автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Исследование схем усиления конструкции в условиях повышенной сейсмичности

од

МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ УКРАИНЫ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ /нииск/

На правах рукописи

ТУМЭНДЭМБЭРЭПИЙН МУНХБАЯР

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ УСИЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ

05.23.01 - Стройтеяыше конструкции

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

КИЕВ 1994г.

Работа выполнена в Научно- исследовательском институте архитектуры и градостроительстве /НИИЛнГ/ Монголии.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор техкичэских наук, профессор. Академик АИН Украины Городецкий.А.С.

доктор технических наук, профессор Поляков М.Н.

кандидат технических наук, с.и,с Слободян Я.Е.

йолуцаи организация:

Киевский Государственный Технический Университет Строительства и Архитектуры

Д1994 г.

Заапта состоится " ¿¿. "¡Я-УсУдЛ. 1994 г. в час на заседании

специализированного совета .... в Киевском Научно - ислелоса-

тельском институте строительных конструкций, 252180, Киев , ул.Клименко,5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Киевского Научно- исследовательского института строительных конструкций.

Автореферат разослан " "/¿С1994 г.

Ученный секретарь специализированного

/У

ученого совета кэнш^ат ^ /мУ/'и.-,

технических НЛУК . ' .

. .' .ОБИАЯ. ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

' Актуальность. Научно- технический прогресс в настоящее вре«я стал главным рычагом интенсификации процессов создания материально технической Базы общества.

Внедрение самых последних достижений . науки и техники в об-мественное производство оказывает сильное воздействие на развитие всех отраслей народного хозяйства. Особенно активное влияние оказывает научно- технический прогресс на развитие капитального строительства, обеспечивая совершествование организации производства и труда ,улучшение исползования основных производственных фондов и средств труда, повышение уровня механизации и автоматизации строительных работ.

В направления задач по развитию и совершенствованию научных и конструктивных работ строительства, принятых конференцией Минстроя Монголии от апреля 1993 года, иэ главных задач на предстоя-иий сериод ставится развитие научных исследований по сейсьостой-кости стройтельства и улучшение разработки расчетных основ каменных кладок в местных условиях. Экономическое развитие Монголии связало с интенсивным освоением ее богатых природных ресурсов, созданием крупных территориально- промышленных комплексов, строй-тельстбом-горнорудных центров и новых городов. Для решения этих задач необходимо рациональное, перспективное планирование, основанное на достаточно надежном знании разнообразных природных условии Монголии, среди которых первостепенное-значение имеют сейсмические условия.

По материалам исследовани«"!, проведенных в сфере деятельности Организации Объединенных Наций, в связи с землетрясениями только

в течении года случаются материальные ущербы в сумме 400 миллионов американских долларов, умирают 10 ткс. людей, изувечиваются много тысяч людей.

Больыая часть территории Монголии расположена в одном из наиболее сейсмоактивных внутриконтинентальных районов- Центрально-Азиатском сейсмическом поясе, в пределах которого известны сильнейшие землетрясения, вошедшие в число мировых катастроф. С 1905 года в нашей стране произошли несколько сильных землетрясении в баллах: от 7 до 11. Например:

1 .Гоби-Алтайское землетрясение •4.ХП,1957г

Это землетрясение ощущалось на всей территории Монголии.По параметрам макросейсмичаского поля интенсивность.Гоби- Алтайского землетрясения определяется в 11-12 баллов, магнитуда '8, 3.

2.Баян-Цаганское землетрясение 7.|У.1958 Г.

Произошло на южных склонах хр.Баян- Цаган В Гобииском-Алтае, к западу от пяейстосейстовой области Гоби-Алтайского землетрясения 1957 г. По параметрам макросейсмического поля интенсивность в эпицентре 9 баллов.

3.Сайхаиское землетрясение 23..1958 г.

Произошло в юго-западной части хр. Бурэнгийн-Нуру,в среднем течении р.Орхон.

Интенсивность землетрясения в эпицентре, по макросейсмическим данным,составляет 8-9 баллов.Магиитуда-б.2

4.Бурынхярское землетрясение З.Х||.19бО г.

Произошло на северных склонах хр. Бурын-Хяр, являющегося продолжением к юго-востоку горной группы Гурван- Сайхан.

По макросейсмическим данным,магнитуда Бурын-Хярского землетря-

сении 7.0 интенсивность в эпицентре 9 баллов.

75% территории нащей страны расположены в зонах 7 и свьже 7 баллов. В 1957 году в Гуреан-Богд© были ущербы э связи с землетрясением 20 миллионов тугриков (в ценах 1957 года у,а в 1967 году в сомоне Могод Булганского аймака случился уыерб 1 миллион тугриков.

Урок многих землетрясений показывает, что кирпичные пгсуцио • стены являются наиболее слабым эвеном в конструктивной схеме сейсмостойких зданий. ,

В нашей стране для построенных зданий, сооружений наблюдается ошибки, которые по зарубежным исследованиям последствий землетрясений являются главными причинами повреждений кирпичных зданий и сооружений. Поэтому у нас требуются изучать й исследовать сейсмостойкие кирпичные здания, обрабатывать технические решения по каменным зданиям в сейсмических районах.

Цепь работы настоящей диссертации являются развитие и совершенствование эффектных методов решения задач, связанных с расчётом кирпичных конструкций, на сейсмические воздействия, а также разработка на этой основа новых конструктивных решении усиления конструкций этого класса. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задали:

- Анализ сейсмостойкости зданий с кирпичными стенами по последствиям землетрясений„ ■

- Исследование особенностей землетрясений Монголии.

т Численные исследования различных типов усиления кирп;"Ш! :х ■ конструкций.

Разработка новых конструктивных рааеяни ус нлсп .¡ч

конструкций.

Метод исследования: В основу проведенных исследований положен^ следуюыая методология: .

- Выявление типичных схем разрушений кирпичных конструкций на основе анализа последствий известных землетрясений.

- Построение и исследование различных расчётных -моделей.

- Выбор приемлемых форм расчетных моделей, ' наиболее достоверно отображающих известные формы разрушений.

- Проведение численных исследований на выбранных моделях и выработка на- их основе рекомендаций по различным конструктивным схемам усиления кирпичных конструкций.

Научную новизну определяют следующие основные результаты работы:

1. Исследование напряженно-деформированного состояния кирпичных конструкций за пределами линейной упругости.

> 2. Сравнение и анализ критериев деформирования кирпичной кладки за пределами линейной упругости.

3. Разработка новых конструктивных решений усиления кирпичных конструкций в условиях повышенной сейсмичности.

Достоверность научных результатов определяется корректностью математических моделей и сравнением результатов численных исследований с данными натурных обследований последствий

землетрясений

Связь с планами НИР. Тема диссертации соответствует плану научно- исследовательских работ НИИАиГ А.Н Монголии и связана с планом развития строительства Монголии. Тема диссертации

соответствует подпроекту "Строительные конструкции", проекту "Архитектура и градостроительства" и проекту "Степы обиественных и жилых зданий",которые разрабатываются 8 НИИЛГ. Результаты исследований используется в разработке технических решений этих проектов по кирпичным зданиям:

Практическим результатом работы являются расчетные модели, позволяющие провести численные исследования работы кирпичных конструкций при чсейсмических 'воздействиях и рекомендации по усилению кирпичных конструкций.

Результаты исследования внедрены в проектах усиления здания конторы компании "Авто эам" Баянгольского сомона Центрального аймака. Экономический эффект от внедрения составил.

586.9. тыс.туг.

Результаты работы предусмотрены:

- В проектах Строительные конструкции ", которые являются к проектам, обрабатываемым НИИАиГ Монголии.

- В проектах "Стены обцествеиых и жилых здании", которые разрабатываются по заказу Министерства Инфраструктуры, Академии Наук Монголии.

Апробация работы. Полученные результаты работы оёсуждались на семинарах по СЛПГ-<; научной советы НИИАСС Украины и НИИАиГ Монголии 1992,1993 годах.

На основе исследования разработаны

1. Т.Мунхбаяр, Д.Энхгэрэл.

" Рекомендации по сейсмостойкоеги кирпичных кладок

НИИАиГ. Улан-Батор .1994 г.

2. Ц.Шэраа, Т.Мунхбаяр, Д.Энхгэрэл

" Инструкции по проецированию зданий в условиях, повышенной

сейсмичности " •

КИИАиГ. Улан-Батор .1994 г.

Ка защиту выносятся:

- Математические модели кирпичных конструкций, отражающие реальную работу катераала на всех этапах нагружения в условиях повышенной сейсмич'вссти

- Рекомендации яг.ч различных схем усиления кирпичных конструкций в условиях певьш энной сейсмичности

объём работы дкг..-.ертацня состоит из введения' , трех гцав, основных зхводсв, списка литературы и приложений. Она оодержет 116 страниц , 66. рисунков и 107 страниц приложений. Список г,:ус• рату;ч| содерже.? '.i? наименований.

, СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Ьиедеиие. Содержание рабо,тк изложено в виде краткой аннотации, по;-.liana актуальность к научная новизна настоящих исследований, ir.: ирэктичоскьл ценность и апробация работы , а также основные результаты, шсюсикыс но занигу.

В первой гпаве рассматриваются уроки повреждений кирпичных -íxi^.-iiivi после счяьних землетрясений, произаедких на Земле и на гер/ттогл.ц Монгольской страны , сейсмичность землетрясения и ¿ссг'сшютп строительства Монголии.

В этол глава исследовоны следуюэдиэ вопросы: . '

~Дг»шплз о 15 мировпх землетресяииях, которые ■ П|5ои--io.oíiü 9 июня 18Ч7г, в Апма-Ато, 18 апреля 1906 г. в Сгш-cp.nüiiíOKo, 6ч^октября 19-гй г.в Аихабаде,17 мал 1976 г.в Бухара,

б декабря 1977 г. в Черчике и 31 августа 1936 г.в Кишиневе.и др.также сейсмичность и типы разрушений кирпичных зданий при этих землетресяниях, исследование кирпичных зданий по сейсмичности со сравнением со зданиями других видов. Из исследований 15 случаев землетрясений, прошедших в зарубежных странах, наблюдается следующие особенности:

- Неспособность работа кирпичных кладок при растяжении является главной причиной для разрушения кладок зданий при сейсмических воздействиях.

- Здания из обо:*еного кирпича перенесли землетрясение лучше, чем здания из сырца.

- В тех. случаях, когда пояса наружных стен имели короткие отрезки, входящие во внутренние стены , их заанкернвание часто оказааалиеь недостаточным, чтобы удержать от падения при действии сейсмических сил из плоскости нарушенных стен.

Кирпичные здания практически оказывались сравнительно менее сейсмостойкими,чем крупнопанельные и каркасные здания. В результате землетрясения обследованные здания получили такие средние значения степени повреждения:

каменные и саманные здания 2,1, в том числе одноэтажные 2,5.

- крупнопанельные 1,3

- монолитные 1,9, в том числе изготовленные в скользящей опалубке 2,5 в переставной 1,2

- каркасные здания 1,8 В том числе только по иесуцнм конструкциям О, б

На степень повреждаемости кладки стен при колебаниях грунта

значительное влияние оказывает ее монолитность. Последняя определяется, кроме прочностных характеристик кирпича и раствора, качеством заполнения горизонтальных и вертикальных швов раствором и величиной сцепления кирпича и раствора. Оценка величины нор-. мального сцепления кирпича и раствора, произведенная при натурных обследованиях, показывает, что в подавляющем большинстве случаев, когда имели место сильные разрушения кирпичных конструкций, прочность сцепления кладки была очень низкой.

-. О состоянии землятресяний, проиеамих в Монголии; об ущербе, которые случилось при сейсмическим воздействиям,

- О. развитии строительства кирпичных здаиий и о мероприятиях по повышению сейсмостойкости зданий в условий Монголий,

- Вопросы по повышения сейсмостойкости кирпичных зданий и анализа применяемых методов напряжений конструкций, исследования недостатков этих методов и особенности полезных методов напряжения .

В Монголии построены много зданий , в зависимости от сырья местных стройтельных материалов. ' ■

Современная застройка г.Улан-Баторе в основном /67% всех здаиий / представлена каменными домами высотой 1-4 этажей. В этой группе домов .превалируют здания, построенные в разное время /без учета и с учетом корм сейсмостойкого строительства разных лет/с использованием в качестве основного материала иелких обжигашшх кирпичей. В результате испытаний'установлено, что более 200 здании построены в период от 1930 года до 1960 года Без учета норм сейсмостойкого строительства , объем сметной стоимости этих здании бопее 300 мл. туг/ приблизительно

более 70 мл. ам. долларов/ В них живут много тысяч людей.Эти здания выполнены с ненесуцими кирпичными стенами толщиной 38,51, 64,77 см с жесткими расчетными схемами, с перегородками из гли-нянных кирпичей и из деревянных досок толщиной 10-25 си. Покрытия и перекрытия - из пустотных сборных железобетонных ппмт и дерева. Основные виды кирлича-обыкновенный и глиняный пластического Формирования и силикатный. Связанно с этой проблемой требуются разработки по .строительству в таких направлениях:

-Определение сейсмостойкости существующих зданий.

-Установление долговечности конструкций и здании.

-Изменение назначения зданий.

-Повышение сейсмичности здании путей усилений н закреплений.

В нашей стране для построенных зданий, сооружений наблюдаются ошибки, которые по зарубежным исследованиям последствий землетрясений являются главными причинами повреждений кирпичных зданий и сооружений. Поэтому у нас требуются изучать и исследовать сейсмостойкие кирпичные здания, обрабатывать технические решения по каменным зданиям в сейсмических районах.

Традиционные методы по повышению сейсмичности существующих зданий имеют некоторые недостатки:

1.Для малоэтажных зданий не используются потенциалы работы кладок ггри сжатии.

2.Затрачено иного строительных материалов.

3.Затрачено много строительного труда.

Отсюда видно .что метод усиления строительных конструкций для повышения сейсмостойкости кирпичных кладок целесс ->браэен при исползовании потенциалов сжимаемой зоны кирпичных кладок для

малоэтажных или малонагруженных / от вышележащих нагрузок/зданий.

Можно Повышать несущую способность кладок при растяжении, 8 зависимости от потенциалов сжимаемой зоны кирпичных кладок/ путем искуственного образования сжатия методом применения предварительно-напряженных элементов/тяг/.

Кирпичная кладка хорошо выдерживает действия сжимающих усилий и плохо воспринимает растягивающие, сдвигающие и изг!ибные усилия. Урок землетрясений показывает, что при отсутствии или недостаточности мер, принятых для повышения сейсмостойкости каменных конструкций, кладка подвергается повреждениям даже при сравнительно небольшой интенсивности землетрясении. При сильных же землетрясениях отсутствие специальных мер сейсмозаииты зданий с кирпичными стенами может быть причиной массовых разрушений.

Во вторьй главе проведено исследование методов расчета усиления конструкции.

Кирпичные стены работают как элементы плоского напряженного состояния. Для решения' задач плоского напряженного состояния наиболее употребительны треугольный и прямоугольный конечные элементы, имеющие по две стелены свободы в узле и независимую' аппроксимацию перемещении их и Цу .

/

Треугольный конечный элемент плоского напряженного состояния.

В неявном виде аппроксимирующие функции перемещений принимаются в виде линеных полиномов:

их(х,у) = А1 *■ А2 х+ АЗ у; иу(х,у) = В1 + В2 х+ ВЗ у.

В явном виде аппроксимирующие функции имеют вид:

Их(х,у) = ( а1 + Ы х + с1 у )* и! + ( а2 + Ь2 х ♦

*■ с2 у )* и2 * ( аЗ + ЬЗ х + сЗ у)* иЗ 1)у(х,у ) » (' а1 + Ь1 * + с1 у )* VI + ( а2 + Ь2 х + с2 у )* у1 + ( аЗ+ЬЗ к+сЗ у)* vЗ

а1= г / а сЗ* 1 / ¿1

х2 у2 1 у2

,• ы=-1 / ¿\

хЗ уЗ 1 уЗ

1 х2 1 хЗ

где: и1,и2,иЗ; -степени свободы;

'А -удвоенная ппоыадь треугольника. (х1 у1), (х2 у2 ), ( хЗ уЗ)- координати узлов. Значения а2, Ь2,с2, аЗ,ЬЗ и сЗ определяются с помощью круговой перестановки индексов узлов.

Аппроксимирующие функции обеспечивают совместность конечных элементов и порядок аппроксимации р=1. Средняя квадратическая оценка напряжений имеет порядок (1 , а перемещений порядок

дифференциального оператора задачи в данном случае 2ш =2/. '

В таблице 1 приведена матрица жесткости, которая получена ^а основе явных аппроксимирующих функции. Для упрощения выражения местная система координат выбрана так /см.рис.1/.чтобы Х1=У1=У2=0

В табл.1, принято: а1 = 1/2 * [ с/а ■»• (1-р) * (Ь2/2а + а/2 - Ь) * 1/с]; а2 = 1/4 * ( 1+|в ) * (1 - -Ь/а) аЗ = 1/2 * [ (1-щ) * (1 - Ь/а) * Ь/2с -с/а]; а4 = 1/4 * [Ь/а * (1+т) - С1-рт>3; а5 = 1/4с (1-рт) « (Ь-а); аб » р/2 ; а7 = [1/с * (Ъ /2а - Ь + а/2) *■ с/4а *"С )].;

а8 * 1/2 * [(1+рт) * b/2a - pi];

а9 = 1/2 * [Ь/с * (1 - Ь/а) - с/2а

аЮ = 1/4 * (l-jii); all = 1/2с* (Ь-а);

а12 = 1/2а * [с + b /2с * (1-р)];

al3 = -b/4a * (1+р1)'" а14 -1/4с * (1-jn) ;

а15 = 1/2а * [Ь„./с * с/2 * (1-рт)];

а15 = -b/2c; а17 = а/4с * (1-jnj; а18 = a/2c .

Таблица.1 / матрица /

Степени V ■

Л"1 VI U2 V2 из V3 свободы

Узловые

усилия

I al. а2 аЗ а4 а5 - аб Qxl

а7 а8 а9 -аЮ all Qyl

а12 а13 а14 аб Qx2

Симметрично al 5 аЮ а16 Qy2

Все члены матрицы Е

умножаются на а17 0 Qx3

I-. fti2

1 - alB Qy3

Прямоугольный конечный элемент плоского напряженного состояния.

Для этого элемента' приведены аппроксимирующие функции и исследован порядок сходимости, который совпадает с треугольным элементом.Вместе с тем численные эксперименты похазывают,что решение,полученное на основе прямоугольного элемента, гораздо ближе к точному,чем на основе треугольного.Это объясняется наличием в аппроксимирующим полиноме для прямоугольного элемента члена ху , что обусловливает переменные значения деформаций и напряжений по области ,в то время как у треугольного элемента они постоянны. Матрица жесткости прямоугольно^ элемента /рис.2 / приведена в таблице 2.

и1,0x2

У1,0у1

0x2

У

У4 0у4

УЗ, ОуЗ ' и 4 0x4

-ч 1

из. Ох 'з 4

•я

и1. 0x1 1 2

.... г». -•V . > .

У1,0у1

У2,0у2

'I4 У4,0у4

| и <1,0x4

. Рис.1

Рис.2

Таблица 2. / матрица /

и1

VI

иг

У2

из

УЗ

1)4

У4

Степени свободы

Узловые усилия

а1 аЗ а5 ~а4 а9 а4 а7 -аЭ

а2 а4 аб -а4 аЮ -аЗ аЗ

а1 -аЗ а7 аЗ а9 -а4

Симметрично

Все элементы

а2 аЗ а8 а4 аЮ

а1 -аЗ а5 а4

матрицы умножаются на:

а2 -а4 аб

а1 аЗ

I- р2

а2

Ох

ОУ

Ох

ОУ

Ох

ОУ

Ох

ОУ

В ней принято:

а1 = Ь/За, + а/бЬ * (Зл-рт); а2 = а/ЗЬ + Ь/6а * <Х-рт); аЗ - 1/8 * (рт+1); а4 » 1/8 * (1-Зра);

а5 = -Ъ/За +а/12Ь * (1-рт>; аб • а/6Ь - Ь/ба * (1-р);

а7 = -Ь/ба - а/12Ь * (1-р); ав « -а/бЬ - Ь/12а * (1-рт); а9 » Ь/ба - а/6Ь * (1-р); а10=-а/ЗЬ*Ь/12а*(1-р);

Также рассмотрены методы решения нелинейных уровнений МКЭ, описывавших работу кирпичных стен.

Материал - кирпичной кладки имеет нелинейную зависимость между напряжениями и деформациями. Эта нелинейная зависимость обуславливает нелинейности системы уравнений МКЭ.

Построение нелинейных разрешающих уравнений МКЭ.

Для нелингиой задачи разрешающая система уравнений имеет вид К(д) * ч = Р. / 1 /

Нелинейная задача заключается в том,что коэффициенты матрицы жесткости зависят от степеней свободы,что по-сути и обуславливает нелинейность задачи. Из выражения для. градиента функционала / 1 / вытекает формула вычисления элемента К^,г матрицы жесткости:

К^,г= | I 1(и) ^(Уе) м£<^) ¿О / 2 /

йг

Это выражение является основным при построении матриц жесткости конечного элемента для нелинейного упругого тепа.Для линейного случая М-м«трица, не зависящая от и, и / 2 / превращается в известное выражение дпя построения матриц жесткости линейно упругих тел.

Анализируя / 2 /.видим,что в выражение для КЦ , будут входить неизвестные степени Свободы. Так как в выражении для £.1 ( иц ) они будут стоять под знаком радикала, то получение К £ .1.1" в

явном виде весьма . затруднительно. Можно указать по крайней

1 * •

мере два случая,когда это возможно:

1. зависимость (¿! ) содержит только нечетные степени. Тогда

Ф.

-^т— содержит только четные степени и радикал исчезает.

2. вид напряженного состояния позволяет выразить £ 1(и,) через деформации без использования радикала.Например,для одноосного напряженного состояния £ 1 = С х.

Рассматриваемые ниже методы часто применяются для решения нелинейных задач:

- Метод упругих решений

- Метод переменных параметров

- Простая модификация метода последовательных нагружений. Реализация нелинейного расчета

Так как все методы решения нелинейных задач основаны на решении линеаризованных уравнений, то в качестве основного ядра принят вычислительный комплекс " ПИРА" . Матрица жесткости на п-ном щаге К£3,г,п вычисляется по формуле:

'¿¡¿г

ке^г = ^'£,1 ( и- ) ¿т<<^) м ) а£2

Лг ' _ '

Блок-схема программы реализации нелинейного расчета имеет

вид: '

1Г>

Блок-схема шагового метода

Погрешность шагового метода обратно пропорциональна количеству аагов N.( пропорциональна 1/Ы )

1.7

Третья глава посвящена исследованию результатов численного моделирования работы реальных плоских кирпичных конструкций . Приведены новые - конструктивные решения усиления конструкций. Предусмотрены состояния деформаций преднапряженных и ненапряженных одно-и двух-этажных кирпичных Фрагментов при сейсмических воздействиях.

Расчет выполнен по нелинейному расчетному принципу, потому что кирпичная кладка оказывает неодинаковые сопротивления при растяжении и сжатии. Применительно к рассматриваемой задаче суть МКЭ заключается в том ,что фасад простенка или стены разбивается сеткой , каждая ячейка которой - конечный элемент (КЗ) прямоугольной или треугольной формы. В пределах одного конечного элемента КЗ должны представлять собой однородные тела,' разные же КЭ ногуть-иметь различные упругие характеристики, отражая, например, роль кпадки , арматуры и бетона в отяепьном сечении. С целью приближения к действительному состоянию расчетная схема выбрана таким образом, что' тяги учитывались как стержни.Таким образом, задача расчета континуума сводится к решению дискретной задачи обеспечения условий совместности смешений и равновесия во всех узпах соединения КЭ. Точность решения зависит от числа и соотношения размеров КЗ в сетке .

Для кирпичных кладок с целью исследование влияния сейсмических нагрузок на разрушения возникающие от сейсмики, выполнена исследования кирпичного столба путем этапного загружения сейсмическим воздействием на основе программы "Феникс" , которая раз-, работана в НИИАСС Украинской Республики. . -

Геометрические характеристики фрагмента:

- ширина - Ь= 1.0 и

- высота -11= 3.0 м

- толшина - = 0.51 м. •'

/

- коэффициент Пуассона- р- 0.16

Разделим фрагмент на 100 элементов шириной 0.3 и. Высотой 0.3 м.

Принимаем,что фрагмент испцтан без тяга . Расчет проведен на действие загружения от собственного вес н от сейсмики.

Расчетная схема пластин приведена на рис 3, включает 100 КЗ

121

О .'3x10= Характеристика 3.0 м сопротивлений при испытании: Есж =2200 МПа Ирас =0.12 МПа Псж =1.1 МПа (П =0.16-коэФФициент Пуассона

Рис 3.

N-222 /балки-стенки/, 121 узлов сетки. Порядок решаемой системы уравнений- 220, ширина ленты системы -26. Общее процессорное время решения на ЭВМ- ЕС-1060- 1 минута. .

Результаты исследований совпадают с результатами натурных исследований докторов "Т.З.Жунусова, В.И Будянова .и А.М.Прамзина, которые установили, что постепенно растет максимальная ширина раскрытия всех трешин.

Из этих испытании получены следующие выводы:

-При расчете по программе" Феникс "шаговым метода для малой деформации начинали возникать трецины в элементах в связи с тем, что кирпичные кладки имеют хрупкие свойства и плохо работает при растяжении. При малом изменении дальнейшей деформации трецины образовались на многих элементах.

-Сжимающие усилия, соответствующие разрушению или состоянию, при котором начинали возникать трещины , достигали в 53.6% допустимого значения.

Поэтому при выборе вариантов напряжений конструкций здания видно, что напряженные конструкции должны иметь очень малую деформацию /деформация меньше ,чем в стадий возникновения трещин / учитывая вышеуказанные два условия. А также конструирование преднапряження стротельных конструкций 'должно соответствовать использованию потенциалов сжимаемой зоны.

Для кирпичных кладок с целью исследования влияния предварительно-напряженных тяг на разрушении, возникающие от сейсиики, выполнено исследовательская работа по расчету ;на сейсмичеркие поэденетвня на оснс зе программы " МИРАЖ" , которая разработана в Н11ИАСС Украинской Республики.

В испытании выбраны Фрагменты со следующими геометрическими характеристиками:

- ширина - Ь= 4.5 м

- высота - 6.6 м

- толщина У=0.51 м

- коэффициент Пуассона- (11= 0.16 КЭ N-230

Разрушающая нагрузка прикладывалась за 5 шагов при вариантах "А" / К1-Ц.-00 / за 7 иагов при вариантах "Б","В" / К1-13-40, К1-10-70 / В исследовании приняты 3 варианта кладок:

а. Без напряжения'.

б. С тягой, предварительно-напряженной Рпред=1б0 кН

в. С тягой, предварительно-напряженной Рпред=290 кН

В расчете дпя каждого варианта кладой приняты одинаковые сопротивления и яагрузки.

Во время испытаний кирпичные кладки периодически загружены, чтобы использовать результаты о том, как происходят деформации в кирпичных кладках. ;

Принимаем Варианты Фрагментов испитания без тяга /фрагмент КХ-11-00/ и С- ^тягой/фрагмента К1-13-40, КХ-10-70/.

Расчет . элементов производился на действий загружения от собственногр веса, нагрузки рт перекрытия и покрытия, от сейсмики и от напряжения тяга. Здесь :

- От собственного веса кладкн-д= 8.26*10 МПа

- От покрытия-ч=24 кН/пм

- От перекрытия-д=36.4 кН/пм

- От сейсмики- 31=79.2 кН,32=164 кН

- От напряжения тяга/ фрагментах К1-13-40-Рпрод=100 кН, У1-Ю - 70-

Рпред-290 кН/. Нагрузка от сейсмики распределяется ira элемент Фрагмента в уровни покрытия и перекрытия.

Зависимость между нагрузкой и деформацией, ом.рис.5, табл.3.

--i-

Характернстика сопротивлений при испытании: Ёож =2200 МПа Rpac =0.12 МПа Rc* =1.1 МПа

6.6м

вариант Е,В /Фрагмент к!~13-40;К1-10-70/

Рис 4.'

В вариантах без предварительного напряжения перемещение резко увеличилась и при, нагрузках Р1= 47.4 кН и Р2= 98.4 кН пластина разрушилась. А в варианте усиления при натяжении Ъ=-40°С перемещение при нагрузках 47.4 кН и Р2= 98.4 кН \/=2,53мм, в варианте усиления при натяжении t =-70" С перемещение У=2,94 мм при нагрузках 47.4 кН и Р2= 98.4 кН . Отсюда видно, что усиление

кирпичной кладки с предварительно- напряженными Таблица зависимости между нагрузкой и деформацией.

тяжами целесо-

Таблица.З.

Иаг загружения Деформация при различным значением предварительных напряжении V ,мм.

■ без усиления t =-40°'с t =-70* С

1 -0,827 -0,739 -0,850

2 -1,688 -1,532 -1,791

3 -2,966 -2#Ь32 -2,937

4 5 2,378 -3,576 -5,104 -4,006 -6,093

6 -675,5 -7,836 -8,860

7 -69, М -36,134

образно при воздействиям горизонтальной сейсмической нагрузки. Этот метод увеличивает несущую способность кладки.

В нашей стране отсутствуют- материалы, которые увеличивают гцепление кладки, а также,с другой стороны, традиционные методы требуют много материалов. По этим причинам в нашей стране для кирпичных кладов целесообразно .применение предварительно- напряженных тяг. Также можно применять этот метод для увеличения сейсмостойкости существующих зданий.

lili

V /шш/

Рис.5. График зависимости между нагрузкой и деформацией.

—:—1- При условии без применения тяг./вариант"а"/

— - — - 2- При применении тяг,напряженных силой •рпредв=160 кН/вариант "б"/

-- — - 3- При применении тяг,напряженных силой

Рпред=290 КН./.вариант "в"/

\

Результаты исследования внедрены в проектах усиления здания конторы компании "Авто зам" Баянгольского сомона Центрального аймака.' Здание имеет размер в плане 30 х 12 м и площадь 360 м2 и высотой - 3.5 н, выполнено с несуиими кирпичными глиняними стенами толщиной 38, 51, 64 см. перегородками из глиняного кирпича и имеет большую толщину -25 см, ширина простенка 1.16; 1.42; 2.21 м. Покрытие этого здании-из пустотных сборных железобетонных плит. (Сейсмичность площадки -7 баллов. По сейсмическому расчету стена здании не выдержало.

Всего было рассмотрено 3 варианта усиления стены этого эда-Технико-экономические показатели по усилениям здания на всей площади / 1 м2 площади./

таблиц.4.

N Технико-эконом. показатели Номер варианта

А Б В

1 Расход стали "кг" 4448 /12.36 / 6205 / 17.24 / 1270 / 3.53 /

2 Расход бетона М 150 "мЗ" 1.51 /0,004 / ^ 30.0 / 0.083 /

- Сметная стоимость " туг." 820900 / 2280 / 1566930 / 4353 / 1407820 / 3910 /

нии, для которых определены расход бетона и стали по конструктивным элементам. '

-Усиление кирпич1 ых стен с металлическими тягами /варийнт-А/

-То же с металлическими элементами /вариант-Б/

-То же с железобетонными обоймами/вариант -В/

Для их технике ' -эконоимического сравнения между собой

вычислены расхол бетона ,стали и сметная стоимость усиления конструкции /табл.4./. Сравнение расхода материалов и стоимости всех вариантов здания приведены на табл.5.

Сравнение сметных стоимостей усилений здании

Таблица. 5.

N Наименование Сметная стоимость "туг" в том числе "туг"

зарплата материалы механизмы

1 . Вариант "А" механизм/2000 туг/ч 56ч = 112000 туг/ 8209СЮ 18750 6690150 112000

2 . Вариант "Б" механизм/2000 туг/ч 219ч = 438000 туг/ 15669ЭО 63180 1065750 438000

3 . Вариант "В" механизм /2000 туг/ч 338ч = 676000 туг/ 1407820 .129420 602500 676000

Сметная стоимость здания в I варианте снизилась на 47.6% по. сравнении со зданием с усилением стальных конструкции, или . йа 41.7% по сравнению со зданием с усилением железобетонных конструкции. Расход стапи в зданиях с металлическими тягами меньше в среднем на 39,5 % , для чем здания с металлическими элементами.В варианте А расходы бетона 19,9 рад, меньше чем в варианте Б.

-Сокращение трудоемкости работ на строительном площадке.

ч.ч. 2006

912 294

м.ч.

338 — -

В. "В" 219

В. "Б" 56

ь. "А* е. А

в. "Б"

в. "В"

Применение варианта предварительно - напряженных тяг цело-сообраэно по сравнению другими вариантами усиления здания.

Заключение.

В диссертационной работе получены следующие основные резултаты:

1 .Проектирована схема разрушения кирпичных зданий, вызванных наиболее сильными землетресяниями за период 1900-1990г.г.

I

2.На основе проведенного анализа выявлены типовые схемы разрушения кирпичных конструкций. |

3.Проведены исследования на выбору расчетных моделей кирпичных конструкций,работающих на сейсмические воздействия.

3.1 В качестве основного численного метода принят метод конечных элементов.

3.2 На основе эмпирических исслеований построены зависимости между напряжениями и деформациями для кирпичной клапки, имекщеи различные пределы прочности для сжатия и растяжения,

3.3 Полученные нелинейные зависимости а-' использованы япя построения нелинейных уравнений, Ьпксыёакшнх

мированное состоение кирпичной кладки.

3.4 Для решения нелинейных уравнений выбран шаговый метод.

3.5 Б качестве основного инструмента исследований выбран вычислительный комплекс "ДИРЛ", в который автором включены полученные нелинейнные зависимости ¿-6 для кирпичной кладки.

4.Проведен ряд числовых исследований, на основе которых численными методами получены типичные схемы разрушения кирпичных Конструкций, работающих в условиях, повышенной сейсмичности.

5.11а основе ииоговариантных численных исследований выработаны рекомендации по усилению кирпичных■ конструкций, работаюиих в условиях повышенной сейсмичности.

6.Разработанные методы расчета и выработанные, рекомендаций внедрены в ряде проектных организаций Монголий: I - Научно-исследовательский институт Архитектуры и

I '

градостроительства *

- Проектная компания " ТУГУЛДУ-Р ".

- Строительная компания "СУУРЬ"

!

-......................и.тд.

7. Основные положения диссертации отражены в следующих работах':

1. Т.Мупхбаяр, Д.Энхгэрэл.

""Рекомендации по сейсмостойкости кирпичных кладок" НИНАиГ. Улан-Батор .1994 г.

2. Ц.Шараа, Т.Мупхбаяр, Д.Энхгэрэл

" Инструкции по проекированию зданий в условиях повышенной сйсмичности " ШШАцГ. Улан-Батор .1994 г.