автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Напряженно-деформированное состояние трубо-бетонных элементов при кручении и кручении с изгибом

ПОЛТАЕСКИй ИШЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНаЛ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

иКИЕЕНКО Сергея Еикторсвич

УДК 624.016.5

1Ы1РЯНЕКН0-^:0Й11РСБАЙКСЕ СОСГйШЕ ТРУЕС-ЕЕГСННЬК ЭЛЗАЕНТОЗ !Ж КРУЧЕ&Й 11 ШЧЕЖЛ С ИЗГИБОМ

Специальность 05.¿3.01 - Строительные конструкции,

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Полтава 1992

Раэота выполнена на кафедре конструкций из металла, дерева и пластмасс Полтавского инженерно-строительного института.

Научный руководитель

инициальные оппоненты: -

доктор технических наук, профессор Стораженко Л.Я.

доктор технических наук, профессор Л.К.Лукда

кандидат технических наук, доцент Ь'.Ь.Бовдаренко

ведущая организация: - Лсргорстройпроект

(Полтавский филиал)

Залита состоится " .. ... 19ЭЗ года

в . /г7. часов на заседании спецладизйроБанного Совета ...... 6\ .китг б Полтавском инженерно-строительном

институте по едресу: 314501, г. Полтава, Первомайский проспект, 24

I .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан .. .. 1592 г.

Учёный секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук, ^тг^

доцент С^К^ 7 Бондарь Ь.А.

ОаДАЯ ХАРАКГЕШСША РАБОТЫ

Актуальность „.работы. Современный уровень строительного шзводства предъявляет к несущим конструкциям требования вы-1КОЙ надёжности в сочетании с малой материалоёмкостью при из-)товлении и монтаже. Этим требованиям отвечает трубобетоняые инструкции, представляющие собой стальные трубы заполненные '.таком.

Трубобетонные конструкции обладают рядоы преимуществ в равнении с традиционными железобетонными за счёт рационально) сочетания бетона и стали в комплексном сечении. Стальная зуба в трубобетонном элементе выполняет роль продольной и почечной аркатуры. При объёмной напряжённом состоянии в момент ^тери несущей способности бетон воспринимает напряжения, зпастельно превшащие призменную прочность.

Недостаточно исследованной областью работы трубобетова яв-яется его поведение при сложных деформациях, вклпчаощнх круче-ке и крученяе с изгибом. Исследование работы трубобетогашх яементов пра кручении. и круче! пи с изгибом представляет значи-ельный интерес в связи с расширение« области применения трубо-етона, в той числе в сооружениях, >озводааьк шгявя, прсгрес-ивньзш иетодвии.

Таким образом, задача об исследовании кавряжёдай-дефоркн-ованного состояния трубобетошш элементов при кручении а кру-ении с изгибом является актуальной. Решение данной задачи.до-олнит методику расчёта трубобетонных. конструкций а расширят блаегь применения трубобетона а различных сооружениях в геаче-тве нерущих конструкций.

Цель работы: Оценка напрякёшю-дефоргшрованного состояния ■рубобетонных элементов при крученаа. и кручешш с изгибай т |Снове экспериментально-теоретических исследований.

■Автор_задишает:

- методы оценки напряжённо-деформированного состояния тру->обетонных элементов при кручении и кручении с изгибом;

- результаты экспериментальных исследований несушей сго?с~ юсти и деформативности трубобетонных элементов при кратксБре-генном и повторном загружен®! крутящим и изгибающими моментами » зависимости от геометрических характеристик сечений и физи-со-ыеханических свойств используемых иатериаяов;

- результаты опытного проектирования несущих конструкций трубобетона.

Научная новизна работы:

- предложен метод оценки напряжённо-деформированного cocí ния трубобетонных элементов при кручении и кручении с изгибо;

- предложены зависимости для определения несущей способно ти трубобетонных элементов при кручении и кручении с изгибом

- экспериментально исследована работа трубобетонных злеме тов при различных расчётных схемах загруясения крутящим и изг бающим моментами в зависимости от геометрических характерист: сечений и физико-механических свойств используемых материало

- экспериментально исследована работа трубобетонных злеме тов при повторном загружении крутящим и изгибающим моментами

- предложена конструкция установки для и слыть :трубобет ных элементов при загружении крутящим и крутящим с изгибащи моментами.

Практическое значение работы:

- по результатам работы сделан вывод о целесообразности п кенения в строительстве конструкций из трубобетона, испытыва действие крутящего и изгибающего моментов;

- предложен метод расчёта несущей способности таких конст ций;

- выполнено опытное проектирование трубобетонных конструк; испытывающих действие крутящего момента и совместное действи крутящего с изгибающим моментами;

- на основе полученных теоретических зависимостей разрабо на программа расчёта трубобетонных конструкций при кручении ; кручении с изгибом с помощью ПЭВМ.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликован в тринадцати печатных работах.

Апсобация_^аботы. Основные положения диссертации предст; лялись на Украинской республиканской научно-технической конф ренции "Совершенствование железобетонных конструкций, работа: щих на слоясные виды деформации и их внедрение в строительную практику" (Полтаьа, 1989 г.), на 42, 43, 44 научных конферего ях Полтавского ИСК в 19Э0-19Э2 гг., на Всесоюзной конференцш прогрессивные методы ведения проектных и исследовательских i бот при реконструкции стальных каркасов и сооружений" (г. Суз 1991 г.), на Украинской республиканской научно-технической ki

ренцил "Усиление и реконструкция производственных зданий и оружений, построенных в металле" (г. Киев,19Э2 г.).

5бъём_выполненной_2абощ. Диссертация состоит из введения, тырёх глав, заключения, списка литературы из 154 наименования, :его 205 страниц, в то« числе 132 страниц машнописного текста, I рисунков, 12 таблиц, 4 фотографии на 2 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава диссертации посвящена обзору основных отече-■оенных и зарубежных исследований особенностей работы трубобе-¡нных элементов. Известно, что из всех видов косвенного арми-)ванмя железобетонных конструкций, труба-оболочка наиболее эф-¡ятиано обеспечивает работу бетона при объёмном напряжённом

1ст0яши.

К настоящему времени известны работы, посвященные исследо-шияы особенности напряженно-деформированного состояния трубо-гтонных конструкций при различных видах загрудения, О.Н.Алпе-шой, ¡Д.Т.Барк&ви, Ю.Б.Бондаренко, Б.М Ероуде, Г.А.Гамбарова, А.Гвоздева, Н.Г.Добудогло, А.А.Долженко, В.И.Ефлменко, М.М. грбина, Исмаял Дк. Абдуль-Карима, А.Б.Квядараса, З.Н.Кебенко, .И.Кикина, К.Клепеля, Й.Козака, С.Г.Кусябгалиева, А.З.Липато-х, Л.К.Лукяи, А.Э Лопатто, И.Г.Лздковского, В.Ф.Маренина, Г.П. гредерия, В.А.Росновского, Р.С.Садасаровского, Н З.Скворцова, .Й.Стороженко, Б.М Сурдина, Б.А.Трулля, Ь.И.Фонова, д. Д.Чих-адзе, А.-Т.Шагина, К.П.Шапаласа, И.С.Ярового, Сонга Ч., ?.!аса-тды Т., пнга С.Р. и Др. Тазл;1'шё_ теорнЯТ^редс'ГавЛЯЕл;к работу

рубобетоиа под нагрузкой, можно объяснить тем, что трубобетон, отличие от элементов, армированных другими видами косвенной риатуры, не имеет ярко выраженного момента разрушения.

В связи с расширением области применения трубобегонньк онструкцай, которые обладают большей экономической эффектив-остью б сравнении с обычными железобетонными конструкциями, елесаобразно определить область возможного применения трубобе-ока в ряде конструкций, испытывающих действие крутящих момен-оз. Больлей частью кручение в делезобетонных конструкциях во-никает как сопутствующий (вторичный) эффект силового воздей-твия на сооружения. Однако кручение может оказаться главным оэдейетвием внелних сил, например при расчёте бортовых балок,

элементов опор ЛШ в т.п.

Из сказанного вшекожно вделать вывод о необходимости ис следовалия напряжённо-деформированного состояния трубобетонных элементов при деформациях, вюшчашцих кручение. Б настоящее время з области развития методики расчёта трубобетонньк конструкция, испытыващих действие чистого кручения и кручения совместно с другими видами деформаций, известны работы, проводимые в Белорусском политехнической институте, а также исследова н.л, проводим*» в Китае. В результате экспериментально-теорети чесних исследований И смай л Дк. Абдуль-Карима, проведенных в Ы1И под руководством Л.К.Дугой,получены зависимости для опреде -тения несущей способности трубобетонных элементов при чистом кручении я кручении со сжатием.

па основе обзора исследований сформулированы задачи данной диссертационной работы.

Вторая глава посвящена теоретическому исследование напряженно-деформированного состояния трубобетонных элементов при кручении и кручении с изгибом.

Доя вывода теоретических зависимостей оценки напряжённо-деформированного состояния трубобетонных элементов при чистом изучении использовалась расчётная схема элемента, состоящего из сплошного бетонного цилиндра и круговой оболочки-трубы. При нато, что <2-1 я '¿■г - внутренний и внешний радиусы трубы; Эс , &£ - модули сдвига бетона и стали. Поперечное сечение элемента состоит из двух областей: области бетонного ядра и облас ти трубы-оболочки. Окружность радиусом 2 ( принята за линис раздела. Предполагается, что объёмные силы отсутствуют, а ядро г ободочка спаяны между собой. На основании принципа Сен-Вена-на считается, что для скручиваемого стерта, на достаточно большом расстоянии от его концов, напряжения зависят от величины арутяцего момента Т . и не зависят от того, каким образов распределены по торцевш сечениям элемента силы, создающие ото' момент.

Главный момент внешних напряжений, приложенный к основа-

А - ЦК/

т.а. .

гдо У - относительный угол закручивания.

t>'ijf&жёсткость при кручо-

* А ° НИМ.

Vfar, ф- функция кручения.

3 нашем случае, когда начало координат выбрано s центре круговых окружностей <J< и *2г , мы можем принять = const с

Смещения и напряжения определены форотлкла;:

Жёсткость при кручении составного элемента согласно Н.И. Мусхелжшили определится:

D- GsUsc +(Gc-Gs)3c ,

где Jsc~ -zt-z---полярный момент пнерцки трубоЗетокного

** элемента;

и <Гг/'

~ £--полярный тиент кнерцтш - Сетсшюго ядра.

Из основных уравнений теории упругости следует, что в элементе кругового сечения, ограниченном концентрическим окружностями , при кручении поперечные сечения оставтся плоска.с;.

• При решении задачи кручения с•изгибом трубобетонного элемента использовалась расчётная схема элемента с поперечны,i сечением, состоящим из четырёх областей AI, .42, A3, А4, которые характеризуются различными физико-механическима свойствам* материала Сркс. I).

AI - сгатая зона сечения бетона при загруяекии элемента крутящим и изгибащим моментами;

А2 - сжатая зона сечения стали при загрукении элемента крутящим и иэгибащаы моментами;

A3 - растянутая зона сечения бетона-при загружен-.:'/, элемента крутяцим и изгибающим ыиментаик;

А4 - растянутая зона сечения стали при загрутчении елемеи-та крутящим и изгибашрш моментам.

Икея решение для случая кручения составного элемента ц используя реаение для случая чистого изгиба, на основания! принципа суперпозиции оценивается напряжёшо-дефориирс ванное состояние трубобетонного элемента при совместном действии ггруче-

нейтральная

тум

Рис. I. Расчётная схема трубобетонного элемента при крученш с изгибом

Рис. 2. Трубобетонные образцы испытуемые по первой расчётно1 схеме

с изгибом.

Для определения положения нейтральной линии получена а ис-;едована на экстремум :|ункция, описывающая касательные налрл-:ния. Ьыраяение для определения положения нейтральной линии:

сг-У-Ч/'бг; .

Имея все необходимые компоненты для оценка напряжённо-де->рмированного состояния трубобетонных элементов при кручении изгибом определятся искомые перемещения я дефор/.ацяи. Дефор-1ции при кручении с изгибом в катдой из областей:

Коэффициенты в дшшых формулах определяются расчет он по :едлагаемоЯ методика. Нал рвения в каждой из областей каходят-I по закону Рука.

С ростом загружающих моментов Т и М , зависимость з>зду слагающими деформаций и возникающая при этом нлпряжения--! приобретает нелинейный характер. Для учёта пластических де-эрмаций применяется радение, основанное на численном методе временных параметров упругости. При этом используются известие диаграммы СС~ £ и С? - £. для бетона и стали в упругой Зласти и за пределами упругости. Принимается также, что из-зстно, как изменяется с ростом напряжений коэффициент попе-гчных деформаций V . Используя гипотезу ''единой кривой", ринимаем зависимости меэду интенсивностью деформаций и шгген-авностьа напряжений Си - с I подобными ^ £ , СГ-с . Сущность отода переменных параметров упругости состоит з том, что сис-ему уравнений представляют в ферме уравнений теории упругости переменными "параметрами упругости" и применяют метод послэ-овательного их вычисления до заданной точности (метод итера-цй). Б каздом приближении решается упруга:! задача с переменами модулями упругости и едзига, равными секущим модулям, определяемым по деформациям и коэффициенту Пуассона. Нелинейная

зависимость напряжений от деформаций описывается интерполяционной форцулсй Лагранжа, считая, что кривые проходят через наперед заданные точки. Число точек определяется конкретным видом диаграмм, полученных экспериментально. Изменение коэффициента поперечной деформации и модуля деформации бетона, вызванное ростом напряжений, связывается зависимостью:

При кручении с изгибом вычислялись значения модулей деформаций О и Е по четырём областям. Б этой случае при работе элемента а упругой стадии модуль 6 определяется как секу-дкй с лоиоцыз известных диаграмм С для бетона и стали. Осуществляется два итерационных цикла по й и два цикла по £ . ;1нтеисивность деформаций п интенсивность напряжений спределязогся по известным зависимостям, а вместо физических уравнений Гука принимается соответствующие зависимости для упру го-пластической стадии.

При повторных загруженных в железобетонных элементах проявляется пластичесаие деформации. Уяе после первого цикла при »¡/левой внелней нагрузке в бетоне сохраняется напряжённое состояние. При по следующих-циклах нагружения пластические дефор-уыеньощзтея. Это является следствием уменьшения зоздей-с.'зш; гемганентов колрякешя ка изменения величин код/лей деформаций бетона. После п. -го цикла элемент начинает деформироваться упруго, т.е. с увеличением нагрузки в'этом элементе подули деформации нэ изменяется. Изменение модулей деформаций ка каждом из циклов представляется в виде:

- б случае кручения с изгибом

ГЕос^г/А^Г пРи нагрузке; ьп ~ 1 Ебз - при разгрузке,

- в случае чистого кручения

_ I - при нагрузке;

- при разгрузке.

Принимается, что при разгрузке модули деформаций бетона-осг&втся постоянными, а при нагружении, с ростом интенсивности напряжений уменьшаются. Считается, что уменьшение ь

самости от О^д происходит по линейному закону и характеризует-

ся коэффициентами Qn. и : cu = I + ё п ■ ßn /Re .

Параметр характеризует быстроту уменьшения значений модулей деформаций бетона на П.-цикле загрукения: ßn. «J3 / П1*" . ß - параметр, характеризушдей уменьшение EL, G&n с росток 6~ß . Показатель сС определяется в зависимости от уменьшения Ein И Gin. с ростом а . Предлагаемая методика опенки напряжённо-деформированного состояния трубобетонных элементов, кс-пытыващих действие крутящего и изгибающего моментов при кратковременном и повторных загруженная, подробно описывается е диссертации.

Для втаода расчетных формул несущей способности трубобетонных элементов при кручении и кручении с изгибом использовались уравнения главных моментов внешних усилий. Принкгая в качестве предельного состояния начало текучести в стальной трубе, несущая способность грубобетонного элемента при чистом кручении определятся:

т RsGsc 3sc RsfGsSsc+foc-GslJrl

п - коэффициент, учитывающий пластическое состояние бетонного ядра. 1.4- -

Предельное значение крутящего и нзгабащего иоггентов, воспринимаемых трубобетояньи элеаентон при кручении с изгибом:

"Mt

*(Аft ^т^ {¿^М?)) :

Msc= Siß«Rgu>) .

Сосгавлящие данных формул определяются расчётом по предлагаемой в диссертации методике.

Для апробирования предлагаемой методики, с помсаью разработанного алгоритма и программы расчёта на ПЭЬЫ типа IBM PC , был выполнен числовой пример оценки напрякённо-деформ;грованного состояния трубобетонных элементов при кручении и кручении с изгибом. Программа5С ТаВ

написана на яэкк& <

ПйБМ и состоит из II подпрограмм.

Третья глава посвящена экспериментальна! яссиждовакяян трубобетонных элементов при кручении и вручении с изгибам.

В экспериментах использовались трубы-оболочки двух тгпов:

диаметром 102x3 мм и диаметром 159x3,5 ми. Расчётная длина исследуемых образцов 2000 мм. К трубам приваривались тавровые (в случае статического) или двутавровые (в случае повторного загружают) консоли. Размеры консолей и точка приложения нагрузки (мезсдоосевое расстояние О. ) определялись условиями пропорциональности между крутящим и изгибающими моментами. Трубобе-тонные образцы, загружаемые согласно первой расчётной схемы (рис. ¿), имели три консоли для передачи крутящего момента. Данная расчётная схема позволяла исследовать работу трубобетонных образцов при затруднении крутящим и совместно крутящим и изгибавшим моментами, и была принята за основную. При загруже-нии по основной расчётной схеме исследовалась работа образцов в трёх сечениях, расположенных между крайней и средней консолями. При загрукении по второй расчётной схеме испытывались образцы с двумя консолями, расположенными на равном расстоянии от середины пролёта. Расчётное расстояние мевду консолями -ICCG ш. 'Три исследуемых сечения находились между консолями аналогично основной расчётной схема. При загружеиии по данной расчётной схеме исследовалась работа трубобетонных образцов при совместном действии крутящего и изгибающего моментов.

Серии трубобетонных образцов были разделены на 4 группы. К первой группе относились" трубобетонные .образцы, имеющие признанную прочность бетонного дцра Re = lo Mia. Ко второй группе - Ra = 17,5.Ша, к третьей - fig » 19 Ша. Первые две группы испытывались по основной расчётной схеме. Третья группа испдаьшалась по двум расчётным-схемам и включала в себя серии трубобетонных образцов, имеющих различный диаметр труб-оболочек и толщину стенки труб, а такке образцы, имеющие приваренные пластины в полости труб для создания сцепления между ядром и оболочкой. К четвёртой группе отнесены серии трубобетонных образцов, испытуемых на повторное загружение, и имеющие приз-ценную прочность бетонного ядра Rg = 19 '.La.

С целью сравнительного анализа и определения физико-механических свойств используемых материалов испытывались образцы, представляющие собой отдельно стальные трубы и бетонные ядра.

Образцы испытывались с помощью запроектированной и изготовленной установки, позволяющей загружать образцы крутящим моментом по первой расчётной схеме и крутящим и изгибающим моментами по первой и второй расчётной схемам.

Образцы серии ЭСЙ 3-1.1 имели окошко в трубе-оболочке да наблюдения за сцеплением бетонного ядра с трубой в процес-:е загружения образца крутящим моментом. Б отверстии выставляюсь и фиксировалось крепёжное приспособление, имеющее анкер-ие стержни диаметром 3 мл. Второе крепёжное приспособление фиваривалось к поверхности трубы и фиксировало индикатор ча-:овсго типа. В процессе загружения осуществлялись наблюдения :а показаниями индикатора часового типа. Образцы серии ЗСКз-1.1 имели диаметрально расположенные в полости трубы пластины ! местах крепления консолей, позволяющие увеличить поверхность ;цепления бетонного ядра и оболочки в зоне приложения нагрузки.

Для всех опытных образцов по результатам эксперимента бы-ю определено предельное состояние по несущей способности, со-¡тэетстзузощее достижению текучести з крайних волокнах стальной грубы, - под углом 45° к продольной оси при кручении, а сжатой ¡она при изгибе, и в сжатой зоне под углом к образующей три совместном действии изгиба с кручением. При этом деформа-дии_з указанных волокнах достигали значения примерно с =20Сх с 10°. Ньгрузкя соответствующие данным деформациям обозначены ,ерзз и М* . Так как при таких деформациях образцы были :пособны воспринимать нарастающую нагрузку, било введено ещё здно предельное значение нагрузок Г2 иМ 2. , характеризующее значение моментов при деформациях, которые было уке невозможно зафиксировать' прибора;.«, о таблице I приводятся значения крутящих и изгибающих моментов.

По замеренным в процессе эксперимента деформациям,. развивающимся при возрастании нагрузки, построены графики зависимости угловых перемещений от крутящего момента и графини изменения относительных деформаций на'поверхности образцов в трёх течениях. Из всех графиков наиболее характерными для анализа гвляютсл графики развития относительных деформаций под углом

к образующей поверхности образца. Зти деформации представляются графиками трёх типов. Графики первого типа характеризует развитие угловых и линейных деформаций в декартовой системе координат, а второго типа - позволяют судить о распределении аефор^аций по краям сечений. На графиках третьего типа изображаются продольные деформации в разрезе сечения.

лнализнруя полученные экспериментальные зависимости можно заметить, что заполнение бетоном труб узеличивает их яёсткооть

Таблица I .

Несущая способность стальных и трубобетонных образцов при кручении и кручении с изгибом

¿и?р .Диа-серии 'метр .Тол-■цина Иб, . п .Вид де-• 14 ^'формации т., : М1, и, м.

о бразцов:трубы;стен . мл .ки, Ы1а •'¿Па*' кН-м "кН-м кН-м кН-1

* ' мм

I : 2 : 3 4 : 5 : б 7 : 8 9 10

5СЯ1-1 1С2 3 16 332 кручение 9,1 _ 11,8 _

1-2 102 3 1о 332 кручение с 8,9 6,4 II, 3 13,1

изгибом

5Сй 1_з 102 3 16 332 изгиб - 13,2 - 16,1

5Ск 2-1 102 3 17,5 332 кручение 1С,5 13,5 -

5СИ2-2 102 3 17,5 332 кручение' с 10,2 8,7 14,7 12 „

изгибом

5С£2-3 102 3 17,Ь- 332 изгиб - 14,1 - 17,;

SCR 3-1.1 102 3 19 332 кручение 12,1 - 15,8 -

50? 3-2.1 102 3 19 ■332. кручение изгибом с 11,7 14,5 13,1 16,

БО? 3-3.1 102 3 19 . 332 изгиб• - ■19,2 - 23,

5СКЗ-1.2 159 3,5 19 ■ 349 кручение 32,4 37,1 -

5СЯЗ-2.2 159 3,5 19 349 кручение с 31,3 38,7 34,5 42,

изгибом

БСК 3-3.2 159 3,5 19 349 изгиб - 45,1 - 54,

вСЙЗ-АЛ 102 3 19 332 кручение 12,8 - 17,3

5СЙЗ-ВЛ 102 •3 19 332 кручение с II, I 14,2 13,4 15,

изгибом

5СКЗ-С.1 102 3 19 332 повторное 11,3 - 12,4 -

кручение

БСЯЗ-С.г 102 3 19 332 повторное 10,2 13,4 12,4 14,

кручение с

изгибом

51-1 102 . 3 - 332 кручение 7,5 - 10,3 -

52-1 1С2 3 - 332 кручение изгибом с 6,1 - 7,2 -

¿3-1 102 3 - 332 изгиб - 3,8 - 4,

5 1-2 159 3,5 - 349 кручение 14,7 - 16,8 -

Б 2-2 159 3,5 - - 349 кручение с 13,4 - 15,2 -

изгибом

5 3-2 159 <3,5 — 349 изгиб - 13,6 — 14,

при восприятии крутящего момента. При чистом кручении несуща;! способность трубобетонного элемента в 1,5 - 1,7 раза виза, чем у пустых труб. Эффективная работа трубобетонных элементов при чистом кручении обеспечивается совместным действием бетонного ядра и трубц-оболочкл. При определённых значениях нагрузок, з результате уменьшения сил сцепления ядра с оболочкой и перехода стали в упруго-пластическуп стадию работы, происходит постепенное выключение бетонного ядра из работы п возрастающую нагрузку воспринимает труба-оболочка. Надёчшое обеспечение совместной работы ядра и оболочки возмогло благодаря применению специальных конструктивных селений. это особенно нзооходл-,.ю при больших нагрузках. Результаты экспериментальных исследований позволили так.ге установить, в лакей мере кесупал сг.с-собность трубобзтокных элементов при чистом кручении возрастает с увеличением диаметра, толщины стенки трубы и г.вочностп бетонного ядра.

Пел кручекии с изгибом в трубобетонном элемента возникает ело кис о объёмное нащипсёиное состояние, которое улучшает совместную работу ядра л оболочки на зоспраятие крутящего момента за счёт увеличения сил ецэпленлл ке:тду бетоном и сталью.

При кручения и кручении с изгибом с увеличением холгпест-ва циклов повторного загрузенил процесс перераспределен;« деформаций стабилизируется, остаточные дерзр-.гции послз каждого цикла уменьзаютсд, работа трусЗобетонного элемента приближается ?. упругой.

Сравнение экспзржентальных и теоретических значений несущей способности • н деформации показало, что прздлс:;енныз »•«?-тоды расчёта о достаточной точностью позволяют оценить накря-5ёнио-дефор.«роБанкоо состояние трубсбетонных элементов при вручении и кручешы с изгибом з зависимости от ззличлны до:1с:'-зукцих усилий. Вычисленные значен;« деформаций нг.еют расхотде-яие с экспериментальная! данными до 7% и :<ороио согласится з пределах нагрузок ~П и М 1 , определяющих начало техучест:: з стальной трубе.

Четвёртая глава посвяцвна опытному проектированию и оценке технико-экономической эффективности трубобетскных конструкций, работающих при кручении и кручении с изгибом.

Особенности трубобетонных конструкций использовались нами при проектирования различных сооружений. При расчёте трубобе-

:з

тонных элементов в проектируемых совместно с предприятием-фф-мой г. Москвы "Граадгерьер Атриум. Центр Ноу-Хау" атриумных зданиях, с помогаю предлагаемой методики, в числе других нагрузок, учитывалось действие крутящего момента. Предложены оригинальные способы возведения таких зданий. На данные технические решения получены авторские свидетельства № 1746768 и № 1594825.

Пра проектировании каплевидных резервуаров с оригинальной конструкцией оболочки и опорного кольца из трубобетона, опирающегося на трубобетонные стойки, рассчитывалось сечение трубс-йетошюго кольца, испытывающего совместное действие изгибающего и крутящего моментов. О новизне данного технического решения свидетельствует авторское свидетельство $ 1679021.

Одним из видов конструкций, в которых значение крутящего л изгибающего моментов имеет определяющее значение, является конструкции опор ЯШ. В качестве более аффективной в экономическом отношении Полтавскому Ейсному предприятию электросетей предложена трубобетонная конструкция шинного портала. Траверса портала рассчитывалась на совместное действие изгибающего и крутящего моментов при одностороннем расположении проводов с учётом масса гололёда и массы гирлянды. Запроектированы следующие трубобетонные элементы- шинного портала: стойки - из труб диаметрам 219 мм, толщиной стенки 3 мм и заполнением из бетона класса В 30, траверса - из трубы диаметром 160 мм и толщиной 3 мм с заполнением бетоном класса В 30.

Для сравнения технико-экономической эффективности трубо-бетонных конструкций с типовыми железобетонными, получены данные по расход основных материалов в разработанной трубобетонной конструкции и типовой железобетонной конструкции линного портала ПЖ-НОа. Расход бетона в трубобетонной конструкции при меньшей трудоёмкости изготовления в 3,8 рад меньае, чем у типовой железобетонной конструкции расход стали меньае на

ОБЩ ВЫВОДЫ

Настоящая работа посвящена экспериментально-теоретическому исследованию напряжённо-деформированного состояния трубобе-тоннкх элементов при кручении и кручении с изгибом. Основные результаты работы следующие:

1. Предложенная методика на основе проееденных теоретиче-

ских исследований позволяет оценить напряжённо-деформированное состояние трубобетонных элементов, работашрос на кручение и кручение с изгибом при кратковременном действии нагрузки и по-зторных загрукегаях. Б результате вычислений можно определить перемещения, деформации и напряжения в любых точках сечений трубобетонной конструкции с момента приложения нагрузки до её предельного значения.

2. Полученные зависимости позволяют моделировать работу трубобетона в проектируемых конструкциях с учётом совместной работы бетона и стали в комплексном сечении на различных стадиях загруления крутящим и изгибающим моментами, при различных геометрических и фазико-механических характеристиках.

3. На основе методики оценки напряжённо-деформированного состояния выведены формулы, позволяющие определить несущую способность трубобетонных элементов при кручении н вручении с изгибом.

4. Разработанный алгоритм расчёта и программа позволяют оценить с помощью П£Ш напряжённо-деформированное состояние трубобетонных элементов в упругой и пластической стадиях.

5. Запроектированная я изготовленная установка позволяет экспериментально исследовать работу трубобетонных элементов при кручении и кручений с изгибом.

6. Проведенные экспериментаяыдаэ исследования подтверждают полученные теоретические завиашссга. Установлено, что надёжность совместной работы ядра и оболочка ври чистой кручении обеспечивается при применении специальных конструктивных средств, особенно при больших нагрузках. При кручении с изгибом в трубобетонном элементе возникает сложное объёмно-напряжённое состояние, которое улучшает совместную работу ядра и оболочки на восприятие крутящего момента га счёт увеличения сил сцепления между бетоном и сталью.

7. В предельном состоянии, определяемой началом текучести в трубе, трубобетонный элемент продолжает восяриюгиать нарастающую нагрузку.

8. С увеличением количества циклов повторного загруггжя процесс перераспределения деформаций стабилизируется, остаточные деформации после каждого последующего цикла укеньгготся, работа трубобетонного элемента приближается к упругой.

9. По результатам опытного проектир'звшшя сдгят выгод, о

целесообразности и технико-экономической эффективности применения в строительстве трубобетонных элементов для конструкций, испытывающих совместное действие крутящего и изгибающего моментов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Мельниченко A.b., Саркисов С.К., ¿¡¡киренко С.Ь. Применение трубобетонных конструкций в зданиях атриумного типа с наклонными корпусами // Тез. докл. респ. науч.-техн. конф. "Совершенствование железобетонных конструкций, работающих на сложные деформации и их внедрение в строительную практику'-. -Полтава: Б.и., 1939. - С. 57.

2. Шкиренко С.Б. Методика исследования трубобетонных элементов при крученш с изгибом // 42 науч. конф. проф., преп., науч. работников, асп. и студентов Полт. Ш1: Тез. докл. -Полтава: Б.и., 1990. - С. 114.

3. Мельниченко А.Б., Саркисов С.К., Шкиренко С.Ь. Структура экергоэконошчных атриушшх зданий // Сб. тр. Полт. ИСИ. Киев: УМК ВО. - 1991. - С. 158-164.

4. йкиренко C.B. экспериментальное исследование трубобетонных элементов на кручение и на изгиб с кручением //43 науч. конф. проф., преп., науч. работников, асп. й студентов Полт. ИСИ: Тез. докл. - Полтава: Б.и., 1991. - С. 135-136.

5. шкиренко C.B. Объёмное напрянённо-деформированное состояние трубобетонных элементов, работающих на кручение // науч. конф. проф., преп., науч. работников, асп. и студентов Полт. ИСИ: Tei. докл. - Полтава: Б.и., 1991. - С. 138-140.

6. Стороженко Л.И., Шкиренко C.B. Экспериментальные исследования трубобетонных элементов при кручении с изгибом // Тез. докл. науч. конф. "Прогрессивные метода ведения проекта и исследовательских работ при реконструкции стальных каркасо зданий и сооружений". - Суш: Б.и., 1991. - С. 52-53.

7. Стороженко Я.И., Шкирекко C.B. Экспериментальное исследование трубобетонных элементов при малоцикловом действии крутящего момента // 44 науч. конф. проф., преп., науч. рабо ников, асп. и студентов Полт. ИСИ: Тез. докл. - Полтава: Б.и 1ЭЭ2. - С. 143.

8. щкиренко C.B. Расчёт трубобетонных злементов при кру чеши У/ 44 науч. конф. проф., преп., науч. работников, асп.

и студентов Полт. ИСИ: Тез. докл. - Полтава: Б.и., 1532. -

' 9. 1Икиренко C.B. Влияние методики расчёта трубобетонных конструкций при кручении с изгибом на рациональное использование строительных материалов // Сб. науч. тр. Полт. HCl. - Киев: УЖ ЕО. - 1992. - С. 71-77.

10. Барбарский Б.И., Сторокенко Л.И., Нниренко С.З. Работа элементов из стальных труб, заполненных бетоном, при сложных загру^ениях // Пятая Украинская науч. -техн. конф. по металлическим конструкциям "Усиление и реконструкция производственных зданий и сооружений, построенных в металле". - Киев. 16-18 сентября 19Э2. - с. 51-52.

11. A.c. I7467d СССР, Ж1, Е 04 21/14,. Е Я л I/CC. Способ возведения здания и устройство для его осуществления / С.К.Саркиеов, .1.Л.Сторокенко, А.З.Мельниченко, C.I.i-киренко // 25.10.ЬЗ.

12. A.c. 1694825. СССР, ЖИ Е ¿4 21/14. Способ возведения здания л устройство для его осуществления / Л.И. Сторокенко, З.Л.Гиверц, С.В.Мкиренко // 13.03.89; Бал. 3 44 - 30.II.91.

13. A.c. I67902I СССР, ГШ Е 04 H 7/14. КаплевиднкЯ резервуар / Л.И.Стороженко, С.А.Харченко, С.В.ккиренко // 30.10.89; Бил. » 35 - 23.09.9L

14. шкиренко С.Б. Экспериментальные исследования трубобетонных элементов при кручении и кручении с изгибом // Сб. науч. тр. Полт. ИСИ. - Киев: УЖ Б0. - 1992.

С. 144.