автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Напряженно деформированное состояние сборно-монолитных предварительно напряженных кессонных перекрытий непрямоугольной формы

Рутковськл ірішл Зиновіївна

2 1 ФЕЗ 2000

УДК 624.012.46:692.5

НАПРУЖЕНО ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ЗБІРНО-МОНОЛТНИХ ПОПЕРЕДНЬО НАПРУЖЕНИХ КЕСОННИХ ПЕРЕКРИТЬ НЕПРЯМОКУТНОЇ ФОРМИ

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Львів - 2000

Робота виконана в Державному університеті "Львівська політехніка" Міністерства освіти України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Гиідець Богдан Григорович, професор кафедри “Будівельні конструкції та мости”

Державного університету "Львівська політехніка"

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Шагін Олександр Львович, завідувач кафедри ‘‘Залізобетонні та кам’яні конструкції”

Харківського державного технічного університету будівництва і архітектури

кандидат технічних наук, доцент Добрянський Іван Михайлович, доцент кафедри “Інженерне забезпечення”

Львівського державного аграрного університету

Провідна установа:

Науково-дослідний інститут будівельних конструкцій Держбуду України,

відділ теорії і методів розрахунку залізобетонних конструкцій (м. Київ)

Захист відбудеться “17” лютого 2000р. о 14 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 35.052.11 у Державному університеті "Львівська політехніка" (м.Львів, вул. Ст. Бандери, 12)

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державного університету "Львівська політехніка" (м.Львів, вул. Професорська, 1)

Автореферат розісланий “16” січня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради К 35.052.11

Бевз М.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

У пошуках форм перекриття і покриття, які б забезпечили індустріальні«-!», надійність, економічність у зменшенні термінів і вартості будівництва, заслуговують на увагу перехресні конструкції. Перехресні ребристі конструкції перекрить і покрить найбільше можуть забезпечити архітектурну виразність інтер’сру будинку при дотриманні вимог акустики. Практика будівництва показує доцільність використання збірно-монолітних кесонних перекрить (ЗМКП), як одного з видів перехреста систем для цивільних і промислових будинків. До конструктивних переваг ЗМКП необхідно віднести спільну роботу всіх елементів, підвищену жорсткість, краще використання несучої здатності матеріалу, можливість уніфікації елементів, їх серійного виготовлення за сучасними індустріальними методами, а також простоту монтажу.

Незважаючи на ряд переваг, широкого застосування в практиці будівництва ЗМКП не знайшли в зв’язку з недостатньою вивченістю їх роботи, особливо для будинків та споруд непрямокутної форми в плані.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є продовженням багаторічних наукових досліджень, що виконувалися на кафедрі «Будівельні конструкції та мости» ДУ «Львівська політехніка» відповідно до державного "Координаційного плану науково-дослідних робіт з удосконалення методів розрахунку збірно-монолітних залізобетонних конструкцій", прийнятого Державшім комітетом України у справах будівництва, архітектури і житлової політики.

Мста роботи: провести теоретичні та експериментальні дослідження напружено деформованого стану при різних схемах завантаження збірно-монолітних кесонних перекрить непрямокутної форми.

Завдання дослідження:

• виконати чисельний розрахунок і провести аналіз напружено деформованого стаїгу ЗМКП непрямокутної форми з використанням ЕОМ;

• розробити інженерну методику розрахунку ЗМКП непрямокутної форми;

• провести аналіз натурних досліджень ЗМКП непрямокутної форми;

• співставити результати чисельного та фізичного експериментів;

• розробити рекомендації для конструювання збірно-монолітного трьохкон-сольного попередньо напруженого кесонного перекриття непрямокутної форми;

• провести техніко-економічне обгрунтування ефективності застосування ЗМКП непрямокутної форми.

Методи дослідження. Використано комплексний метод дослідження. Теоретичні дослідження ЗМКП підкріплені результатами чисельних розрахунків в середовищі ПК "МІРАЖ" і ПК "ФЕНІКС-2" та експериментальним дослідженням натурної конструкції ЗМКП розмірами 19,8x17,42 м.

Наукова новизна одержаних результатів:

1.Вперше отримано дані про напружено деформований стан ЗМКП непрямокутної форми при їх роботі в пружній та непружній стадіях.

2.Розроблено наближений метод розрахунку ЗМКП непрямокутної форми.

3.Виконано аналіз напружено деформованого стану кесонних перекрить непрямокутної форми при рівномірно розподіленому навантаженні.

Наукові положення, висновки та рекомендації, сформульовані в дисертаційній роботі, є теоретично обгрунтованими; їх вірогідність підтверджена результатами чисельного і фізичного експериментів, проведених з використанням сучасних методів дослідження.

Наукове значення роботи. Розроблено методики чисельного та наближеного інженерного розрахунку ЗМКП непрямокутної форми з балками в трьох напрямках, що розвиває наукові знання про методи розрахунку перехресних систем.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Розроблено рекомендації для вдосконалення конструкцій ЗМКП з балками в трьох напрямках для будівель непрямокутної форми в плані.

2. Запропоновано інженерний метод розрахунку ЗМКП, якій може бути використаний при проектуванні будівель непрямокутної форми.

3. Розроблено рекомендації з технології монтажу збірно-монолітних попередньо напружених кесонних перекрить з балками в трьох напрямках для будівель непрямокутної форми в плані.

Реалізація результатів роботи:

1. Розроблені рекомендації і конструктивні рішення збірно-монолітних попередньо нанружешіх кесонних перекрить непрямокутної форми використані трестом "Львівпромбуд" та Львівським виробничим об’єднанням автобусних станцій при будівництві автостанції №2 в м. Львові по вул.Б.Хмельницького, 225.

2. Результати досліджень ЗМКП непрямокутної форми були застосовані трестом "Дрогобичпромбуд" при будівництві готелю "Бескид" на 420 місць в м.Трускавці Львівської області.

Аппобапія пезультатів дисертації.

Результати виконаних теоретичних та експериментальних досліджень доповідалися та обговорювалися на наступішх конференціях та семінарах :

1. II Міжнародний симпозіум "Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій". Львів-Дубляни. Україна, 1996 .

2. Міжнародна науково-технічна конференція до 125-річчя інженерно-будівельного факультету' ДУ "Львівська політехніка". Львів, 1997.

3. Міжнародна конференція "Проектування громадських і промислових об’єктів 21 століття". Прешов. Словаччина, 1997 .

4. II Miedzynarodowa konfereneja Studenckich Kot Naukowych. XIV Sejmik SKN, Wroclaw, 13-14.05.1997.

5. Третя Міжнародна науково-технічна конференція "Сталезалізобетонні конструкції: дослідження, проектування, будівішптво, експлуатація". Кривий Ріг, 1998.

6. III Міжнародний симпозіум "Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій". Мукачево. Україна, 1998.

7. Науково-технічні семінари на кафедрі "Будівельні конструкції та мости" ДУ "Львівська політехніка" в 1998-1999 рр,

Публікації. По темі дисертації опубліковано 8 друкованих праць, в тому числі 2 статті в Віснику ДУ "Львівська політехніка"; 1 стаття в "Технічних вістях" ДУ "Львівська політехніка"; 4 статті-доповіді на міжнародних та загальноукраїнських конференціях; 1 тези доповідей на міжнародній конференції.

Структура дисертації. Робота складається зі вступу, п’яти розділів, висновків та додатків. Загальний об’єм 178 сторінок, список літератури зі 150 назв на 13 сторінках, 8 додатків на 30 сторінках.

Автор висловлює глибоку подяку науковому керівнику д.т.н., проф. Гнідою Б.Г. та співробітникам НДЛ-23 кафедри "Будівельні конструкції та мости" Завадяку П.П., Кавацюку І.Д., Смуку Б.Р. за допомогу при виконанні експериментальної частини дисертаційної роботи.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується актуальність теми, подається загальна характеристика роботи, розроблена структурно-логічна схема дисертації.

Розділ 1. Огляд конструктивних рішень та методів розрахунку збірно-монолітних ребристих перекрить і покрить непрямокутної форми. Присвячений огляду конструктивних рішень залізобетонних монолітних, збірно-монолітних ребристих перекрить і покрить, які застосовуються в будівництві. Розглянуто конструктивні особливості збірно-монолітних попередньо напружених кесонних перекрить з балками в трьох напрямках. Виконано огляд методів розрахунку перехресних систем. Розрахунку статично невизначених перехресних систем в пружній стадії присвячено ряд робіт, виконаних І.Т.Бубновим, П.Ф.Папковичем, А.А.Курдюмовим, М.П.Шиманським. Були запропоновані наближені методи розрахунку, які стали першою ланкою в теорії автоматизованого проектування перехресних систем. Слід відмітити роботи С.П.Тимошенка, Б.Л.Ніколаі, Г.К.Клейна, С.Б.Смірнова. Серед чисельних методів найбільший розвиток отримав метод кінцевих елементів (МКЕ). До найбільш відомих програм розрахунку можна віднести обчислювальні комплекси “МІРАЖ” та “ФЕНІКС-2”.

Питання, пов’язані з дослідженнями в області розрахунку і проектування збірних і збірно-монолітних статично невизначених залізобетонних конструкцій, розглянуті в працях вітчизняних і закордонних вчених: П.В.Абелеса, Н.Х.Ару-тюняна, І.Н.Ахвердова, В.Н. Байкова, А.Я.Барашикова, Г.І.Бердичевського, В.М.Бондаренко, А.Буракаса, Н.Гійона, Б.Г.Гнідця, А.Б.Голшнева, Г.Г.Гомберга, Ю.П.Гущі, С.А.Дмитрієва, Р.Евеіса, О.В.Зайцева, Г.Канн, Г.В.Кизірія, Ф.А.Клевцова, Ф.Є.Клименка, П.І.Кривошеєва, С.Н.Крилова, А.Б.Кузьмичева, Ф.Леві, Ф.Леонгарда, Я.Д.Лівшица, Т.Н.Ліна, Л.Н.Лубо, В.В.Макарова,

H.С.Метелюка, О.В.Михайлова, П.Л.Нерві, А.Паркера, Т.Н.Петцольда,

I.Є.Прокоповича, Я.Г.Сунгатуліна, О.Л.Шагіна, В.В.Якубовського та ін.

Автором запропоновано конструкцію ЗМКП непрямокутної форми, що

складається із двох видів збіршіх залізобетонних елементів: попередньо напружених балок 1 прямокутного перерізу (120x210 мм, довжиною 4,5-9,0 м) та ребристих трикутних плит 4 розмірами 1,5x1,3м та 1,5x2,28м в плані (рис.1). Ребристі плити складаються з високих ребер 7 висотою 300 мм, консолі 6, низького ребра 5 висотою 90 мм і полички плити товщиною 25мм. Низьким ребром 5 та консоллю 6 трикутні плити опираються на збірні балки 1, а високі ребра 7, які проходять між балками, утворюють бокову опалубку монолітних балок двох інших напрямків.

Робоча арматура монолітних балок у вигляді окремих стержнів або пучків 8 і 9 пропускається між високими ребрами плит через отвори 3, які передбачено в збірних балках. Монолітні балки армуються каркасами 10, стики яких виконуються з перепуском над збірішми балками в вузлах. Палублення для замонолічування перекриття встановлюється у вигляді інвентарних щитів тільки по нижній грані монолітних балок та у швах і підвішується до плит або збірних балок. Після армування та замонолічувашш збірних елементів утворюється перехресна система з балками в трьох напрямках.

Рис.1. Конструктивна схема попередньо напруженого ЗМКП розмірами ¡9,8x17,42м:

1- попередньо напружена балка;

2- бетон замонолічуванни;

3- отвори;

4-ребриста трикутна плита;

5- низьке ребро;

6- кутова консоль;

7- високе ребро;

8, 9-робоча арматура;

10- каркаси

Розділ 2. Розрахунок збірно-монолітного кесонного перекриття непрямо-кутної форми. Досліджуване ЗМКП непрямокутної форми опирається на дванадцять колон. Воно розглядається нами, як просторова конструкція з балками в трьох напрямках, що перетинаються між собою. Така конструкція є статично невизначеною, що робить необхідним застосування чисельних методів для аналізу її напружено деформованого стану. Розрахунок ЗМКП в пружній стадії роботи виконувався в середовищі програмного комплексу (ПК) “МІРАЖ”, а в непружній стадії - з використанням ПК “ФЕНІКС-2”. В обох випадках складено відповідні алгоритми розрахунку.

ПК “МІРАЖ” призначений для чисельного дослідження на ЕОМ міцності та стійкості конструкцій, а також для автоматизованого виконання ряду процесів конструювання. ПК “МІРАЖ” реалізує чисельний метод дискретизації суцільного середовища - метод кінцевих елементів (МКЕ), що реалізується в формі переміщень. Основними етапами вирішення задач за МКЕ є: 1) призначеїшя вузлових точок, де визначаються вузлові переміщення і відбувається розбиття досліджуваної системи на кінцеві елементи; 2) побудова матриць жорсткості; 3) формування системи канонічних рівнянь, яка відображає кінематичну сумісність розрахункової системи; 4) вирішення системи рівнянь та обчислення значень вузлових переміщень; 5) визначення компонентів напружено деформованого стану досліджуваної системи згідно знайдених значень вузлових переміщень. Досліджувана конструкція ЗМКП розбивалася на два основні кінцеві елементи: універсальний стержень (КЕ 10), яким моделювалися головні та другорядні балки, та універсальну трикутну плиту-оболонку (КЕ 42), якою моделювалися плити кесонів. За допомогою програми “МІРАЖ” задача вирішувалась відповідно до розрахункової схеми для різної завантаженості перекриття: 1) від власної ваги; 2) при корисних навантаженнях р = 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 кПа.

87 Розділ 3. Чисельний аналіз роз-

^79 поділу зусиль та прогинів в ЗМКП 7® непрямокутної форми при рівномірно розподіленому навантаженні Результати чисельного експерименту щодо впливу рівномірно розподіленого навантаження на величину зусиль та прогинів в вузлах ЗМКП представлені у вигляді побалочних епюр згинальних та крутих моментів, повузло-вих та побалочних графіків прогинів, а

12 3 4

Рис. 2. Схема ЗМКП (К- колона;

також картин ізоліній прогинів. Розрахунки С- несуча стіна) виконувалися дія двох варіантів опирання

перекриття: 1) на колони; 2) на колони і стіни (рис.2).

При опиранні конструкції за першим варіантом на 12 колон отримано значну нерівномірність в розподілі зусиль між різними частинами перекриття. Найбільш завантаженими виявилися головні балки, що опираються на колони. Максимальні від’ємні згинальні моменти зафіксовані в вузлах 17, 21, 32, 38, 74, 76 головних балок 16-22, 23-83, 30-84, тобто в місцях опирання їх на середні колони (рис.2), і сягають -7,09кН м при корисному навантаженні р=4,0кПа.

4

І, $ N А %

Г- У

-0,12

г о,4 Е

0,8

1,2

й=»~ —Пг О

-Р-Властвапі ; -Орг=І*Па . ;-♦-р=2ІіЬ. • ; • '-А-р=4': •

" |

76 84 В середніх вузлах вказаних

балок (19, 53, 57) спостерігаються найбільші додатні моменти: до 3,83 кН м при р=4,0 кПа (рис. 3).

Найменш завантаженими виявилися крайні головні балки та головні балки 10-15, 31-82 та 39-85, що проходять між крайніми та середніми колонами (головні балки на пружно-осідаючих опорах). В середній частині перекриття спостерігаються порівняно невеликі згинальні момент: до 0,73кНм. Для оцінки

розподілу зусиль між головними та другорядними балками перекриття визначався коефіцієнт співвідношення зусиль у, який знаходився, як відношення модуля згинального момента в головній балці, що проходить через вузол, до суми модулів згинальних моментів в балках всіх трьох напрямів:

Рис. 3. Епюри згинальних і крутних моментів та прогини в вузлах балки 30-84 при рівномірному завантаженні ЗМКП, опертого на колони

|м

(1)

Максимальне значення коефіцієнта у було отримано для вузлів 19, 53 та 57 з найбільшими додатними згинальними моментами (у=0,78). Найменшими значення у є для крайніх вузлів балок 10-15, 31-82, 39-85 (у=0,02...0,08). При переході від крайніх балок ближче до центра конструкції коефіцієнт співвідношення зусиль в аналогічних вузлах опорних балок збільшується, а безопорних, тобто на пружно-осідаючих опорах, - зменшується. Значеїшями крутних моментів можна нехтувати, оскільки для головних і другорядних балок вони не перевищують ±0,24кН-м. При опиранні ЗМКП на колони максимальні за абсолютною величиною прогини спостерігаються в центральних вузлах конструкції 35, 44, 45 (до 3,5 мм при р=4,0 кПа). На консолях значеній прогинів

7

ЗО 38

47

т

57

67

т

76 84

ЗО!)

1200

1500

1500

1500

1500

1200

ЗМ

Рис. 4. Епюри згинальних і крутних моментів та прогини в вузлах балки 30-84 при рівномірному завантаженні ЗМКП, опертого на колони та стіни

дещо менші - до 2,6мм (вузли 2, 3, 61, 71, 70 і 79), проте відносні прогини тут найбільші дня ЗМКП і становлять 1/923 прогону.

Для другого варіанту опирання отримано більш рівномірний розподіл зусиль між балками. Пояснюється це тим, що практично всі головні та другорядні балки мають опирання на несучі стіни. Максимальні від’ємні згинальні моменти виникають в тих самих вузлах, що і при першому варіанті опирання, але абсолютні значення моментів у них на 37,7% менші (4,42кН-м проти 7,09кН-м). Те ж стосується максимальних додатних моментів у вузлах 19, 53, 57 (див. рис.4), які менші на 41,3% (2,25кН м проти 3,83кНм в першому варіанті). При опиранні конструкції на колони і стіни має місце наступна тенденція зміни коефіцієнта у: він зростає по напрямку від країв до

середини балок та по напрямку від консолей до центру ЗМКП.

При опиранні на колони та стіни отримано значно більші величини прогинів в центральному трикутнику 34-36-55 (до 11,38мм) та середніх частинах консолей (до 7,66мм). Це пояснено тим, що стіни знімають вплив консольних ділянок, і ті не працюють, як противага для центральної частини перекриття.

Запропонований інженерний метод розрахунку ЗМКП непрямокутної форми розглядає таке перекриття, як систему перехресних балок в трьох напрямках (рис. 5). Балки розраховуються, як нерозрізні, на жорстких і на пружно-осідаючих опорах. Для їх розрахунку запропоновано застосовувати емпіричні коефіцієнти к та а (а =1/к), що залежать від розташування вузла в балці.

Рис. 5. Розрахункова схема ЗМКП непрямокутної форми:

1 - головні балки;

2 - трикутні ребристі плити;

3 - другорядні балки; а і — відстань між головними

балками центральної частини; а2 - те ж, консольної частини;

Ь, с - відстань між другорядними балками різних напрямків

Тоді значення згинального моменту в тому чи іншому вузлі ЗМКП можна знайти за формулами (2) і (3):

Мі = ^ її2 /к;)ха ; М2 = (д ///к^хЬ; Мз = (д // /к^хс ( 2 )

М} = аі д 11 а ; М: - а-, д // Ь ; М3 = а3 q 13 с ( 3 )

де д - повне навантаження на 1 м2 перекриття (з врахуванням власної ваги).

Розділ 4. Експериментальні дослідження конструкції збірно-монолітного кесонного перекриття непрямокутної форми. При дослідженні натурної конструкції збірно-монолітного перекриття ставилися наступні задачі: 1) оцінити міцність, жорсткість і тріщиностійкість елементів конструкції та вузлів їх з’єднати; 2) оцішгги розподіл зусиль та прогинів в пружній і непружній стадіях роботи; 3) виявити характер напружено деформовоного стану елементів; 4) виявити особливості технології виготовлення збірних елементів і монтажу кесонного перекриття.

Рівномірно розподілене навантаження на перекриття виконувалося з допомогою фундаментних блоків через п’ягиярусну систему траверс. Завантаження перекриття проводилося за двома схемами: за першою схемою послідовно завантажувалася середня шестикутна частіша перекриття, потім праве трапеце-подібне крило консолі; за другою схемою - спочатку ліве крило консолі, а потім середня частина. При випробуванні ЗМКП замірялись: прогин і вигин контурних балок (індикаторами годинникового типу з ціною поділки 0,01 мм); прогини в вузлах перетину' балок (прогиномірами системи Аістова з ціною поділки 0,01 мм); деформації бетону і арматури (переносними компараторами на базі 150 мм та

200мм відповідно); ширина розкриття тріщин (переносним мікроскопом з ціною поділки 0,05мм). Розташування приладів приведено на рис.6.

40-81, 49-86, які оперті на крайні колони, прогини дорівнювали 0,1-0,4 мм. В цілому, при навантаженні 1,0/0 кПа конструкція перекриття працює в пружному стані без розкриття тріщин. Це підтверджується майже однаковими величинами прогинів в експерименті та в лінійному' чисельному розрахунку. Моментом тріщиноутворення можна рахувати навантаження 2,5кПа в середній частіші та ІкПа на правій консолі. Перші тріщини з шириною розкриття 0,05 мм утворилися в вузлі 45 в місцях примикання збірно-монолітних балок до збірних по нижній грані. Тріщини були зафіксовані також у вузлах 46, 55 примикання збірних балок по нижній грані та в вузлі 56; ширина розкриття всюди становила 0,1 мм. При цьому навантаженні в місцях з’єднання середньої частини та консолей в вузлах 19, 57, 53 було виявлено тріщини в попередньо напружених балках (ширина розкриття 0,1 мм).

Експлуатаційний стан перекриття оцінювався при навантаженні 2,5/3,3 кПа. Спостерігалося збільшення прогинів в вузлах 12,13, 52, 58,63,68 до величини 0,8-1,3 мм, що пояснюєіься появою в них тріщин шириною до 0,1мм. У вузлах 53,19, 57, 36, 55, 34,44 значення прогинів практично не збільшилися. Це говорить про включення в роботу другорядних балок, і про те, що в системі перекриття проходить перерозподіл зусиль.

При збільшенні навантаження до 3,8/3,3 кПа, величина прогину в вузлах 34, 36, 55 зростає до 3,6-4,2 мм, а в вузлі 44 - до 5,0мм. Ширина розкриття тріщин в цих вузлах досягла 0,35мм.

Результати досліджень представ-

7д лені графіками прогинів (рис. 7, 8).

61 50 <

70 Перша схема. Завантаження

^середньої частини перекриття корисним навантаженням 1,0 кПа привело * до підняття крайніх вузлів 1, 4, 50, 80,

60, 87 на 0,2-0,7 мм, а також до підняття вузлів 10, 15, 31, 82, 39, 85, 16, 22, 84 в монолітних контуршіх балках на 0,7-1,0 мм (рис.7). В середній частині перекриття (вузли 34, 36, 55, 44) прогини становили 1,8-2,0мм. Прогини в консольних частинах у вузлах 12, 13, 52, 63, 58, 68 складали 0,5 мм, а в вузлах 7, 62, 69 балок 5-9,

р, кПа

I мм

/, лш

експеримент непружпий розрахунок

И в чисельнику - завантаження середньої частини, 1,0 в знаменнику - завантаження консольної частини

Рис. 7. Графіки прогинів в вузлах ЗМІСТІ (перша схема завантаження)

На останньому ступені завантаження конструкції (3,8/4,6кПа) спостерігається наступне: у вузлах 10, 15, 31, 39, 82, 85 зафіксовано вигини до 2,0 мм, а в вузлах 16, 22, 84 - до 3,0 мм, прогин в середньому вузлі 44 збільшився до 6,5 мм, а ширина розкриття тріщин досягла 0,45 мм. Величини прогинів в вузлах 34, 36, 55 порівняло з попередньою стадією завантаження збільшились незначно, до 4,0-4,8мм, що скаладає в середньому 1 /1700 прогону. Таким чином, проходить відповідний перерозподіл між вузлами, і в роботу включаються головні, другорядні та монолітні контурні балки 1-50, 4-60, 80-87.

Друга схема. При завантаженні лівого крила консолі нормативним навантаженням 2,2кПа спостерігалося наступне: в крайніх контурних балках вузли 1, 4, 60, 87 піднімалися вверх на 0,3-0,5мм, а в вузлах 16, 22, 84 вигин складав 0,2-1,0 мм; в проміжксвих головних балках, які защемлені в контурні монолітні балки, вигини в вузлах 85, 39, 10,15, 31, 82 складали 0,2-1,2мм (рис. 8). У вузлі 19 балки 16-22 вигин становив 0,2 мм, а в вузлах 53 та 57 балок 23-83 і 30-85 прогин склав

0,3-0,7мм. Прогин у вузлах 34, 36, 55 центральної частини становив 0,1-0,9мм, тріщин виявлено не було, отже, перекриття працювало в пружній стадії.

f мм

/ мм

експеримент непружний розрахунок

¡•8 в чисельнику - завантаження середньо! частини, 4,6 в знаменнику - завантаження консольної частини

Рис. 8. Графіки прогинів в вузлах ЗМКП (друга схема завантаження)

При навантаженні 1,9/3,5 кПа спостерігалося збільшення вигину в вузлах 1, 4, 60, 87 до 0,7-1,2 мм, а у вузлах 16, 22, 84 - до 1,5-2,2мм. Підняття в згаданих вузлах пояснюється тим, що в роботу включаються бачки 16-22 та 30-84, які оперті на колони і консолями піднімають вузли 16, 22, 84 контурних монолітних балок. Деформації бетону в головній балці 42^43 в нижній розтягненій зоні відповідали £і=(5-7)х10' 5; 0^=14 МПа, деформації бетону' на рівні центру арматури ^=2х10'5 в зоні контакту балки з плитою £„=(8-12)х10~5 і в стисненій зоні ^=5хЮ-5. При навантаженні 1,9/3,5 кПа перекриття працювало в непружній стадії, прогини в центральному трикутнику 34-36-55 сягали 0,6-1,2мм, що пояснюється появою тріщин в вузлі 34 з шириною розкриття 0,15 мм.

Для визначення граничного стану ЗМКП його випробовували при завантаженні 3,8/4,6кПа. Прогини в вузлах 19, 57, 53 становили 2,9-4,8 мм. Деформації бетону і арматури в головній балці (вузол 53) по нижній розтягненій зоні відповідали £а=38х10~ 5, г*=23х10~5, на рівні центру арматури £о=42х10~5, о>= =45 МПа, в стисненій зоні £і=25х10'5, а3 =50 МПа. При цьому навантаженні в центральному трикутнику 34-36-55 прогини досягали 4,0-5,7мм, що викликано розкриттям тріщин в розтягненій зоні до 0,3-0,45мм. Отримані експернмеїггальні значення прогинів для переважної більшості вузлів узгоджуються з результатами чисельного розрахунку в непружній стадії з використанням ПК "ФЕНІКС-2".

Розділ 5. Техніко-економічна ефективність збірно-монолітного кесонного перекриття непрямокутної форми. Для попередньо напружених кесонних перекрить об’єктивний аналіз може бути зроблений з прив’язкою до конкретного об’єкту з врахуванням конструкцій монолітного контурного поясу, фундаментів, грунтових умов і т.п. Задача вирішувалася з використанням програмного комплексу “АВК-2” , згідно якого отримано всю номенклатуру затрат, які визначають вартість і трудоємність виготовлення монолітного, монолітно-збірного та збірно-монолітного кесонних перекрить “в роботі” для подальшого використання в проектуванні. В якості монолітно-збірного варіанту прийнято перекриття Стрийського автовокзалу в м.Львові з розмірами в плані 45x39м і площею 1148 м2. За монолітний варіант прийнято перекриття, ідентичне до запропонованого ЗМКП, тобто з розмірами в плані 19,8x17,42мта площею 205,3 м2.

Переваги досліджуваного ЗМКП визначалися наступними факторами: оптимізацією розмірів перекриття та мінімізацією його висоти; зменшенням трудоємності за рахунок значно меншої кількості встановлюваної опалубки та об’ємів ділянок замонолічування; використанням бетону та арматури оптимального класу, що відповідають умовам виготовлення, монтажу та експлуатації конструкції. Питома витрата бетону на їм2 перекриття для збірно-монолітного варіанту становить 0,190 м3/м2, що на 7,4% менше ніж для монолітного і на 13,7% - ніж для монолітно-збірного. Більша різниця спостерігається за арматурою, якої витрачається для ЗМКП 21,0 кг/м2 проти 31,4 кг/м2 для монолітного та 33,4 кг/м2 для монолітно-збірного перекриття. Найбільша економія в ЗМКП досягається за витратою лісоматеріалів. В розробленому збірно-монолітному варіанті їх питома втрата па одгапщю площі складає 0,028 м3/м2, що в 2,25 рази менше, ніж в монолітно-збірному варіанті та в 2,78 рази - ніж в монолітному.

Основна заробітна плата на одиницю площі перекриття для збірно-монолітного варіанту також найменша - 1,39грн/м2, тоді як для монолітного перекриття ця величина становить 1,94 грн/м2, а для монолітно-збірного - 1,88 грн/м2.

Повна кошторисна вартість запропонованої конструкції перекриття з врахуванням накладних витрат та планових нагромаджень становить в цінах 1997 року 10760 грн або 52,41 грн/м2. Для монолітного варіанту цей показник складає 81,26 грн/м2, що на 55% більше, а для монолітно-збірного - 89,42 грн/м2 (більше на 70,6%).

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Розроблено алгоритм та методику розрахунку ЗМКП непрямокутної формі в пружній та непружній стадіях роботи з використанням існуючих програмню комплексів “МІРАЖ” та “ФЕНПСС-2”, розроблених НДІАСБ Держбуду України.

2. Проведено чисельний розрахунок ЗМКП для двох варіантів опирання: ні колони; на колони і розташовані по периметру несучі стіни. Отримано величині згинальних, крутних моментів і прогинів у всіх вузлах від власної ваги те корисного навантаження в межах від 0,5кПа до 4,0кПа. Найбільші згинальн моменти отримані в місцях опирання головних балок на середні колони, причому при першому варіанті опирання вони на 37,7% більші (7,09кН-м проти 4,42кН м) Для оцінки перерозподілу зусиль в перехресній системі визначався коефіцієш співвідношенім зусиль 7 між головними та другорядними балками, який приймас максимальне значення в вузлах 19, 53, 57 (до 0,78 при першому варіанті опиранні та до 0,87 - при другому). Значно більші прогини в центральній частині ЗМКП прі; другому варіанті опирання (11,38мм проти 3,5мм в першому) пояснені тим, ще стіни знімають вплив консольних ділянок перекриття, і ті не працюють, як противагг для центральної частини перекриття.

3. Запропоновано спрощений інженерний метод розрахунку ЗМКП; отримане емпіричні коефіцієнти для наближеного визначення максимальних зусиль в характерних перерізах конструкції.

4. Розроблено натурну конструкцію ЗМКП розмірами 19,8x17,42м. Результати експериментальних досліджень при двох схемах завантаження підтвердили адекватність фізичної та розрахункової моделі. Проведено оцінку напружено деформованого стану елементів конструкції на всіх стадіях роботи, а також враховано вплив фізичної нелінійності бетону на розподіл зусиль в системі. Показано, що при навантаженнях до 2,5кПа перекриття працює в пружній стадії, а при більших навантажеїшях з появою тріщин з’являються непружні ефекти.

5. Експеримент підтвердив доцільність введення в монтажній стадії додаткових проміжкових опор, що забезпечує міцність, жорсткість та тріщиностійкість збірних балок пониженої висоти.

6. Порівняння техніко-економічних показників розробленого ЗМКП з аналогічними за формою монолітним та монолітно-збірним перекриттями показало перевагу ЗМКП за загальною будівельною вартістю їм2 перекриття, матеріаломісткістю, трудомісткістю, а також тривалістю будівництва.

7. Результати роботи знайшли впровадження при будівництві автостанції №2 в м. Львові та готелю “Бескид” в м.Трускавці.

Основні положення дисертації опубліковані в наступних роботах:

1 .Рутковський З.М., Рутковська ІЗ. Вплив уніфікації конструкцій на техніко-економічні показники збірно-монолітних кесонних перекриттів // Вісник Державного університету ’’Львівська політехніка”. Резерви прогресу в архітектурі та будівницгві-1996.- N»310 -С. 106-108.

2.Рутковський З.М., Рутковська 1.3. Тріщиностійкість попередньо напружених кесонних перекрить з балками в трьох напрямках //II Міжнародний симпозіум "Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій". Львів-Дубляїш,- 1996- С.261-263.

3.Рутковська І.З., Рутковський З.М. Аналіз раціонального розташування другорядних балок у кесонних перекриттях // Збірник наукових статей. Проблеми теорії і практики будівництва.-ДУ"ЛП".-1997.- Т.1. -С. 179-181.

4.Rutkovskaja I.Z., Rutkovskij Z.M. Proektirovanije sbomo-monolitnych kessonnych perekrytij dlja obscestwennych zdanij nepriamougolnoj formy v plane //Tecynicke Vykresy pre 21 storocie. Presov.Slovensko.-1997- S.202-206.

5.Rutko\vska Irena. Zelbetonowe zespolonc stropy kasetonowe // II Miedzy-narodowa konferencja Studenckich Kol Naukowych. XIV Sejmik SKN, Wroclaw 13-14.05.1997,-s.34.

6.Рутковська 1.3. Дослідження збірно-монолітного кесоїшого перекриття шестикутної форми розмірами 18x20 м. // III Міжнародний симпозіум "Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій". Львів-Мукачево,-1998,- С.531-534.

7.Гнідець Б., Рутковська І. Результати випробовувань двоконсольного збірно-монолітного кесонного перекриття розмірами 17,42x20,0 м // Збірник наукових статей. Сталезалізобетопні конструкції: дослідження, проектування, будівництво, експлуатація. Кривий Ріг.-1998,-С.61-65.

8.Чабан В., Дубук В., Рутковська І. Математичне моделювання тештообробки залізобетонних конструкцій методом індукційного нагріву в опалубці // Технічні вісті.-Львів.- 1999.-1(8) - 2 (9).

АНОТАЦІЯ

Рутковська 1.3. Напружено деформований стан збірно-монолітних попередньо напружених кесонних перекрить непрямокутної форми,- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди.-Державний університет "Львівська політехніка", Львів, 2000.

Дисертацію присвячено теоретичному та експериментальному дослідженню напружено деформованого стану ЗМКП непрямокутної форми при різних схемах навантаження. Розроблено алгоритми та приведено методику розрахунку ЗМКП в пружній та непружній стадіях роботи з використанням програмних комплексів “МІРАЖ” і “ФЕНПСС-2”. Чисельний розрахунок ЗМКП від рівномірно розподіленого навантаження виконано для двох варіантів опирання: на 12 колон; на 12 колон та розташовані по периметру несучі стіни. Визначено коефіцієнт співвідношення зусиль між головними та другорядними балками для різних вузлів ЗМКП. Запропоновано інженерний метод розрахунку перекриття. Дослідження натурної конструкції розмірами в плані 19,8x17,42 м підтвердили адекватність фізичної і розрахункової моделі для пружної та непружної стадій. Враховано вплив фізичної нелінійності бетону на розподіл зусиль в системі. Подано переваги запропонованої конструкції ЗМКП у порівнянні з аналогічними монолітним і монолітно-збірним варіантами за основними техніко-економічними показниками.

Ключові слова: напружено деформований стан, збірно-монолітне кесонне перекриття (ЗМКП), розподіл зусиль, коефіцієнт співвідношення зусиль, головні та другорядні балки.

АННОТАЦИЯ

Рутковская И.З. Напряженно деформированное состояние сборномонолитных предварительно напряженных кесонных перекрытий непрямоугольной формы.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, строения и сооружения.-Государственный университет "Львивська политэхника", Львов, 2000.

Диссертация посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию напряженно деформированного состояния сборно-монолитного кесонного перекрытия (СМКП) непрямоугольной формы в плане при различных схемах загружения.

В первой главе изложено состояние вопроса, обобщены и проанализированы конструктивные решения и методы расчета перекрестных систем. Показано, что существующие методы расчета и рекомендации по конструированию не позволяют в достаточной степени учесть особенности работы таких конструкций и достоверно оценить их напряженно деформированное состояние.

Вторая и третья главы посвящены расчету и теоретическому исследованию СМКП непрямоугольной формы. Разработаны алгоритмы и методика расчета СМКП с помощью программных комплексов «МИРАЖ» и «ФЕНИКС-2» в упругой и неупругой стадиях работы. Численный расчет СМКП при равномерно распределенной нагрузке проводился для двух вариантов опирания перекрытия: на 12 колонн; на 12 колонн и расположенные по периметру несущие стены. Результаты численного эксперимента представлены в виде побалочных эпюр изгибающих и крутящих моментов, узловых и балочных графиков прогибов, а также изолиний прогибов. Максимальные изгибающие моменты возникают в местах опирания перекрытия на колонны. Значениями крутящих моментов в главных и второстепенных балках можно пренебречь. Для оценки распределения усилий определен коэффициент соотношения усилий у между главными и второстепенными балками. Суть предложенного инженерного метода расчета состоит в том, что балки расчитываются как неразрезные, на жестких и упруго-оседающих опорах. Для расчета максимальных усилий в характерных сечениях конструкции предложен эмпирический коэффициент к, значение которого зависит от размещения узла в балке.

Экспериментальные исследования, проведенные при разных схемах загружения, дали возможность оценить напряженно деформированное состояние элементов исследуемой конструкции СМКП размерами 19,8x17,42м.

Полученные значения прогибов для большинства узлов хорошо согласуются с результатами численного эксперимента с учетом влияния физической нелинейности работы бетона. Трещины в балках не превышали допустимых норм; а картина их распределения и ширина раскрытия соответствуют расчетным данным. Отсутствие видимых разрывов свидетельствует о том, что конструкция работает, как монолитная, и подтверждает надежность предложенной конструкции перекрытия во всем диапазоне исследованных нагрузок. При сооружении перекрытия была отработана технология монтажа при введении временных опор под сборные балки пониженной высоты для обеспечения их прочности, жесткости и трещиностойкости в стадии эксплуатации.

Технико-экономическое сравнение СМКП с аналогичными по форме монолитным и монолитно-сборным кессонными перекрытиями показало преимущество разработанной конструкции по таким показателям, как общая строительная стоимость 1 м2 перекрытия, материалоемкость и трудоемкость, что достигается за счет меньшего колличества устанавливаемой опалубки и участков замоноличевания, использования бетона и арматуры оптимального класса, отвечающих условиям изготовления, монтажа и эксплуатации конструкции.

Основные результаты работы нашли применение при проектировании и строительстве автостанции № 2 по ул. Б.Хмельницкого во Львове и гостинницы "Бескид" в г.Трускавце.

Ключевые слова: напряженно деформированное состояние, сборно-

монолитное кесонное перекрытие (СМКП), распределение усилий, коэффициент соотношения усилий, главные и второстепенные балки.

THE SUMMARY

Rutkowska I.Z. Stress-deformed state of the built-up-monolithic prestressed caisson-shaped floor systems of non-rectangular form. - Manuscript.

Thesis for a candidates degree by speciality 05.23.01 - building constructions, buildings and constructions.- State University "Lvivska politechnika", Lviv, 2000.

The dissertation is devoted to the theoretical and experimental investigation of stress-deformed state of the built-up-monolithic caisson-shaped floors of non-rectangular form in plane at various loading sheems. Algorithms and methodics of BMCF calculating in linear and nonlinear stage of work with help of programm complexes "Mirazh" and "Fenix-2" were elaborated. Numerical calculation of BMCF at the evenly distributed loadings is fulfilled for two variants of leaning up: on 12 columns; on 12 columns and walls. For estimation of effort’s redistribution in system was defined effort’s correlation coefficient between the main and secondary beams. Engineer method of the floor calculating is proposed. Investigations of the nature construction measuring 19,8x17,42 m confirmed the physical and calculating models adequateness: the influence of concrete nonlinearity on the effort’s redistribution was taken into account. Advantages of proposed BMCF at the main technical and economical indices in comparison with the similar monolithic and monolithic-built-up floors were shown.

Key words: stress-deformed state, built-up-monolithic caisson-shaped floor (BMCF), effort’s distribution, effort’s correlation coefficient, main and secondary beams.