма деформирования описывалась зависимостью Рамберга-Осгуда и задавалась в виде кусочнолинейных диаграмм с мелкими равношаговыми участками. Сейсмические воздействия задавались 8 известными записями реальных землетрясений и 2 региональными искусственными акселерограммами с магнитудэми 5,6-7,2, максимумами ускорений 93704 см/се;<2 й преобладающими частотами 0,12-0,7 сек. Колебания описывались линейными дифференциальными уравнениями, решение которых выполнялось методом Дцамса на персональном компьютере IBM/AT.

Результаты расчетов свидетельствуют о различной реакции расчетных объектод на реальные землетрясения. Наибольшую реакцию вызывают воздействия с преобладающими периодами, близкими к собственной частоте колебаний объектов. При перегрузочных циклах наблюдается сглаживание амплитуд реакций. Если в значимой части аксклерограмм ускорения при перегрузочных циклах превышают среднеквадратичные ускорения в 2-3 раза, то наибольшая амплитуда усилий о железобетонных колоннах превышала среднеквадратичные значения усилий на 30-100%, в среднем составляя 152%. Для большинства землетрясений наибольшие значения реакции расчетных объектов были близки к величине расчетной сейсмической нагрузки, определенной по СНиП 11-7-81*. Однако имеется целый ряд землетрясений, которые вызывают реакцию, превышающую расчетные сейсмические нагрузки приблизительно на 15%. Это указывает на необходимость корректировки нормативных сейсмических нагрузок.

Для оценки коэффициента условий работы железобетонных конструкций при сейсмическом характере нагружения амплитуды акселерограмм землетрясений завышались либо занижались на такую величину, чтобы каждое землетрясение вызывало в железобетонных колоннах усилия, соответствующие достижению их несущей способности. Анализ результатов расчета показывает, что реальные землетрясения вызывают снижение прочности железобетонных колонн на 12-26%, т.е. рекомендуемый главой СНиП !l-7-81* коэффициент условий работы железобетонных конструкций ткр явно завышен.

Обзор последствий землетрясений свидетельствует о большем количестве случаев повреждения железобетонных колонн w ригелей от действия поперечных сил. Поэтому в диссертации значительное

внимание уделено изучению сопротивления стержневых железобетонных элементов динамическому немногочисленному действию поперечных сил. Наряду с исследованием специфики работы элементов из различных видов бетона изучалось влияние продольных сжимающих и растягивающих сил, а также а также наличия предварительного напряжения. Экспериментальные исследования выполнялись на образцах железобетонных элементов прямоугольного поперечного сечения, различавшихся видом и прочностью бетона, классом и количеством арматуры, величиной предварительного напряжения. Для этого было изготовлено 18 серий железобетонных образцов общим количеством 186 штук.

Изучение влияния продольной сжимающей силы производилось на образцах из тяжелого бетона при постоянной продольной силе и постепенном росте поперечной иагрузки. Продольная сила создавалась гидравлическим домкратом и поддерживалась системой тяг и демпфирующих пружин. Анализ результатов испытаний показывает, что продольная сжимающая сила вызывает повышение несущей способности железобетонных элементов по поперечной силе на 2030% (рис. 1). Удовлетворительный учет этого повышения обеспечи-

о о

-1Г8-

<00 ЛО 30О 4>0 50О &00 У, ¿У

Рис. 1 Зависимость прочности балок по поперечной силе от продольной

сжимающей силы. 1 - по СНиП 2.03.01-84 ,

• - из тяжелого бетона, О - из керамзитобетона.

вается при использовании нормативного коэффициента фп. С увеличением продольной сжимающей силы повышение прочности наклонных сечений по поперечной силе прекращается и прочность остается практически неизменной до уровня продольной силы, вызывающей сжимающие напряжения в батоне около 45% от приз-менной прочности. При дальнейшем увеличении продольной силы происходит снижение прочности наклонных сечений по поперечной силе и при уровне обжатия около 05% от прочности бетона на сжатие прочность элементов почти не отличается от прочности образцов, испытанных без продольной силы.

Для учета влияния продольной силы на прочность железобетонных элементов по поперечной силе рекомендуется коэффициент <ри

определять по формуле:

с?п =0,45-5(4п-0,3)2, но не менее 0 (31)

N

(32)

Rbbh0

Анализ результатов испытаний аналогичных образцов из керам-зитобетона показывает, что продольная сжимающая сила также увеличивает прочность наклонных сечений по поперечной силе. Однако в отличие от элементов из тяжелого бетона в керамзитобе-тонных элементах не наблюдается снижения несущей способности наклонных сечений при высоких уровнях продольной сжимающей силы.

Предварительное напряжение также вызывает повышение прочности наклонных сечений железобетонных элементов по поперечной силе. В данных исследованиях для образцов без поперечной арматуры предварительное напряжение повысило прочность на 76%, а для образцов с гнутыми хомутами класса А-1 - на 32%. В расчетах прочности наклонных сечений предварительное напряжение может быть учтено как внешняя продольная сила.

Одним из наименее изученных вопросов сопротивления железобетонных элементов действию поперечных сил является учет продольных растягивающих сил. Для исспедования влияния продольных растягивающих сил проведены испытания опытных железобетонных образцов с симметричной продольной арматурой, к

которой прикладывалась постоянная растягивающая сил с помощью гидравлического домкрата, пакета демпфирующих пружин и охватывающей рамы. Продольная растягивающая сила вызывает образование системы нормальных трещин, располагающихся с постоянным шагом: и пересекающих всю высоту сечения. Рост поперечной наг рузки сопровождается появлением наклонных трещин и формированием критической трещины, по которой и происходит разрушение в виде взаимного сдвига берегов без следов раздавливания бетона.

Продольная растягивающая вызывала снижение нагрузки образования наклонных трещин на 40-60% и снижение прочности наклонных сечений на 10-20% (рис. 2). Нормативный коэффициент <рп

. 30 4о Зй

¿л

■Ш

* > а • • •

& ' Н 4 1 — I

\

\ Л

ш

¿00

300

Рис. 2. Прочность наклонных сечений снецонтренио-растянутых железобетонных элементов

1 - по СНиП 2.03.01-84

2 - по формуле (33)

существенно переоценивает негативное влияние растягивающих сил на прочность железобетонных элементов по поперечной силе и может определяться по формуле:

Ч>„ = -3,5Т +16,6Т2 -18Т3

(зз;

Экспериментальные исследования влияния динамического ха-^ктера нагружения на сопротивление железобетонных элементов цействию поперечных сил выполнялись на рычажном стенде. В процессе увеличения поперечной нагрузки сначала образовывались нормальные трещины в зоне чистого изгиба, затем появлялись наклонные трещины, из которых формировалась магистральная наклонная трещина по которой и происходил сдвиг бетонных блоков со следами раздробления бетона в местах приложения поперечных сил. С уменьшением пролета среза прочность элементов увеличивалась, а разрушение сопровождалось расширением зоны раздробления бетона по наклонной полосе.

. Динамическая прочность железобетонных эпементов по поперечной силе, как правило, была выше статической прочности. Однако для образцов без поперечной арматуры динамическая прочность нередко не отличалась от статической прочности. Величина повышения динамической прочности зависела от вида бетона, поперечного армирования и пролета среза. Для образцов из тяжелого бетона с хомутами из отожженой стали класса А-1 величина повышения прочности при динамическом нагружении составляла 1525%.

Расчет динамической прочности железобетонных элем1 тон по поперечной силе рекомендуется производить по нормативной методике с учетом динамического упрочнения арматуры и повышенной неравномерности распределения напряжений а поперечной арматуре, но без учета динамического упрочнения бетона. Дополнительный коэффициент, учитывающий повышенную неравномерность распределения напряжений в поперечной арматуре при динамическом нагружении, рекомендуется определять по формуле:

у ,= 0,8(0,92 + 0,04^ г) ' (35)

Динамическая прочность керэмзнтобетонных элементоз по поперечной силе превышала статическую прочность в среднем на 3_%, т.е. была близка к упрочнению аналогичных образцов из тяжелого бетона.

Динамическое упрочнение железобетонных элементов на фос-форношлаковом вяжущем было подобно повышению прочности аналогичных элементов из тяжелого бетона.

Для изучения влияния знакопеременного характера изменения поперечной нагрузки часть образцов подвергалась предварительному нагружению в одном направлении, а затем загружалась до разрушения поперечной нагрузкой обратного направления. Остаточная ширина раскрытия наклонных трещин после снятия поперечной нагрузки связана с шириной раскрытия этих трещин под нагрузкой следующей зависимостью: ' ■

■ а£т=0,6асгс-0,15 : ■ (36)

В целом предварительное нагружение поперечной силой величиной до 60-70% от разрушающей силы (ширина раскрытия наклонных трещин достигает 0,4-0,5 мм) практически не отражается на прочности по поперечной силе в противоположном направлении. Увеличение уровня предварительных усилий до 75-80% от разрушающей нагрузки (ширина раскрытия наклонных трещин достигает 0,9 • 1 мм) приводит к снижению несущей способности в обратном направлении на 5-7%, а предварительные усилия величиной 85-90% ст разрушающей (ширина раскрытия трещин составляет 1,2-1,5 мм) снижают прочность по поперечной силе в другом направлении на 10-15%.

Для изучения вли ния димамических знакопеременных нагрузок на прочность наклонных сечений железобетонных элементов проведены испытания опытных с помощью гидродинамической машины МВГ-1 и гидравлического домкрата двойного действия при частоте нагружения около герца и коэффициенте асимметрии изменения усилий р =-0,4-0,9. Получены данные о существенном снижении

прочности железобетонных элементов при знакопеременном изменении усилий, особенно сильно проявляющемся при коэффициентах асимметрии изменения усилий меньше - 0.6.

Так если 10-30 циклов нагружений при р =-0,4-0,5 вызывают

снижение прочности на 10%, то 52 цикла нагружений при р = -0,6 вызвали' снижение прочности на 43%, а 3 цикла нагружений при р = -0,88 - на 30%.

В целом расчет прочности наклонных сечений железобетонных элементов на динамические повторные нагружения рекомендуется производить с учетом динамического упрочнения поперечной арматуры -у , влияния повторных нагрузок на прочность арматуры у511и

бетона уь„ , с введением дополнительного коэффициента неравно-

мерности распределения напряжений в поперечной а£ натуре у5№(, но без учета динамического упрочнения бетона (принимая у.,, = 1,0).

Способность железобетонных конструкций перераспределять усилия при увеличении нагрузок или в процессе эксплуатации позволяет рационально конструировать статически-неопределимые стержневые системы. Для изучения сейсмодинамики неразрезных железобетонных балок выполнены экспериментальные исследования, в которых опытные железобетонные образцы испытывались по схеме двухпролетной нерэзрезной балки, загруженной а третях пролетов сосредоточенными силами. В задачи исследований наряду оценкой влияния вида бетона и класса арматуры ставилась задача изучения особенностей работы неразрезных систем с искусственным регулированием усилий. Для этого были изготоалены 18 серий опытных железобетонных балок общим количеством 56 штук. Опытные образцы имели прямоугольное поперечное сечение размерами 12 х 20 см и длину 570 см. Они различались видом бетона, классом продольной арматуры, коэффициентами армирования сечений, а также соотношением прочности критических сечений.' Схема нагружения предполагала создание в упругой системе усилий в опорных сечениях, которые на 88% превышали изгибающие моменты в пролетных сечениях. Поэтому с ростом поперечной нагрузки первоначально образовывались нормальные трещины в опорных сечениях, что сопровождалось замедлением роста в них усилий. Однако для образцов первой серии, (Н-1, рис. 3) армирование которых осуществлялось в соответствии с распределением усилий в упругой системе, перераспреде ление усилий было невелико и не превышало 10%. С ростом нагрузки начинается текучесть растянутой арматуры в опорных сечениях, затем в в пролетных сечениях напряжения в растянутой арматуре достигают предела текучести, а усилия в критических сечениях приближаются к расчетной прочности сечений. Неразрезные балки допускают развитие повышенных деформаций, поэтому максимум их несущей способности достигается при значительных деформациях растянутой арматуры, которые при применении арматуры класса А-Ш обеспечивают работу последней за пределом текучести стали. Поэтому разрушающая нагрузка превышала расчетную нагрузку на 25%, вызывая одновременное исчерпание несущей способности и опорных и пролетных сечений при деформациях растянутой арматуры в них, соответственно, около 2,3% и 1,8-2%. Повышение прочности при динамическом нагружена составляло 11,5%.

Рис. 3. Усилия в пролетных и опорных ссчениях неразрезных балок.

О - серии Н-1,

А - серии Н-2,

Г] - Серии H-4.

Остальные, серии, опытных образцов имели одинаковую прочность опорных и пролетных сечений, что предполагало искусственное завышение прочности пролетных сечений на 88% по сравнению с требуемой по упругому расчету системы. Для серии образцов со средним коэффициентом армирования сечений сталью класса A-III (серия Н -2) ощутимое перераспределение усилий начинается после образования трещин, однако оно невелико и существенно начинает расти лишь после начала текучести арматуры в искусственно ослабленных сечениях (опорных), проявляясь в замедлении роста в них усилий. Разрушающая нагрузка нагрузка превышала расчетную на 38-50% за счет работг.: растянутой арматуры в зоне упрочнения. Динамическая прочность банок этой серии превышала статическую прочность на15,5%.что близко к динамическому упрочнению однэ-прелегных балок. Отдельные образцы этой серии имели .разрушение сгорных сечений по попеперечной силе, что привело к сниже-. нию прочности этих образцов на 15-20%.

Для серии образцов с повышенным коэффициентом армирования сталью класса AIII (и = 5% ) (серия Н-3) соотношение усилий в

критических сечения мало менялось до начала текучее и арматуры в искусственно ослабленных сечениях, после чего наблюдался ускоренный рост усилий с искусственно завышенной прочностью. Однако разрушающей нагрузке предшестсозал этап нько.орого снижения усилий в искусственно ослабленных сечениях, свидетельствующий о работе этих сечений на ниспадающей ветви деформирования. Снижение прочности опорных сечений достигало 4-12%, что привело к тому, что динамическая разрушающая нагрузка практически не отличалась от статической.

Для неразрезных балок с высокопрочной арматурой кл&сса A-V соотношение усилий в критических сечениях до эксплуатационного уровня нагрузки мало отличалось от начально^ С дальнейшим увеличением нагрузки сначала напряжения в растянутой арматуре искусственно ослабленных сечений достигают условного поедела текучести, а при разрушающей нагрузке усилия как в опорных. так и в пролетных сечениях превышали нормативную несущую способность, определенную с коэффициентом условий работы n.S5> 1,0.

Динамическое упрочнение образцов этих серий составляло 2-4%, что подтверждает применимость для их расчета метода предельного равновесия,,Насть образцов этих серий предварительно нагружалась статической вертикальной нагрузкой, имитирующей полезную вертикальную нагрузку и составлявшей 25-40% от разрушающей, а затем образцы подвергались динамическому нагружению по обычной схеме. Наличие эсплуатационной вертикальной нагрузки мало о гназилось на работе элементов при динамическом нагружении.

Для оценки пределов искусственного регулирования усилий в неразрезных балках были изготовлены 4 серии опытных образцов с повышенным отличием в прочности критических сечений. Прочность пролетных сечений а этих образцах почти в 2 -раза превышала прочность опорных сечений, т.е. соотношение их прочности почти в 4 раза отличалось от требуемого для упругой системы. Повышенное искусственное регулирование усилий привело к раннему началу этапа основного перераспределения усилий, которое наблюдалось уже при достижении нагрузкой 40% от разрушающей. При приближении к разрушающей нагрузке происходит деградация прочности искусственно ослабленных сечений, наблюдаются повышенные деформации и раскрытие в них трещин. Для балок с продольной арматурой класса A-III динзмическая разрушающая нагрузка превышала статическую на 13,4%, что близко к динамическому упрочнению подобных однопролетных балок. При симметричном армировании сильная сжатая арматура создает условия для развития

повышенных деформаций, а также выполаживает нисполаживает ниспадающую ветвь деформирования. Динамическое упрочнение таких образцов составляло 5,2%. Для образцов с высокопрочной про дольной арматурой реализовызался коэффициент условий работы высокопрочной стали у56 >1,0, а также ее динамическое

. V* .■Л » >

..упрочнение. , ' .

По два образца подвергались действию постепенно увеличивающихся знакопеременных нагрузок, в процесса повторного действия которых распределение усилий между критическими сечениями мало меняется и близко к достигнутому при максимальных нагрузках предыдущего цикла нагружений. Знакопеременный характер нагружения вызвал снижение прочности наразрезных балок как при статическом, так и при динамическом нагружениях на 10-12%.

Сейсмодинамика неразрезных керамзитобетонных балок изучалась на образцах, аналогичных балкам из тяжелого бетона и закон-струированных с повышенным искусственным регулированием усилий. Для этого были изготовлены 4 серии опытных образцов, включавшие образцы с одиночным и симметричным армированием сталью класса А-Ш и А-У. Анализ результатов испытаний керамзитобетонных неразрезных балок подтверждает идентичность их работы аналогичным балкам их тяжелого бетона, но расчет их прочности должен производиться с учетом ранее выявленных особенностей работы однопролетных керамзитобетонных элементов.

Картина изменения коэффициентов динамичности неразрезнь» железобетонных балок подобна однопролетным балкам. Искусственное регулирование усилий, снижение коэффициента! армирования сечений, постановка сжатой арматуры приводят I снижению коэффициентов динамичности, а глвышение прочность бетона или увеличение коэффициентов армирования сечения вызы вают повышение коэффициентов динамичности наразрезных балок.

По величине энергии, необходимой для разрушения, неразрез ные балки превосходят однопролетные балки. Наличие сжато! .арматуры, искусственное регулирование усилий увеличиваю гнергоемкость. Повышение прочности бетона или коэффициента! армирования сечений хотя и повышают энергоемкость, но при этс» относительная энергоемкость снижается. Энергия разрушающей цикла нагружений при циклических испытаниях меньше, чем пр однократном нагружении, однако полная энергия, необходимая дл разрушения знакопеременными динамическими нагрузками, в 2-раза больше, чем при однократном разрушении.

По затуханию колебаний неразрезные железобетонные балки мало отличаются от разрезных элементов, однако в стадии разрушения декремент их колебаний увеличивается в 6-9 раз, ос обенно возрастая при применении искусственного регулирования у.илий.

Наряду с балочными конструкциями широкое применение п строительстве находят рамные системы, к которым в частности относятся несущие конструкции каркасных зданий. Для изучения сейсмодинамики статически неопределимых рамных систем выполнен специальный комплекс лабораторных и натурных исследований, включавший испытания образцов разных зидов. Лабораторные исследования выполнялись на железобетонных образцах трех видов: крестообразных рамных элементах, многоярусных плоских рамах и Ж-образных рамах. Специфика совместной работы сжатых и изгибаемых элементов в статически неопределимых рамных системах изучалась на железобетонных образцах крестообразной формы, имитировавших фрагмент поперечной рамы многоэтажного каркасного здания в одну треть натуральной величины. Они испы-тывались по схеме однажды статически неопределимой системы с шарнирным опиранием стойки и ригеля при постоянной продольной сжимающей силе в стойке и возрастающих поперечных силах в ригеле. Динамическая поперечная нагрузка создавалась с помощью рычажной системы. В процессе испытаний замерялись горизонтальные и вертикальные перемещения, деформации арматуры и бетона в критических сечениях стойки и ригеля, а также опорные реакции.

Всего было испытано три серии крестообразных образцов, различавшихся характером армирования. Первая серия была закон-струирована в соответствии с соотношением усилий в упругой системе. Для нее характерно практически неизменное распределение усилий между стойкой и ригелем вплоть -до разрушающей стадии, в которой растянутая арматура работала в зоне упрочнения, что обеспечило превышение опытной разрушающей нагрузки чад расчетной почти на 25%.

Вторая серия образцов отличалась уменьшенной почти на 40% прочностью стоек, что привело к раннему началу перераспределения усилий (уже после превышения нагрузкой 30% от разрушающей). Образцы третьей серии имели увеличенную почти на 50% прочность стоек по сравнению с требуемой при упругом распредо-. лении усилий. Для них перераспределение усилим начиналось после превышения нагрузкой 50% от разрушающей. Разрушение образцов сопровождалось одновременным исчерпанием прочности критических сечений и стоек и ригелей при работе раоянутей арматуры за

пределами текучести, что привело к превышению опытной разру шающей нагрузкой расчетной величины на 20-25%. Знакоперемеи ных херактер нагружения стоек привел к росту усилий в ригелях снижению прочности рам на 8-12%. Динамическая прочность ра; превышала статическую прочность на величину, близкую к динaм^ ческому упрочнению стоек и ригелей. В целом оезупьтаты испытг ний крестообразных рамных элементов подтвердили возможное! значительного искусственного регулирования усилий в статическ неопределелимых рамах (до 40-50%).

Для изучения влияния предварительного напряжения колонн » сейсмодинамику многоярусных рам проведены испытания тр< серий двухпролетных трехэтажных рам в одну треть натуральнс величины рамы многоэтажного каркасного здания. Серии образце различались величиной предварительного напряжения колон имели ригели в виде стального проката и испытывались в верт! кальном положении при защемлении одних концов колонн в жесткс постаменте и приложении сосредоточенной горизонтальной силы уровне верхнего яруса рам. Динамический характер нагружен! обеспечивался применением блочной системы, в которой п дающая грузовая платформа соединялась с испытываемым обрг цом тросом, переброшенным через блок силового упора.

В процессе рос и горизонтальной нагрузки многоярусная ра! деформируется как сдвиговая система с линейным смещени! ярусов по высоте, а существенное распределение усилий нач нается после начала текучести растянутой арматуры колонн. Не большие повреждения бетона и раскрытие трещин концентрируют в колоннах первого этажа, где образовываются первые пласти* ские шарниры, приводящие к искривлению и потере устойчивое зтого яруса рамы. После этого происходило ускоренное повреж/ ние повреждение колонн второго яруса с образованием пласти1 ских шарниров и искривлением этого яруса. Дальнейшее дейстЕ горизонтальной нагрузки вызывало ускоренное повреждение коле верхнего яруса, образование в них шарниров и полную поте устойчивости рамы.

Предварительное напряжение колонн привело к повышен трещиностойкости, жесткости и прочности рам при снижении тенсивности попрежения колонн и уменьшении коэффициен динамичности рам. В процессе роста горизонтальной нагру наблюдалось увеличение периодов колебаний рам, которые I нагрузке около 90% от разрушающей для непряженных рам в растали ь" 6,8 раз, а для предварительно-напряженныхрам в 3,

2,1 раз. Логарифмический декременг колебаний при этом увеличился с 0,4-0,6 до 1,0-1,7. Горизонтальный пере.сос ярусов перед разрушением составлял около одной тридцатой от высоты яруса.

Для изучения пределов искусственного регулирования усил'ий б статически неопределимых рамных системах выполнены экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния железобетонных рам с различным соотношением армирования критических селений. Опытные образцы представляли собой ярус плоской рамы каркаса до/хпролотного многоэтажного здания в одну четвертую натуральной величины, вырезанный □ точках нулевых моментов. Схема испытания опытных предусматривала создание дополнительных продольных сжимающих сил в колоннах и сосредоточенных поперечных сил а ригелях,а также действие знакопеременных горизонтальных динамических сил. Продольные силы в колоннах и поперечные силы в ригелях имитировали полезную вертикальную нагрузку в здании и создавались с помощью системы тяг, траверс, демпферов и съемных гидравлических домкратов. Горизонтальная нагрузка ссздазалась с помощью гидравлических домкратов двойного действия и гидропульсатора МВГ-1 при частоте нагружония около одного герца и отрицательном коэффициенте асимметрии изменения усилий.

Испытано три серии образцов Ж-образных рам, различавшихся соотношением прочности ригелей и колонн. Одна серия была за-конструирована в соответствии с упругим распределением усилий. Приложение полезных вертикальных нагрузок не вызывает ещуги-мого перераспределения усилий. Горизонтальная нагрузка вызывает постепенное изменение; соотношения усилии в критических селениях рам, образование и развитие трещин б колоннах и опорных сечениях ригеля. Знакопеременные горигальные нагрузки ускоряют накопление повреждений в колоннах, вызывают повышенное раскрытие в них трещин и раздробление сжатой зоны бэтона, что приводит к снижению несущей способности кслонч на 5-23%. 50 циклов знакопеременного действия горизонтальной нагрузки привели к снижению прочности рам на 22-24%, выззав образование сквозных трещин в колоннах, повышенное их раскрытие, интенсивное раздробление сжатой зоны бетона и зарождение зон перелома или потеря устойчивости продольной арматуры.

Вторая серия Ж-образных образцов рам отличалась от первой серии искусственным занижением прочности колонн на 30%, что повлекло за собой начало существенного перераспределения усилий после начала текучести арматуры при гораздо меньшей

горизонтальной нагрузке. В процессе знакопеременных повторных нагружений наблюдалось почти линейное распределение усилий между критическими сечениями вплото до наибольшей нагрузки предыдущег о цикла нагружения. При разрушающей нагрузке перераспределение усилий составляло 28-40% при снижзнии прочности колонн на'17-24 % и величине усилий в пролетных сечениях ригелей, близких к их несущей способности. ',

Третья серия Ж-образных рам отличалась тем, что наряду с уменьшением прочности колонн на 30% прочность пролетных сечений ригелей была увеличена почти в два раза. Столь значительное отличи^ в армировании образцов рам привело к раннему началу интенсивного перераспределения усилий, повышенным повреждениям колонн и недоиспользованию прочности пролетных сечений ригелей. При разрушающей нагрузке изгибающие моменты в пролетных сечениях ригелей составляли лишь 52-65% их несущей , способности, что свидетельствует о необходимости ограничения пределов искусственного регулирования усилий в статически-неопределимых железобетонных рамах. Конструирование рам с использованием принципа искусственного регулирования усилий вызывает повышенные деформации рам. Так для вышеописанных серий Ж-образных образцов относительный перекос ярусов рам при статическом нагружонии составлял , соответственно 1/35; 1/23 и 1/18 , а при знакопеременном динамическом нагр!ужении 1/30; 1/17 и 1/12.

Для подтверждения применимости принципов искусственногс регулирования усилий в реальных сооружениях были выполнень экспериментальные исследования сейсмодинамики реальногс многоэтажного здания с пространственным железобетонным карка сом. Экспериментальный объект представлял собой трехэтажное двухпролетное каркасное здание размерами в плане 10,8x6 м ъ высотой 7,2 м. Несущими конструкциями здания являлся простран ственный железобетонный каркас, собираемый из Ж-образны; полурам серии СЖКУ-9-3, которою объединялись через металличе ские оголовники стальными накладками. Аомиропание элементе! рам назначалось по резульгатам расчета методом итераций дг,1 зданий с расчетной сейсмичностью 9 баллов с учетом геометри ческой' нелинейности деформирования системы и физичэс^чл нелинейности работы стержневых железобетонных элементов Результаты расчета показали необходимость говышения прочносп колонн нижнего яруса и примыкающих к ним участков ригелей н

15-20% при некотором снижении усилий в элементах верхних этажей по сравнению с расчетом упругой системы.

Здание испытывалось на одновременное действие полезных вертикальных нагрузок и динамических горизонтальных сил. вертикальная нагрузка создавалась с помощью бетонных блоков, прикрепляемых тяжами к перекрытиям. Горизонтальная динамическая нагрузка создавалась вибромашиной В-3 с четырьмя вибраторами, установленной на стальной раме верхнего яруса здания. Динамические испытания проводились этапами а резонансном режиме с постепенным увеличением массы дебалансов. После каждого этапа вибрационных испытаний здание испытывалось оттяжкой со сбро сом горизонтальной нагрузки.

Анализ результатов вибрационных испытаний показал, что образование трещин наблюдается после превышения горизонтальной нагрузкой 60% несущей способности системы. Сначала появляются нормальные трещины в опооных зонах ригелей, затем последовательно образуются трещины в пролетных сечениях ригелей, нормальные трещины в колоннах и наклонные трещины в узлах каркаса. В процессе увеличения знакопеременных горизонтальных нагрузок ригели и колонны получают сквозные трещины, пересекающие всю зысоту сечений элементов и раскрывающиеся до 2 мм. Анализ эпюрь: изгибающих моментов свидетельствует о значительном перераспределении усилий, приводящем к увеличению усилий а пролетных сечениях ригелей при снижении усилий в колоннах на 16-

На III этапе вибрационных испытаний нагрузки соответствовали несущэй способности системы. При этом гооизонтальные ускорения перекрытия над первым этажом достигали 0,36 д, а над вторым этажом 0,56 д, период колебаний вырос почти в два раза, а относительный перекос нижнего яруса составлял 1/120 от его высоты. Логарифмический декремент колебаний после этого этапа увеличился почти в три раза (рис. 4).

Результаты испытаний подтвердили пологость и продол- • жительность ниспадающей ветви деформирования железобетонных рам каркаса. На следующем этапе вибрационных испытаний величина инерционных сил уменьшилась на 2,5%, а горизонтальные п ремешения выросли на 34% и период колебаний увеличился из 30%. При этом наблюдалось ускоренное перераспределение усилий и работа отдельных элементов на ниспадающей ветви дефоомиро-вания. При последнем этапе вибрационных испытаний горизонтальная нагрузка снизилась на 10%. перемещения выросли на 67%, л

Пе/>иг>ды ¡¡олеЗамии

К

еа

50

4о

30

зо

я

\тах,рм

I

№

\

з.

■Лтаг,

мы

Ю

60

¿0

10

30

го

г «г

¥

Ж

Н/гкМ

* I

¿эта^е

*

ш

?ш

в

Рис. 1. Динамические характеристики каркасного здания

период колебаний увеличился на 40% и перекос П£рТЮГО отгкка составил 1/79 высоты яруса.

Обследование здания после испытаний подтвпрдч.ю I'^песо-образность рационального армирования элэментоп рам, -р > г-ото-оом обеспечивается удовлетворительное состояний колонн при концентрации повреждений в опорных сечениях ригелей, где наблюдались значительные повреждения бетона и ширина раскрытия трещин достигала 2,5-3 мм.

После завершения вибрационных испытаний это здание было подвергнуто динамическим испытаниям с помощью взрывных устройств контактного типа. Каждая нагружающая система состояла из заряда, детонационного распределителя, ударника и кришера (демпфера). 8 качестве взрывчатого вещества использовалось пластическое взрывчатое вещество в виде листовых зарядов, наклеиваемых на ударник, представлявший собой пакет стальньк пластин. Для одновременного подрыва взрывчатого вещества применялись детонационные распределители. Кришером служим пакет поролона толщиной 720 мм, подобранный из услоаия создания динамических импульсов треугольной формы.

Нагружающая система работает о следующем последовательности. Включается электрический детонатор, который подрывает детонирующий распределитель, о свою очередь подрывающий взрывчатое пещество осноеного заряда. Направленная по плоскости ударника пзрывная волна посылает ударник в сторону испыты-в емого здания, а при ДЕмчжении ударник сжимает кришер, растягивая продолжительность динамического импульса.

Экспериментальное здание испытызалось с помощью 8 нагружающих устройств контактного типа, подвешенных в уровнях перекрытий с обеих сторон здания. Подрывные!системы работали я "следящем режиме", при котором сначала подрывались нагружающие системы одного направления, а когда нерхиий ярус возвращался э исходное положение подрывались нагружающие системы противоположного направления.

Испытания с помощью взрывных устройств контактного типа обеспечили нагружение экспериментального здания знакопеременным динамическим импульсом треугольной формы продолжи-.зльностью 0,07 сек, при котором ускорения верхнего яруса достигали 0,4д. Эти испытания подтвердили возможность применения взрывных устройств контактного типа при исследовании сейсмоди-намики натурных обьектов. Подбором соответствующих кришеров можно растягивать время действия взрыва до десятых долей секуи-

ды и придавать любые очертания импульсам (треугольные, трапециевидные, синусоидальные и т.п.) при весьма экономном и эффективном использовании взрывчатого вещества. Применение пено-жидкостных гасителей взрывной волны обеспечивает возможность локализации действия взрывной волны в пределах зо'^ы нагружения а также снижение интенсивности звука до урааня автоматногс выстрела.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные автором экспериментально-теоретические иссле дования сейсмодинамики стержневых железобетонных конструкци! позволяют сделать следующие выводы и рекомендации:

1. Нормативная методика расчета прочности железобетонны конструкций весьма условно и недостаточно надежно учитывав сейсмический характер нагрузки введением коэффициента услови работы ткр, который назначен с обеспеченностью 0,926, что даж ниже обеспеченности нормативных сопротивлений бетона и в 49, раза превышает вероятность разрушения в обычных условиях экс плуатации.

2. Экспериментальные исследования сейсмодинамики выполн! лись при использовании различных методов испытаний, в которь наряду с традиционными способами имитации сейсмических нагр' :зок применялись новые способы динамического нагружения с п< мощью рычажных установок и пружинных стендов, а также с прим! ионием взрывных \^тройств контактного типа.

3. Исследования сейсмодинамики бетонных элементов позвол ли уточнить влияние динамиисского характера и повторности нагр жения на прочность и деформации различных видов бетона:

- тяжелого бетона на гранитном щебне средней прочности и выс копрочного бетона. • ,

- конструкционного керамзитобетона,

•• бетона на щебне из фосфорных шлаков,

- бетонов на вяжущих из фосфорных шлаков (шлакощелочнс солешлаковом, известковошлакозом, шлаковом с добавкой кл^ кера или цемента).

- золобетона.

Рекомендованы зависимости для определения динамическс упрочнения и предельного числа повторных нагружений.

А. Результаты исследования взаимного влияния последовательного действия повторных нагружений различной интенсивности, а также результаты изучения остаточной прочности бетона после повторных нагружений позволили автору сформулировать принципы учета действия нестационарных динамических нагрузок на деградацию прочности и способность сопротивляться последующим нагружениям, а также методику приведения таких нагрузок к эквивалентным стационарным.

5. Исследования сейсмодинамики отдельных железобетонных элементов позволили автору выявить особенности работы нормальных сечений при сейсмическом характере нагружения. Разработана методика расчета прочности, учитывающая накопление неупругих деформаций в бетоне и арматуре путем введения раздельных коэффициентов условий работы бетона и арматуры, а также корректировки характеристики сжатой зоны бетона. Раскрыто влияние вида бетона, (сласса арматуры, коэффициентов армирования сечений, наличия предварительного напряжения и продольной силы на напряженной состояние нормальных сечений в процессе действия динамических знакопеременных нагрузок. Даны предложения по расчету жесткости с использованием зависимости Рамберга-Осгуда, позволяющие учесть накопление повреждений в любых стадиях работы сечений, включая ниспадающую ветвь деформирования.

Разработана методика нахождения коэффициентов динамичности при внезапном приложении нагрузки для кусочно-линейных диаграмм деформирования, описана картина изменения динамичности в зависимости от вида бетона и стали, процента армирования и схемы разрушения, предложены зависимости для нахождения коэффициентов динамичности в стадии разрушения.

Приведены экспериментальные данные по затуханию колебаний и энергоемкости, их связь с видом бетона и процентом армирования.

На примере расчета трех одноэтажных каркасных зданий на реальные сейсмические воздействия показано, что возникающие усилия нередко превышают нормативные нагрузки. Реакция железобетонных колонн при перегрузочных циклах превышает среднеквадратичную реакцию в среднем на 52%, хотя амплитуда ускорений при перегрузочных циклах превышала среднеквадратичную амплитуду в 2-3 раза. Нормативные коэффициенты условий работы железобетонных конструкций при расчете на сейсмические нагрузки существенно завышены.

6. Исследования несущей способности наклонных сечений железобетонных элементов позволили уточнить методику расчета прочности по поперечной силе с учетом динамического характера усилий, повторностй нагружений, а также наличия Лредварительного напряжения, продольной сжимающей либо растягивающей силы. Показано, что большая продольная сжимающая сила приводит к снижению прочности наклонных сечений, а растягивающая сила вызывает ограниченное снижение несущей способности по поперечной силе. Предложена формула для оценки ширины раскрытия наклонных трещин по остаточной ширине этих трещин после снятия нагрузки.

7. Исследования сейсмодинамики неразрезных железобетонных балок подтвердили их широкие возможности в перераспределении и искусственном регулировании усилий при сейсмическом характере нагружения. При повторных нагрузках соотношение усилий в критических сечениях близко к достигнутому при максимуме усилий предыдущего цикла нагружений. Основное перераспределение усилий начинается после начала текучести арматуры, а повышенное сгличие прочности критических сечэний от требуемой по упругому распределению усилий приводит к повышенным деформациям и чрезмерной ширин«3 раскрытия трещин в искусственно ослабленных сечениях, работе арматуры этих сечений за пределами текучести стали, а также возможной работе их при разрушающих усилиях на ниспадающей ветви деформирования.

8. Исследования сейсмодинамики железобетонных рам выявили особенности взаимодействия сжатых и изгибаемых железобетонных элементов в статически неопределимых стержневых системах при сейсмическом характере нагружения. Основное перераспределение усилий в рамах начинается после начала текучести растянутой арматуры. Знакопеременность нагружения. вызывает линейность распределения усилий, близкую -к распределению усилий при максимуме нагрузки предыдущего цикла нагружений. Прк конструировании железобетонных рам с искусственным регулированием усилий следует ограничивать занижение несущей способное^ сжатых элементов величиной 30-40% их прочности, иначе возможнс преждевременное разрушение этих элементов при недоиспольэова нии несущей способности элементов с искусственно завышенное прочностью.

Многоэтажная стержневая рама при горизонтальной нагрузк< деформируется как сдвиговая система. Предварительное напряже ние колонн расширяет диапазон условно упругой работы рам, при

водит к снижению коэффициентов динамичности в разрушающей стадии, ограничивает степень повреждения элементов и повышает-несущую способность рам при действии горизонтальных нагр/зок. Железобетонные рамы многоэтажных каркасных зданий обладают большими резервами сопротивляемости горизонтальным нагрузкам даже на ниспадающей ветви деформирования. Их конструирование следует выполнять с применением принципов рационального армирования, требующих повышения прочности колонн нижних этажей при допустимости снижения прочности колонн верхних ярусов, а также в целесообразности превышения прочности колонн над прочностью примыкающих участков ригелей.

Основные положение диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Жунусоа Т.Ж., Беспаев A.A.

Исследование влияния предварительного напряжении на сейсмостойкость железобетонных колонн.// Иссладотание сейсмостойкости сооружений и конструкций. Сб.трудов КПСНИИП, выи.5( 15), Алматы, 1972,с.87-98. '

2. Жунусов Т.Ж.,Бсспаеэ A.A. 4

Исследование влияния предварительного, напряжения колонн на работу многоэтажны* спфжновых рам при горизонтальных статических и динамических воздействиях. //Исследование сейсмостойкоси сооружений и конструкций. Сб.трудов КПСНИИП, вып.5(15), Алматы, 1972. c.99-t 13.

3. Жунусоа Т.Ж., Беспаев A.A.

Влияние предварительного напряжении железобетонных колонн на сейсмостойкость многоэтажных стержневых рам. //Сейсмостойкость предварительно напряженных железобетонных конструкции. Международный симпозиум ФИГ1. Тбилиси, IX, 28-29 (.октября 1972. M. 1972, с.268-275.

4. Беспаев A.A., Нуртаев М.К., Жанссигоиа И.Ф.

Исследование прочности, деформатппмости и трещ1:носюйкосги железобетонных конструкций из бетон,» на литом u'.eötio фосфорных шлаков.// Железобетонные конструкции на основе заполнителей из фосфорных шлаков. Алматы, с.З- 14,

5. Беспаее А A .Hypiueu М.К.,Жансеиюви И.Ф.

Использование щебня m шлаков элоктрофосфорного производства и железобетонных элемента*. //"Богом и железобетон", М. С. 1974. с.й-10.

6. Беспаев A.A., Нуртжн М.К., Жпначповп И.Ф.

Исследование работы иниблемых и центрально-сжатых жолззобптонных элементов из батона на шлаке элемрофесфорного производства. //Желеэоботонныа конструкции из бетонов на фосфорном ¡цебне. Сб.трудов КИ-1И, Киев, Буд1вельник, 1974, с.4б-54.

7. Беспаее A.A., Нуртаев М.К.

Испытания типовых плит покрытий и перекрытий из батона на литом щабно из фосфорных шлаков. //Железобетоннь.д конструкции из ботонов на фосфорном щебне. Сб. трудов КИСИ, Киев, 1974. Будтвпльник, сÜ4-69.

8. Жунусов Т.Ж., Беспаев A.A., Боргатин B.C.

. Влияние предварительного напряжения колонн на реакцию сооружений при реальных сейсмических воздействиях.// Исследование сейсмостойкости сооружений и конструкций. Сб. трудов КПСНИИП. вып.8(18), Алматы, Казахстан, I976.C.41-49.

Р ЖунусоЬ Т.Ж., Беспаев A.A., Боргатин B.C.

Влияние механических характеристик арматуры на paOoiy железобетонных эло ментов при импульсивных сейсмических воздействиях, //(¿овершенствованиг методов расчета и конструирований зданий и сооружений, возводимых в сей смических районах. Всесоюзное совещание. Кишинев, 1976, Алматы. 1976. с.98 114.

10. Жунусов Т.Ж., Беспаев A.A.

Effect of Amount and Type of Reinforcement oil Behaviour of Retnfor ed Concret«; Elements under Seismic Impulso Excitations// Dinamic Betuwior of Structural Elements. 7 Всемирная конференция по сейсмостойкому строительству. Индии Январь. Нью-Дбли, Ñ 11, 1977, с.251-253.

11. Беспаев A.A., Бочарова Л.Н.

Особенности работы железобетонных конструкций из высокопрочных бетонов на фосфорном щебне. //Экспресс - информация КазЦНТИС, N 23, Алматы, 1978, с.13.

12. Беспаев A.A.

Исследование остаточной прочности бетона при повторных нагружениих// Ис следования сейсмостойкости сооружений и конструкций. Сб. трудов КПСНИИП, вып.9( 19), Алматы. Казахстан. 1977, с. 195-209,

13. Беспаев A.A., Бочарова Л.Н.

Прочность и деформативность высокопрочного бетона на литом щебне из шлаков фосфорного производства. //Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций. Сб.трудов КПСНИИП, вып.10(20), Алматы, Казахстан, 1978, с.276-' 288.

14. Жунусов Т.Ж., Ашимбаев М.У., Бучацкий Е.Г., Беспаов A.A., Шапилов ¡Í.A., Эсман A.A.

Повреждения зданий и сооружений в поселках Тогуз-Булак и Жайдак-Булак при землетрясении 25 марта 1978 года (Тогузбулакское, //Исследование сейсмостойкости сооружений и конструкций. Сб. трудов КПСНИИП, вып. 10(20), Алматы. Казахстан, 1978, с.3-22.

15. Беспаев A.A., Бочарова Л.Н. ■

Выносливость бетона на литом щебне из фосфорных шлаков. /Исследования сооружений и конструкций. Сб. трудов КПСНИИП. вып. 10(20). Алматы. Казахстан, 1978. C.16S-Í77. *

16. Жунусов Т.Ж., Беспаев A.A.

Работа изгибаемых элементов при импульсивных воздействиях. //"Бетон и железобетон', N 6, 1979, М. С, с.15-17.

7. Бочарова Л.Н., Беспаев A.A. Исследование работы железобетонных элементов лз пысопрочнпго бетона на лит ом щебне из фосфорных шлаков. //Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций. Сб.трудов КПСНИИП, вып.11(21), Алматы, Каза/стаи, 1979, с. 143-154.

18. Беспаев A.A., Боргатин B.C.

Исследование прочности железобетонных элементов при импульсивном динамическом действии поперечных сил. //Исследования, сооружений и конструкций. Сб.трудов КПСНИИП. вып.11(21), Алматы, 1979, Казахстан, с.171-190.

19. Беспаев A.A.

О коэффициенте динамичногти железобетонных конструкций. //Исследовании сейсмостойкости сооружений и конструкций. Сб.трудов КПСНИИП, вып. 11(21), Алматы, Казахстан, 1979, с.206-210.

20. Беспаев A.A., Бочарова Л.Н.

Исследование работы железобетонных элементов из высокопрочного бетона литом шлаковом щебне при кратковременном статическом нафужении. //Комплексное использование фосфорных шлаков для производства строительных материалов. Научно практическая конференция. 15-16 февраля 1979. Алматы, с.89-90.

21. Жунусов Т.Ж., Беспаев A.A.. Рахимбабаев Ш.Х.

Работа изгибаемых керамзитобетомных элементов при динамическом нагруже-нии. //Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций. Сб.трудои КПСНИИП, зып.11(21), Алматы, Казахстан, 19?9, с.211-221

22. Жунусоа Т.Ж., Беспаев A.A., Рашмбабаоа Ш.Х.

Исследование несущей способности сжатых и изгибаемых керамзитоботонных элементов при импульсивных динамических нагрузках. //Строи rem,с изо и архитектура. Серия14. Сейсмостойкое строительство и архитектура Отечественный и зарубежный опыт. Реферативный сборник ЦИНИС Госстроя СССР, вып.6, М, С, 1980, с.19-21.

23. Беспаев A.A.j Кочин В.Б., Рахимбабаев Ш.Х.

Работа бетонных и железобетонных элементов из автоклавного бетона при динамическом нагруженги. //Исследование сейсмостойкости сооружений и конструкций. Сб.трудои КПСНИИП, nun. 12(22), Алматы, Казахстан, 1981, с.107-116.

24. Беспаев A.A., Боргатин B.C.

Прочность внецентренно-сжатых железобетонных элеменюв по поперечной силе. //Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций. Сб.трудои КПСНИИП. вып. 12(22),,Алматы, Казахстан, 1981, с.117-125.

25. Беспаса A.A., Боргатин B.C.

Прочность внецентренно-сжатых элементов по поперечной сило. //"Бетон и железобетон", N 5, М, С, 1982, с.41-42.

2f~\ Беспаев A.A., Бочарова Л.Н.

Исследование сейсмостойкости железобетонных элементов из высокопрочных бетонов///Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций. Сб.трудов КПСНИИП, вып.13(23), Алматы, Казахстан. 1982, с.161-169.

27. Беспаев A.A., Тастачбеков А.Т.

Перераспределение усилий в изгибаемых железобетонных элементах при им пульсивных динамических нагрузках. //Исследования сейсмостойкости сооруже ний и конструкций. Сб.трудов КПСНИИП, вып.13(23), Аямать|. Казахстан. 1982 с. 170-184. . . . с

28. Беспасв A.A., Бочарова Л.Н. ' •

. Исследование работы изгибаемых железобетонных элементов, из высокопрочно ,го керамзитобетона при импульсивных динамических нагрузках. //Строительств! и архитектура. Строительство в особых условиях. Сейсмостойкое строительство Экспресс-информация ВНИИИС, серия 14, вып.11, М, С, 1984, с.14-16.

29. Беспаев A.A., Тастанбеков А.Т

Исследование пределов регулирования усилий в изгибаемых неразрезных желе зобетонных элементах при импульсивных нагрузках типа сейсмически-' //Строительство и архитектура. Строительство в сейсмических районах. Сейсмс стойкое строительство. {Экспресс-информация ВНИИИС, серия 14 вып.7, М, ( 1984, с.30-32.

30. Беспаев A.A.

Влияние вида бетона и арматуры то прочность и энергоемкость железобетоннь эпементсв при импульсивном динамическом нагружении. //Исследования1 cet смостойкости сооружений и конструкций. Сб.трудов КПСНИИП, вып. 1415(2425 Алматы, Казахстан, 1986, C.S6-104. 3 Крылов С.М., Беспаев A.A., Тастанбеков А.Т.

Жесткость неразрезных железобетонных балок при однократном динамическс нагружении. //Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкци Сб.трудов КПСНИИП, ЬоМ.МНБСМ-гз). Алматы, Казахстан, 1986. с.105-112.

32. Беспаев A.A., Кочин В.Б.

Физико-механические характеристики бетонов на шлакощелочном вяжуще //НТИ КазЦНТИС, Алматы, N 86-52, 1986. с.13.

33. Жунусов Т.Ж., Мартемьянов А.И., Беспаев A.A., Шапилов В.А., Эсм. А.А

Характерные повреждения производственных зданий в Кайраккуме во Bpei землетрясения. //Строительство и архитектура. Серия 14. Строительство в ос бых условиях. Сейсмостойкое строительство. Экспресс-информамация ВНИИ ИС, вып.7, М, С, 1986, с.10-14.

34. Крылов С.М., Беспаев A.A., Тастанбеков А.Т.

Прочность неразрезных балок при импульсивном динамическом нагружен h "батон и железобетон", М, С, N 12, 1987, с. 14-15.

35. Бес.паев A.A., Кочин В. Б.

Особенности работы железобетонных элементов на солешлаковом вяжуще //Работоспособность композиционных строительны* материалов на основе I-применением отходов промышленности и местного сырья. Сб. трудов КИСИ, ^ зань, 1987, с.74-76.

36. Беспаев A.A., Тастанбеков А.Т.

Реакция железобетонного каркаса многоэтажного здания при горизонталью сейсмичесгих воздействиях'. //НТИ КазЦНТИС, Алматы, N 89-68, 1989, с.14.

'7. Крылов С.М., Беспаев А.А., Тастанбеков А.Т.

К расчету нормальных сечений неразрезных железобетонных балок при динамическом нагружении. //Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций. Труды КПСНИИП. вып. 16-17(?6-27), Алмагы, Казахстан, 1990, с.79-89.

18. Беспаев А.А., Тастанбеков А. Т.

Reaction of Reinforced-Concrete Frames of Multistory Skeletion Bitdings to Horisontal Dinamic Loads. //Proceeding of the Ncinth Europe an Conference an Earthguake Engineering. Moscow, vol.5. 1990. p.338-347.

19. Беспаев А.А., Рахимбабаев LU.X.

Strength and .Deformability of Prestressed CeramicConcrete Members in Bending under Dynamic SeismicTypes Loads. //Proceedin.. of the Neinth European Conferenct an Earthguake Ingeneering, Moscow, 1990, vol.6, p.50-54. 0. Жунусов Т.Ж., Беспаев A.A., Тастанбеков A.T., Мамаш Амар. Расчетно-аналитическая оценка сейсмостойкости многоэтажных зданий. //КазНИИНТИ, деп.М 3480, Алматы, 1991. 11. Беспаев А.А.. Бертаев М.Ж.

Прочность и деформативность изгибаемых предварительно-напряженных херам-зигобетонных элементов при динамических, типа сейсмических, нагрузках. //Прочность элементов транспортных сооружений. Сб. трудоо АЛИИТ, 1992, с.60-64.

2. Беспаев А.А., Тастанбеков А. Т.

Особенности перьрэтч олчления усилий 8 элементах железобетонных рам при действии динамииео'Рх знакопеременных нагрузок. // Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций. Сб.трудов КазНИИССА, вып. 18 (28), Алматы. 1995, с.161-172. •

3. Беспаев А.А., Кочин В. Б.

Прочность и деформативность железобетонных элементов на фосфорном вяжущем из шлака и отходов капролактамового производства. //Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкции. Сб.трудов КазНИИССА, выл 18 (28), Алматы, с.173-185.

4. Беспаев А.А. *

Стенд для динамических испытаний строительных конструкций. //А.с, СССР, N 947672, 5юл.Ы,78, 1982.

5. Беспаев А.А.

Грузозахватное устройство. //А с.СССР, N 1142413, Бюл Ы 8. 1985

6. Беспаев А.А., Тастанбеков А.Т.

Стенд для испытания элементов строительных конструкций на циклические нагрузки.//А.с.СССР N1539579, Бюл.М 4. 1090.

7. Багряное Б.В., Тимонин J1.M., Новиков С.А., Будников ИМ.. Беспаев А.А. Способ динамических испытаний зданий и сооружений. //Патент Российской Федерации МУ Л) 11174, Бюл-N 7, 1ЭЭ4.