автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Эксплуатационные пластические шарниры в железобетонных ригелях рамных каркасов общественных зданий

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ научно ШЖДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ ИНДИВИДУАЛЬНОГО И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗШШЩА (ЦНКИЗД ЖЯЛЩА)

На правах рукописи

ЗРЕНЕУРГ ВЛАДИМИР МАРКОВИЧ

УДК 624.072.23.012.45 ,

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПЛАСТИЧЕСКИЕ ШАРНИРЫ В ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ' РИГЕЛЯХ РАШ2Х КАРКАСОВ ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

05.23.01 - Строительные конструкции, здании н сооружения

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Ыосква 1994

Работа выполнена в Научнопроектном институте учебно-воспитательных, торгово-бытовых и досуговых зданий (Институте общественных зданий).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Г. И. БЕРДИЧЕВСКИЙ

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

ШУГАЕВ В. В.

кандидат технических наук, старшин научный сотрудник ЛЕШЗ Л. Л.

Ведущая организация - ЦНИИпроызданий

Защита состоится "_"_1994 г. в_часов на заседании Диссертационного Совета К. 033.14.01 в Центральном научно-исследовательской и проектной институте индивидуального и экспериментального проектирования калища по адресу: 127434, Москва, Дкитровокое шоссе, д. 9, корп. б.

С диссертацией южно ознакомиться в методфонде ЦНИИЗОишпца.

Автореферат разослан "_"__ 1994 г.

Учёный секретарь Диссертационного Совета кандидат технических

наук, с. н. с. Т. к. ДАНИЛИНА

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Равные железобетонные каркасы готрС'Ко попользуются при проектировании обпрстЕешшк зданий. Основным их праииуцэством является большая свобода планщхгаочных ретаний. В то яе вреш усилия в рамных каркасах не воегда распре- • деляютоя рационально, что огранчнвает' область их применения по ■ нагрузкам и пролётам.

Для повышения технического уровня рамных аедезобетоншх каркасов целесообразно регулировать изгибащие усилия. Однако оу-цеотЕусцие способы регулирования пока либо позвшшпт изменить усилия лшеь в небольших пределах, либо их реализация требует значительных затрат, сопоставили о получаемы»' зф^ектш.

Возникшая проблема может быть решена за счет конструирования в приопоркых лелезобетонных сечениях ригелей эксплуатационных пластических иарнпроз (ЕПШ), что позволяет обеспечить гшрокую унификации злешЕТОв делегобетопгых рамных каркасов, сокращение приведённых затрат, ргстарение диапазона нагрузок, воопршшшешк рнгадяин массового применения, и их длин без изменения размеров поперечных оеченкй. ... ..

Настоящая диссертация посшщена разработке метода проекщю-вания ргшых аелезобетонных ригелей с ЯШ в их лрискорных сечениях, загруженных вертикальной разномерно распределённой статической нагрузкой, вклячазщего способы регулирования усилий, конструктивное репенке зон ЗПШ, дополнительные критерии и аналитические соотношения для определения усилий в ригелях о ЗПШ и юс расчёта.

В работе предполагается, что при формировании <ЯЕ1 рост в них. пзгвбзЕщк усилий пречрггрется, а после наступления калоцшсловой приспособляемости прекращается и рост пластических деформации.

В связи о допуденвеы пластического деформирования .продольной растянутой ариатуры в зоне ЯШ! появилась необходимость в исследо-

вании влияния реального - не^огократно-повторного статического (НПС) характера внешних воздействий.

Дня глубокого перераспределения усилий следует создать усло-, ап?, при которых деформации растянутой части зоны ЗШ могли бы Сыть значительны, фи этом ширина раскрытия там трещин может превышать' предельно допустимые, согласно . СНнП 2.03.01-84, значения.

В связи о этик в работе решэны вопросы защиты ариатуры в зонах ЗПШ от коррозии при НПС нагрузках. Решён и ряд других проблем по обеспеченна безопасности работы железобетонных ригелей с ЗПШ, не затронутых в нормативных документах.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение технического уровня рамных железобетонных каркасов, загруженных вертикальной нагрузкой, за счет регулирования изгибающих усилий с помощью эксплуатационных пластических шарниров. Основными, задачами работы являлись:

- создание прнцшюв регулирования изгибающих усилий в хелеаобе-тонных ригелях при помощи ЗПШ;

- разработка конструктивного решения ригелей с ЗПШ к оценка параметров их эффективности;

- выработка дополнительных критериев и аналитических соотношений для расчёта ригелей с ЗПШ о учётом повторностн нагружения;

- создание основ проектирования железобетонных ригелей о ЗЛЕ рамных каркасов.

На защиту вынос я т с я следующие основные научные результаты;

- понятие эксплуатационного пластического шарнира в рамном железобетонном ригеле, обеспечивакзэго регулирование усилий за счет пластического деформирования верхней продольной арматуры в ЗШ. Для регулирования производится варьирование её сечения и расстояния от опоры до ЭЛ, анкерогка этой арматуры на границах

зоны ЗИЛ, усиление шмней продольной арматуры на участке от стыка до ЗПШ, усиление хомутов на участке от опоры до ЭПШ и з гоне ЗПШ;

- предложения по увеличении предельной ширины раскрытия тре-¡чин в зонах ЭПШ при обеспечении защиты арштуры от коррозии, по учёту повторное™ статической вертикаль ной .нагрузки, на ригели с 5ГШ, по обеспечению равномерности деформаций верхней продольной рабочей арматуры в зоне ЗПШ аа счет исклпчення её сцепгения с бетоном к др.;

- метод проектирования ригелей с ЗШ, шипчаэщий расчетные характеристики пластически деформирующейся арштуры, предложения по определенно длин гон ЭПШ и ширины раскрытий в них трещин с учётом податливости стыков и НЕЮ нагружалиправила определения усилий в ригелях с ЭПШ с учётом естественного разброса пластических свойств арматуры, влияния остаточных моментов и др..

Научная новизна работы состоит в том, что сформулировано определение эксплуатационных пластических шарниров, позвешшнрк регулировать усилия в рзмньк .телззобетонных ригелях; изучен веханизы и особенности деформирования бетона, арнатуры и сечений в зонах ЭШП и на прилегающих к нш участка>:; предложено увеличение предельно допустимой пюрины ' расгфытия трещин; разработаны зависимости для определения длин зон ЭПШ, сирины раскрытия в них трещин с учётом податливости стыков ригелей и колонн а НПС характера временной части вертикальной нагрузки.

Практическая ценность работы за-сшочается в том, что предложенный метод проектирования' ригелей о Ш позволяет повысить технический уровень рамных яелезобетонных нркасов при сокращении приведённых затрат ва каркасы оерии ..020.1-4 на 16 Г, ■ расширении область их применения по нагрузкам а ригели со 180 до 260 кН/м и по пролётам с 9 до 18 и.

Результаты работы получили внедрение в Институте

общественных зданий (ШЗ) при усовершенствовании рамного каркаса, а такие при проектировании зданий в "Актобхехстройпроект".

Апробация работы. Результаты диссертационных исследований были доложены на Всеооозной школе-семинаре молодых . учёных и специалистов в области бетона и железобетона (Ивэноео, 23-27 октября 1989 года) и ХХП международной конференции молодых учёных в области бетона и железобетона (Иркутск, 10+15 мая 1990 года).

Публикации. Основные результаты диссертационных исследований опубликованы в семи печатных работах.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы из 150 наименований. Диссертация изложена на 140 страницах машинописного текста (без списка литературы и приложений), содержит 61 рисунок и 10 таблиц! Общий объём исследований составляет 229 страниц.

Настоящая работа является обобщением и развитием . исследований, проведённых при участии автора в .КОЗ в. ходе разработки, .рам- . ного каркаса для общественных зданий. Их итогом стало внедрение разработанного метода проектирования ригелей о ШШ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность теш диссертационных исследований, приводится их цель, дайся положения, которые выносятся на защиту и указывается их научная новизна.

В первой главе дастся основные понятия и определения, приведены обзоры работ, посвященных вопросам приспособляемости железобетонных конструкций к НЕЮ нагрузкам, и работ, рассматриваниях способы регулирования в них изгибающих моментов.

При этом отмечается, .что более точный расчёт железобетонных ригелей рамного каркаса при НПО нагружении может осуществляться методами, разработанными Ерьшевым В. А., Карпенко Н. И., Кокаре-

вш A. U., Крыловым С. М., Мухаыэдиевыы Т. А., Расторгуевым Б. С., Розенвассером Г. Р., Шварце« Л. Ц., Яковлевым С. К. н другими.

Наиболее простые методы расчёта мелезобетонных ржгелей при НПС воздействиях (в том члале при допущении пластического деформирования арматуры) были получены благодаря некоторой идеализации процесса деформирования в исследованиях Икрина В. А., Кравцова Ю. Н., Расторгуева Б. С., Депелева С. В..

Вопрооы регулирования изгибающих усилий рассматривались в работах Абовокого Н. П., Гнидца Б. Г., Докудовокого С. П., Ка-щеева Г. В., Козловского А. М., Колчиной О. Н., Крылова С. М., Мзиляна Р. Л., Иипервина О. А., Морозова Н. е., Нносенбойма 0. ч Б., Ступака С. И., Чижаса А. П., Юшкова С. П. и других авторов.

В работах Бердичевского Г. К., Лаковокого Д. М. и Подольского И. Я. предусматривалось перераспределение усилий за очэт пластического деформирования растянутой продольной приопорной арматуры, однако аспекты обеспечения безопасности работы пластической эонн (ЗПШ) детально не рассматривались. В исследованиях Леыыша Л. Л. и Мзргулкса О. В. при этом диапазон перераспределения усилий несколько снижался из-за ограничения ширины раскрытия трещин.

В отлнчие от других способов использование нелинейности де-• формирования арматуры позволяет обеспечить наиболее широкий диапазон регулирования усилий и не требует существенных затрат на реаллзацш или изменения технологии изготовления ригелей.

На основе анализа научно-технической литературы по рассматриваемой тематике сделаны выводы и сформулированы задачи диссертационных исследовании.

Во второй главе описано конструктивное решение опытных образцов, указаны способы их изготовления, кзлсиена методика экспериментальных исследований и даны результаты испытании элементов рамных каркасов с регулируемыми с поюдьп ЗШ усилиями.

- а -

Экспериментальным исследованиям подвергались три серии опытных образцов элементов сборных железобетонных рам. Образцы наготавливались в натуральную величину, размеры их сечений соответствовали разкерай конструкций массового применения (серия 1.020).

Первая серия состояла из пяти опытных образцов, представляв- -щйх собой крестообразные уалы рамного каркаоа. Она состояли из железобетонных колонн к консоль но приваренных к ним при пошщи стыковых элементов фрагментов стальных ригелей повышенной жесткости (по сравнению с ригелями второй оерии). Такое конструктивное решение позволяло найти соотавлящ/в податливости узла, определяемую деформативностью закладных изделий колонн.

Вторая серия состояла из двух пар опытных образцов-близнецов, представлявших собой крестообразные узлы рамного каркаоа. Они состояли из стальных колонн повышенной жёсткости (по сравнению с колоннами первой серии) и консольно приваренных к ним при помощи стыковых элементов фрагментов железобетонных ригелей. Такое-конструктивное решение позволило выявить вклад в податливость узлового соединения податливости закладных изделий ригелей.

Третья серия состояла из двух трёхпролётных балок, различающихся между собой глазным образом тем, что в железобетонном ригеле первой из них верхняя продольная растянутая арматура в зонах ЭЗШ анкеровалась лшь со стороны его опор, а во .второй - с обеих сторон. Для выявлении влияния на прочность и деформзтивность предвапрягаемых ригелей с ЗПШ реального характера внешних воздействий опытные образцы третьей оерии загружались НПС нагрузкой.

В среднем пролете опытных образцов устанавливались железобетонные ригели натуральной величины, а в крайних - стальные инвентарные балка, имитирушие работу колонн и' ригелей соседних пролётов в каркасе. Узловые соединения ригелей были того же типа, что и применявшиеся при испытаниях образцов первой и второй серий

■ - 9 -

(рис. 1). Конструированием в приопорных железобетонных сечениях ригелей было предусмотрено формирование НШ, обеспечивающих на стадии зксплуатации перераспределение усилий ааданного уровня.

Ригели третьей серии имели тавровое сечение о полками внизу. Поперечное сечение рёбер ригелей было 600-300 ш, их длина -8.6 и, высота полок - 300 мм. Ненапрягаемая арматура ригелей быяа kssdc3 А-Ш, предналрягаемая - класса At-V.

Загруяеште опытны?: образцов проводились при помощи гидравлических домкратов. ООрззщ первой й "второй серии разрушались однократно приложенной по концам ригелей статической нагрузкой. При испытаниях образцов третьей серии нагрузка на ригели складывалась .. из постоянной и временной части (шесть циклов "нагрухения-рзз-груаки"). Верхний уровень нагрузки составлял ц - Рзш/Рких - 0-8. а нижний - и - Рсп/ Риах - 0-2. При этом в крайних пролётах устанавливалось по одному доиярзту, а в средних - ео пять.

В процессе испытаний опытных образцов измерялись значения нагрузки, опорные реакции, деформации бетона, арматуры к стальных' пластин в исследуемых поперечных сечениях,'прогибы, перемещения сечений приопорных участков ригелей,' ширина раокрытия трещин.

В результате испытаний опытных образцов первой и второй серий выявлено, что податливость рассматриваемых узловых соединений до появления ЗЛИ зависит, главньш образам, от размеров "манжет" железобетонных (пли стенок стальных) колонн, высоты опорного сечения ригеля и высоты верхней стыковой накгадки (си. рис. 1). Рассматриваемые стыки имеют существенную податливость, что влияет на деформирование ЯШ, н ев целесообразно учитывать.

На основании экспериментальных исследований опытных образцов третьей серии установлено, что НПО характер реальных воздействий при разгрузках до уровня соответствующего постоянной нагрузке в ригелях массового применения и уровне нагрузки п < 0.8 приводит к

конструктивное решение зоны эпш

РисЛ.и - прмйг рамы в свету; Lp - пролётная чаоть'рйгеля; is - приопорная часть ригедя; 1.,, - длина анкеровки: ■ Ihn - дашна зоны ели.. .

увеличении ширины раскрытия части (менее развитых) трэцин в зонах ЗПШ примерно в 1.5 раза. Рост трещин затухал к четвертому циклу. Уровень перераспределения усилий достигал БО I.

В ригеле второго обрззца третьей серии на стад ras разрушения' сначала разорвался стержень верхней продольной армззуры в ЗПШ, однако и после этого ригель выдержал увеличение нагрузки. Полное разрушение ригелей третьей серки произошло в их щхиэтах. Ригель без полной анкерозкн арматуры на границах гон ЗПШ разрушился из-за продёргивания верхней продольной арматуры к раздробления сжатого бетона в четверти пролёта ригеля от опоры. Загруление второго ригеля было прекращено из-за значительного роота прогибов в результате формирования третьего пластического пзрнира в пролёте.

В третьей главе на основе проведенных экспериментов и анализа работ других авторов разработаны методы расчёта и конструирования приопорных участков ригелей с ЗШ в их железобетонных сечениях.

В работе показано, что наиболее аффективно использовать в качестве верхней продольной приопорной армзтуры рассматриваемых ригелей стержни-класса А-Ш (0 14-40). Эта арматура обладает необходимой (для создания рзциокального распределения изгибающих усилий) прочностью и пластичностью.

Верхнее значение расчётного сопротивления RS3UP продольной арматуры класса А-Ш растяжении в зоне ЗПШ на оснсвзнек существующих исследований принимается равным 450 Ша. Его шжпее Rslnf значение принимается равным 365 Ша.

Расчётные сопротивления для расчёта ригелей по второй группе предельных состояний Rs,ser определяются умножением указанных выше расчётных сопротивлений на коэффициент надежности по арматуре Ts, приведённый в СНиП 2.02.01-84. Предельные деформации сяа-того бетона не допускаются благодаря ограничению значения относи-

тельной высоты сжатой части оечений зоны ЗШ1 - г, С 0.35-£д.

Длина зон 30Ш назначается таким образом, чтобы при их формировании запас пластичности расположенной в их растянутых частях верхней продольной рабочей арматуры был достаточен для , обеспечения рационального перераспределения усилий в ригеле:

(8в + 8i.с - 0.8-8f.s)-z

Ihn--С 1r - ls, мм, (1)

Rsinf .

=Dl

Es

"Де 1ьп - расчётное значение л™" зоны ЗПШ, ш;

8р - угол поворота дальней от опоры границы зоны ШШ относительно ближней, обусловленный нелинейностью деформирования продольной растянутой в ЭПШ арматуры, рад;

01. сг угол поворота дальней от опоры, границы зону ЗДП отно-_

сительно ближней, обусловленный повторностью нагрузки, рад;

8г.8- угол поворота приопорного участка конструкции относительно опорного сечения, обусловленный податливостью углового соединения, рад;

0.8 - безразмерный коэффициент запаса, учитывающий разброс фактических значений коэффициента жёсткости используемых узловых соединении относительно его расчётного значения;

2, Ее - то же, что и в СНиП 2.03.01-84;

еР1 - предельные относительные деформации арматуры, принимаемые на основании существующих исследовании равными для стержней класса А-Ш (0 14+40) 0.02;

1(? - длина участка от опорного до блияайшего к нему сече-нил, в котором при расчете на отрицательный момент без учёта сжатой им продольной арматуры нарушается условие прочности, мы; - расстояние от опорного сечения до ЯШ, мм.

Для ригелей о ЭПШ, загруженных вертикальной равномерно раоп-ределённой нагрузкой величины 8р и 81.с ышшо определить:

16 • ^

8р-

Вь

рэд; (2)

16 • Г1.(

5 ■ и

Рад, (3)

где 1_р - дливз пролётной части конструкции (участка между двуш ЭПШ или между ЗПШ и шарнирной опорой), мм; Гь - наибольший прогиб участка конструкции длиной от нагрузки, приложенной после формирования ЭПШ, мм; fi.tr приращение полного прогиба обусловленное повторно-, стью нагрузки, принимаемое в первом приближении равный 0.1-Г2) ш.

Угол поворота приопорной части конструкции относительно опорного сечения, обусловленный податливостьи стыка, равен:

с

Ч51ПГ

бг.г--, рад,

с

где Ms11*- опорный момент при напряженях в верхней продольной арматуре в зоне ЗПШ Rslni", кН-м; с - коэффициент ¡кёоткооти стыкового соединения, кН-и/рад. Податливость .сборного узлового соединения рассматриваемых ригелей (an. рис. 1} определяется, главным образом, податливостье "манжет" железобетонных или стенок стальных колонн.

Для определения податливооти рассматриваемого стыка может . быть использован "упрощённый подход, в соответствии с которым коэффициент жесткости стыка вычисляется из выражения:

а • Е • hos • hcov • Scf3 ' с------i- , кН-м/рад. (Б)

hcfaci2-(3-lcf " 4-acf)

где « - коэффициент, равный для рассматриваемых ригелей 1, м2; £ - модуль упругости пластин "манжеты", Ша (103-кН/м2); bcs - рабочая .высота ригеля "в опорном сечении, м; hcov- выоота верхних стыковых накладок (ВР), м; 8cf - тодщтнд рабочей пластины "манжеты", м; hCf - выоота рабочей пластины "манжеты" (при использовании в каркасе стальных колонн высота манжеты в приведённом выражении принимается равной расстоянию между осями ВР), м;

ас г - расстояние "от оси ВР до боковой грани "манжеты", м; lcr - ширина рабочей пластины "манжеты", м. Интенсивности"вертикальной поперечной арматура q^w в зоне ЗПШ и на расстоянии от неё, равном высоте поперечного сечения в сторону опоры (но не большем чем расстояние до опоры), должна определяться по формуле:

0.5-Rs„-ASw

qSsw--_ kH/u> (6)

где йот, As„, s - то же, что и в СНиП 2.03.01-84.

Ширина раскрытия трещш в зонах ЗПШ а^сгс при кратковременном приложении нагрузки определяется:

(ар +

а^сгс - Зсгс + - , мм. (7)

Ihn

Значения величин ар, ai.c и af.s определяются по следующим формулам:

ар - % ■ (ho - Уз), мы; (8)

ах.с - 8i.c • (ha " Уз), ш; ' '(9)

af.s - 8f.s • (ho - ys), ми, (10)

где ар - удлинение растянутой в зоне ЭПШ грани конструкции при первом приложении нагрузки, обусловленное нелинейностью деформирования там растянутой продольной арматуры, мм; ai.c- удлинение растянутой в зоне ЗПШ грани конструкции, обусловленное повторноетьи нагрузки, мм; af.s- удлинение растянутой на приопорном участке грани конструкции, обусловленное податлив ость с стыка, мм; 1Сгс" расстояние между трещинами в зоне ЗПШ, определяемое из Еыраленкя (144) СНиП 2.03.01-84.

- 16 -

Scrc, he - то же, что и ь СНиП 2.C3.G1-84.;

y-¡ - расстояние от сжатой грани конструкции в воне ЭПШ до

нейтральной оои в ШШ, мы; ys - расстояние от сжатой грани конструкции в зоне ЭПШ до нейтральной оси в. опорном сечешж, ым.

Для обеспечения дефорыатнвностк ЗИП достаточной для регулирования усилий предельное значение ширины раскрытия трещин в зоне 3X1 принимается равным 1.5 мм:

stacrc < 1-5 мы. (11)

При конструировании ригелей с ШШ необходимо соблюдать:

1) ео избежание выпучивания арматуры в зоне ЗПШ интенсивность вертикальных хомутов на участках от торца ригеля до ЗПШ и в зонах ЗПШ должна быть увеличена против расчётного в 2 раза, их шаг ограничивается величиной 100 мм;

2) верхняя продольная, арматура должна иметь специальную ан-керовку на границах зон ЗПШ, что исключит её продергивание;

3) нижняя продольная арматура должна быть усилена на участке от стыка до зоны ЗПШ, что исключит смещение ЗПШ;

3) защитное покрытие указанной арматуры в зонах ЗПШ доляно предохранять её от коррозии, выдерживать нагрев от. пропаривания ригелей и от их приварки к колоннам, быть достаточно дефэрматнв-ным для работы в зоне ШШ при НПС нагрузке, быть долговечным.

Соблюдение указанных рекомендаций предотвратит достижение в сжатом бетоне предельных деформаций.

Чтобы не допустить возможность разрыва, верхней продольной растянутой в гоне ШШ арматуры в трещинах при её анкеровке бетоне« на их границах (для повышения равномерности деформаций стали в зоне ШШ), указанную арматуру рекомендуется оборачивать полкэ-

тиленовой плёнкой или исключать её сцепление с бетоном в зоне ЗШП другим способом.

В четвертой главе даются основы проектирования ригелей с ЗПШ. Их расчёт осуществляется в следующем порядке. Сначала по задантом опорным моментам определяются пластические моменты и площадь сечения продольной растянутой арматуры (с расчётным сопротивлением Р3зир) в зоне ЗПШ.

Далее определяются верхние и нижние значения опорных моментов при ¡?з равном соответственно К3зир и К311тГ. На верхние значения опорных моментов рассчитываются приопорные части ригелей, колонны и их стыки о ригелями. По его нижнему значению опреде- ч ляется пролетЕый момент, по которому в соответствии с указаниями СНиП 2.03.01-84 подбирается продольная арматура в пролёте ригеля.

Отрицательный опорный момент - М2т1п (рис. 2) для расчёта приопорных сечений определяется:

_ Мр . ¡¿.СП + кН.М1 (12)

. где Мр - наибольшая величина среднеарефметичесшго значения остаточного момента в зонах ЗПШ, создаваемого каждым из ЗШ, кН-м:

2 1пГ в1 Е (Мп - Мл)

Мр _ - , кн-м, (13)

2

где пластический момент в ЗПШ, формирующемся при на-

пряжениях в верхней продольной арматуре в зоне ■ ЗПШ - й31пГ, кН-м;

Мэе1 - наибольшая величина среднеарефиетического значе-

■а> б 1 1 1 1 1 1 1 * I 1 1 1 Г

я ,

Ш4и-Ш ! I ГП

5ир

N '-л X

Рис.2- . Эпвры моментов при разделении усилий.

а) статически неопределимая система, загруженная вертикальными и горизонтальными нагрузками;

б) апгра моментов от вертикальной нагрузки в среднем пролете конструкции без ЗПШ; ' •

в) эп^ра остаточных моментов в конструкции с ЗГИ от вертикальной нагрузки;

г) огиоапцая впсра моментов б конструкции с ЭШ от вертикальной нагрузки (пунктиром нарисованы исходные епиры моментов);

д), е) зпвры моментов от горизонтальной нагрузки справа и слева;

ж)эпсра остаточных моментов в конструкции с ЭШ от горизонтальных нагрузок;

з) зпвра моментов от предварительного напряжения конструкции;

и), к), л), м) зпвра моментов от опорных моментов в соседних конструкциях -Мпв (эпсра остаточных моментов от положительных моментов Мпв аналогична, изображённой на рис.2.. ж.

юм положительного момента в месте предполагаемого расположения' ЗШ при упругом расчёте конотрук-■ • тквной системы, кН-М; •

1 - номер ЭШ в конструкции; М~сп- момент а сечении по грани колонны от постоянной части нагруэки на ригель, определяемый с учётом влияния соседних конструкций, кН-м; - момент в сечении по грани колонны от горизонтальных воздействий на раму (приводящихся к вертикальным), кН-м. На всех этапах изменения эксплуатационной нагрузки, для предотвращения проявлений эффекта Бауиингера, целесообразно соблюдать условие:

- С 1, ' (14)

где М-,т1г-- йаибольшин отрицательный момент в зоне ЕЕ, кН-м; 2 - безразмерный коэффициент, учитывающий условия работы. Расчёт ригелей с ЗЛЯ по прогибам ведётся в два этапа. Сначала строится эпюра моментов при нагрузке, соогветсгвупцей моменту формирования ЗШП. Эта нагрузка определяется из уравнения суммы моментов относительно ШП:

' ^ МШ - М^, кН-м, (15)

где I! ) - сумма, моментов относительно одного из а®, кН-м.

Наибольший прогиб ригеля перед формированием ЗЕШ - Гьп, ■ определяется г соответствии с указаниями СНкП 2.03.01-84. Затем его расчётная схема. изменяется (рис. 3) и Е соответствии с ней

Схеиа конструкции с ЭГШ1 б приопорных зонах

•б)

1 г, ■ Ьр 1

и

•М1 / V ИЗ |

в)

щ

А

Линия прогибов

I О I

-----'У

г)

чК1 ¿Г'

д)

а) до формирования ЭПШ;

б) после формирования ЭПШ на стадии эксплуатации

в) 'расчётная схема защемлённой на опорах кокет рукции после тотжирова ния ЭПШ;

Рис.3.

г) расчётная схема и эпюра моментов приопорной части;

д) расчётная схема и эпюра моментов пролётной чгсги.

Примечание: искривление линии прогиба и эпгары моментов на рис. "в" и "г" условно не показано.

определяются изгибающие моменты и составлявшие суммарного прогиба - Г^ и от оставшейся нагрузки, как разность соответствующих прогибов при нормативной нагрузке и перед формированием ЗШ. Наибольший прогиб равен:

£ьп + Ри + (Гз1 122)

--;-;- , мм, (16)

2

где - наибольший прогиб ригеля при статическом загруженни, мм;

" наибольший прогиб участка конструкции длиной * (см. рис. 3) соответственно у первого ЗДШ (сечение 2), у второго ЭДШ (сечение 3) и их среднеарефыетическое аначение от нагрузки, приложенной после формирования ЗПШ, мм.

Его приращение за счёт повторности нагрузки монет приниматься приблизительно - ранним 0.1шш по.более точным методам (на основании исследований Рзоторгуеза 2. С. и Пепелена С. К.)

основные вывода

1. Предложено понятие эксплуатационного пластического шарнира (ЗИЛ) в железобетонных сечениях ригеля, являющегося неполный пластическим взрннром, верхняя продольная арматура з котором может деформироваться пластически, а нижняя арматура и сжатый бетон - в соответствии с гипотезами, принятыми в СНзаП 2.С3.01-84. ЗГИ обеспечивают регулирование усилий ь ригелях за счёт варьирования в них шюззди сечения верхней продольной арматуры, расстояния от опор до ЗПШ к др., что позволяет повысить технический уровень рамных железобетонных каркасов. .....

2. Установлено, что повторностг вертикальной симметричной статическом нагрузки на разработанные ригели влияет на их дефор-

мирование и шкет учитываться коэффициентом 1.1, к статическому прогибу ригеля и соответствующим увеличением других характеристик деформативности, для обеспечения рационального перераспределения усилий в рассматриваемых ригелях .предельные значения ширины раскрытия трещин в зонах ЕШ целесообразно увеличить до 1.5 ш.

3. Предложено принимать верхнее и нижнее значения расчётного сопротивления растянутой в зоне ЗПШ продольной арматуры класса А-Ш равными соответственно 450 и 365 ЫПа, а её предельные относительные деформации на стадии эксплуатации - 2-ум X. Относительную высоту ожатого бетона сечений ЗПШ целесообразно ограничивать 35-ю * её граничного значения при перераспределении опорных моментов в пределах 50-ти 2 и 20-ю 2 - при большем перераспределении.

4. Разработан метод проектирования ригелей с ЕШ, который предусматривает следующие конструктивные мероприятия: анкеровку верхней продольной арматуры на границах бон ШШ, " усиление шишей продольной арматуры на участке от опоры до ЗЗШ, усиление вертикальных хомутов на участке от опоры до ЗПШ и в зоне ШШ, защита арматуры в растянутой части ЗПШ от коррозии и др..

5. При расчёте ригелей с ЗПШ следует учитывать изменение юс расчётной схемы на стадии эксплуатации, разброс пластических свойств арматуры класса А-Ш, воздействие остаточных усилий и влияние повторности НПС нагрузки. При этом изгибащае моменты обратного знака (после разгрузок) в сечениях с ЕШ не должны превышать удвоенного значения пластического тмента ЗПШ.

й. Ддтя гон приопоркых ЗПШ и ширина раскрытия в них трещин могут находиться из выражений соответственно (1) и (7), учитывгш-цих НПС характер временной части полезной нагрузки и податливость угловых соединений ригелей и колонн, "Которая определяется экспериментальными или теоретическими (например, из выражения (5)) методами, разработанными для конкретных типов стыков.

7. Отмечено, что относительные деформации защитного покрытия при его адгезии к арматура на стадии эксплуатации могут достигать двух процентен, что следует учитывать при 'его назначении.- Для обеспечения равномерности деформирования в зоне ЭШ верхней продольной арматуры целесообразно предусматривать иоклвчение защитным покрытием сцепления указанной арматуры с окружающим её бе№-ноы.

8. Использование ШП з рамных железобетонных ригелях позволяет расширить область их применения (при сохранении габаритных размеров как у конструкций массового применения) по пролётам до 18 м и по нагрузкам до 260 кН/ы. Регулирование усилий обеспечи-

ч

вает увеличение эффективности колонн рамного каркаса и их узловых соединений с ригелями за счёт повышения степени их унификации.

9. Внедрение ригелей с ягпп б строительство позволяет сократить-приведённые затраты на каркасы з среднем -на 16 I, трудозатраты на 12 I, расход стали на 8 X. В то же время эффективность разработанных ригелей определяется не только экономичностью каркаса, но и повышением Функциональной пригодности, архитектурно-худачественной выразительности и конкурентноспособности каркасных общественных зданий.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Эренбург В. М. Проектирование каркасных конструкций об-, щественных зданий с учётом резервов прочности арматурной и' профильной стали // Обзорная информация. / Сер. конструкции жилых и общественных зданий. Технология индустриального домостроения. Вып 13. - ВЮОГГАГ, 1988. - 48 с.

2. Эренбург В. М. Железобетонный рамный каркас с эксплуатационными пластнчесгаши шарнирами // Материалы Всесоюзной . школы-семинара молодых ученых и специалистов в области бетона и железобетона (23*27 октября 1383 года). - Иваново, 1983. - С. 98-100.

3. Эренбург В. и. Проектирование ригелей железобетонного рамного каркаса с учётом образования пластических шарниров на стадии эксплуатации // Новые направления формирования общественных к учебных зданий. -М.: ДНИИЭД учебных зданий, 1989. - С. 166-172.

4. Зрепбург В. и. Расчёт рамных железобетонных ригелей с эксплуатационными пдзстическнми шарнирзми // Конструкции, внутренняя среда и экономика массовых общественных зданий. - и.: . ЦНККЗП учебных зданий, 1990. - С. 25-31.

5. Эренбург В. Ы. Повышение долговечности рзмных железобетонных ригелей о эксплуатационными пластическими шарнирами // Материалы ХХП Международной конференции шлодых учёные в области бетона и железобетона (10-15 мая 1990 г.). - Иркутск, 1990. - т. 2. - С. 134-125.

6. Зренбург В. Ы., Королёва К. В. Особенности производства сборных железобетонных ригелей со стальЕъши консолями и эксплуатационными пластическими шарнирами // Там же. - С. 136-137.

7. Экспериментальные исследования сборных железобетонных ригелей с эксплуатационными пластическими шарнирами / Колечйцкая К. В., Королёва И. В,, Рогова Т. И., Эренбург В. 11. // Конструктивно-технические вопросы совершенствования общественных зданий. -М.: ЦНИНШ учебных зданий, 1991. - С. 30-35.