автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Безригельные сборные железобетонные конструкции одно- и многоэтажных зданий

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИШЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. В.В.КУЙБЫШЕВА

¿9 Ж

На правах рукописи УДК 624.073.72

ИВАШЕНКО Юлий Алексеевич

БЕЗРИГЕЛБНЫЕ СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ.КОНСТРУКЦИЙ ОДНО- И МНОГОЭТАЗНЫХ ЗДАНИЙ

05.23.01. Строительные конструкция

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Челябинск - 1989

Работа выполнена в Челябинском политехническом институте им. Ленинского комсомола.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук

Расторгуев Б.С.;

- доктор технических наук Жуковский Э.З. ;

- доктор технических наук Малашкин Ю.Н.

Ведущая организация: - Центральный научно-исследовательский

и проектный институт комплексной реконструкции исторических городов

(г.Москва).

Защита состоится "_" _ 1989 г. в _час.

на заседании Специализированного Совета £ 053.II.01 при Московском . инаенерно-строительном институте их/.. Б.В.Куйбышева по адресу: 113114, г. Москва, Шлюзовая наб., д. 8 в ауд. _.

С диссертацией моено ознакомиться в библиотеке института.

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзш по адресу: 129337,-г. Москва, Ярославское ш., д. 26, МИСИ им. В.В.Куйбкшева, Ученый совет.

Автореферат разослан "_" _ 1989 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета канд. техн. наук, доцент

А.К.Фролов

Актуальность теш, ее обоснование и связь с координационными планами и программна;. Направление на интенсификация» экономического, социального развития и ускорение научно-технического прогресса, принятые на ХШ и ПУП съездах КПСС. связаны с решением ряда проблем в строительном производстве. Выполненное автором исследование направлено на решение одной из этих проблем - повышение эффективности сборных железобетонных конструкций одно- и многоэтажных здании широкого назначения.

Раскрнзая содержание этой проблемы, необходимо отметить, что применением сборных конструкций решается закнейиая задача повышения иядустриальности и качества в строительстве. Однако сокращение _ расхода бетона и арматуры применением разрезных сборных конструкций достигается очень редко. Известно, что развитие сборных несущих систем одно- з многоэтаглкх зданий шло в направлении снижения их статической неопределимости, а в связи с этим утрачивались такие преимущества не разрезных систем, как повышенная несущая способность, пространственная жесткость, более целесообразное распределение и использование материалов, а таете надежность при случайных повреждениях одного из элементов систем. Это было обусловлено тем, что осуществление шарнирного • соединения сборных элементов в несущую систему значительно проще. При применении высокопрочной арматуры трудности создания неразрезных систем существенно возрастали, так как приходилось выполнять бессварете соединения. Это усложняло конструкции в увеличивало трудоемкость их изготовления. Возрастала степень ответственности этих соединений, так как их способность воспринимать усилия, а также их дефортативЕость могли влиять на несущую способность и дефор/ативяость конструктивных систем зданий в целом. Однако положительные качества неразрезных систем, собираемых из сборных элементов, заставляли задраться над тем, чтобы преодолеть трудности, связанные с их проектированием и производством.

. Поэтому актуальным являлось решение таких задач:

- установить рациональные схемы разрезки несущих систем зданий на сборные крупноразмерные элементы, которые по возможности кеньге сникали бы степень их статической неопределимости, обеспечивали повышение индустриальности строительства и рациональное использование транспортных средств и подъемных механизмов;

- разработать конструкции узлов соединения сборных элементов, включая болтовые соединения и применение ЕысокопрочпоЁ-арт.атуры, обеспечивающих полное или частичное восстановление статическс2~ве-^ определимости, утраченное разрезкой несущей системы на спорные зле-' менты.

Эти задачи в работа автора реиались созданием бе зрительных систем одно- и многоэтажных зданий (рис. I) на основе принципа повышения степени статической неопределимости с разработкой комплекса вопросов конструкторского, расчетно-теоретачгского и технологического характера.

С повышением статической неопределимости сборных железобетонных несущих систем меняются условия работы бетона в их элементах. Зто мозно показать на примере простой конструктивной статически-неопределимой системы, изображенной на рис. 2в. Проанализируем особенности стесненного деформирования бетона стойки в этой системе по сравнению с его свободным деформированием вне системы. Допустим, что в фиксированный «омент времени £ , отсчитывая от начала нагру-жения, происходит за время & 4 приращение внешей нагрузки <0 Р , которое дает приращение усилия ¿Ж , действующего в податливом узле соединения консоли с железобетонной стойкой. Скорость деформирования бетона стойки запишется в виде следующего выражения и будет являться функцией скорости изменения усилия Ыг в фиксированный мо*,

Ъ/* - ■ •&*/<*>.

Величину усилия найдем из уравнения метода сил, рассматривая его как неизвестную в основной системе. Тогда скорость деформирования бетона стойки определится выражением:

где й/р(с/£/с№) - функция скорости внешнего нагружения; &гг,'т ; £>Н,с ; отт,^ - перемещения в основной системе от дефорвдяй консоли, стойки и узла их соединения. Скорость дефоршрования бетона стойки вне системы и при отсутствии арлатуры запишется в следующей впдя:

.Из сопоставления этих формул видно, что на изменение скорости /с!{ влияют количество арлатуры, деформативные свойства копсоли и стс£ки; податливость узла их соединения, а также скорость внесшего нагружения. Развитие нелинейных свойств бетона, включая ползучесть, а также трещпнообразование, приведут дополнительно к изменению скорости ¿7^/2// . При этом на это изменение окажет влияние регтол внешнего нагруаеник, рассматриваемый как изменение значений С?.~ /аЦ в моменты { процесса иагругения.

соединения панзли с колонной ^б) и базригельная аисгема одноэтажного здания^в): положение основной ра-

бочей арматуры.

1 г 3 4 5 6 €ь ю" Рис.2. Трансформирование диаграмм г™ различных

б) при изменении режима знзвнего нагруу.сния з сжатых армпрззалгих элементах; в) статически неопределимая система.

г. Одноосное ' Сжатие

Одноосное / распгпкские

_I_>_1_

0/2 3 4 5 ¿¿-Ю

.¿»Г*

»V

• • V •

3 "Л

Рис.3. Влияние вида напряженного состояния ^а), длительности нагружеаия С б), изменение режима деформирования (.в) на изменение предаьнэй де-формативноати бетона: I- по формулам автора; на рис. в:

-¿£',/<5^ =1/0: аао-^г

Имеющиеся в литературе экспериментальные исследования бетона при разных скоростях дефоротроЕакия (например, опыты Ч.Раша) погл-зывают, что при изменении скорости деформирования трансформируется

чины максимального напряжения, длины и наклона нисходящего участка диаграммы, а также величины предельной деформации бетона (рис. 2а). Трансформация происходит такгге при изменение режима внешнего нагру-. жекия (рис. 26). При этом необходимо отметить, что систематических исследований бетона при различных переменных скоростях дефорлкроза-■ ния как дан одно-, так и двухосного напряженных состояний не проводилось. Последнее крайне ваяно для совершенствования методов расчета плитных элементов статически неопределимых систем, когда трансформирование диаграмм будет происходить по направлениям

) развития деформаций. Не исследован вопрос о возможности использования диаграмм бетона с нисходящим участком для оценки его длительной прочности а конструкциях.

о связи с вышеизложенным актуальный является решение следующих конструкторских я экспериментально-теоретических задач, определяющих основную цель исследований:

1) разработка сборных несущих систем одно- и многоэтапных зданий и их узлов с повышенной степенью статической неопределимости (безрительных систем);

2) экспериментальное и теоретическое исследование капрякенно-деформированного и предельного состояний безрительных систем одно-и .многоэтажных зданий, реиение технологических задач изготовления и монтажа конструкций, анализ их эффективности и внедрение в практику строительства зданий различного назначения;

3) разработка метода расчета безригельных конструкций зданий как пластинчато-стергневых систем с податливыми узлами, учитывая трансформирование диаграмм бетона с нисходящим участком.

Исследования-и разработки проводились в соответствии: со сводным координационным планом Государственного Комитета по науке и технике Совета Министров СССР важнейших научно-исследовательских работ по бетону и Еелезобетону на 1981-1985 гг. (раздел УП, подраздел 3); с -координационным планом ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР "Расчет крупнопанельных, каркаснопанельных и кирпичных жилых ъ общественных зданий, возводимых в обычных условиях", на 1975-1980 гг. (п.Ю); с директивным планом сотрудничества стран-членов СЭВ при проведении научных и технических исследований на 1981-1985 гг. по теме 5.6

этим понятием понимается изменение вели-

"Совершенствование методов расчета.плоскостных и стержневых железобетонных элементов и систем из них при одноосном и сложном напряженном состоянии с учетом длительной и повторной нагрузки", подисследо-вания 5.6.1.1.(2), 5.6.1.3.(2); с программой Госстроя СССР на 19811985 гг. по решении отраслевой научно-технической проблемы 0.55.16. 031 "Развить и усовершенствовать основы теории расчета и комплексной оценки несущей способности, эксплуатационной пригодности и долговечности бетонных и железобетонных конструкций с учетом статических, динамических и повторных нагрузок, а также воздействий окружавшей среды и внедрить их в практику проектирования" (задание 03.02, разделы СПВ1, СПВЗ); с межвузовской целевой комплексной программой "Длительнее сопротивление бетонных и железобетонных конструкций" на 1981-1985 гг. Минвуза УССР (задание 05.17 - "Изучить влияние быст-ронатекающей ползучести на работу плитных и стержневых конструкций при разовом нагруженга").

Автор защищает:

- безригельные конструкции одно- и многоэтажных зданий, их экспериментальные исследования, включая исследования узлов соединения сборных элементов;

- данные об экономической эффективности безригельных конструкций и результаты их внедрения;

- метод расчета безригельных конструкций., рассматриваемых как статически-неопределимые пластинчато-стержневые система с податливыми узлами, включая экспериментальные и теоретические исследования конструкций и их узлов, а также исследования трансформирования диаграмм бетона с нисходящим участком в условиях одноосного и плоского напряженных состояний.

Научную новизну составляют следующие результаты, полученные автором:

- развитие направления в конструировании сборных несущих систем одно- и многоэтажных зданий (безригельных конструкций)в соответствии с которым разрезка систем производится на крупноразмерные элементы с возможно меньшей потерей статической неопределимости, а объединение их в систему осуществляется с помощью узлов, увеличивающих степень статической неопределимости;

- узлы безригельных конструкций, включая болтовне соединения,

£ также способ передачи растягивающих усилий с высокопрочной предварительно-напряженной арматуры на закладные детали узлов, основанный

на частичном заанкериваккз арматуры с помощью обзсимных гильз и сцеплении анкерных стержней закладных деталей с бетоном;

- данные об экономической эффективности безригельных конструкций одно- и многоатаяшпс зданий, представляющих новые объекты (A.C. 903503 СССР и 876899 СССР);

- экспериментальные и теоретические исследования, на основе которых уточняется представление о процессах деформирования и разрушения бетона з статически-неопределимых системах, включающее установление влияния переменных скоростей нагружения и деформирования бетона на трансформирование его диаграмм с нисходящим участком и изменение предельной дефсрттивности при одноосном и плоском напряженных состояниях на разработанных устройствах (A.C. 953509);

- метод прогнозирования в статически- неопределим* системах предельной деформативности бетона и скорости его деформирования с учетом предшествующей истории нагружения, включая влияние продольного армирования;

- экспериментальные и теоретические исследования узлов соединения сборных элементов конструкций, устанавливавшие влияние длительности и решила нагрузения, а также конструктивных особенностей узлов, на их податливость;

- метод расчета безригельных конструкций, рассматриваемых как пластинчато-стержневые статически-неопределимые системы с податливыми узлами, -учитывающий трансформирование диаграмм бетона с нисходящим участком, при определении текущего напряженно-деформированного и предельного состояний от воздействия различных рекпмов внешнего нагругення;

- анализ влияния податливости узлов и режима нагружения на перераспределение усилий в стержневых и.плитных элементах, а такяе общую несущую способность исследуемых безригельных конструкций.

Степень обоснованности научных положений,выводов и рекомендаций. Научные положения, предложенные для описания процессов деформирования и разрушения бетона в конструкциях, для разработки метода определения податливости узлов соединения сборных келезобетокных элементов, для разработки методов расчета безригельных систем обоснованы путем анализа имеющихся и новых экспериментальных данных. Полученные при этом выводы и рекомендации качественно ъ количественно согласуются с экспериментальными результатами автора и других исследователей.

Достоверность теоретических и экспериментальных результатов подтверждается сяедувдими положениями: I) исходные предпосылки кэ противоречат современным представлениям о физической сущности исследуемых процессов к подтверждаются существующими и новыми экспериментальными данными; 2) теоретические результаты на первом этапе исследований сопоставлены с результата!® испытания опытных образцов бетона, монолитных и сборных узлов, а на втором этапе - с результатами испытаний натурных конструкций, моделей и фрагментов конструктивных систем; 3) сопоставление показало удовлетворительное качественное и количественное совпадение результатов; 4) результаты, вытекающие из теоретических положений, обобщают имеющиеся в литературе экспериментальные данные, основываясь на методически едином представлении.

Практическое значение и внедрение результатов.

Разработка конструктившх решений безригельных систем и их уз-лоз, технологическая апробация конструкций, а такне создание мето- ' дои расчета, позволяют при внедрении в практику строительства одно-и многоэтажных зданий различного назначения получить экономический эффект за счет снижения материалоемкости, трудоемкости и повышения индустриальное™.

Предлагаемый метод расчета безригельных систем имеет обдай характер, поскольку применим к расчету различных как сборных, так и когюлитиых конструктивных систем. Метод учитывает особенности сопротивления бетона в статическк-неопре,делимых конструкциях и позволяет определять временной ресурс и длительную прочность с учетом влияния различных реяимов внешнего нагружения.

.Сформулированный принцип повышения статической неопределимости конструктивных систем, а также разработанные конструкции узлов, позволяют проектировать эффективные несущие системы зданий различного назначения.

Полученные результаты использовали следующие организации:

- CAO ВНИИПИ Энергопрсм (г. Алма-Ата) при разработке проектной документации для строительства здания СБК ТЭЦ в г. Рудном;

- Главкустанайстрой (г. КуставаЗ) при изготовлении элементов безригельного каркаса многоэтажного здания и строительстве здания СЕК ТЭД в г. Рудном;

- Оргтехстрой Главюжуралстроя (г. Челябинск) при разработке рабочей документации здания цеха арлатурной сетки на заводе НБЙ-1 в г. Кургане;

- ГШ Кустанайгорсельлроект (г. Кустанай) при разработке проектной документации школ и детских яслей-садов (г. Кустанай);

- ГлазКиевоблстрой (г. Киев) при разработке документации для строительства многоэтапных зданий различного назначения;

- Госплан СССР (письмо № ЛВ-356/20-563) и Минвуз СССР (письмо № 90-27-16 от 30.01.84 г.), рекомендуя Шштяжстрою включить в проект Государственного плана экономического и социального развития СССР на 1985 г. облегченный каркас одноэтажного здания;

- Главное управление ВУЗами Ш и ССО СССР (письмо № 96-07-817/ /198 от 21.09.83 г.) при передаче странам-членам СЭВ научно-технического отчета под номером гос. регистрации 0283.0036990 о разработке безригельной конструкции многоэтажного здания;

- НИИСК Госстроя СССР (г. Киев) при составлении Методических рекомендаций по расчету нормальных сечений железобетонных элементов с учетом полной диаграммы сжатия бетона;

- НИИНБ Госстроя СССР (г. Москва) при составлении проекта Пособия по расчету статически-неопределимых железобетонных конструкций;

- кафедра железобетонных и каменных конструкций ЧПИ им. Ленинского комсомола при проведении НИР аспирантами , студентами, а также з дипломном проектировании и при чтении лекций по курсу Железобетонные конструкции.

Апробация работы. Экспериментальные и теоретические исследования по теме диссертации докладывались и обсуждались на:

- тематической встрече "Изготовление и внедрение в строительное производство ограждающих конструкций на основе стального профилированного листа и легких утеплителей", г. Москва, ВДНХ СССР, 5 сентября 1977 г.;

- научном семинаре кафедры Железобетонных конструкций Московского инженерно-строительного института им. В.В.Куйбышева, г. Москва, ШСИ, 7 апреля 1980 г.;

- совещании секции теории железобетона Совета по координации НИР в области бетона и железобетона Госстроя СССР "О методах учета нисходящей ветви диаграммы найряжение-деформация в расчетах бетонных и железобетонных конструкций", г. Ростов-на-Дону, РИСИ, 23-24

¡июня 1980 г.;

- республиканской научно-технической конференции' при участки секции теории железобетона научно-координационного Совета По бето-

^ Н.Р.Габбасов, М.К.Палкиа, АД Лобанов, С.Й.Демаков.

■ П

ну и железобетону Госстроя СССР "Длительное сопротивление бетонных и железобетонных конструкций", г. Одесса, ОЙСИ, 21-23 апреля . 1381 г.;

- совещании соисполнителей межвузовской целевой комплексной программы "Длительное сопротивление бетонных и железобетонных конструкций", г. Николаев, филиал ОИСИ", 25-26 октября 1983 г.;

- 41-й научно-технической конференции Сибирского автомобильно-дорожного института им. В.В.Куйбышева, г. Омск, 27 февраля 1981 г.;

- всесоюзном координационном совещании на тему: "Учет физической и геометрической нелинейности в расчетах железобетонных стержневых статически-неопределимых конструкций", г. Ростов-на-Дону,' РИСИ, 13-17 мая 1985 г.;

- совещании представителей стран-членов СЭВ по подведений итогов исследований за 1981-1985 гг. по теме .-"Совершенствование методов расчета плоскостных, стержневых железобетонных элементов и систем из них при одноосном и сложном напряженных состояниях с учетом длительной и повторной нагрузок", г. Кишинев, 13-17 октября 1985 г.;

- всесоюзном координационном совещании по теме: "Прочность сжатых железобетонных элементов с высокопрочной арматурой", Г. Свердловск, 26-27 сентября 1986 г.;

- комиссий по ползучести и усадке бетона при секции теории Научно-коордикационноге Совета в области бетона и железобетона ■ Госстроя СССР, г. Харьков, 25-26 ноября 1986 г.;- областной научно-технической конференции по теме: "Совершенствование железобетонных конструкций для промышленного и гражданского строительства й Технологии их изготовления на Среднем Ур6Ле% Г. Свердловск, 5-6 мая 1988 г.;

» координационном совещании "Длительное сопротивление бетон- ' ных и железобетонных конструкций" комиссии при секции теории железобетона научно-координационного Совета йо бетону и железобетону ГеестрОй СССР (г. Одесса, ОИСИ, 11-13 май 1989 г.).

Конструкции апробированы при изготовлении сборных элементов В& заводах ЛЕИ, при проектировании различных зданий, а также мон-1аже опытных фрагментов и многоэтажного здания.

Публикация. Результаты выполненных по теме диссертации исследований опубликованы в 33 работах, вглтея три авторских свидетельства на изобретения и тезисы научных конференций и совещаний.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка и приложения, в котором представлены документы о внедрении результатов исследований.

Общий объем диссертации составляет 436 страниц и включает -шинописного текста 271 стр., рисунков 70, таблиц 15, библиограф:" из 371 наименований и приложение на '19 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Зо введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель работы и определены ее задачи. Дан перечень результатов, полученных автором. Показана связь проведенных исследований с координационными и директивными документами и программами.

В первой главе описывается разработанные безригельные конструкции одно- и многоэтапных зданий, приводятся их технико-экономические показатели, методика экспериментальных исследований и результаты испытания узлов и фрагментов несущих систем.

Анализируя современное состояние конструкторских разработок з направлении совериенствования конструкций зданий, отмечается, что в практике проектирования многоэтажных зданий производственного и административно-общественного назначения наиболее широко применяются каркасная и каркасно-панельная системы. В то же время имеются предложения по вовлечении элементов перекрытия в пространственную работу (Айзазов Р.Л., Байков В.Н.,-Фролов А.К., Шилов Е.В.), а также предлагаются конструкции, в которых ригель и плита перекрытия объединены в один монтажный элемент, размеры которого совпадает с размера!.® сетки колонн (в публикациях Васильева А.П., Крзкаря В.Г., Жака. С.М.,-Дорохова A.A., Калманока A.C., Гуалиани Г.).

В направлении совершенствования одноэтажных производственных зданий в основном применяется каркасная система, но также наблюдается тенденция к укрупнению конструкций покрытия: КЖС, 2Т, П-образ-ные, коробчатые, пространственные из-гибких.предварительно-напряженных пластйн). При этом используется шарнирное соединение сборных элементов. В практике проектирования каркасных систем одноэтажных зданий тлеются разработки (приведены в статьях Бердичевского Г.И., Кравченко В.А., Докудовского С.И., Онищенко. Н.Е., Першаксва З.Н., Муразьева Ю.А.. Лонга П.), в которых применяются.рамкые соединения стержневых элементов, передающие изгибающий момент. В направлении создания панельно-скяадчатых систем одноэтажных зданпй с узлами, воспринимающими изгибаищий момент, имеется разработка Бартенева B.C., Воронова В.И.

Эти конструкции имеет определенные достоинства, однако их эффективность снижается по ряду причин: применение для многоэтажны* зданий учащенной (по сравнению с 6x6 и) сетки" колота; применение

13

трудно транспортируемых сборных элементов размером 6x6 м, 7,5x7,5 м; сложные и металлоемкие соединения арматуры в узлах, где действуют максимальные усилия; применение для одноэтажных зданий шарнирных соединений крупноразмерных конструкций; при наличии напрягаемой высокопрочной арматуры ъ стержневых сгстешх имеются технологические трудности, связанные с изготовлением литых закладных деталей, высокопрочных болтов и высадкой анкеруэдих головок на высокопрочной арматуре.

Следуя принципу повышения степени статической неопределимости несущей системы в целом, автором диссертации предложены безригель-ныз системы, которые позволит повысить экономическую эффективность сборных конструкций одно- и многоэтажных зданий (рис. I).

Несущая система многоэтажного здания состоит из колонн и двух типоразмеров ребристых панелей ГО-1 и РП-2. Панель РП-1 имеет узловое соединение ее продольных и поперечных ребер с колоннами. Панель РБ-2 опирается на РЕ-1 в местах примыкания ребер. После соединения арлатуры ребер панелей РП-1 и РП-2, включая соединение РП-1 с колонной, а также заьганаличивания всех швов, образуется плоское ребристое перекрытие с ребрами в двух взаимно перпендикулярных направлениях, дервлапцими изгибающий момент на колонны. Предусмотрено также вместо наружных колонн применение панелей огравдения с несущими ребрами. При действии значительных горизонтальных нагрузок несущая система дополняется вертикальными диафрагмами жесткости. Панели РП-1 и РП-2 могут быть выполнены предварительно-напряженными г двух взаимно перпендикулярных направлениях. Разработаны узлы, до-пускапцие ортогональное расположение панелей (рис.. 16). Эффективность системы достигается совместной и пространственной работой .всех' элементов с возникновением распора в плоскости перекрытия. По сравнении с конструкциями типовой серии 1/020 безригельяая система дает экономив стали 17,6 %, цемента 12,8 % и снижение трудоемкости на 16...30 %.

В направления создания эффективных конструкций одноэтажных зданий разработана стержневая предварительно-напряженная система с узловым соединением элементов, воспринимающим изгибающий момент. Напряженная прямолинейная высокопрочная арматура занимает переменное положение гго высоте сечения элементов в соответствии с распределением по длине изгибавдих моментов. Безригельная конструкция была создана объединением двух таких смежных каркасов монолитной полкой (рис. 1в). Передача растягивающего усилия в узлах с напряжен-

ной арматуры на закладные детали осуществлялась за счет сил сцепления иг анкерных стержней с бетоном и частичного заанкеривания этой арматуры в обжимных гильзах (рис. 1г). Эффективность системы достигается за счет применения крупноразмерных преднапряженных элементов, снижения величины максимальных моментов за счет соединения в узле напряженной арматуры, применения прямолинейного, но переменного ее положения по высоте сечения сборных элементов горизонтального и вертикального ограждений. По сравнению с панельно-складчатой системой, разработанной Бартеневым В.С., безригельная система дает экономии бетона на 35 % и стали на 30 %. В сравнении с балочно-стоеч-ной системой кроме существенного снижения материалоемкости уменьшается трудоемкость в среднем на 50 %.

Для установления показателей прочности, трещиностойкости и де-формативности испытывались основные узлы соединения сборных элементов и фрагменте несущих безригельных систем.

Узлы безрительной системы многоэтажного здания испытывались в монолитном и сборном вариантах. Сопоставление результатов испытания этих узлов показало, что существует различие в величинах краевых деформаций растянутой и сжатой зон, заыерецшх в двух взаимно перпендикулярных направлениях. 3 сборзых узда: крзеяие деформации были больше, чем в ыонолитдах в 1,9»..7,0 раз в зависимости от гзправле-ния. Было явдогеда влияние швов замонодачивания, закладных деталей 3 сварочдах нзяррке)5ф на. величину даещ-х деформаций. Подэрливость узлов от действия изгибавшего момента М определялась в виде зави-сттат , ще - пределъшй момент, а У - угол

дозорота, годсчиталный до краевым деформациям сжатой и растянутой зон узла. Ступенчатам нагружением с выдержками нагрузки установлено вщяще длительности постоянно действупщих моментов разного уровня % за увеличение податливости узлов. Сопоставлением по-

дргливости сборных узлов с монолитными аналогами получено для различных уровней следущее соотношение:

р* Ш-. (I)

где - податливость при условно-мгновенном действие демевта;

- податливость, нарастающая при *1~со/гг£ к рдщщра времени в пределах выдержки нагрузки.

Аналогично анализировалась податливость узлов от действии до-перечшх сил. При этом величина р по формуле (I) составила 0,58,..0,72.

Испытаны два фрагмента бе зрительной системы многоэтажного зда-..'я размерам в плане 12x9 и 6x9 м, собранные из натурных конструк-

панелей Рй-1, РП-2 и колонн с фундаментами. Измерялись вертикаль-:ше перемещения различных точек панелей и их ребер, податливость узлов, деформации растянутой арматуры в узлах и элементах панелей. Ка-гружение прекращалось, когда деформация растянутой арматуры привела у. состоянию ее текучести в одном ребре панелей. Б этот момент в центе ячейки 6x6 ы прогиб составил 50...57 мм (фрагмент В I) и 66,5 мы чФрагмент №2). Образовалась равномерная сетка трещин в плитных частях панелей РП-1 и РП-2, близкая к прямоугольной. Анализ распределения прогибов, при полученной системе трещин, показал, что она не может быть приведена к системе линейных и точечных пластических шарниров.

В безригельной системе одноэтажного здания испытаниями натурных узлов для пролета 18 м устанавливалась податливость, схема разрушения, треииностойкость, прочность, а также влияние обжимных гильз частичного заанкеривания в закладной детали узла напряженной высокопрочной арматуры на треииностойкость и податливость. Получены данные о распределении деформаций в напрягаемой арматуре и в анкерных стержнях закладных деталей узла в зоне их взаимодействия. Узлы разрушались за счет текучести анкерных стержней в растянутой зоне после образования системы прямых и наклонных трещин.. Уровень нагрузки, соответствующий моменту раскрытия допускаемой нормами ширины трещин, в проведенных испытаниях, составил = 0,45...0,64. Установка обжимных гильз на высокопрочной арматуре увеличила трещиностойкость по моменту образования трещин в 1,75 раза и по ширине их раскрытия - в 1,4...2,1 раза. Податливость узла снизилась в 1,3...1,4 раза. Без установки обжимных гильз происходило взаимодействие высокопрочной арматуры с анкерными стержнями закладных деталей за счет сил сцепления с бетоном, который разделен трещинами на блоки. В этом случае для полной передачи растягивающих усилий необходима длина анкерных стержней , где £р и £а/> - обозначения СНиП 2.03.01-84.

С .обжимными гильзами обеспечивалось совместное деформирование анкерных стержней и выеокопрочной аркатуры до начала ее смещения в обжимных гильзах. Анкерные стержни должны проектироваться в этом случае на часть ргстггяватшвго усилия, которое определяется после начала . смещения высокопрочной арматуры в обжимных гильзах.

Испытано два натурных каркаса одноэтажного здания пролетом 18 м, представляющих ребра безригельной системы с армированием ка-

натной арматуры, и модель этой системы пролетом 3 м с арматурой класса А-Е7. Фактическое распределение изгибающих моментов по д.тплг-сборных элементов было определено по замерам дефорлаций соединительных деталей в растянутой зоне узлов и на основе определения плача внутренней пары сил в узле. Достоверность такой методики проверена испытаниями отдельных узлов, описанных выше. В процессе испытания также измерялись углы поворота узлов и отдельных участков сборных элементов. На основе этого строились зависимости "податливость - изгибающий момент" для узлов и "кривизна - изгибающий момент" для отдельных участков. Особенности перераспределения изгибающих моментов состояли в том, что наблюдалось попеременное увеличение пли уменьшение соотношения моментов в узлах к моментам на отдельных участках. При непрерывном росте кривизны и податливости узлов это приводило к трансформированию зависимостей /У~ V узлов и отдельных

участков сборных элементов: на графиках наблюдалось уменьшение момента при увеличении кривизны или податливости и влияние на этот процесс длительности выдержки ступеней внешней нагрузки, что связано с изменением скорости деформирования бетона в элементах систем. Вследствие переменного положения арматуры в сечениях сборных элементов зоны существенно пластического состояния образовались не в местах действия максимальных усилий.

Анализ результатов испытаний безригельных систем одно- и многоэтажных зданий показал, что необходимо проведение специальных экспериментально-теоретических исследований для разработки метода расчета этих систем. Это обусловлено влиянием режима нагружения на подат--ливость сборных узлов и на деформирование отдельных участков сборных элементов, а также связано' с изменением скорости деформирования бетона в их элементах. При этом схемы, разрушения конструкций не показали яано выраженной системы линейных и сосредоточенных пластических шарниров.'

Во второй главе рассматривается проблема нелинейности деформирования и разрушения бетона с позиции влияния на эти процессы переменных скоростей нагружения и деформирования.

Яри моделировании нелинейности деформаций бетона сложилось два направления. Одно направление характерно использованием функций, феноменологически описывающих нелинейность на восходящем и нисходящем участках диаграммы ~ ¿¿j . К этому направлению относятся работы Столярова Я.В., Еайкова В.й., Карпенко Н.И., Яшина А.З., Ге-ниева Г.А., Шкарбелиса К.К., Малапкина Ю.Н., Почтовика Г.Я., Лопо-

за H.H., Мурашкина Г.В., Лейтеса Е.С., Еамбуры А.Н., Балавадзе В.К., Червенка В., Талбота А., Граесата Н., Яыада И., Суидена М., Фармера Л., Ферхузона П., Ваада Р., Шана С., Нааыана А., Саенса Р., По-повиба С., Дизая Р. и др. Второе направление основано на представлении о бетоне как нелинейном аязкоупругом материале. Связь между напряжениями и деформациями записывается в виде интегро-дифференциаль-ных уравнений. К этому направлению относятся работы Арутюняна Н.Х., Прокоповича И.Е., Улицкого И.И., Бондаренко В.М., Гвоздева A.A., Васильева П.И., Работнова Ю.Н., Ржаницына А.Р.. Александровского C.B., Хардаба В.Д., Серых Р.Л., Катина Н.И., Голшева А.Б., Карпенко Н.И. и др. Работами'Работнова В.Н., Москвитина В.В., Гвоздева A.A., Зайцева Ю.В. создано направление, в котором процесс деформирования рассматривается совместно с процессом накопления внутренних повреждений в структуре.

Анализ литературы свидетельствует о том, что общая теория деформирования бетона имеет развитый расчетный аппарат и большой опыт его применения. На основе использования зависимостей в виде функций решалась задача об определении несущей способности бетона после достижения максимальных "напряжений с продолжением деформирования на нисходящем участке диаграммы (например, в работах БаЯкова В.Н., До-донова М.И., Скдаднева H.H.. Гущи Ю.П., Паншина Л.Л., Бакинского В.Я., Чистякова E.Ä., Лачанса Л. и др.). В качестве критерия применялась величина, предельной деформации. Это позволило повысить точность, расчетов и соответственно выявить резерв несущей способности железобетонных сжатых и изгибаемых стержневых элементов при кратковременном нагружении. Имеется решение задачи о трансформировании диаграммы одноосного сжатая бетона с нисходящим участком под влиянием длительности нагружения с использованием теории ползучести (Бондаренко В.М.).

Однако не решена проблема прогнозирования предельной деформации бетона и трансформирования его диаграмм с нисходящим участком для плоского напряженного состояния в рамках представления о бетоне как нелинейном упруговязком материале. Такой подход позволяет оценивать изменение скорости его деформирования в статически-неопределимых конструкциях и тем самым учесть при совершенствовании методов расчета особенности сопротивления бетона.

йалиьвнное ЕКшВ псслугглс основанием .туи проведения теоретических исследований и постановки целенаправленных опытов с целью разработка общего подхода к оценке возможности использования несу-

щей способности бетона, включая оценку длительного сопротивления, на нисходящем участке диаграммы в общем случае напряженного состояния с учетом влияния изменений скорости деформирования и режима на-гружения.

Б работе предлагается уточнить понятие "предельная дефоилатив-ность" бетона. В связи с этим сформулированы следующие положения: несущая способность бетона в конструкциях исчерпывается, когда в процессе накопления повреждений структуры возникает неустойчивость (критическое состояние); этому состоянию соответствуют значения деформаций (/- главные направления развития деформаций), совокупность которых принимается в качестве деформационного критерия разрушения; наступление критического состояния зависит от соотношения компонентов напряженного состояния, длительности действия этих компонентов и изменения скорости деформирования, обусловленного влиянием конструктивной статически-неопределимой системы на рассматриваемый элемент бетона.

В соответствии с этим записано выражение:

'Хх'ХЦ

где - предельная интенсивность деформаций как трансформирую-

щийся деформационный критерий; л1 - интенсивность предельных

деформаций, определяемая по осевым деформациям для стан-

дартных условий; ^ , » - функционалы, учитывавшие со-

ответственно влияние вышеназванных факторов. Выражение (2) определяет "поверхность предельного состояния" бетонной среды по деформациям. Когда точка с координатами, равными значениям деформаций ¿¿- , выходит на поверхность (2), принимается, что несущая способность бетона исчерпана.

Аналитический вид функционалов в выражении (2) был установлен ва основе модели бетона в виде статистически неоднородной структур ной среда, элементы которой объявит ползучестью. Из общей совокупности структурных элементов выделялась совояганость дефектных элементов (СДЭ). Остальные элементы раеауатривадарь как совокупность «гементов оболочки (СЭО). Таким образов, неоднородная бетонная сре-1а приводилась к двухкомпонер?Н£}| среде, Предлагалось, что алемен-ы структуры взаимодействует мешдг собой и с конструктивной систе-юй. Используя представление о взаимодейстши статистически большее о числа элементов, щшнималос^, что взаимодействие СДЭ и СЭ0 ярог сходит на уровне статистически средних значений их механических арактеркстнк.

Вводились понятия: конечный объем бетонной среды (КО) - рассматриваемый объем бетона, который с позиции структурного представления обладает целостными свойствами; жесткость несущей системы 6в месте расположения КО - реакция системы на единичные взаимно-противоположные перемещения в месте расположения КО; функционал продольного стеснения деформаций - П^-

где - жесткость КО бетона, £ . - длительность нагружения к моменту определения напряженно-деформированного состояния КО бетона и определения скоростей деформирования с{£ц(¿н £ , -начало нагружения, ^ - момент разрушения.

Вид функционала получен на основе предложенной автором

концепции о взаимодействии элементов двухкомпонентной модели бетона между собой и с конструктивной системой. Взаимодействие рассматривалось по направлению £ , с одной стороны, на уровне СДЭ и СЭО с конструктивной системой, с другой стороны, - КО бетона, обладающего целостные свойства'.®, с конструктивной системой. В первом случае получена формула:

где

; - жесткость - Жесткость

СДЭ; - коэффициент продольного стеснения, определяемый на момент качала нагружения по формул? ёь/ (¿к).

Формула (3) показывает, что изменение величины предельной деформации бетона зависит от положения рассматриваемого КО бетона в конструктивной системе - меняется с изменением координат

1-Х) I системе и от направления £ ) и от дефектности- структуры

(ЯаО.

При втором случае взаимодействия устанавливалась связь между изменением скорости деформирования и степенью продольного стеснения. Получена формула:

»). ша. . * ¿"-у т , (4);

где (¿) - функционал снижения начальной жесткости о^ (¿н) КО бе-тс-па зе счет накопления повреждений и проявления ползучести. Сравнивая (3) и (4)^ . отождествляя л- . получшги зависимость:

В формулах (4) и (5): - скорость деформирования КО бетона как эталонного образца вне конструктивной системы; - то же в конструктивной системе.

Обобщение зависимости (5) на общий случай напряженного состояния представлено в виде:

где и Ас/* - зычислятся по скорости интенсивности деформаций.

Величина А*^ - рассматривается как параметр вязкого разрушения, определяемый на стандартных образцах. Знаменатель формулы (6) характеризует изменение скорости деформирования КО бетона по сравнению с его начальной величиной в конструктивной системе.

Вид функционала Х{( получен, рассматривая КО бетона с двух позиций. С одной стороны, с изменением длительности нагружения меняется вероятность накопления дефектов, с другой стороны, происходит перераспределение внутренних сил в структуре, поскольку СДЭ и СЭО обладают свойством ползучести. В связи с этим решалась задача о вероятности изменения предельной деформации бетона, полагая, что существует скорость разрушения дефектного элемента. Дта решения этой задачи применялся аппарат математической статистики по определение вероятностей дая крайних значений случайной величины. Перераспределение внутренних усилий в структуре бетонной среды анализировалось с использованием известной одноосной механической модели, имеющей реологические свойства, дополненной автором СДЭ. Обобщение полученных формул на общий случай напряженного состояния представлено ниже:

т(ё) = СУ- о,з^ехр(-37^1/п,)]}

где ¿л - стандартное ареда нагрукеяия, определяемое при эталонной скорости нагружения: /// /о&ь /с^ ; <5~, /7/ , Р $ , сСо - эм-пиричеекке коэффициенты.

Влияние вида напряженного состояния (функционал ) рассмотрено для случая двухосного нагружения, необходимого для расчета пластпнчато-стерянеЕых конструкций. Решалась задача о получения условия прочности двухкомпонентной бетонной среды, на основе рассмотрения взаимодействия СДЭ и СЭО, имеющих различные значения осевых жесткостей и коэффициентов поперечных деформаций. Получено уравнение, в которое входит величина . Показано, что изменение

для момента разрушения ведет к трансформированию линии предельного состояния бетонной'среды по напряжениям. При этом структурные изменения существенно влшшг в области двухосного сжатия, практически не вйияюг в области двухосного растяжения и слабо влияют в области смешанных напряженных состояний. Переход к предельным деформациям осуществляется с использованием деформационных физических соотношений. Дня практических расчетов получена эмпирическая зависимость на основе опытов автора, а также данных Яшина A.B., Бич П.М., Гвоздева A.A., Купфера Г.:

(8)

в которой <3iiueiisi , - предельные интенсивности напряже-

ний соответственно для различных соотношений напряжений (¿¿г ¿Кг ) и для равномерного двухосного сжатия (ßlr )\JS = 7,8-ICT3 _

безразмерный коэффициент. Зависимость (8) используется совместно с формулой (7).

Решена задача о влиянии армирования на изменение предельной деформации бетона а условиях как одноосного, так и двухосного напряженных состояний. Рассматривалось две постановки: I) взаимодействие элементов структурно-неоднородной ортогонаяьно-арлированной среда; 2) выделение арматуры как самостоятельного элемента конструктивной система.

В первой постановке задача решена на основе анализа вероятное--ти совпадения.арматурных стержней с дефектными элементами бетонной . среда по направлениям . Это определило выражение для , учитывающего влияние дисперсности аршрования на изменение-предельной деформации бетона. Влияние fisj = ^V' (^Ь устанавливалось о исполь-' зовашем фэрмры (3), в которой принт,-ллось: &sys,/ z&s ,

, а также вводился коэффициент fy , учитывавший упругие свойства арматуры путем сравнения величин Ste^ и U£t ^ . Получена зависимость: ' '

V -Г • - W/'s/УЬГм* (Qs

Результаты расчетов по зависимости (9) при Tst» = 4,71 сопоставлены с результатами испытаний центрально-сжатых армированных элементов, проведенных Васильевым А.П., Рискиндом Б.Я., ¡Парниковой Г.И. Максимальные средние отклонения составляли - 7,6...8,21 %.

Зависимости для плоского напряженного состояния были выведены ". с использованием уравнения линии предельного состояния по напряже-

шям бетонной двухкомпонентной среда, в которое подставлялась величина "фиктивного напряжения" в виде выражения:

= 'tsyjJ +JVy(XyZ&'f)is,ee£s. (10)

Полученное уравнение и деформационные физические соотношения для бетона позволяют учесть анизотропию развития деформаций в постижение предельных значений, обусловленную ортогональным ар.отроаа-. нием и изменением скорости деформирования по направлениям.

Во второй постановке задача о влиянии арлирования на неличину предельной деформации бетона решалась на основе анализа изменения скорости деформирования бетона. При этом арлатура рассматривалась как самостоятельный элемент, создапстй продольное стеснение.

Скорость деформирования , необходшдая пру вычислении

ZwSjJ или Xi, sys , определялась с применением деформационных физических соотношений для бетона. Они записывались с использованием основных положений теории ползучести со следующими доработками: I) учтено влияние истории режима предшествующего нагружения к моменту определения скорости ctSy /d"é ; 2) учтены бнстронарастащие деформации ползучести бетона, включая стадию интенсивного их развития к моменту разрушения.

Общая деформация бетона представлялась в виде суммы: £ь - £е + + £rfi , где £е ~ условно-мгновенная нелинейная дефорлация, £с/» -деформация нелинейной ползучести. Для напряжения, которое достигло значения (~éo) к моменту i0 , отсчитывая от момента , и остается постоянным, полная деформация определялась формулой:

с,Гг - [шмМь Ä7( m

/

в которой б-(é'igjjTc , где Тс - длительность действия напряжения (или .длительность выдержки при ступенчатом нагружении; Т - возраст бетона;, С - мера ползучести с учетом быстронарастаю-щих деформаций за время непродолжительного нагружения (в пределах суток)':

с(вгН/-е-^~р-'"'1п)-с<ш (г), (12)

где C&m (Т) - предельная величина, определяемая по Г00Т 24544-81; Тс - в минутах; Г - в сутках; при этом были использованы' опыты автора, а также данные Александровского C.B., Попковой О.М., Корне-ва H.A., Петрова К.В., Першатова В.Н., Васильева П.й. ; "£цг> - функции, учитывающие нелинейность С0 и £¿¿7"^^-- èb(i, /)/

/ Е^ ^ ("¿) - уровень деформированного состояния.

Вид функций установлен на основе анализа экспериментальных исследований автора по ступенчатому нагружеш® образцов с выделением деформаций £е ъ £ с* в моменты вй :

где Ж о = 1,05; П. с = 1,23; = 7,77; Пег; Г = о,76; «¿«у* = 1,01;

/7л*/ = 0,40. Формула (II) учитывает влияние режима нагружения, предшествующего напряжению (¿в) : различные режимы приведут к раз-нкм значениям деформаций бетона и соответственно уровня СО(^) . Этот уровень также будет меняться за счет изменения величины предельной деформации, включая изменения, связанные с появлением нисходящего участка на диаграмме в конструкциях.

Для переменных значений напряжений получено интегральное

уравнение с использованием нелинейного принципа наложения воздействий. При зтем СО(^) и & рассматривались как независимые переменные. Для двухосного напряженного состояния аналогичные интегральнме соотношения записаны между девиаторами тензора напряжений и деформаций (изменение форда), а также между объемной деформацией и средним напряжением (изменение объема). При этом учтено изменение объема за счет накопления дефектов введением специальной функции, зависящей от 6 и . При этом уровень с учетом (2) записывался как отношение £с /¿¿} . Предполагалось также, что диаграммы зависимостей б опт "" ¿акт и Таят при ступенчатом на-грухенли с выдержками идентичны соответствующим диаграммам при одноосном напряженном состоянии и чистом сдвиге.'

Для практического применения интегральные члены в деформационных соотношениях заменялись рекуррентными формулами, которые получались разбиением пределов интегрирования на фиксированные моменты времени и применения теоремы о среднем значении одиночных и двойных интегралов.

' Деформационные соотношения б^/ ~ для одноосного и плоского напряженных состояний при меняющихся во времени напряжениях и зависимость (2) явились основой для разработки практических методов учета трансформирования диаграмм бетона, включая прогнозирование предельной деформативности, в расчетах статически-неопределимых систем.

В третьей главе дано экспериментальное обоснование влияния режима нагружения и деформирования на трансформирование диаграмм бетона.

Испытаниями бетона при постоянной скорости нагружения d6^/d{= ~ Coasi (например, опыты Баженова D.M., Яшина A.B., Майорова В.И., Малашкина Ю.Н., Шкарбелиса К.К., Графа 0., Саенса Л. и др.) и при постоянной скорости деформирования d££/dii=CO/ifi (например, Раша Ч., Червенка В., Хадлея Н., Кована Ш., Фармера Л., Вавда Р., Дроздова П.Ф., Пристли М., Саенса Л., Маттока А., Бамбуры А.Н., Дплгера В., Ларсона Г., Ламкина М.С., Эванса Р., Санга С., Турнера П. и др.) получена инфорлация, позволяющая математически описать диаграмму дэ-формирования в условиях этих экспериментов. Однако в конструкциях (даже при разномерном внешнем нагружении) скорости /dt и d^/dt является переменны?.® величинами вследствие перераспределения внутренних усилий. Обеспечить переменность скоростей нагружения и деформирования бетона удается щ,а проведении испытаний в устройствах, в которых параллельно с деформированием бетона осуществляется деформирование упругих элементов, которые выполняют роль динамометров и позволяют определять усилие, воспринимаемое бетоном (например, опыты Гвоздева A.A., Холмянского М.М., Ыурашкина Г.В., Бачинского В.Я., Балавадзе В.К., Гузеева Е.А., Хугеса Б. и Чалмана Ж., Ванга П., Ам-стронга У. и др.).

В проведенных опытах не менялась жесткость упругих элементов и при этом не фиксировались структурные изменения. Это не позволило оценить влияние различных переменных скоростей дефорлировання и проследить при этом изменение предельной деформации. Испытаний бетона при двухосном напряженном состоянии в таких "стесненных" условиях автору обнаружить в литературе не удалось.

В испытаниях автора изменение скоростей деформирования опытных образцов бетона достигалось двумя путями: I) изменением жесткости упругих элементов (Ssys,/ ) и соответственно коэффициента продольного стеснения -Bsysj/B^^- ; 2) заданием различных скоростей dF/di приложения внешней нагрузка. В диссертации приводится описание созданных устройств, в которых менялось значение = = 0,0...1,15. Величина dffdi изменялась за счет изменения общей длительности испытаний ■£ - 40 мин...10 часов. В процессе этих испытаний измерялось время прохождения ультразвуковых импульсов через бетон, продольные и поперечные деформации, з также изменение их скорости ZKy .

Результату испытаний анализировались по изменению координат характерных точек на диаграммах ~ : I) точка, соответствующая максимальному напряжению - координаты 6¿ тах и £¿# ; 2) точка на нисходящем участке, соответствующая появлению неустойчивости (критическое состояние) в процессе накопления внутренних повревде-еиё в структуре - координаты &¿,t/ei и £¿r. Значения определяли величину' предельных деформаций бетона и соответственно значения éi, u£t (см. формулу 2). По опытным данным устанавливалась зависимость значений координат характерных точек от длительности нагружения и изменения скорости деформирования:

№

Анализ показал, что между режимом деформирования и коэффициентом fifi,,- имеется корреляционная зависимость:

2V ^/¿v fa) - (15)

где t-iu на момент определения £¿¡a£í¡(/ ; £ = 8,8 % - средняя относительная ошибка аппроксимации при числе использованных результатов А/ = 58. Для момента , соответствующего <S¿f та • . также существует зависимость, полученная при £ = 8,2#и//=87. Это подтверждает сзязь, установленную теоретически, и позволяет сопоставлять результаты опытов по изменению скорости деформирования иле по .

Изменение координат характерных точек при /2/у' f 0 в сравнении со свободным деформированием (fLry- 0) оценивалось коэффициентами: для первой точки - fymax и ; для второй точки - Zu и л а . По данным опытов составлены уравнения регрессии, в которых «ZV =

( П/ц - 0,60)/0,6ü и ССг = ( ¿а^я - 2,64)/2,64: Ниже приведены . уравнения для коэффициентов Z¿ е Хц - Zsysпо осевым деформациям одноосного сжатия:

ty = /, ггч-асобйОг +о, rss¿?£ +o,o3vjc? -о, о?га?,, ¿o¿ (ю

выборка состояла из 161 числового результата, а значение критерия Фишера F = 1,84; анализ показал незначительное влияние и су-

щественное влияние длительности нагружения; значения по формуле (7) хорошо соответствовали опытным значениям;

Zv s г, 39?+0,?9?#, i-O^SZXg-GjySccftO&mt&z *0, //лг/; (17)

выборка состояла из 125 числовых результатов, а значение ^ =2,73; анализ показал, что коэффициент /2/у! оказывает наибольшее влияние;

это влияние аппроксимировано зависимостью:

Tu "Kits,/ = f+fy £ Zcr, W =г,5. (18)

Формула показывает, что в условиях продольного стеснения деформаций существует критическое состояние в процессе устойчивого накопления дефектов, момент появления которого смещается по скале деформаций в сторону увеличения пси повышении flfy. В сравнении с деформированием без стеснения = 0,0) величина деформации бетона, соответствующая этому состоянию, для одноосного' сжатия увеличивается максимум в 2,5 раза. - -

Из формул (3) и (4), принимая во внимание, что для условий опытов ^ *ßs sCos!st, получим теоретическую зависимость:

Zsn,/ '¿Л/. (19)

Формулы (19) и (18) идентичны при = 3,66. Следовательно, теоретическая зависимость (19) соответствует экспериментальным данным (18).

Установлено также наличие корреляционной связи между значениями fo,jn9x , f/f , 2и . и изменением скорости деформирования

69/• Вычисление по .формуле (5) значений Zsyt,/ давало наличие отклонений от опцта в пределах средних значений + 7,44 и - 10,78 % (при Act* = 11,50). Кроме того анализ опытных данных автора.и Яшина A.B. для тяжелого бетона В20...В45,/не разделяя его по классам, при свободном деформировании- показал, что поле опытных точек аппроксимируется зависимостью:

Ac,^/Cf-üJ(i)/wr'is (20)

Зависимость (20) получена на основании обработки количества результатов N - 285 при- t~ 9,4 %, Стабильность значений А ел позволяет принимать ее -в качестве характеристики стандартного режима для тяжелого бетона.

В испытаниях на. одноосное сжатие в стесненных условиях осуществлялась разгрузка с различных точек нисходящего участка и последующее повторное нагружение. Анализ показал зависимость трансформировав ния диаграмм ) повторного нагружения от величины /¿¡.j и-от уровня деформированного состояния СО^ася. = BsJ Ьасн^ /¿it с которого производилась разгрузка.____

■ " В диссертации даны примеры построения диаграмм- с - нисходящим участком одноосного однократного и повторного нагружений с иепшгъ—

зованием теоретических формул. При этом наблвдалось хорошее соответствие их с диаграммами, полученными автором при переменных скоростях деформирования и в опытах Ч.Раша при постоянных скоростях деформирования.

Испытания "бетона на двухосное сжатие в стесненных условиях производилось с варьированием трех факторов: = 0; 0,5; 1,0; £ = 40...50 мин; 5...5,5 час; /,^ = 0; 0,22; 0,45. В таблице ниже приведены коэффициенты уравнений регрессии, устанавливающие корреляционную связь трансформирования диаграмм (интенсивность напряжений - деформации) от ({)/7Л/-(¿м). При этом предполагается соответствие: ; ; ^¡—^-'¿-¿и •

* £¿4 -ю3 <$¿4, Ша ,МПа

¿с С, 05728 27,63917 7,87301 27,36218 40,83949

0,24981 0,62862 5,65622 -4,23279 -37,14481

¿1 1,64616 3,75436 2,88349 6,34727 2,90425

8з-Хз 0,49450 -0,61229 0,98099 -0,22772 -0,22074

£гг 8гг -г/ ¿к 'Э?» '¿Яг £и 'Хг •■Х'з ¿а 2*3 -0,00503 -0,3^479 1,38315 -4,80913 -19,80163 -

0,47540 0,00890 -1,16572 -0,11477 3,49735

0,02847 0,32639 -0,02218 0,35504 0,34419 0,80300 0,09908 -0,13957 0,88903 1,58642 0,46524 0,27000 -0,89565 3,32248 0,53425 0,37340 -1,01586 3,09204 0,46850 1,08554

Расчетные зна-. тония критерия Фишера 0,33 . 0,83 2,88 1,54 2,17

Теоретические значения и = 0,5) 3,0 2,9 3,0 2,9 3,0

По опытным данным величин £« =£с/и

/ (■») установлено значение Ас/> = 101,253 в формуле (6) при среднем квадратичном отклонении б" = К,55 и коэффициенте вариации 7Х- 13,37. Это. свидетельствует об удовлетворительном совпадении теоретических значений %с,!у& > определяемых по формуле (6), с опытными (рис. Зв). Для двухосного сжатия максимальное значение

= 5,0. Существование максимальных значений и ЛГ

свидетельствует о существовании предельной величины коэффициента

стеснения и соответственно определенного режима деформиро-

вания /с/% (¿я) . при котором происходит стабилизация диаграмм

одноосного <5у и двухосного сжатия. При повышении

^/•¿'■^^'.йлудиаграмма не трансформируется. Например, для одноосного сжатия стабилизация характеризуется к моменту достижения £¿ иИ режимом Т/г^^/Щ'^")- 3,25. Поэтому при постоянной скорости'дефорглк-розатя = 1< 3,25 получаются стабилизированные диаг-

раммы. В связи с этим их применение в расчетах должно быть обосновано вычислением скоростей деформирования. Для двухосного сжатия стабилизация наступает при (¿)/(= <?' Й*/ (-*)=

= 6,50.

Анализ теоретических предложений по учету влияния длительности нагружения на изменение предельной деформативности бетона производился как дал одноосного, так и ддя двухосного сжатия (соответственно коэффициенты цХ£й ). Для этого использовалась зависимость (7). Принте ¿ц - 4.0. .-50 мин. С использованием опытных данных "'■-¿.¿делены значения коэффициентов: при ... <Тл/г определяется при значениях /» = 1,09; £ = 0,0124; в(.о - 3,0; а величина 8 - 0; при • •• /Г*<■'/} = I, а величина ¿Г = 0,24»ПГ3 для одноосного сжатия и 0,36-Ю-3 для двухосного сжатия; при < 3,33 ш коэффкпиент >7/ = 1250; при ^ < 3,33 мин... - 301 + 285£ . Сравнение с результатами опытов зля одноосного сжатия показано на рис.36. Для двухосного сжатия максимальное отличие от расчетных значений по формуле (7) от опытных составляет 8 %.

Сравнение опытных и расчетных значений формуле (8)

приведено на рис. За.

• Выполненный анализ подтвердил соответствие выражения (2) для вычисления предельной деформативности бетона опытным данным.

Проведенные экспериментальные исследования при двухосном сжатии позволили выделить условно-мгновенные деформации бетона 6с и деформации быстронарастахщей ползучести бел в направлении осей деформирования, а также установить изменение величин соответствующих коэффициентов поперечных деформаций 1Ц0 ¿2 и в виде функций:

где^Ас и *Мсг>- начальные значения. Показано, что изменение не меняет вид зависимостей (21). Этот анализ послужил обоснованием для использования деформационных физических соотношений (II...13), разработанным автором для одно- и двухосного напряженных состояний бетона.

Четвертая глава посвящена разработке метода теоретического описания податливости узлов соединения сборных железобетонных элементов. Задача определения податливости (деформируемости) сборных узлов решалась Байковым В.Н. в 1968 году при проведении экспериментальных и теоретических исследований. Исследованиями Байкова В.Н., Васильева A.D.. Клещова В.А., Кириллова А.П., Ыаткова Н.Г., Весника К.К., Холмянского М.М., Катина Н.И., Протасова В.А., Беликова В.А., Быченкова Ю.Д., Сигалова Э.Е., Паньшина Л.Л., Довгалюка А.Ф., Кузьмичева А.Е., Дроздова П.Ф., Шилова Е.В., Горачека Е., Лшпака В.И., Пуме Д., Драгилова И.И., Шапиро Г.А., Морозова Н.В., Чистякова Е.А., Ханта И.Г., Ешгера Ф.Г., Парка В., Пшстли М., Паулая Т., Карденаса А., Ыаняуры Д. и др. было показано, что податливость узлов наблюдается при различных видах силовых воздействий, а способность узлов к деформированию приводит к перераспределению внутренних усилий в статически-неопределимых конструкциях.

Нелинейность деформирования узлов учитывалась в виде диаграмм "момент-податливость" или "сдвигающее усилие - податливость", имекк цих фиксированные параметры (например, в работах Байкова В.Н., Дроздова П.Ф., Аншнна Л.З., Кузьмичева А.Е., Ржаницына А.Р., Гельфан-да Л.И., Захарова В.М., Шапиро Г.А., Паньшина Л.Л.). В некоторых работах применялись диаграммы с нисходящим участком. Однако при атом не учитывалось влияние режима нагружения в деформирования на податливость узлов, так как параметры этих диаграмм являлись фиксированными.

В теоретических разработках автора решалась задача учета этих факторов. Выделялись условно-мгновенная податливость и податливость, развивающаяся во времени. Узел рассматривался как конструкция, тлеющая определенные размеры. При действии внешних по отношению к узлу * сил J£i' на базе, определяемой размерами узла, проявлялись компоненты податливости £с : углы поворота, поперечные смещения, осевые перемещения, угол кручения. Связь между компонентами податливости и усилий устанавливалась в виде зависимости:.

где [Qц] - матрица функционалов податливости, а CiJ. Функционалы жесткости. Соответственно разделению податливости на .уеловно—мгновенную и развивавшуюся во времени принято:

С$у]= С¿у, cJ+CSv, с»]. (23)

Для даиейкых компонент податливости записывались соотношения:

гле С с и и,: (О)- линейные характеристики монолитного аналога узла -соответственно начальная жесткость и удельная податливость от ползучести бетона в узле (¿/с ); - коэффициент яодосяя. учитывающий конструктивные особенности сборного узла и вызывающий изменение линейных характеристик монолитного аналога. Соотношения (24) записаны на основании анализа опытных данных, представленных соотношением (I). Для описания нелинейности А' от значений Зс вводились функции 3>о(2/) и С учетом этих функций функционалы податливости приняли вид;

'¿/сШсг '-25)

где ; ^ - усилия, вызывающие разруиение узла.

Связь между и (2у устанавливается при 3)о I

- //&</ Сс) = Су (26)

где Су - начальная жесткость сборного узла, а ¿с - его монолитного аналога. Соотношение (26) удобно для определения по опытным данным, сравнивая податливость сборного узла с его монолитным аналогом.

Для определения податливости узлов при ступенчатом нагружении с выдержками (например, при обработке результатов испытаний отдельных узлов) применялась зависимость (25). Для переменных значений компонент усилий, действующих в статически-неопределимых конструкциях, получена интегро-дифференциальные соотношения на основе нелинейного принципа наложения воздействий, который представлен выражением:

"{Щ-Ша-Я/)-, {^НЫЯегСъ)

Для практического применения в расчетах статически-неопределимых конструкций получены рекуррентные формулы, по которым определяется податливость в дискретные моменты времени Вг,,..;9/с в течение ¡ыдержки ступеней внешней нагрузки.

Теоретические значения Рс^ вычислялись на основе предложенной :асчетной схемы сборного узла и ряда исходных предпосылок: в кон-■актных швах между сборными железобетонными элементами и бетоном за-оноличивания не воспринимаются нормальные растягивающие а касатель-

Hue усилия (вследствие усадки бетона замоноличивания); между бетоном и закладными деталями отсутствует сцепление (вследствие влияния температуры при сварке); анкерные стержни закладных деталей, а также apxaiypa, пересекающая контактный шов, работают на поперечные и нормальные усилия; в зависимости (22) отсутствует взаимное влияние Мк и А/у, а также Qx и Qj ( X и ¿f - ортогональные направления), при определении податливости узлов на изгиб и сдвиг. Используя геометрические гипотезы о связи компонент податливости с краевыми осевыми и сдвиговыми дефорлациями, а также условия равновесия сил в различных сечениях узла, получены выражения для начальшх значений Qc/. . по ко" торым определяются Pcj с использованием формулы (26).

Разработана методика определения параметров функций ,

, Lie (9) , С С . В диссертации приведены примеры расчетного определения изгибной и поперечной податливости сборных узлов различной конструкции: узлов безригельной системы многоэтажного здания; узла соединения ригеля с колонной по серии ИИ-04; узла соединения ригеля с колонной в бункерно-деаэраторной этажерке; узла соединения частей фундаментной плиты в сборно-монолитном варианте; узлов болтового соединения ребер безригельной системы одноэтажного здания. Наблюдалось удовлетворительное ссвпадение расчетных значений с опытными

Пятая глава посвящена разработке методов расчета безрительных конструкций, рассматриваемых как пластинчато-стержневые системы с податливыми узлами соединения сборных элементов.

В теорпи.расчета конструктивных систем применялись метод предельного равновесия и метод дискретизации расчетных схем на основе применения вычислительной техники. Второе направление привело к необходимости детальной разработки вопросов учета трещинообразовакия (например, работы Мурашева В.И., Карпенко Н.И., Гущи Ю.П., Неыиров-скох'о Я.М., Здоренко B.C., Лившица Я.Д., Оатула A.A.), нелинейности сжатой и растянутой зон сечения до и после образования трещин (например, работы Мурашева В.И., Залесова A.C., Еайкова В.Н., Бондарен-ко В.ГЛ., Лившица Я.Д., Гвоздева A.A., Улицкого И.И., Ильина О.Ф., Мадатяна С.А., Гущи Ю.П.), а также разработки критериев разрушения отдельных зон элементов (например, работы Еайкова В.Н., Карпенко H.H., Зайцева Ю.З., Гениева Г.А., Гержулы Л.Б., Рослова В.П., Малаш-кика Ю.Н., Балана Т.А.). Существующие методы расчета используют характеристики прочности и дсформативности бетона, полу-гегаше при каком-то одном эталонном режиме деформирования или нагружения. Поэтому при разработке методов расчета безригельных конструкций в работе

автора ставилась задача учесть влияние переменных режимов нагрр-.енлЕ и деформирования на трансфожирование диаграмм оетона с нисходящим участком и на трансфорщров аше критерия разрушения бетона. Рассматривались также вопросы моделирования последовательного появления зон пластического поведения элементов и определения времени сопротивления до наступления предельного состояния статкчески-неопределимлх конструкций, а такг.е вопрос об исключении итерационных процессов при нахождении решений.

Общие положения разработанного в диссертации метода основывается на представлении с том, что компоненты перемещений плитных, стержневых элементов и податливых узлов состоят из суммы двух Частей. Одна часть проявляется в момент условно-мгновенного приложения ступеней внешней нагрузки, другая - за время их выдержки. Условно-мгновенному приращению внешней нагрузки соответствует однозначное приращение напряжений в бетоне, а за время выдержки нагрузки происходит неоднозначное изменение напряжений (увеличение илй уменьшение), вследствие проявления ползучести бетона и возникновения трещин. Изменения напмЕенно-деформнроваяного состояния при условно-мгновенном приращении нагрузки определяется решением задачи "теории плас^ тичности", а за время выдержки - решением задачи "теории ползучести".

Режим внешнего нагружения характеризуется скоростью нагрухення С/Р/п /с/£ = йРгп/Тс в моменты I , где Д^/п - ступень. внешней нагрузки; Тс - длительность выдержки ступени; - время, отсчитываемое от начала нагружения.

Напряженно-деформированное и предельное состояние бетона определяется из двух групп системы уравнений дискретной расчетной схемы: • - первая группа - уравнения равновесия и совместности перемещений;

- вторая группа (уравнения, определяющие трансформирование диаграмм бетона) - физические деформационные соотношения, уравнение предельной поверхности по напряжениям, уравнение предельной поверхности по деформациям; уравнения, определяющие путь нагружения рассматриваемого элемента бетона. Последние два уравнения формируется ( и трансформируются в процессе определения напряженно-деформированного состояния в зависимости от изменения режима деформирования в направлениях развития деформаций.

Процесс достижения предельной нагрузил на рассматриваемую систему представлялся как постепенное образование и накопление зон в стержневых ц щштэдх элементах о повцгаенпо® дгфорттивностью, кото-

рая обусловлена достижением арматурой и бетоном стадии, близкой к разрушению, а затем деформационных критериев разрушения':

£s Sc-^Si,^^ (28)

где 6s, </££ - предел равномерных удлинений арматуры в упруго-пластичной стадии; - деформационный, трансформирующийся критерий для бетона, разработанный автором. Принималось, что предельное состояние рассматриваемых систем наступало при накоплении определенного количества указанных зон, что отмечалось по существенному росту перемещений. К этому моменту фиксировались величина предельной нагрузки и время функционирования системы. Оба показателя изменялись в зависимости от режима внешнего нагружения.

На основе этих представлений построены итерационный и неитера-цаонный процессы определения напряженно-деформированного состояния (НДС). Процессы основывались на шаговой процедуре л метоле упругих решений. Корректируемыми параметрами являлись временные значения жесткостей штатных, стержневых элементов и узлов их соединения. Это представление основывалось на понятии временного модуля деформаций бетона в направлении осей ортотропии, встречавдегося в научной литературе. НДС определялось на момент во условно-мгновенного приложения внешней нагрузки и в моменты в/ , ..., 6п выдержки ее степеней. Для каждого последующего решения для момента использовалось решение, полученное в моменты во , ..., Вк-г . В ¡итерационном процессе НДС определялось от возрастающей нагрузки /2 'р ~

число ступеней). В неитерационном процессе на момент $ решения находились от приращений й fm , что давало однозначное приращение напряжений йб^0(Эв)л деформаций й£¿4(, где fl •• номер ступени. Полное НДС на £ -ой ступени находилось суммировш кем:•

£ьп (во) -- £б, *-/ ^ £бп (Во).

При этом процедура определения НДС дая моментов 6j , в/с сохранялась. Итерации в этой процедуре исключались за счет"прогноза значений нелинейных функций tfstf в деформационных соотношениях бетона в зависимости от Cü(i) - уровня деформированного состояния. Уровень Ct?(t) вычисляется на основании прогноза предельной дефорла-тивности по скорости деформирования бетона C(£n/cii к моменту i определения НДС. Разработана также процедура учета обратимых деформаций £e,Sqar И £сг бсзс/г бетона при определении НДС. Показано, что ее применение уточняет определение ЦДС на нисходящем участке

деформирования бетона и определение момента потери его несущей способности в статически-неопределимой системе.

С целью проверки методов с использованием итерационного и неитерационного процессов были составлены алгоритмы и программы для расчетного определения НДС бетона в испытательном устройстве, позволяющем получать трансформированные диаграммы с нисходящим участком. Решалась один раз статически-неопределимая система параллельно работающих стержней. В расчетах в соответствии с опытом менялись значения. 8^45> Е& и £ . Расчетные значения координат характерных точек диаграмм бу отличались от опытных в пределах средних значений на -4,8 и +2,2 %. При этом результата расчета с использова- -нием итерационного и неитерационного процессов практически не отливались.

Теоретические зависимости для вычисления податливости узлов зоединения сборных железобетонных элементов апробировались расчетом дан раз статически.неопределимой системы по схеме, аналогичной доведенным испытаниям узлов безригельной системы многоэтажного зда-шя. Результаты расчетного определения зависимостей "податливость -¡згибаиций момент" удовлетворительно соответствовали опытным.

Проведенный анализ определения НДС бетона и узлов дал уверен-сость в возможности применения теоретических результатов к расчету ¡езригельных систем,- '

Анализ НДС безригельной системы одноэтажного/здания производил-я с использованием разработанной программы для ЭВМ ВС. В расчетной хеме система была представлена в виде стержневой конструкции с по-атливши узлами в местах соединения сборных элементов. Поперечные ечения элементов приняты в виде "тавра" с полкой ограниченной шри-ы. Арматура располагалась в ребре и занимала переменное положение

0 высоте сечения. Анализ ЦЦС по этой программе выполнен для исходах данных испытанных натурных каркасов пролетом 18 м, имитирующих аботу.ребер безригельной системы.

Расчетная схема поперечного сечения была принята в виде слоис-эй модели с исходными предпосылками теории поперечного изгиба гержневых элементов. Временные значения изгибной, осевой, сдзиго-)й жесткостей различных сечений определялись решением системы равнений слоистой модели с использованием временных значений моду-г деформаций бетона отдельных- волокон сечения^_В^ рамках этой моде! разработан алгоритм, позволяющий учесть влияние поперёчвой-^силн

1 формирование эпюр нормальных и касательных напряжений, а также

аа определение перемещений при наличии наклонных трещин. В этом алгоритме момент появления прямых и наклонных трещин в волокнах, а тадсже разрушение бетона сжатой зоны определялись на основании де-форлациокного критерия (28) разрушения бетона. При этом учитывались касательные напряжения, возникакше от поперечной силы. Нормальные напряжения в волокнах определялись от изгибающего момента, уменьшенного на величину, воспринимаемую поперечной арматурой, пересекающей наклонную трещину. Поведение сборных узлов описывалось в программе с применением временной жесткости, определяемой с применением соотношений (27) при переменных значениях сил, действующих, на узел. Расчетом удовлетворительно описывался колеблющийся процесс перераспределения усилий, вызывающий трансформирование диаграмм "изгибающий момент - податливость" узловэ"изгибающий момент - кривизна" элементов, а схемы трещпнообразования, прогибы и разрушающая нагрузка хорошо совладали (рис. ^а, б).

Для анадзза НДС безригельной системы перекрытия многоэтажного зданля была составлена программа для ЭВМ ЕС расчета испытанного фрагмента перекрытия с колоннами. Фрагмент рассматривался как пластинчато-стержневая система с податливыми узлами соединения сборных элементов. Дискретная расчетная схема основывалась на методе конечных элементов. Перемещения элементов вычислялись с использованием теории Карпенко Н.И., в которой для описания процесса деформирования и разрушения бетона сжатой зоны над трещинами применялись разработанные автором соотношения, учитывапцие траксфорлирование диаграмм бетона с нисходящим участком и трансформирование дефорлационно-го критерия разрушения бетона. Разработана процедура определения временных жесткостей плитных элементов дая двух ортогональных направлений.

Сравнение опытных и расчетных величин прогибов и напряжений растянутой арматуры в различных точках фрагмента, а также податливости узлов, показало их удовлетворительное совпадение. Проведен был численный эксперимент, показавший, что изменение режима внешнего нагружения и характеристик податливости узлов существенно влияет на процесс трещинообразования в элементах системы, на перераспределение усилий.в различных направлениях, на деформативность всей системы и величины предельных нагрузок, соответствующих предельному состоянию системы. Неучет фактической податливости узлов давал уменьшение прогибов до 20...40 %, изменение внутренних сил - на 10...25 % и предельных нагрузок - на 25 %\ неучет фактического пе-

М'Ю кН-м

О 113 4 5 6 7

%Ю рад

4 5 6 Г

Рис.4. Трансформирование зависимостей "усилие-податлиэость" узлов (а) и "усилие-кривизна" (угод поворота) (б) элементов статически неопределимой системы: I- по методике автора; 2- при свободном деформировании.

3 со

—

, , галет. Нелинейный участок I десрормиробония

' арматуры

1 2 3 4 5 б1

3

Рис. 5. Расчет по методике автора наПрлаенного,деформированнйго■ и предельного состояний центрально-сжатого железобетонного элемента при различных режимах внешнего нагружения; I- выдержка нагрузки; 2-°догруз-ка; ~ соответственно усилие на элемент, на

бетон, на арматуру.

жима нагружения приводил к изменению прогибов до 30 %, внутренних сил - на 10...25 % и предельных нагрузок - на 20 % по сравнению с опытными значениями.

С использованием программы был осуществлен поиск рационального армирования конструкций для полезных нагрузок 2...8 кЦ/м2 и составлен альбом рабочих чертежей, который используется в системе Минстроя Каз. ССР и ГлавКиевоблстроя.

Анализ НДС бетона и арматуры сжатых элементов произведен для короткого стерккя по программе для ЭВМ ЕС с использованием неитера-ционзого процесса. Учитывалось нелинейное поведение арматуры класса А-Е и высокопрочной арматуры. Результаты расчета сравнивались с опытными данными Прокоповича Й.Е., Свитлыка А.Ю., Щелкунова. В.Г., Бабенко Д.В., в которых осуществлялись следующие режимы внеинего нагруаения: I) кратковременное нагружение с определенной скоростью до разрушения ( ); 2) кратковременное нагружение до различных уровней не ниже 2> О»5 с последующей длительной выдержкой 3) догружение до разрушения после длительной выдержки под нагрузкой при различных % > 0,5 (.рис. 5).

В расчетах по режиму И 2 найдено максимальное значение нагрузки /у , при котором не происходило разрушение в течение 100 лет. При больших уровнях нагружения расчет давал значения разрушающей на грузки и время до момента разрушения (временной ресурс). Длительная несущая способность определялась заданием времени, в течение которого элемент не должен разрушаться от достижения бетоном величины предельной деформации. Расчетом по режиму й 3 Получена оценка дояу-стимих перегрузок После длительного йагруеёния высокого уровня.

Вычисленные значения разруша.ЭДЯх нагрузок, напряжений в бетоне и арматуре по режимам № I и'!£ 2 отличались от опытшх в среднем йа - 3 %. Расчеты по режиму & 3 в сравнении с опытом давали запас несушек способности в среднем около 40 %. Определение кратковременно! и длительной прочности, а также величин напряжений в арматуре и ое-тоне по действующи:.! норкам показало, что они занижают'эти показатели в среднем на 30 %, а влияние режима й 3 учитывают не достаточно точно. Режим И "3 является наиболее вероятным. В процессе возведен:« здания происходит постепенное увеличение нагрузки с определенной •скоростью, затем в стадии эксплуатации длительно действуют постоянные нагрузи! определенного уровня и возникают догрузки от приложения временных.нагрузок.

Анализ показал, что при проектировании сжатых элементов несу-пих конструктивных систем необходимо дифференцировать назначение I

предельной деформация бетона а зависимости от количества продольной арматуры и режима внешнего нагружения. .

В приложении приведет документы о внедрении результатов исследований в проектных организациях, строительных предприятиях и научно-исследовательских институтах.

ОСНОВНЫЙ ВЫВОДЫ

1. Созданы несущие системы (безригелъные конструкции), которые позволяют решать проблему повышения эконошческой эффективности сборных конструкций одно- и многоэтажных зданий за счет снижения материалеемкости яа 15...30 % и трудоемкости ка 16...50 %.

2. Разработаны узлы соединения сборных элементов безригелышх конструкций, включая болтовые соединения, а также способ передачи растягивающих усилий с высокопрочной предварительно напряженной ас-датуры на закладные детали узлов.

3. Сфорлулированннй принцип повышения статической неопределимости сборных несущих.конструктивных систем, а также конструкция гзлов с болтовым соединением высокопрочной напряженней арматуры, газволяют проектировать эффективные несущие конструкции различных |даний: безригелъные системы одно- и многоэтажных зданий, аналогич-ие разработанным автором; здания павильонного типа; неразрезные ¡ерш и балка покрытий и перекрытий одно- и многоэтажных зданий, а акже.пролетных строений мостов и путепроводов;, рамные предварнтель-о-напряжешшэ фундаменты под энергоустановки.

4. С повышением статической неопределимости несущих кокструк-ивных-систем меняется скорость дефоршрования и нагружения бетона

системе. Особенности деформирования бетона в статическв.неопреде-имой системе (сечение железобетонных.стержневых и плитных алемен-эв также следует рассматривать, как статически-неопределимую сис-эму) состоят "в том, что под влиянием изменения скорости дефоргдпро-тт и нагружения трансформируются диаграммы бетона с нисходяззм тстксм и изменяется его предельная деформативность. Величина пре-эльной деформативности должна устанавливаться по моменту появления устойчивости в процессе накопления повреждений в структуре бетон?.. |мент появления неустойчивости смещается по длине нисходящего уча-ка под влиянием изменения скорости дефоретрования, длительности гружения и вида напряженного состояния.

5. Закономерности трансформирования диаграмм бетона с гшеходя-« участком, а также изменение его предельной деформативности, ус-

танавливаются на основе рассмотрения структурной модели бетонной среды с прогрессирующими дефектами и представления о взаимодействии элементов структуры с конструктивной статически-неопределимой системой/ Определяющими факторами при этом являются режим внешнего силового нагруяения системы и изменение скорости деформирования рассматриваемого элемента бетона. Изменение скорости деформирования бетона дая одноосного и плоского напряженных состояний характеризуется изменением отношения ^V^J/^A'&A режим деформирования), где ■ - скорости интенсивности деформаций бетона соответственно вначале нагружения и в рассматриваемые моменты времени ¿>Îtf включая момент разрушения. Для одноосного напряженного состояния определяющим может быть отношение вычисленное по

осевнм деформациям в направлении J действия напряжения. При iSfyiy/ /Zfyi'tf) » 5,33 нисходящий участок на диаграмме ^b^SiJ. отсутствует, а при ,25 наблюдается стабилизация диаграммы, то есть величина максимального напряжения, наклон нисходящего участка, &. также точка на диаграмме, определяющая предельную деформацию бетона, не меняются. Для двухосного сжатия стабилизация наступает при 6,50.

Скорость дефорлирования бетона вначале нагружения кон-'

струмивной системы связана со значением fl/,^ S8sii,j(iit)/Btj(tff) -коэффициента'продольного стеснения деформаций, где ¿¿j - начальная жесткость рассматриваемого элемента бетона, a Bstr^' - упругая характеристика деформативности конструктивной системы в ее различных точках. В связи с этим вид диаграммы и координаты характерных точек, определяющие величину максимального напряжения, наклон и длину нисходящего участка, а также положение точки, соответствующей величине предельной дефорлации, будут различны в разных точках конструктивной слстеш. Соответственно различными будут режимы деформирования рассматриваемых элементов бетона конструктивной системы.

Режим дефорлирования бетона формируется под влиянием изменения модуля его условно-мгновенных деформаций и проявления ползучести, включая быстронарастающие деформации. Нисходящий участок диаграммы появляется в том случае, если приращение напряжений от условно-мгновенного нагружения становится меньше, чем его уменьшение за счет ползучести. На формирование напряженно-деформированного состояния бетона fia нисходящем участке диаграммы влияет процесс восстановления напряжений, обусловленный обратимостью условно-мгновенных деформаций и деформаций ползучести, а также история нагружения к моменту

определения скорости деформирования бетона в системе, вследствие влияния этих процессов изменяются длина и наклон нисходящего участка, а также величина предельной деформации.

При повторном однократном и немногократном нагружениях, осуществленных после разгрузки с нисходящего участка диаграммы, несущая способность бетона зависит от режима деформирования. Изменение его предельной деформации в этих случаях подчиняется тем же закономерностям, что и для однократного нагруженкя.

6. Влияние продольного армирования на трансформирование диаграмм бетона и изменение его предельной деформации связано с изменением режима деформирования бетона, а также зависит от вида арматуры и структурной неоднородности бетона. При значении

<- 3,25 наблюдается стабилизация диаграммы бетона с нисходящим участком, а также величины предельной деформации. Повышение количества аркатуры не приводит к непрерывному увеличению предельной дефорла-тивности.

7. Нелинейное дефорлирование узлов соединения элементов железобетонных конструкций характеризуется нелинейной податливостью при условно-мгновенном нагружеяии и податливостью, нарастающей со временем. Теоретическое описание податливости может быть осуществлено на основе принципа наложения воздействий, дающего интегральные зависимости между компонентами податливости и компонентами действующих усщий. Разработанные методики определения параметров интегральных соотношений податливости позволяют вычислять деформируемость сборных узлов, удовлетворительно совпала иную с опытом, и учесть изменение режима действующих на узел усилий и его конструктивные особенности.

8. Учет особенностей, связанных с трансформированием диаграмм бетона и податливостью узлов, при разработке методов расчета безрй-гельных систем позволяет повысить достоверность теоретических прогнозов несущей способности и дефорлативности, а следовательно,, эффективность проектирования.

Расчетный аппарат методов, основываясь на дискретных расчетных схемах и применении ЭВМ, крове уравнений равновесия и совместности перемещений, включает деформационные соотношения, отражададие про-, ¡цесс трансфорлирования диаграмм бетона с нисходящим участком, а также изменение его предельной деформатизности. В алгоритм методов мо^-гут быть заложены итерационные и яеитераиионные процедуры. Последнее позволяет существенно снизить использование машинного•времени 5ез снижения точности расчетов.

•9. Анализ напряженно-деформированного состояния безригельных систем с использованием разработанных методов показал, что режим внешнего нагруженш и податливость узлов существенно влияют на перераспределение внутренних усилий и несущую способность. При этом наблюдается трансформирование диаграмм "податливость-усилия" узлов и "перемещения-усилия" стержневых и плитных элементов. Это обуслов лено трансформированием диаграмм бетона с нисходящим участком под влиянием изменения режимов нагружения и деформирования бетона. Б связи с этим происходит "колеблющееся" перераспределение внутренне усилий, в процессе которого наблюдается попеременное увеличение ил уменьшение этих усилий в разных элементах системы при непрерывном росте перемещений. В плитных элементах, работающих в двух направле ниях, перераспределение внутренних сил происходит попеременно с од ного направления на другое.

10. • Экспериментально-теоретическими исследованиями созданы предпосылки для практической реализации результатов в рамках нора тивных документов и рекомендаций: построение диаграмм (Щ^' ~ нисходящим участком при одноосном и плоском напряженных состояниях по характерным точкам, с оценкой его предельной деформатнвности в зависимости от режима деформирования; построения диаграмм

с нисходящим участком для повторного нагружения; определения величины предельной деформации сжатого бетона при его армировании высо копрочной арматурой с учетом ее процентного содержания в сечении; разработка дифференцированного подхода к назначению коэффициента^ в зависимости от режима- и истории нагружения, а также процентного содержания арматуры.

11. Разработанные алгоритмы учета трансформирования диаграмм бетона и податливости узлов- могут быть использованы при создании вычислительных комплексов автоматизированного расчета сборных конструктивных систем из железобетона.

Публикации, в которых изложено -основное содержание диссертации:

1. Ивашенно Ю.А. Экспериментальное исследование ползучести сцепления бетона с арматурой // Железобетонные конструкции: сб. т| дов Уральского филиала АСиА.- Челябинск: Обл. типогр. уцр. культу] 1963.- С. 210-228.

2, Ивашенко Ю.А. Статистическое представление влияния скорос нагружения на прочность бетона // Исследования по бетону и железо( тону: сб. трудов ШШ й 193.- Челябинск, 1977.- С. 53-55.

3. Ивашенко Ю.А. Учет неупругой податливости узлов рамных систем // Исследования по бетону и железобетону: сб. трудов ЧПИ В 133.-Челябинск, 1977.- С. 50-53.

4. Ивашенко Ю.А., Кутин Ю.Ф., Габбасов Н.Р. Железобетонные конструкции каркаса одиозтазных промзданий с ограждением из профнастз-ла // Исследования по бетону и железобетону: сб. трудов ЧШ 193.-Челябинск, 1Э77.- С. 43-46.

. 5. Ивашенко Ю.А., Палкин М.К. Разработка и.исследование каркаса многоэтажных зданий из крупноразмерных элементов // Исследования по бетону и железобетону-, сб. трудов ЧПИ В 193.- Челябинск, 1977.-С. 47-50.

6. Ивашенко Ю.А. Облегченный железобетонный каркас одкозтакно-го промздания с ограждением из профнастила. - Золотая медаль ВДНХ СССР, удостоверение & 4156 (от 14 декабря 1977 г.): по материалам выставки в 1977 г.

7. Сатул A.A., Ивашенко Ю.А., Кутин Ю.Ф., Палник М.К., Габбасов 'Н.Р. Разработка и внедрение элективных конструкций многоэтажных гражданских зданий и одноэтажных производственных зданий // Экономия черных металлов и пути повышения эффективности•и использования в народном хозяйстве (Челябинский Совет НТО).- Челябинск, 1977.3. 106-107.

8. Габбасов Н.Р., Ивашенко Ю.А. Исследование работы жесткого узла поперечной рамы каркаса одноэтажных проызданий // Исследования то строительной механике и механике грунтов: сб. трудоз ЧПИ Л 225,-1елябинск, 1979.- С. 154-158.

-9. Ивашенко Ю.А. Определение предельной деформации бетона с тчетом длительности нагружения // Строительные материалы и техноло-"■ия строительного производства: сб. .трудов ЧПИ Л 262.- Челябинск, [981.- С. 102-103.

10. Габбасов Н.Р., Ивашенко D.A. Экспериментальные исследова-В1Я рамного болтового узла повышенной трещиностойкости // Повышение ¡фйективности использования бетона и железобетона в строительстве: 'езисн конференции.- Челябинск: Упрполиграфиздат, 1981.- С. 25.

11. Ивашенко Ю.А., Палкин М.Я. Методика определения неупругой :одатливости узлов безрительного каркаса // Повышение эффектавнос-и использования бетона и железобетона в строительстве: в тезисах шференциз.- Челябинск: Упрйолиграфиздат, 1981,- С. 34-36.

12. A.C. 876899 СССР, E04BI/38. Узел соединения железобетонных анелей перекрытия с колонной /Гдадкустанайстрой; Ю.А.Ивашенко,

М.К.Палкин, С.А.Сизов, Е.С.Галян, Б.М.Колот (СССР).- И 2865292/29-33; Заявл. 07.01.80; Опубл. в бпл. J6 40 // Открытия и изобретения.- 1981.

13. A.C. & 903503 СССР. Безбалочное перекрытие /Главкустанай-строй; Ю.А.Ивашенко, М.К.Палкин, С.А.Сизов, Е.С.Галян, Б.М.Колот.-Заявл. 07.01.80"; Опубл. в бпл. № 5 // Открытия и изобретения.- 1982.

14. Ивашенко Ю.А., Габбасов Н.Р. Перераспределение моментов в раме с податливыми узлами // Бетон и железобетон.- 1982.- JS 8,- С. II—12.

15. Ивашенко Ю.А., Палкин М.К. Эффективные железобетонные конструкции каркасных зданий: научно-технический отчет. Номер гос. регистрации 0I83002834I.- Челябинск: ЧПЙ, 1983.- 54 с. (передан в порядке обмена научно-технической информацией странам-членам СЭВ).

16. Ивашенко Ю.А. 0 деформационных зависимостях для бетона с учетом скорости нагружения в условиях стеснения деформаций // Исследования по строительной механике и строительным конструкциям: сб. трудов ЧПИ.- Челябинск, 1983.- С. 100-101.

17. Ивашенко Ю.А. О зависимости "напряжение-деформация" с учетом скорости изменения напряжений и деформации // Вопросы прочности, трещиностойкости и дефорыативности железобетона; межвуз. сб. трудов РИСИ.- Ростов-на-Дону, 1983.- С. 132-135.

18. Ивашенко Ю.А., Габбасов Н.Р. Некоторые вопросы расчета прочности и устойчивости рамных систем с учетом кратковременной лолзучести бетона и неупругой податливости узлов // Исследования по строительной механике и.строительным конструкциям: темат. сб. трудов ЧПИ.- Челябинск, 1983.- С. 102-104.

19. Ивашенко Ю.А., Палкин М.К. Методика теоретического опреде-гения неупругой податливости узлов соединения сборных железобетонных элементов с учетом длительности кратковременного нагружения // Известия вузов. Строительство и архитектура.- 1983,- й 2.- С. 8-II.

20. Ивашенко Ю.А., Палкин М.К. Пространственная работа безри-гельного каркаса из ребристых плит // Снижение материалоемкости и трудоемкости строительных конструкций: межведомств, сб. трудов Сиб. АДИ.- Омск, 1983.- С. 31-38.

21. Лржевитин Г.И., Корнеев И.М., Гарякин A.A., Ивашенко Ю.А., Дерновой В.И. Исследование сборно-монолитных фундаментов промышленных зданий // сб. трудов Красноярского ПромстройНИИпроекта.-^Красноярск, 1983.- С. 3-17.

22. Ивашенко Ю.А., Лобанов А.Д. Исследование процесса разрушения бетона при разных скоростях деформирования // Бетон и железобетон.- 1984.- ü П.- С. 14-15.

23. Ивашенко Ю.А. Основы деформационной теории разрушения бетона // Исследования по строительной механике и строительны:.! конструкциям: сб. трудов ЧИП,- Челябинск, 1985.- С. III—113.

24. Ивашенко Ю.А., Лобанов А.Д. Теоретическое моделирование диаграммы бетона с нисходящим участком на основе применения уравнения механического состояния теории ползучести // Известия вузов. Строительство и архитектура.- 1985.- й 3.- С. 4-9.

25. Ивашенко Ю.А., Лобанов А.Д., Мороз Е.А. Конструкции с болтовыми соединениями узлов // Сельское строительство.- 1985.- й 10,-С. 19-20.

26. Иващенко Ю.А., Лобанов А.Д. Пространственные конструкции с болтовыми соединениями узлов зданий павильонного типа // Прогрессивные пространственные конструкции и перспективы их применения: сб. тезисов конференции,- Свердловск: Полиграфист, 1985.

27. Ивашенко Ю.А.-, Лобанов А.Д. Экспериментальное определение величины предельной деформации одноосно-сжатого бетона при разных режимах дефорлирования // Совершенствование строительных конструкций и методов расчета: межвузовский сб. Сиб.АДК.- Омск, 1986.- С. 58-66.

28. Ивашенко Ю.А., Лобанов А.Д. Диаграммы "напряжение-деформация" центрально-сжатого бетона при разных скоростях однократного и повторного деформирования.- Депонирована в ВНИИЭСМ 22.04.87 & 25 -1441. Реферат опубл. в Библ. указатель депон. рукописей, вып. 2.-№., БНЙИИС Госстроя СССР, 1987.

29. Ивашенко Ю.А. Деформационная теория разрушения бетона // Известия вузов. Строительство и архитектура.- 1987,- 3i I,- С. 33-38.

• 30. A.C. I38I365 СССР. Устройство для испытания на сжатие образцов горных пород и строительных материалов /Челябинский политехнический институт;. Ю.А.Иваненко, А.Д.Лобанов.- Заявл. 03.05.86; Опубл. в 'бил. Л 10 // Открытия и изобретения,- 1988.

31. Палкин М.К., Иваненко Ю.А. Эффективные крупноразмерные конструкции каркаса многоэтажного здания из сборного железобетона // Совершенствование железобетонных конструкций для промышленного и гражданского строительства и технологии их изготовления на Среднем Урале: тезисы обл. научно-технической конференции (5-6 мая).- Свер-даовск, 1988.- С.- 14-15.

32. Ивашенко Ю.А., Лобанов А.Д. Способ прогнозирования величи-¿Ш и^'сДСЛЪ ной деформации бетона // Совершенствование железобетонных конструкций для промышленного и. гражданского, ^щзоителъства и техно-

г*

долга их изготовления на Среднем Урале: тезисы обл. научно-техн. конференции (5-6 мая).- Свердловск, 1988.- С. 14-15.

33. йаашенко Ю.Л. О длительной прочности бетона в железобетонных конструкциях // Известия вузов. Строительство и архитектура.-1589.- £ 6.

Подписано к печати I9.07.B9. ОБ 00647. Фориат 60x90 1/16, Пгч. л. 2,75. Уч.-изд. л. 2. Тираж 100 экз. Заказ 331/763.

701 '-ОТ.454080, Челябинск, пр. им. В.И.Лекпка, 7й.