автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Динамика взаимодействия железобетонных конструкцийс летящим твердым телом конечной жесткости

й 112 ь г

министерство атомной энергетики и промышленности ссср

всесоюзный государственный научно-исследовательский

проектно-конструкторски и изыскательский институт атомэнергопроект

На правах рукописи

Кириллов Игорь Александрович

удк 691.327.332; 539.37+539.4.014.1

Динамика взаимодействия железобетонных конструкций

с летящим твердым телом конечной жесткости Специальность 05.23.01. - Строительные конструкции здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1990

Работа выполнена в институте Атомэнергопроект.

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Саргсян А.Е.

Официальные 'оппоненнты доктор технических наук,

профессор Попов Г.И. доктор технических наук, доцент Агапов В.П.

Ведущая организация Московский архитектурный

институт

Защита состоится "«24" 11992 г. в часов на

заседании специализированного Совета при Всероссийском заочном институте инженеров транспорта по адресу; 125808, Москва, ГСП-47 Часовая ул. д.22/2. ¿3?.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВЗИИТ.

Отзыв на реферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью предприятия, просим присылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря Совета.

Автореферат разослан " 1992г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук, доцент

Зайцев Б.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.. Развертывание капитального строительства для нужд промышленного, гражданского строительства и энергетики требует решение многих специфически}; задач, связанных с расчетом сооружений на воздействия от соударения с летящим телом. В их числе отметим воздействия от предметов, образующихся в условиях стихийных бедствий (ураган, смерч, тропические циклоны и т.д.): осколков технологического оборудования при аварийных ситуациях: падающих предметов, в частности летательных аппаратов и др.

До настоящего времени при исследовании соударения сооружения с летящим телом, преимущественно развивались подходы, при которых или не учитывались деформационные свойтства тела, или колебания сооружения рассматривались в упругой постановке при действии без-инерционных ударных нагрузок. Очевидно, что без учета деформационных свойств летящего тела при соударении с сооружением вся кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию деформации сооружения. Предположение о бесконечной жесткости летящего тела можно считать оправданным лишь в тех случаях, когда его жесткость по направлению удара многократно больше жесткости сооружения. При взаимодействии летящего тела с сооружением в ряде случаев в зоне действия нагрузки возникает интенсивное напряженное состояние, способное вызвать разрушение конструкции. Учет неупругих деформаций преграды, возникающих при соударении с летящим предметом, позволяет выявить дополнительные резервы несущей способности строительных конструкций и тем самым разработать более экономичные конструктивные решения без ущерба их надежности.

В указанном цикле задач для нужд атомной энергетики в настоящее время практически неисследовак характер разрушения и отсутствуют

методы расчета конструкций при соударениях с летящим телом при невысоких скоростях ( менее 50 м/с ) их движения.

ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ - совершенствование методики расчета прочности железобетонных конструкций пологих оболочек и плит по локальной схеме их разрушения , при соударении с летящим телом конечной жесткости: экспериментальноен исследование характера разрушения бетонных и железобетонных плит при Невысоких скоростях соударения: разработка методики расчета прочности железобетонных конструкций в случае моментной схемы их разрушения при соударением с телом конечной жесткости: разработка и экспериментальное обоснование методики расчета глубины проникания жесткого тела в преграду при соударении.

Учитывая вышеизложенное, в работу включены следующие результаты исследований;

- анализ результатов существующих экспериментальных и расчетных методов исследования конструкций при соударении твердо-деформируемыми и недеформируемыми телами:

методика расчета несущей способности балки при ва.ецентренном соударении с летящим предметом конечной жесткости в случае моментной схемы разрушения конструкции:

- методика расчета пологой сферической железобетонной оболочки при соударении с летящим телом конечной жесткости, в случае моментной схемы - разрушения конструкции:

-методика расчета и результаты исследования прочности железобетонных плит и оболочек при действии локальной безинер-ционной нагрузки в случае локальн** схемы их разрушения.

- методика по оценке пробивания пакета из железобетонных плит с воздушными прослойками при соударении с летящим жестким телом:

- методика и результаты экспериментальных исследований характера разрушения и параметров колебаний бетонных и железобетонных плит при соударении с летящим жестким телом:

- методика расчета глубины проникания твердого тела в преграду и результаты сопоставления расчетных и экспериментальных данных.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в следующем;

- методика и программа на ЭВМ по расчету прочности железобетонных плит и оболочек в случае локальной схемы их разрушения при соударении с летящим твердодеформируемым телом, с учетом влияния пространственной жесткости конструкций на величину глубины раскрытия наклонных трещин, возникавших в зоне удара:

- методика расчета прочности железобетонных балок и пологой сферической оболочки при соударении с летящими телом конечной жесткости в случае моментной схемы разрушения конструкции.

- методика оценки пробивающей способности летящего жесткого тела пакета железобетонных плит с воздушными прослойками:

- методика и результаты экспериментальных исследований параметров колебания и характера разрушения бетонных и железобетонных плит при соударении с летящим жестким телом:

- методика расчета и результаты исследования глубины проникания жесткого тела в железобетонную преграду при их соударении.

ДОСТОВЕРНОСТЬ ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, выводов а также рекомендаций обоснована результатами экспериментальных исследований проведенными как в рамках настоящей работы, так и существующими экспериментальными данными других авторов.

практическое значение... Основные положения дисссертационной работы могут быть использованы при проектировании железобетонных

конструкций как объектов атомной энергетики, так и сооружений другого назначения, испытывающих воздействия возникающие при соударении с летящими предметами образующимися в экспериментальных режимах или в аварийных условиях.

ВНЕДРЕНИЕ.. Результаты расчетов по оценке прочности железобетонннх плит и оболочек в случае локальной схемы их разрушения были использованы при обосновании различных вариантов проектируемых защитных оболочек атомных станций У-92 повышенной безопасности с реактором ВВЭР-IOOO при действии нагрузок от падающего самолета весом 20тс.и 2,Ore.

Материалы диссертационной работы по расчету прочности железобетонных оболочек и плит при действии локальных нагрузок были использованы при составлении "Норм проектирования железобетонных конструкций локализирующих систем безопасности атомных станций" ПиНАЭ Г-Ю-007-89, M.I99I.

ПУБЛИКАЦИИ^ По теме диссертационной работы опубликована книга; Саргсян А.Е., Бедняков Б.Г., Кириллов H.A. Динамика сооружений атомных станций при особых воздействиях. Информэнерго, Москва, 1991г., 48с.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения,списка литературы из 75 наименований, содержит 127 страниц машинописного текста, 53 рисунка и 4 таблицы.

Работа выполнена в институте Атомэнергопроект министерства атомной энергетики и промышленности СССР под руководством доктора технических наук, профессора А.Е.Саргсяна.

СОДЕРХАНИЕ РАБОТЫ Б первой главе диссертационной работы изложена постановка

задачи и дается краткий обзор состояния вопроса.

Отечественная литература содержит фундаментальные исследования, в которых рассматривались явления механического удара и поведение материалов и конструкций при действии подобных нагрузок. Среди них следует отметить работы . Рахматулнна Х.А., Демьянова Ю.А., Ерхова М.И., Ильюшина A.A., Гениева Г.А., Рабиновича И.М., Синицына А.П., Шапиро Г.С., Зволинского Н.В., Григоряна С.С., Попова H.H., Цейтлина А.И., Саргсяна А.Е., Ляхова Г.К., Кириллова A.n., Согомоняна А.Я., Синицкого D.3. Забегаева A.B. и др. Большие успехи в этой области были достигнуты Рахматулиным Х.А., Демьяновым Ю.А., Синицнним А.П., Зволинским Н.В. и Ляховым Г.К. в работах, посвященных одномерным динамическим задачам пластичности.

Исследованиям динамического расчета сооружений и оснований, работающих за пределами упругости при действии ударных нагрузок, связанного с неодномерными задачами динамики пластических и сыпучих сред, посвящены работы Гениева Г.А., Григоряна С.С., Согомоняна А.Я., Алексеева H.A. и др.

До начала 70-х годов при исследовании соударения сооружения с летящим телом, как правило, или не учитывались деформационные свойства тела, или колебания сооружения рассматривались при действии безинерционных ударных нагрузок. Очевидно, что без учета деформационных свойств летящего тела при соударении с сооружением, вся кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию деформации сооружения. Предположение о бесконечной жесткости летящего тела можно считать оправданным лишь в случаях, когда жесткость тела существенно больше жесткости сооружения.

Строительство и эксплуатация сооружений атомных станций выдвинула проблему необходимости учёта деформационных свойств

летящего тела при соударении с сооружением, так как в практике, чаще всего, отношение жесткости тела и сооружения по направлению . удара изменяется в очень широком диапазоне.

Учет деформационных свойств летящего тела при его взаимодействии с сооружением, как правило, приводит к уменьшению модуля вектора нагрузки соударения, так как часть кинетической энергии летящего тела при взаимодействии с сооружением превращается в потенциальную энергию собственно деформации. Следовательно, решение задачи соударения с учетом деформационных свойств летящего тела при взаимодействии с сооружением имеет экономические аспекты. А с точки зрения механики - это главным образом сводится к тому, что уменьшается модуль вектора нагрузки и увеличивается продолжительность ее действия, а также характер ее изменения по времени. При этом скорость нагружеяия сооружения, в зависимости от величины жесткости тела, принимает конечные значения вместо мгновенной скорости нагружения, которая получается при предположении о недеформируемости тела при его взаимодействии с сооружением.

Среди работ, посвященных исследованию соударения тела конечной жесткости с сооружением, можно отметить исследования Саргсяяз А.Е., Сеницкого Ю.Э. При этом, в качестве модели тела, рассматривалась упруго-вязкая и упруго-вязко-пластичнзя системы с одной степенью свободы, а в качестве модели упругого сооружения; система с одной степенью свободы, балка, плита и пологая оболочка при различных краевых условиях закрепления.

При взаимодействии тела с сооружением, на площади их контакта, возникает локальная нагрузка. В случае, когда размеры площади соизмеримы с толщиной конструкции в зоне действия нагрузки соуда-

рения возникает трехмерное поле концентрации напряжений. В работах Кириллова А.П. и Саргсяна А.Е. проведены исследования разрушения и дана оценка прочности железобетонных конструкций, с учетом характера объемного напряженного состояния при конечных значениях скоростей нагружения.

В связи с определенными трудностями, возникающими при математическом описании процесса проникания твердого тела в бетонный массив и при определении прочности железобетонной преграды, подверженной ударным нагрузкам, рядом западных строительных фирм с целью получения достаточно достоверных эмпирических зависимостей, позволяющих определить глубину проникания, толщину откола и пробивания, были предприняты обширные программы экспериментальных исследований.

Наиболее сложным вопросом при организации измерений при проведении ударных экспериментов является определение реакции, возникающей при взаимодействии. Проведенный анализ литературных данных показывает, что регистрации кинематических характеристик при взаимодействии в системе тело-железобетонная конструкция возможна с использованием пьезодатчиков. Однако, необходимо проведение специальных тарировок с целью анализа пьезорезистивных характеристик используемых датчиков. Необходимо также проведение специальных исследований и конструкторских проработок при установке пьезодатчиков на снаряде для регистрации изменения ускорения в данной системе при ударном взаимодействии с моделью.

При регистрации перемещений и деформаций на модели возможно использование стандартной аппаратуры, применяемой при исследовании работы железобетонных конструкций при динамическом нагружении.

До недавнего времени экспериментальные исследования проника-

ния твердых тел в бетонную преграду и пробивание преграды при соударении с твердыми телами проводились в области военной баллистики, т.е. при скоростях снаряда более 150 м/с, не вращающихся, симметричных относительно оси, совпадающей с направлением полета. Поэтому те несколько формул, оценивающих глубину проникания снаряда и сопротивление преграды пробиванию, могут применяться только при условиях, аналогичных вышеприведенным.

Большинство испытаний на удар, проводившихся в последнее время, было выполнено на железобетонных конструкциях с одинаковым армированием в двух перпендикулярных направлениях и содержанием арматуры до 1.5%. Для этих конструкций влияние армирования на глубину проникания ударника в бетон признано несущественным. Но на пробивание увеличение процента армирования сказывается уменьшением минимальной толщины плиты, при которой не происходит пробивания. Следует также отметить, что при процентах армирования от 1.5 до 3.0% (характерных для ж/б конструкций АЭС) глубина проникания и явление откола зависят от количества арматуры в большей степени, чем в конструкциях, упомянутых выше.

Угол наклона траектории ударника к поверхности плиты во всех исследованиях принимался наиневыгоднейший - 90, пролет плиты выбирался таким, чтобы условия закрепления не оказывали влияния на пробивание и проникание.

Выделены параметры, требующие учета в первую очередь при построении методики, описывающей местные разрушения в бетоне; масса ударника V, скорость ударника в момент соударения с преградой V, площадь его поперечного сечения F, форма оголовка, учитываемая коэффициентами формы, и прочность бетона преграды Rb (или

В ряде зарубежных работ на основании экспериментальных исследований и расчетов прогнозируются возможные последствия катастрофы самолета.

К имеющимся экспериментальным данным можно отнести данные, рекомендаованные МАГАТЭ в качестве импульса нагрузки при падении на сооружение самолета. Площадь приложения нагрузки при падении

о

самолета "Боинг-707-320" составляет Б = 37м для плоских поверх-р

ностей и 18 мс для сферических, а при падении самолета "Фантом р

ЙР-4Е" Э = 14м для плоских поверхностей. Хотя в ряде теоретических работ, посвященных рассмотрению вопросов об определении реакции сооружения при соударении с самолетом, приводятся различные математические модели, однако для решения практических задач в настоящее время используется "Импульс МАГАТЭ", который является, по-видимому, наиболее достоверным с точки зрения обоснованности экспериментальными данными.

В целом из анализа известных зарубежных публикаций с результатами экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы;

1. Экспериментальные исследования по изучению проблемы соударения летящих тел (в том числе и самолета) с преградой имеют большой разброс в смысле методики проведения экспериментов.

2. Схемы разрушения, полученные в результате экспериментальных исследований, различны даже для условий однотипных экспериментов.

3. Основные экспериментальные исследования проводились на плоских фрагментах (квадратные плиты с разными граничными условиями, балочные плиты, балки).

4. В экспериментах варьировались, в основном, скорость,

масса и форма ударяющего тела.

5. Экспериментальных исследований по определению динамической реакции сооружения обнаружить не удалось.

6. Из-за большого разброса возможных схем разрушения какие-либо данные о нормировании предельного состояния сооружения в зависимости от вида нагружения отсутствуют.

Наиболее характерные схемы разрушения конструкций приведены на рис I.

При расчете зоны соударения наибольший практический интерес и значение представляет проблема определения местной прочности преграды.

На сопротивление преграды пробивании и проникновению оказывают влияние следующие основные факторы;

1. Параметры ударника - масса, скорость угол наклона траектории к поверхности преграды, площадь контакта ударника с поверхностью преграды, форма носовой части.

2. Характеристики материала преграды - модуль упругости, плотность, прочность.

3. Характеристики преграды -схема армирование, пролет, толщина.

Был проведен ряд экспериментальных работ по выявлению факторов, существенно влияющих на локальную прочность ж/б преграды.

Во второй главе рассматривается общий подход к определению несущей способности железобетонных конструкций.

Получено решение задачи соударения тела конечной жесткости с однопролетной балкой и оболочкой в случае моментной схемы их разрушения.

1

3

Рис. I. Схема разрушения железобетонной плиты при соударении с летящим телом.

Сначала из решения задачи в упругой стадии работы конструкции прогнозируется или определяется из эксперимента схема ее разрушения. Далее, применяя метод кинематического способа предельных состояний, выводится уравнение движения системы тело-конструкция и из его решения определяется максимальное значение умов раскрытия трещин в пластических шарнирах, а затем, проверяется несущая способность конструкции.

При действии кратковременных динамических нагрузок конструкции рассчитывают по двум группам предельных состояний в зависимости от эксплуатационных требований.

Расчет по первой группе предельных состояний обеспечивает; отсутствие разрушения конструкции, при этом в наиболее напряженных сечениях железобетонных конструкций деформации сжатого бетона могут достигать предельных значений: развитие значительных пластических деформацицй в арматуре изгибаемых элементов: отсутствие пластических деформаций в конструкции, при этом напряжения в растянутой арматуре железобетонных конструкций могут достигнуть предела текучести.

Расчет по второй группе предельных состояний обеспечивает выполнение дополнительных требований, предъявляемых к конструкции по ограничению прогибов, углов поворота и раскрытию трещин.

При расчете вышеперечисленных конструкций по второй группе предельных состояний нормируется значение перемещений или углов поворота в шарнирах пластичности. Расчетная диаграмма, описывающая связь между действующим моментом и и углом поворота для переармированных ^а>>ЯаР изгибаемых элементов (I) и для элементов с процентом армирования <2)' приведена на рис.2.

Условием прочности конструкции, в которой образовался шарнир

Рис.2. Диаграмма деформирования желе зобе тонных балок с различными коэффициентами армирования.

пластичности является

*is»np(i) (,)

где Pi - определяется по расчету конструкции: Рпрц) - предельный

угол раскрытия трещины в 1-ом шарнире пластичности, который определяется соответственно из эксплуатационных требований к конструкции.

В зависимости от стадии деформирования балки движение системы рассматривается в различных интервалах времени. Сначала рассматривается взаимодействие тела и балки при их соударении в упругой стадии деформирования балки Ostst1. Далее предполагается, что в момент времени t=t1 в зоне соударения изгибающие моменты в пролете балки принимают значение H(t )=М®. Тем самым в пролете балки в зоне соударения образуется пластический шарнир и балка превращается в кинематический механизм (рис.2).

В интервале времени t^ t s конструкция работает в пластической стадии. В момент времени t = t при *>°ax(t) <f>ni конструкция переходит в стадию разрушения. В случае, когда i»°ax > »>пр конструкция полностью исчерпывает несущую способность и происходит ее разрушение. Следовательно, задача по оценке несущей способности конструкции в данном случае сводится к определению максимальных значений углов раскрытия трещин в пластическом шарнире.

Рассматривая работу конструкции в упругой стадии, определяются исходные предпосылки для пластической стадии.

При определении предельных усилий в сечениях принимают дина»

мические расчетные сопротивления равными для растянутой арматуры

: для сжатой Й„„Л=К,К0„: для бетона в сжатой зоне sd a s sea » sc bd d b

: для бетона в растянутей зене Rbtd= KdRbf r^eRs> RSc,Rb ,Rbt " расчетные статические сопротивления арматуры и бетона соответ-

твенно при сжатии и растяжении.

Поставлена и решена задача оценки прочности перекрытия плиты) многоэтажного здания при падении на него груза в период юзведения сооружения.

Из уравнения закона сохранения энергии до и после удара;

М V?» Н V2

10 + Кп + Пп = = К. + П. (2)

— о о —1 1 ,

где У10= /г 5 В - скорость движения падающего груза в момент соударения: ^ - скорость движения груза в момент разрушения

верхнего перекрытия: К0,К1 - соответственно кинетическая энергия плиты перекрытия до соударения с падающим грузом и в момент разрушения:

П0,П1 - соответственно потенциальная энергия плиты перекрытия до соударения с падающим грузом и в момент его разрушения: определяется пробивающая способность падающего груза

Пренебрегая упругой стадией работы конструкции, выражение, определяющее полную потенциальную энергию, необходимую для пробивания плиты перекрытия, можно записать в виде

П1 = I Мг1 1*. е.. (3)

где М^ - предельный погонный изгибающий момент, действующий

в 1-ом шарнире пластичности: 1! - длина, образовавмаяся в шарнире пластичности: е1 - угол раскрытия трещин в 1-том шарнире при обрыве армату-

рн.

Для определения угла раскрытия трещин используется

известная зависимость ;

, О.оз

в = 0,035 + : (4)

где ? - относительная высота сжатой зоны бетона в сечении конструкций с трещиной.

Далее во второй главе излагается методика расчета железобетонных плит и оболочек при действии локальных нагрузок, аналогичных "импульсу МАГАТЭ" в случае локальной схемы разрушения и прк учете пространственной работы конструкций.

Выражение изгибающего момента М в опасном сечении расположенном от центра приложения нагрузки на расстоянии 0,5д1+} при действии нагрузки —-р- определяется по формуле;

р Г г 1 г 11 •( у Ь2 1

М=-ЭГ[- [Н1п[0,25+0.5р-)+5 (о>5р^)г ] ; (5)

В третьей главе диссертации описаны испытания плит на ударно! воздействие и излагается разработанная методика расчета глубины проникания жесткого цилиндрического тела в ограждавщу! конструкцию.

Основной целью экспериментальных исследований, являлось исследование напряженно-деформированного состояния железобетонны: пространственных фрагментов (плит) при соударении с падающим жестким телом, а также определение схемы разрушения данных конструкций. Исходя из этого в результате экспериментальных исследо ваний были решены следующие основные задачи;

I. Проведен анализ существующих методов проведени, экспериментальных исследований железобетонных конструкций пр;

ударном нагружении.

2. Разработан и изготовлен стенд для испытаганий:

3. Разработана, укомплектована и собрана схема измерения при проведении поставленных экспериментов:

4. Разработаны, изготовлены и оснащены измерительной аппаратурой исследуемые опытные фрагменты:

Испытания проводились на восьми сериях образцов. Каждая серия состояла из двух плит. Конструкции квадратных плит со стороной 1500x1500мм отличались между собой по следующим параметрам;

- без армирования:

- с армированием:

- толщина плит Л1 = Ю0мм, 712=2ООмм, ?1д=300мм:

- коэффициент армирования ^=0,005, у2=0>01. ^3=0,015.

Стенд состоял из набора бетонных блоков (6шт.)с размерами 600x900x400мм, установленных на железобетонном основании. На блоки монтировалась жесткая металлическая платформа, сваренная из уголка 140x140мм. Горизонтальное положение платформы на блоках в момент монтажа задавалось брусковым уровнем за счет растворной подушки. Растворная подготовка, к тому же обеспечивала максимальную контактную площадь опирания платформы на блоки. Плиты опирались на подвижные катки и, противоположно установленные, шарнирно-неподвижнне опоры расположенные на платформе. Катки и неподвижные опоры были выполнены из гладкой арматуры класса ЛП1 030мм. Неподвижные опоры фиксировались на платформе сваркой. Контур опор имел форму квадрата со стороной 1400мм.

В качестве ударника использовалась металлическая цилиндрическая болванка с плоскими торцами 0205мм и массой 265кг. В одном аз экспериментов ударник ударял по штампу, установленному на

Рис. 3. Расчетная схема соударения жесткого тела с преградой в виде системы с одной степеньв свободы, учитывающая проникание тела в конструкцию.

плиту. Штамп представляет из себя металлический цилиндр с плоскими торцами 090мм и массой 13 кг. Конструкция стенда обеспечивала просвет между тыльной поверхностью испытываемой плиты и основанием 650мм.

При разработке методики расчета глубины проникания жесткого тела в конструкцию использовалась реологическая модель нагруже-нии, за счет структурного разрушения, изображенная на рис 3,а.

Исходя из предположения, что перемещение Х1, возникающее при проникании тела в преграду и перемещение преграды за счет собственных деформаций Х2 описываются в рамках упруго-вязкой модели, уравнения движения системы, описывающие взаимодействие летящего жесткого тела с массой , с преградой с массой ш1 записываются в виде;

ш1 (Х^ + Х^ + ч^ + С1Х1 = 0 (5)

пц(Х1 + Х2) + т2Х2 + ч2Х2 + С2Х2 = 0

Решение системы уравнений (5) рассматривается при следующих начальных условиях;

Х1(0) = Х2(0) = Х2(0) =0, Х2(0) = У0 (6)

В заключении диссертации дается методика расчета глубины проникания X тела в преграду в случае когда поперечный размер преграды 11->оо, СЦ.г^ °° , и соответственно Х2-»0. При этих условиях получается простое выражение для определения глубины проникания;

V gEd

Результаты сопоставления расчетных и экспериментальных данных подтверждают приемлемость разработанной методики для оценки

глубины проникания тела в конструкциюпри их соударении.

Основные вывода

1. Анализ результатов работ, посвященных исследованию локальных разрушений железобетонных преград при соударении с летящим телом, обнаруживает сложный характер их разрушения. При соударении тела с преградой на поверхности их контакта возникает локальная ударная нагрузка.

В случае соударения тела с преградой обнаруживается как моментная так и локальная схема разрушения конструкций. В общем случае характер разрушения устанавливается из условий минимума несущей способности конструкции из числа возможных схем ее разрушения. При этом при соударении сильно деформируемого тела с конструкцией, возможна как моментная, так и локальная схема разрушения конструкции в виде продавливания. В случае же соударения жесткого тела с преградой, наиболее характерной формой разрушения является моментная схема или пробивание, т.е. за счет проникания тела в конструкцию.

2. До настоящего времени экспериментальные и расчетные исследования проникания твердых тел в железобетонную преграду и пробивание при соударении с твердыми телами преимущественно проводились в области военной баллистики, т.е. при скоростях снаряда более 150 м/с, невращающегося, симметричного относительно оси, совпадающей с направлением движения. В области эксплуатации атомных станций в условиях аварийных ситуаций и стихийных бедствий, исследование проблемы взаимодействия жесткого неправильного тела с железобетонной преградой при небольших скоростях <50 м/с, практически не проводились.

3. Анализ результатов расчетов относительных величин глубины

проникания, толщины откола и толщины пробивания, выполненных по действующим методам, выявили существенное расхождение между ними (в несколько раз). Тем самым установлена необходимость и проведены экспериментальные исследования параметров колебания, а также характера разрушения бетонных и железобетонных плит при соударении с твердым телом. Разработана методика расчета глубины проникания твердого тела в преграду.

4. Выведены основные уравнения, описывающие взаимодействия летящего упругого тела с однопролетной железобетонной балкой и пологой сферической оболочкой. Применяя метод кинематического способа предельного равновесия разработан замкнутый алгоритм для определения несущей способности железобетонных балок и оболочек при соударении с летящим телом конечной жесткости.

5. На основе энергетических соотношений разработана методика для оценки пробивающей способности падающего груза при его соударении с пакетом железобетонных перекрытий, имеющих воздушные прослойки. Установлено, что с ростом количества пробиваемых перекрытий в результате увеличения скорости и массы падающих грузов их пробиваемая способность увеличивается. После пробивания первого перекрытия образуется лавинообразный процесс, охватывающий весь пакет перекрытий. Тем самим, чтобы исключить возможность пробивания пакета плит необходимо обеспечить прочность первой плиты при соударении с падающим грузом.

6. За счет учета пространственной работы конструкций при определении геометрических параметров локальной схемы разрушения железобетонных плит и оболочек была совершенствована методика расчета прочности конструкций при действии локальных безияерцион-ных нагрузок.Подготовлен алгоритм и программа на ЭВМ для определе-

ния расчетных геомеричесних и прочностных характеристик защитных железобетонных конструкций атомных станций, обеспечивающих их локальную прочность при действии нагрузки соударения. Результаты расчетов и исследований были внедрены в проекты атомных электростанций с повышенной безопасностью У-92, разрабатываемые в института Атомэнергопроект МАЭП СССР, при обосновании прочности защитных оболочек на воздействие падающего самолета.

7. Разработана методика расчета глубины проникания жесткого тела в железобетонную преграду,с учетом и без учета ее общей деформации при их соударении.

Основные положения диссертации опубликованы в работе Саргсян А.Е.,Бедняков В.Г..Кириллов И.А..Динамика сооружений атомных станций при особых воздействиях.М.,Информэнерго,1991-48с.