автореферат диссертации по строительству, 05.23.17, диссертация на тему:Напряженно-деформированное состояние железобетонных секториальных оболочек с учетом нелинейной ползучести

Р Г Ь О А 1 6 окт 1в05

Министерство высшего и среднего сг.сциал:>н«го обрглопашгя ])СС1'уГ).'1Ш{ц У:!Г>ек;;еп-п

С А МАРК Л Н Д С КII -1 ГССУДЛРСТЗЙПШ-.Ш ЛГХЯ'Г^КТ.УРНО-СТРОИТЕЛЬНЬШ ИНСТИТУТ имокл 7Л\П-йЯ ГЛйУГЗ _5«А

На пр;)/!;:>: ¡п'кошюм УДК (',44:. О г4: Г>3!5. 376

КОСПМОВ ТУРАБОИ КОСГШЗБИЧ Т:

напряженно-дефордшровлнног, состояние " железобетонных секторил.пьпых оболочек; -с учнтод1 нелинепнои ползучести

Специальность 05. 23. 17 СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХЛШЖА ]

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учеиол «к:«

кандидата технических каук . >

С а и а ■) !! а п

I 9 9 Г) г о д.

Работа выполнена в научно-производственной лаборатории «Простраанственное конструкции-и сейсмостойкость сооружений» СамГАСИ им. М. Улугбека Г(а>чиые руководители:

Академик АНРУз, доктор технических на\*к, профессор Т. Ш. ШИРИНКУЛОВ доктор технических наук, профессор С. Р. РАЗЗАКОВ Официальные оппоненты:

Академик АНРУз, доктор технических наук, профессор Я. Н. МУБАРАКОВ ' кандидат технических наук, доцент

к. исмоиилов

Ведущая организация:

Узбекский научно-исследовательский и проектный институт типового и экспериментального проектирования жилых н общественных зданий им. X. Асамова (УзЛИТТИ).

Защита, диссертации состоится «¿¿р » ¿?/сег/%&£_1995 г.

ъ с @о мин. заседании Спецнализировагшого совета

К. 0Г)7. 90. 21: в Самаркандском Государственном Архитектурно-Строительном Институте по адресу: 703047, г. Самарканд, ул. 'Лолазор, 70. СамГАСИ, ауд. № _

С диссертацией можно ознокомиться в библиотеке СамГАСИ им.: ДА. Улугбека.

Автореферат разослан « £О » р^^р 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета по строительной механике

к. т. и., доцент —М- Исматов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тепы. В настоящее время теория и практика ;ельстЕа железобетонных оболочек покрытий получила высгкяй урезонь газЕития, о чем свидетельствует применение этих конструкшй з раг-итчных регионах. Среди многих типов большепролетных покрытий щирское ■аспространение получили железобетонные оболочки, очерченные по ед::-loíi геометрической поверхности.

векториальные оболочки, позволяющие создавать архитектурно-выраг::-■ельные здания различного назначения, очерченные по еяежнкм пересекающимся поверхностны, получают применение только в последнее вре.\;л. {ежду тем, проведенный анализ проектирования и строительства с ггрп-¡енеяием таких оболочек показал, что они обеспечиваю? налменыг::;: -бъем сооружений, экономичны по расходу материалов и затратам труда :ри возведении.•

', районах Средней Азии оболочки для покрытий общественных здании юзводятся с глубокой древности, начиная с XIII зека. Здесь эоззеде-ы оболочки различных геометрических форм из местнах строительных атериалов, пролетом от 10 до 36м и более. Сохранение эти;; ансамблей ;о НЗЛЛ-1Х дне1Г7сзидетельствует о долговечности и надежности прост-акственных систем для. районов с резко континентальными клн!лат:пес-

1ИМИ УСЛОВИЯМИ.

последние годы в результате экспериментально-теоретических исгле-ований разработаны методы расчета"оболочек в упругой и пластической тадиях, в которых не учитываются реальные условия эксплуатации онструкций. В действующем "Руководстве по проектировании хелезебе-онных пространственных конструкций покрытий и перекрытий" не в полой мере отрачея учет реальных эксплуатационных условий. Ке учпт-за-тся многочисленные факторы, связанные со старением и наследствек-сстью, бетона, условиями работы конструкций в 'различных климзти-эс-ких условиях. Поэтому развитие инженерных методов расчета ебтло-ек с учетом изменяющихся свойств железобетона во'Ерекэзш является ктуальной задачей.

связи с этим важное • народнохозяйственное значение приобретает зеширениэ индустриальной базы жилищного строительства в регионах с благоприятными климатическими условиями, решение проблемы перекры-ия зданий больших пролетов, внедрение архитектурно-выразительных зрм оболочек, обеспечение зспрасов их экономичности и зкоплуатацп-

:нньг:-: качестг, разработка новых эффективных' методов расчета, что целесообразно и необходимо для практики применения железобетонных обо-

«Г '""¡^

Цельи чэссертационной работа является: развитие эффективных ^гсдов расчета нзпряженно-дефсрцировааного состояния и устойчивости секториальных оболочек ив . желееобетонз при кратковременном и длительном действии нагрузок с учетом нелинейных деформативных свойств материала и специфических особенностей железобетона. Для достижения этой цели решены следующие задачи:

- разрзботанз методика расчета напряженно-деформированного состояния •гектсриальных железобетонных оболочек с учетом нелинейной ползучести бетона, трещинообраеования и наличия армзтуры;

- разработана методика определения критической нагрузки рассматрива-емгй оболочки в процессе деформирования на основе исследования устойчивости;

- сцененз несущая способность гладких и ребристых секториальных оболочек при местном рззрущении;

- построен алгоритм расчета.для оценки напряженно-деформированного состояния и устойчивости оболочек;

- выполнен .анализ результатов экспериментальных исследований, сопоставлены результаты теоретического "расчета с данными эксперимента.

Научная новизна работы состоит в том, что

- разрзбэтанны методы расчета напряженно-деформированного состояния п устойчивости железобетонных секториальных оболочек с учетом нелинейной ползучести бетона и наличия трещин в растянутой зоне;

- получена разрешающая система уравнений секториальных оболочек, основанная на теории гибких оболочек из нелинейно-деформированного материала;

- построена система разрешающих уравнений деформированного состояния секториальных оболочек, на основе которой получено условие потери их устойчивости при длительном вагружевии;

- получении данные о влиянии нелинейной ползучести и трещинообра-зованил нз деформативные свойства и устойчивость секториальных оболочек из железобетона.

Практическое значение. Проведенные исследования позволяют Еести оценку напряженно-деформированного состояния секториальных железобетонных оболочек при кратковременном и длительном загружен!:!-.." Разработанная методика расчета может служить.основой для назначения дли-

тельной критической нагрузки при проектировании железобетонных пространственных конструкций. Построенные на основе разработанных в диссертации алгоритмов методы расчета обладают высокой эффективностью и. надежностью, относительно небольшим временем счета на SEM :: позволяют применять стандартные программы. Полученные результаты исследования способствуют дальнейшему развитию инженерных методов расчета пространственных конструкций, открывая реальную возможность ппрокого 'внедрения эффективных конструктивных решений сектсрпальных :болочек для строительства в различных регионах.

Достоверность научных положений и выводов.

Расчетные предпосылки и принятые нелинейные законы деформпроза-:ия основаны на обаирных экспериментальных данных о поведении vare-иаяов и конструкций. Принятые расчетные схемы и модели отражают педофику поведения конструкций и их элементов, учитывают гее огневые особенности их работы при кратковременных, и длительных стат::-еских загруженная. Расчетные зависимости получены е результате грогсго решения задач в соответствии с приняты»,«-! предпосылками :i зделями.

зетатечная точность расчетной методики подтверждена удовлетзорн-гльным совпадением теоретических и экспериментальных результатов.

Объем работы^ Диссертация состоит из введения, четырех глзв, сб-tx выводов и списка литературы; содержит 150 страниц машинописного «ста, 27 рисунков (26 стр.), 10 таблиц (8 стр.), списка литературы 203 наименований (20 стр.), -

На завдиту выносятся:

- предложенный метод расчета напряженно-деформированного состоя-я секториальных оболочек при кратковременном и длительном загруже-к с учетом неупругих сесйсте железобетона и трещииообразевания;

- решение задачи устойчивости и местных разрушений секториальных злечек при кратковременном и длительном загружёчии; 1

- результаты экспериментальных исследований оболочек и сопостзв-гие их с теоретическими данными, полученными на основе рагработак-: методов расчета.

Аппробацня и внедрение результатов работы. Основные результаты оты докладывались4 и получили одобрение на:

ежегодной сессии Национального Комитета Международной '¿-лерацп:: предварительно-напряжгннсму железобетону (СИП г.Самарканд 1955 г}:

региональных семинарах сов^ааниях "Эффективные . пространственные

кснетргкцка в практик-/ проектирования к строительства" (Топкент, г-), (Фрунзе, 1989 г.); ежегодных научно-технических конференция x СамГАСй (Самарканд, 1983-1995 гг.).

Некоторые ре зулътаты исследований были представлены в виде научного доклада на X Международном Конгрессе СИП (Дели, 19S6 г.).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ За Введении обосновывается актуальность теш и формулируется цель работы, изложены основные положения, которые составляют научную но-впгку работы и выносятся на гашиту.

Первая глава диссертации посЕещена краткому обзору исследований напряженно-деформированного состояния и устойчивости железобетонных об елочек различных геометрических форм.

Применение различных конструктивных схем оболочек, очерченных как по единой геометрической поверхности, так и секториальных,показали, что гсследнпе, вследствие высокой архитектурной выразительности, возможности создания большепролетных зданий, любой конфигурации в плане, являются одним иг наиболее • перспективных типов пространственных покрытий. Есэведение их в комплексе со всемирно известными сооружениями, являющийся памятниками архитектуры XIII-XIY вв., будет способствовать приданию городам Средней Азии современного неповторимого облика. ■ -

Оекторкальные оболочки, обладая высокой пространственной жесткостью при небольшой собственной массе, позволяют использовать экономичные проектные решения и в сейсмооп^сных районах. В последние годы, некоторые веды секториальных оболочек, получили .развитие га рубежом для зданий больших пролетов с различной формой плана. Анализируя внедрение секториальных оболочек за рубежом, следует отметить работы З.Дишенгерз, Ф.Канделы, Л.Нерви, Г.Рголе, Д.Отцена и У.Арупа, Э.Сар-риена, М.Сальвадор;!, И.Цубои, Л.Дейтлина и В.Бартина, П.Чанки, Н.Эс-каллона и др. В республиках СНГ использоьание секториальных оболочек наблюдается только в последние годы. Исследованию напряженно-деформированного состояния секториальных оболочек и их оптимизации посве-щены работы Э.З.Жуковского, А.В.Лебедева, Ч.Е.Милейковского, 2.Д. Рейзера -и др.

Развитие конструктивных форм секториальных оболочек, сопряженное с усложнением их расчетных схем, стало возможным в сеязи с появлением SEM, что привело к применении новых подходов в решении задач на базе современного аппарата вычислительной математики и численных методов

строительной механики. Здесь следует отметить вклад ученных Л.5. Александрова. A.C. Городецкого, И.В. Григорьева, А.О. Смирксга, А.С.Сахарова» А.П.Филина, H.H.Шапошникова, Д.Ашвеллз и К.Галлачерз, О.Зенкозича, С.Сцилордз, С.П.Тимошенко, р.феннера и др. Поведению отдельных видов-оболочек, в частности, пологих-, цилиндрических и некоторых других форм о учетом длительности эагружеяия, посвещеяы опубликованные в последние годы работы В.М.Бсндаренко,

A.С.Больмира, А.А.Гвоздевз, Г.С.Григоряна, В.С.Бдоренко, Р.З.Мурта-эинз, А.П.Нсвоселезз, й.Е.Прокопсвича, С. Р. Раз закона, Ю.Н.Роботнсгс, М.И.Разовского, А.С.Сахароза, Р.С.Санжарс-всксго, .С.Л.Страхова, К.Л.Сурова, И.Г.Трегуловз, А.М.ТокмуратоЕЗ, A.A.Шухратсвского,

B.В.Шугаева, Е.Л.Яценко, В.Ольшакз, А.Ссвчукз, Э.Еыхозского, Г.Конецкого и др. В этих работах решены отдельные задачи учета факторов ползучести бетона и их влияния на прочность, устойчивость, и дебор-мзтизность оболочек, очерченных по единой геометрической поверхности. Немногочисленные экспериментально-теоретические исследования, проведенные в настоящее время, позволили составить некоторое представления о поведении железобетонных оболочек при длительном- действии нагрузки. Для сценки !tx напряженно-деформированного состояние обычно пользуются . аир-око известными ззкснами тесрил ползучести бететз, разработанными 0. Б. Александровским ,• Н.Х.Аруткняном, Б.М.Зондареякс, А.В.Голые?эым, И. е.Прскоповычем и Й.и.Улицким.

На основе проведенного обзора исследований влияния длительности заг-ружений и климатических условий на работу железобетонных традиционно применяемых оболочек, счерченных по единой геометрической псверхнсс-ти, следует отметить, что длительное деформирование оболочек при высоких уровнях загружения исследовано недостаточно. В немногих работах учитываются одновременно нелинейные свойства и специфика желееобетонз. Использование их в расчетах требует определенного числа экспериментально обоснованных нормированных параметров. Исследовании несущей способности и устсйчиеости оболочек при длительном загруие-нии с учетом нелинейных деформаций ползучести посвещено весьма ограниченное количество работ. Работы, затрагивающие проблему исследования напряженно-деформированного состояния секториалыш:-: оболочек с учетом влияния- климатических условий практически- отсутствует. Применение решении, списанных выше отдельных задач для сектсэпалькых' оболочек, требует проведения с педаль него исследования. Эта позволяет сделать вывод, что проблема исследования прочности,

Рис. I. Секториапьнке оболочки положительной(а) и отрицательной (б) Гауссовой кривизны со стрелой подъёма

-

дефсрматизности к устойчивости секториальных железобетонных оболочек при длительном ззгружении с учетом оценки влияния клгшат.'гаески:-: условий, нелинейных сзсйств и трешинообраэовакия в бетоне, а также разработка инженерной методики расчета для численной их реализации, является актуальной задачей.

Вторая глаза диссертацт! пссзещена выводу разрешзющ-гс систем уравнений железобетонных секториальных оболочек (рисЛ) при кратковременном и длительном загружешшс учетом неупругих свойстз материала. Бетон рассматривается как изотропный материал, подчиняющийся законам нелинейного деформирования. Нелезсбетонное сечение работает с хресцшами в растянутой зоне (рис.2).

Рис. 2. Зпзсра распределения деформаций и напряжений в поперечном сечении железобетонной оболочки.

На осноге известных соотношений, применяемых при выводе уравяе-:й изгиба оболочек з смепанной форме и введением нормируемых пзра-тров деформирования . материала, позволяющих оценить робот1/ нструкций от начзла загружен:!? до разрушения, получена раэрезйкщая стема уравнений д&я расчета железобетонных сложных секторнальных олсчек при кратковременных нагрузках , в физически и геометротеоки линейной постановке: .

~ С^О^О^О^р + (ьЭо^р)1- К ¡оЭо^рр — 1<2С£О>О1.<* —О

где С&}0о - функции полного и начального прогибов; ки К2 - главные•кривизны оболочки;

> 12(0л,ы), ь3 вд, и, ({¿г*в:) ;

- дифференциальные операторы, содержащие производные жесткостных коэффициентов , функций усилий Р к прогибов оУ по координатам оС и р . При Еьшсде уравнении (1) деформации в арматуре выражаются через кривизны и деформации в срединной поверхности оболочки. Для решения системы (1) используется метод переменных параметров упругости с использованием на кзждом . шаге последующих приближений способа Бубнова-Галеркина.

5а-:он распределения жестксстных коэффициентов 3/ и вг по поверхности оболочки аппроксимируется полиномом п-го порядка, коэффициенты которого определяется по методу наименьших квадратов. Вывод разрещзющей системы уравнений железобетонных секториалъных оболочек при длительном загружении, строится аналогично выводу системы (1). • Все используемые воотношения дифференцируется один раз по времени. Е качестве физических уравнений бетона принимаются зависимости нелинейной теории упруго-ползучего тела, записанные в дифференциальной форме по предложению Н.Х.Арутюняка в виде:

еМ

Ц&Ы— -¡-у2 '

(2)

Щ1Н)

где . р р& 9 р^ ~ параметры, описывающие свойства нелинейной лолзучест'и бетона и учитывающие- влияние климатических условий региона. Все многофакторные параметры ползучести,входящие здесь в расчетные формулы нормированы в расчетной. рекомендации, . разработанной С.Р.Раээаковыы. Полученная система разре^нзвдх уравнений имеет еле-

- э -

дующин вид;

+РрриУ*<х иЗ-рр -г2»' ■ ¿3 С4 в) +Ц (иг, в)+(К^ыы) Нк2(3)

■Здесь и В1(£) - жестксстяые коэффициенты, характеризую-

щие свойства нелинейной ползучести железобетонного сечения. Функции усилий и прогибов представлены з виде:

<1*1 А,,'

о_у 1 ™ л- , \

1 J~/

где (#)/*) У ~ известные функции удовлетворяющие граякч-

яы условия опиракия оболочки.

После применения процедуры Еубнова-Галерккка к системе (3) с учетом (4) получена -нормальная система дифференциальных уравнений первого порядка:

ф = , , К;, п-Ср, • • (5)

* . ............. . " • 5

• Ут- / > Л ¿у , • •• Л -

Задача определения параметров напряженно-деформированного состояния оболочки, в данном случае, сводится к решению задачи Коли (5\ которая ■реализуется на ЭВМ численным методсм Рунге-Кутта по стандартной программе. Начальные условия задачи ¿--О сттр~дз,-~юс" из решения физически и геометрически нелинейной задачи изгиба оболочки при реяения системы (1) для заданной величины распределение;! нагрузил

На каждом изге времени -Ь^ , имеем новые значения велгаш ^¿Т'А)¡"¿¡Ь) поэволяюдае определять все другке параметры нзпряу.еннэ-дефск.^сгган-ного состояния оболочек^-»^ рассмат-

риваемого момента времени, и которые, в своп счеседъ, прнз'нмэотся га

начальные условия дли следующего шага интегрирования. ^

В третьей главе дается вывод- системы, уравнений варьированного состояния секториальных оболочек из железобетона. Описывается методика опре? ¿ления длительной критической нагрузки и критического Ере-меш: для рассматриваемы:', оболочек.

Разрешающая . система, уравнений варьированного состояния .сектори-алькой железобетонной оболочки Выводится по аналогии с системой (1):

где Р, функции , усилий и прогибов - варированнйго. состояния.

В* - -ж^сткостные коэффициенты железобетонного сечения. Система '(6) после применения,процедуры Вубнова-Галеркина приводится

квдзу: [*;]«[Г;] -=о (ч-) '

Здесь [Ус/] ~ квадратная матрица коэффициентов; V *

[У;] - вектор гармонических рядов аппроксимирующих функций^««? Известное условие существования варьированного состояния принимается

В2ВДе: . ' 'й~х*ЦуеЯ = о 0?)

Определение длительной критической нагрузки для ¿железобетонной сек-ториальной оболочки с учетом нелинейных свойств и трещинообразовашя списывается следящим алгаритмом:

- для рассчитываемой секториальной оболочки определяется кратковременная (мгновенная) критическая нагрузка ^-¿А по выражению (1);

. - длительно действующая нагрузка на оболочку принимается равной:

- начальный уровень длительной нагрузки (к моменту загружения) принимается равным (0.6»0,7)

- при известной нагрузке определяется напряженно-деформированное ооисяние оболочки (3) для фиксированных промежутков длительности наблюдения;

- после ичереднбго .пата .ннтегрйровр'тя "во .времени. - око-

теш (5),' определяется параметры варьированного состояния и вычисляется определитель %е± >

- если определитель (8) не меняет знака для заданной величины нагрузки Я^с , на период всего интервала времени наблюдения ¿оо> тогда данную нагрузку можно считать■"безопасней" длительной нагрузкой для рассчитываемой оболочки,и расчет повторяется на следующем уровне нагрузки: '

- если при известной величине нагрузки на двух смежных лагах интегрирования определитель поменяет знак, тогда выполняются- условие (3),. это означает, что в, данный момент времени ¿го з возможна потерз устойчивости разновесного состояния оболочки;

- для рассматриваемой оболочки, длительная критическая нагрузка будет равна нагрузке на предыдущем этапе эагружения:

Таким образом, приведенная методика рзечэта позволяет определить мс-'мент потерии несущей способности гладких и ребристых железобетонных оболочек с начальными несовершенствами при длительном ззгружении с учетом нелинейной ползучести бетона. Учитывается влияние таких факторов, как наличие трещин, работа арматуры, влияние клнматтгсеских услсв51Й, перелом поверхности оболочки и другие. &тот метод удобен для численной-реализации, на 5ЕМ. -

• Для оценю: несущей способности ■ секториальных оболочек при кратковременном и длительном действии нагрузок при локальном разрушении пред- ' . ложено использовать методику расчетз В.Б.Шугзейа, разработанную для расчета пологих сферических -оболочек, очерченных по едкнней геометрической форме.

Несущая способность, этих оболочек о учетом конечных прогибов определяется по формуле':' • г,}

-Ци-СььЪ+аЬйЩ ф ' (в)

Несущая способность оболочки при локальном разрушении зависит, глазным с-бразсм, от прочности сечения оболочки по кольце в ему пластическому шарниру. Неизвестные значения нормальной силы гь и изгибающего момента щ в кольцевом пластическом шарнире находятся одновре-

?.:~кко с прогибами оболочки метолом последовательного приближения к криеой прочности (см.рис.3), представляющей собой совокупность предельных Енгпенкй п и т рассматриваемого.сечения. При исчерпании несуаеп спо'г-обности.желегобетонного сечения -в кольцевом пластическом 'лзрнпре, найденные предельные значения п и т ,а также соответствующие им прогибы центра вмятины, подставляются в уравнение (9) для нахождения предельной величины' нагрузки. Найденная нагрузка, имеет локально-экстремальное значение для рассматриваемого размера вмятины. Лалее, необходимо найти такой размер емятдны, при котором нагрузка будет иметь минимальное значение. Нахождение действительной гелзгчины разрушающей нагрузки связано с численным решением уравнения (9) с использованием'саговой процедуры по размерам вмятины.

Четвертая глава диссертации посвещена численной' реализации предложенного метода решения задачи к определению..напряженно-дефор-мироЕанного состояния и устойчивости сектсриальных оболочек. Приведены алгоритмы расчета рассматриваемых оболочек, результаты экспериментальных исследований,- проведенных на железобетонных моделях и результаты численных примеров оценки эффективности разработанного метода, сделан анализ численных экспериментов. ■

Алгоритм расчета железобетонных сектсриальных оболочек на кратковременную нагрузку осноезн на использовании итерационной процедуры метода переменных параметров упругости. Оболочка разбивается по толщине на 4-10 участков,а по поверхности,- сеткой от.5x5 до 15x15 ячеек. Е качестве нулевого приближения принимается решение задачи изгиба оболочки по упруго-линейкой схеме без трещин. На каждом шаге итерации проверяется условие, трещинообразования, выявляются сечения'с трещинами к вычисляется новые ' значения поля жесткостей ¡0/ и <5/ -Аппроксимируется эти значения по методу наименьших кзадратов в направлении координатных осейа. с р получив. для них аналитические выражения в виде полиномов п-й степени. . .

Численные эксперименты показали, . что сходимость процесса итераций обеспечивается тремя-пятью приближениями в зависимости уровня нзпря-женно-деформироЕаннрго состояния. ■

Интегрирование системы уравнений (5) рассматриваемых оболочек под заданную нагрузку реализуется.по методу Рунге-Кутта. Начальные условия -¿-о определяются из системы (1). На каждом шаге интегрирования по Бремени получается новое поле усилий и прогибов, по которым можно вычислить-другие параметры напряженно-деформированного

л о ¿С-

состояния в данной момент времени. Они принимаются за начальные условия для следующего шага времени.

Разработан алгоритм решения зздач несущей способности оболочки при локальном разрушении и составлены блок-схемы для их реыенчн. Экспериментальные исследования проводились на моделях сектсризлькы» оболочек"положительной и отрицательной гауссовой ¡сривизны.

Результаты испытаний показали, что оболочки работали лике;:но только на начальных- этапах загружения. С увеличением нагрузок наблюдалась явно Еыраженная нелинейность. Основными определяющей факторам нелинейности, являлись скорость и уровень "загружения (рис.а). Для секториальной оболочки отрицательной кривизны нелинейность деформирования была более существенной, чем для оболочек положительной кривизны. Полученные графики описывают поведение оболочек в характерных точках, расположенных в середине пролета, где соединяются ме-ридианальные ребра и в середине полей отдельных секторов оболочки, в зависимости от . стадии ее работы с трещинами и без них (рис.3). Переход из одной стадии в другую .характеризуется ярко выраженной нелинейностью работы конструкции, связанной в постепенным падением жесткостей элементов оболочки за счет развития неупругих деформации бетона.

Рассмотрим напряженно-деформированное состояние секториальной-оболочки положительной гауссовой кривизны. Эпюры прогибов, горизонтальных перемещений, нормальных усилий и изгибающих моментов по меридианальном ребрам, по глазным осям поля оболочки и контурным гр-кам от равномерно распределенной нагрузки равной 3,2 и 16 кН'м2 приведены на рис.3.а (сеч.а-о, Ь-о, а-Ь). Максимальные прогибы от указанных нагрузок для середины пролета оболочки наблюдались в местах пересечения всех меридиональных ребер. Они составляли, соответственно, 1 и 5,4 мм или 1/1800 и 1/233 пролета. Максимальные прогибы для поля оболочки равнялись 1,2 и 6,4 мм. Прогибы в контурных арках-при нагрузке' 3,2 и 16 кН/м5 составили, соответственно, 0,75 и 4,05 мм. Они были значительно меньше прогибов в мерид канальных ребрах. Максимальные.горизонтальные перемещения оболочки наблюдались в середине пролета контурной арки, и составляли, соответственно, 1,05 и 5,1 мм,.

После нагружения оболочки до 21,6 кН/мг или уровнем 0,874 от кратковременной разрушающей нагрузки, осуществлялась ее разгрузка. Остаточные прогибы б середине пролета и отдельных"секторов состави-

ли, соответственно, 2,27 и 2,73 мм. Оболочки исшивались до разрушения с выдержкой нагрузки на.этапах, по 10 мин. Разрушение произошло при нагрузке 24,7 кН/мг при достижении предела текучести арматуры в затяжках контурных арок. Это вызвало разрушение опорных узлов, меридианальных ребер- и контурных арок. .При этом, значительные повреждения получили меридианадыме ребра оболочки.,

"Т V/ . О

г

к-

&

11

1

¿1 ч

О 3 б 9 К

а

V/

и

ё

1

■ . ^

а кя^Т

''Г О, а V/ с

Рис.3. Заори прогибов и/ (мм) и горизонтальных перемгцакай (•} (мм) сегаориальной оболочки вологгательной а) и отрицательной б) Гауссовой кривмэяыг 1,2-опытныэ деакь» при гагругке 3,2 и 16 кН/мг З-т&оретические даннш.

• Характер разруоения оболочки показал, -что при достаточной жесткости затяжек контурных арок, поля оекториальных оболочек могут разрушаться с образованием отдельньи вмятин.

. ^ Рассмотрим работу . оекториальных оболочек отрицательной кривизны о квадратным планом при кратковременном загружекии. На рис.3.б для характерных сечении оболочки приведены эпюры прогибов, горизонтальных перемещений от нагрузки, равной 3,2 и 9, Б кН/м2 .

Хотя- оболочка до разрушения не доводилась, ее разрушение ожидалось при нагрузке 14,3 кН/м2 о. достижением напряжений в арматуре -затяжки, равных пределу текучести. Анализируя характер. образования и раскрытия трещин, можно сделать вывод,■' что разрушение Оекториальных - оболочек отрицательной гауссовой кривизны может произойти также с образованием отдельных вмятин и обрушением отдельных секторов оболочки.

Для оценки и анализа напряженно-деформированного состояния оболочки при длительном загружении, секториаль'ная оболочка отрицатель- , ной гауссовой кривизны пролетом 8 и. испытывалась на длительные, равномерно-распределенные нагрузки. Оболочка загружалась в вогрзсте 35 суток ступенчатой нагрузкой 3,2; &,4 и 9,6 кН/м£ с продолжительностью выдержки на каждом этапе загружения по 30 суток.

Результаты длительных испытаний моделей оекториальных оболочек,' показали, что при учете . влияния климатических . условий -районов" эксплуатации напряженно-деформированное состояние оболочек, установившиеся в момент загружения, значительно изменялось в результате роста неупругих деформаций. Так, в конце■наблюдения предельные прогибы оболочки увеличились в 2,0 раза (рис.3 ), фибровые деформации в . 2,8 раза, образовались ногые трещины. Ширина имеющихся .трещин увеличилась ■ более чем в 2 раза. - ' -

Остаточные прогибы и фибровые деформации оекториалышх оболочек положительной и отрицательной гауссовой кривизны составили, соответственно, 35-40 м 40-50%. от пределыгых значении (рис. 3). Это приводит к значительному снижению жесткости оболочки при эксплуатация. .

Для иллюстрации применения разработанной методики к стеленному расчету железобетонных - оекториальных оболочек на кратковременное и длительное действие нагрузок и проверки достоверности полученных результатов, был проведен сравнительный анализ экспериментальных данных с теоретическими результатами расчета по предложенному автором методу, который показал удовлетворительную сходимость для обо-ъуи ; ^аззатжшс. гесметрггадсток форм (рл-з.4.). '. -

§

.и

I

ч>

1 §

г 2

относительный ггрогие оволачки

и/^-г^ <*>)

?'лс. 4. График зависимости относительных прогибов оболочки 1 ^^ при загружении, длительном наблюдении и разгрузке от уровня нагрузке : Я/Чи а) положительной б) отрицательной Гауссовой кривизны; 1,3- начальные ¡V (т) и длительные Ш(±-Т~~ы>) относительно начальных прогибов; 2,4 - то же, восстановление прогибав после разгрузки.

На рис.5 приведен график изменения прогибав центре оболочки во времени в зависимости от начального уровня длительного эагружения. Здесь также показано критическое гремя, за которое оболочка может разрушаться в зависимости от уровня .загрухений и величины уровня нагрузки, а тачже уровни, ' которые могут бьггь безопасными за время эксплуатации оболочки.

В связи с отсутствием опытных данных о испытании секторкальних оболочек, Еьшолненых другими авторами, сравнение опытно—-георетичес- ' гаи дачных осуществлялись с результатами ггсяытаиий пологих с/5алсч-:к с прямоугольным планом, проведенных в НИИЖЗе и Челябинском г.оллтэх-ническом институте.

Данные результатов экспериментальных исследований и численного •расчета по предлагаемой методике приведены, з та£л.1 и та5д.2.

В табл.З приведено сравнение результатов численного расчета по предлагаемому методу и экспериментальными данными проведенными при кратковременной распределенной нагрузке.

5 т&бл.4. приведены результаты численных расчетов длительного дёф'оршфоваййй оболочки по предлагаемой в диссертации методике и по

Рис.5. Кривые роста прогиба в центре оболочки 0-ЯЗ при длительном деформировании в зависимости от уровня длительного загружения.

При определении длительной критической нагрузки учитывалось влияние нелинейной ползучести и наличие трещин в растянутой зоне бетона. Эти исследования показали, что расчет по линейной теории ползучести дает завышенные (до 29£) значения длительной критический нагрузки (таб.4).

Численные эксперименты показали, что отношение длительной крите-ческой нагрузки к- кратковременной зависит от многих факторов, таких как условия оцирания по контуру, величина подъема, начальный погиб (несовершенства), параметры ползучести бетона и других характеристик. Кроме того, для определения длительной критической нагрузки, необходимо использовать критерии критического времени типа (8). Это особенно важно для систем, обладающих свойствами ограниченной ползучести. Критерий неограниченного возрастания" прогибов, который часто используется при исследовании длительной устойчивости оболочек-

Таблица 1

Сравнение резулыягвюп числаниого расчаяи и эксперимента А.П.Новоселова, при яежятт гцшжощюцетой нагрузки

Основные характеристики. Расчетные и экспериментальные данные.- Марка МОДЕ л и

1-60 1-110 2-110 3-110 4-110 1-220

Толщина модели, см • 1,38 1,55 1,60 ■ 1,50 1,46 1,44

Кубиковал прочность -бе-• 26.7

тона, МПа 25,6 24.5 23.0 20,7 20,5

Процент армирования, % 0,81 0,81 - р. 0,81 .0,68 0,68 0,81

Кратковременная распреде

¡ленная критическая наг-

рузка, Шз

¡по эксперименту 0,0027 0,0057 0,0071 0,0043 0,0047 0,0117

по расчету 0,0021 0,0073 0,0075 0.0061 0,0061 0,0107

¡расхождение. % 27,5 21,4 5,1 20,5 23,8 ........

Таблица 2

Сравнение резульлигав численного расчета по предлагаемой ЫЕ/вющяе и аксперииввзяальвых данва« испытания моделей пологой яелезобеяхнтсй оболочки А.Я.Нозосеж>зза, при дейаяши дмжальной нагрузки

Мол ел " марка йсчеди Сред няя ' толщина (см) Длителъ ная наг рузка, Ша Прогиб в центре оболочки Критическое время, су т. Длительная критическая наг р-кз Ша

при Ь-о при -Ь~=-0

по эк В.Е. Щугае ва по эк расч. по В.Е. ¡Дуга ева по расч. ■ по разр В.Е. ¡Дуга ева по О) по рзэру. В.Е. Щугае-ва .по расчет

5-110 6-110 1,41 1,33 0,00412 0,00459 0,671 0,974 0,738 (10Х) 0,978 (0,5 7. 2,26 2,16 1,84 (22.8%) 1,65 (30,9%) 173 1,54 127,5 38,5% 132,5 17,7% 0,0042 0,0033 0,0037 13,5™ 0.0044 15,8%

Примечание: в окобказс указана величина расхождения между численными и экспериментальными значениями параметров

Таблица 3

Сравнение результттоя числввваяо расчета по прхдлагвюмой методике и эксперимент В.Е.Щу-лгет при деисятт нр&гло 2решенной пасру&яи

Основные характеристики, расчетные и экспериментальные данные Единица измерения ¡Марка модели

0-4 0 - ?

Толщина модели см ■ ■ 0,64 . ' 0,564

Призменная прочность бетона МДа ¿8 34,6 .

Начальный модуль упругости

бетона Ша 29500 28300

Предельная нагрузка:

по эксперименту МПа ' 0,0167 0,01957

по предлагаемой методике 0,0162 0,0212

Расхождение % 3,1 •7,6

Максимальные прогибы при пре-

дельных нагрузках: 0,215 0,261

по эксперименту см

по предлагаемой методике см 0,265 . 0,340

Расхождение % 18,9 23,2

Таблица 4

Сравнение результатов численного расчета кодаш 0-13 по предлагаемой методике и меяоду В.В.Шугаева при длтельпом двигавцц нагрузки

1-1

Расход-1 дение," I

Параметр нгпряженно-де-форлированного состояния

Единица измерения

По методу В.Е. Шугаева

По предлагаемой методике

0,297 9 О

0,705 - -11 с;

8,84 16 1

12,33 19 4

55,15 24 4

76,90 27, 3

0,039 10, 58

0,117 77, 2

Прогиб:

при при

Напряжение ной оси ■ при при

Нормальное при при

Нггибахэдш при при

-Ь = О

£ = 64 сут, на нейтраль-

0

64 сут.

£

усилие: ■6 " О ± = 64 сут момент: £ - О = 64 сут

см см

Шз КН/М

кН.м/м —

0,304 0,633

10,54 15,29

72,91 105,8

0,035 0,066

с ограниченной ■ ползучесть», дает завышенные значения длительных критических нагрузок. Например, в рассматриваемых примера* значения ^ ■ , полученные по критерш й?-*оо и критерию (6), отличалось до 22%.

Отметим еще один факт, на который почти не обращали внимания исследователи: учет в уравнениях устойчивости Еариаций секущего модуля' деформаций бетона,, дзет существенную поправку при определении значений критической нагрузки (до 11.1), хотя это и приводит к усложнению структуры самих уравнений (б).

Применение результатов проведенных исследований открывает широкие возможности дальнейшего внедрения железобетонных секториальных оболочек покрытий в различных регионах с неблагоприятними климатическими условиями с целью получения существенной экономии материалов и стоимости.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе проведенных исследований, разработана методика расчета делезобетонных секториальных оболочек различных геометрических форм на действие кратковременных и длительных нагрузок с учетом нормированных параметрсв нелинейного деформирования.

2. Построена разрешающая система уравнений е смешанной форме для расчета железобетонных секториальных оболочек на кратковременное действие нагрузок с учетом физической и геометрической нелинейности, позволяющая учитывать изменения жесткостных параметров связанных с образованием и развитием трещин на различных уровнях нагружения.

3. На основе- теории гиб гак оболочек и нелинейных гайиспьюстей наследственной теории ползучести, получена разрешающая спстемз уравнений, позволяющая вести оценку и прогнозирование напряженно-деформированного состояния секториальных сболочек в стадии эксплуатации с учетом елияния климатических условий районов строительства.

4. Получены уравнения для определения кратгссвременнсй :: длительной критической нагрузки, а также времени с достижением которого происходит разрушение. Для оценке несущей способности железобетонных гладких и ребристых секториальных сболочек различных геометрических 4орм при локальном (местном) рагруЕэпии от кратковременных и

длительных нагрузок наиболее эффективным является метсд расчета В.В.ШугаеЕЗ, предложенной раннее для расчета пологих оболочек.

Б. Нз основе полученных разрешающих систем уравнений разработан ал. горитм расчета й составлена блок-схема позволящая. определять напряжения, деформации, перемещения, схемы распределения трещин при кратковременной и длительной критической .нагрузке, критическое время и несущую способность при местном (локальном) разрушении железобетонных оекториальных оболочек различных • геометрически форм, ■ '

Б, В результате проведенных экспериментально-теоретических исследований моделей оекториальных оболочек различных геометрически форм при кратковременном и длительном загружении, установлены законы нелинейного деформирования при загружении и разгрузке, выявлены схемы образования трещин и разрушения, оценена их несущая способность и напряженно-деформированное состояние. Установлено, что в процессе длительного загружения, прогибы оболочки в наиболее напряженных зонах увеличиваются в среднем 1,75 раза, фибровые деформации в 2,8 раза, ширина раскрытия трещин до 2 раз.

7. По результатам проведенных численных экспериментов изучено напряженно- деформированное состояние и опененз несущая способность. оекториальных оболочек при кратковременном и длительном загружении. Выполнен сравнительный анализ опытных и расчетных дзнных автора для оекториальных оболочек с результатами испытаний, пологих оболочек, очерченных по единой геометрической'поверхности, выполненных в НКИЖБ и Челябинским политехническим институте показавший их удовлетворительную сходимость.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Раззаков С.Р., Косимое Т.К. К вопросу исследования работы сложных оекториальных оболочек./Совершенствование строительства в условиях Узбекистана. Тезисы докладов областного - семинара совещания.

. Самарканд, 1983. С.47.

2. Ширинкулов Т.Ш., Раззаков С.Р.', Юлдашев A.M., Жавлиев Б.К.., Косимое Т.К. Исследование длительных деформаций составных и оекториальных оболочек./Эффективные пространственные конструкции в практике проектирования и строительства в республика/: Средней Азии и

Казахстана. Тезисы докладов III регионального семинара - совещания, Тошкент 5-8 декабря 1983 г. С.96-99.

3. Раззаков С.Р., Косимов Т.К. Результаты исследований модели секториальных оболочек. /Вопросы организации строительства в условиях .Средней.Азии.- Тезисы докладов областного семинара-совещания. Самарканд, май; 1985 г. С.168.

4. Ширинкулов Т.Ш., Раззаков O.P.. йавлиев Б.К., Еотиров Д.М., Косимов Т.К. Исследование нелинейного деформирования составных оболочек.- /Доклад на X Международном Конгрессе ФИП. Нью-Дели. 16-2Q февраля, 1986 г. С.53-68.

5. Косимов Т.К. ,К вопросу учета климатических условий Среднеазиатского региона в исследовании секториальных сболочек. Тезисы докладов областного семинара совещания. Самарканд, 1987 г. С.125. -

6. Косимов Т.К. Разрешающая система уравнений делезобетонных секториальных сболочек с учетом предыстории нагружения. /Марказий Осие шароитида бино ва иншоотлзрнинг зилзилабардошлиги муаммолари. Ан-жуман якуни буйича илмкй маколалар туплами. 27-29 апрель, Самарканд, 1994 й. С.48-51.

7. Раззаков С.Р., Косимов Т.К.,. С.С.Р.Махамед. Улугбек гумбаеларидан ■опка кабикли фазовий курилмаларгача. Мирзо Улугбек ижоди ва укинг жахон цивилизациясида тутган урни. М.Улугбек таваллудининг 600 йиллигига багишланган минтакавий .илмий анжуман маьруааларининг тезислари. Самарканд. "Сугдиен" 1994 й. C.105-1D6.

8. Косимов Т.К. Разрешающая система уравнений железобетонных секта-, риальных оболочек с учетом нелинейной ползучести. /Ёш. олимлар ва иктидорли талабазар илмий маколалар туплами. Самарканд, 1994. С. 155-157. , ;

9. Раззаков С.Р., Косимов.Т.К.,' -С.С.Р.Махамед Раврещзющая система уравнений железобетонных секториальных оболочек и панелей с учетом предыстории нагружения. Проблемы механики и прикладной - математики. Сборник научных статей. Самарканд, 1994 г. С.55-59.

Секториалсимон темир-бетон цобгершрнинг ночизнклн сирпанувчанлик шароитидаги кучланганлин-дефорнацияланиш холати

1$0СШ)В ТУРАБОЙ ^ОСШОВИЧ

Диссертация или курилиш мехаяикасинкнг мураккаб ва мухим наса-' лаларидан бири,. темир-бетон - ¡^обикларининг ночизгаули сирпанувчанлик шароитидаги кучланганлик-деформациялачш холатини тадьр:^ этишгз ба-гишланган.

Диссерташяяинг кприш зртсмида мавзунинг актуалжги асосланиб. ма^ади "ёритилган, Диссертация ишкнинг-иш:й янгилнгичн ташккл э.тув-чи асссий холатлари баён килинган.

Биринчи бобда адабиётлар обзори ва темир-бетон кобш^пзринзшг но-чизи1£ли сирпанувчанлиги шароитидаги кучлачиш-деформацияланш холатини тад!^за$ этишга багталангзн илмий излэнишларнинг чу^ур тахлили кел-тирилган. Еа^тинчалик ва доимий юкланиш даврида >:ар хил геометрик куринишлаги коби^зрнинг муста\камлз*ги,, деформациялан!ши ва уотпвор-лигига материалнинг пластик хусусиятининг таъсирини эьтиСорга олиш уелублари тахлил килинган. Мавжуд хисобий уолублар хамда эксперззмен-тал тадзрвртлар нзтзи-ллзри тахлили асосида идмии ишнинг мв^сэди ва вззифаси кенг еритилган.

Иккинчи бобда тенглзмалар системаси ечиминк соддалаштирувчи ас о-. сии фараз ва шартлар келтирилган. К,обиклзрнинг вактинчалик ва доимий юкланиш дагрида кучланиш-деформавдяланзаа холзтининг ночизикли борлз-ниши, тартибгз солинган меъёрий параметрлар асооида кабул олинган. Вак,тинчалик Еа дсимий юк таъсиридаги секториалстюн темир-бетон ур- ■ бзи^лар кучланиш-деформацияланиши холзтлчзгнг тенгламалар системами туэгаган.

Учинчи боб секторизлсимон темир-бетон кабш^ларкнинг вактинчалкк ва давсмли устиворлигини анзя^аш услубини ишлаб -чиз^ишга ва ыахаллий бузилишдаги юк кутариш ксбилиятияи анигагшга багкзланган.

Туртннчи боб, таклиф килинган хисоблгл услубк асосида вактгачалик еки доимз»й юкланган оектсриалсимон темир-бетон }рби$ларкинг кучла-ниш-деформацияланиш холати ва устиворлигигз докр маеалалар ечиии келтирилган. Олинган натздалар асосида хиссблаш алГоритми ва блок с-хемаои тузилган. >$ар хил геометрик курзшншдаги «обиклзр ыоделлари-нинг зкепериментал тадкики асосида олинган натижзлари, наэарий натк-жзлзр билан тагареланган. Ишлаб -чиьрыган услубни б а1} о л ал учун секто-ризлсз*мон зрби^ларнкнг доимий юк таъсирига холатини урганзтшга багиш-ланган бошкз экспериментал тадкикотлар йуклиги, сабзбли, бозшуз муал-лифлар' томонидзн (НЙИЖБ, - Москва п., УПЙ Челябзпзск ш.) зри нрбиклзр учун олинган зкеперюлентлар натззжалари билан таккосланган ее такксс-лзл фзрки рухезт этилган орэликда эканлиги аниклангзн.

Диссертация ишинпнг охирида уыумий хулоезлар, кулланилгач адабиётлар руйхзти ва илмий ли натг.чалгрпклнг амалий тэдбикп хагрздэги хужкатлар-кедтирззлгзн. ' .

Stressed-deformable State of Reinforced Sector - SHells with Nonlinear Creep

K0SIJÍ07 TUEABOY K0SB10VICH

Tais thesis is devoted to the stressed-deformable state of reinforced sector shells with nonlinear creep taken into account.

In the introduction the aim of the thesis is forned, as well aa the urgeftcy of the theme is based, the main subjects are given.

Tfe^ literature used in the thesis is given in the first part, the- .nualysie of investigation of stressed-deformable state of reinforced .sector shells with nonlinear creep is presented. Tile ■ features of influence of inelastic characteristics of materials under momentary and long-term load Application on strength, deformation and resistance of different geometrically formed shells are analysed in this chapter, The methods of shell analysis ana their experimental investigations are dealt with.

Ia the second part of the thesis basic assumptions aná. preconditions made for the derivation of the systems equations solved are given. We adopt nonlinear independences of concrete deformation under momentary and long-term load application taking into account normalized conditions.

rJ?aó oystend"-of solved equations for sector shells under momentary and long-term load application with nonliear creep are tjiven.

•£he third part of the thesis is devoted to the- methods of definition of momentary and long-tern, stability of sector shells and estimate of their bearing strength under the local destruction.

, We adopt numerical realization of method applied for the solution of stressed-deformable state .of sector shells and their stability under momentary and long-term load application. She author carries out the analysis algorithm, flowchart and gives the results of experimental-investigations on the sector shells models of different geometrical forms and experimental investigations of sloping shells outlining on the indivisible geometrical surface. All these investigations have been carried out by the scientific research instituto and Chelyabinsk polytechnical institute.

2he list literature used in the thesis and total findings ara presented, a3 well as the act of inculcation.