автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Напряженно-деформированное состояние железобетонных тонкостенных пространственных большепролетных комбинированных покрытий-оболочек

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

На правах рукописи

ЛВДШАРШ доишь АССЦЦИ

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ Т О Н К О С Г Е Н II ЫХ ПРОСТРАНСТВЕ Н И И X БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ - ОБОЛОЧЕК

Специальность 05^23.01 - строительные конструкции зданий и сооружений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена во Владимирском политехническом институте Государственного комитета РСФСР по делам науки и высшей школы

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор В.С.БАРТЕНЕВ

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор В.О.АЛМАЗОВ

кандидат технических наук Р.А, СКЛАДНЕМ

Ведуцря организация - Владимирский проектный

институт,,ВЯАДИМШ3ГРА1ДАНПР0ЕКТ''

Защита состоится "28 " апреля 1592 г. в 15 ч на заседании специализированного совета К. 114,09.01 по защите диссертаций, на соискание ученой степени кандидата технических наук при Всероссийском заочном институте инженеров железнодорожного транспорта/ВЗИИТ; по специальности 05,23.01 - строительные конструкции зданий и сооружений по адресу: 125808 Москва, ГСП-47, ул. Часовая, дом 22/2, в аудитории К? 337 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " I " апреля 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

-1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Наиболее часто в практике строительства большепролетных зданий и сооружений возникает необходимость разделения общего плана зданий на главные и вспомогательные помещения, особенно в общественных зданиях. Для этого используются разнообразные виды пространственных покрытий, совокупность которых создает оптимальную форму - комбинированное покрытие, образующееся двумя и более пространственными покрытиями, работающими совместно.

Профессор В.З.Власов, например, предлагает перекрыть основное помещение трехпролетного цеха цилиндрической оболочкой, а боковые пролеты - плоской плитой, усиленной поперечными ребрами. Все покрытие свободно опирается по контуру. Однако расчетная схема шарнирного опирания по контуру не подтверждается практикой.

В строительстве большепролетных пространственных покрытий оболочек целесообразно выполнять диафрагмы в виде кривого бруса с опиранием его на колонны. Приведенные расчеты показали, что кривые брусы обеспечат снижение расхода бетона ка 22,5$ я стали на 35% по сравнению с диафрагмами в виде ферм.

В развитие вышеуказанной идеи В.З.Власова, с учетом архитектурных требований и экономической эффективности ьыбора болей прогрессивного конструктивного решения, предлагается монолитное железобетонное пространственное составное покрытие, образующиеся объединением двух оболочек двоякой кривизны, перекрывающей основное помещение здания, и короткой цилиндрической над вспомогательным помещением. Оболочки опираются по продольным краям на брусья, опертые на колонны. По поперечным краям покрытия опираются на диафрагмы в виде ферм, арок и т.п. При расчете составного покрытия учитываются податливость опорных элементов и примыкание соседних конструкций.

Целью диссертационной работы является изучение влияний: не. напряженно-деформированное состояние совместной работы соогап-ных частей комбинированных покрытий,- состоящих из полопгх оболочек положительной и нулевой гауссовой кривизны с спираиизг* .их на упругоподатливые крнтурные диафрагмы, и разработка рекомендаций по их проектированию. Ресение проблемы содержит комплекс взаимосвязанных задач, в частности:

а) исследование совместной работы железобетонного пространственного составного покрытия при его оп:тр-.нуи г я у::ру:о-

Мидатливые диафрагмы в виде арок с затяжками и криволинейных брусьев, опертых на колонны; ■

б) разработка алгоритма расчета этого составного покрытия с автоматизацией вычислительных работ на основе персональных ЭВМ;

в) экспериментальные исследования математической модели проведением численного анализа для выявления картины напряженного состояния покрытия при изменении геометрических параметров (толщина оболочки, стрелы подъема сторон пространственного покрытия, изменение жесткости диафрагм и т.п.);

г) экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния пространственного составного покрытия на железобетонной модели при нагружении оболочек разными видами нагрузок (равнстерно-распределенной и с предварительным обжатием торцов контурных элементов сосредоточенной силой при действии вертикальной распределенной нагрузки);

д) проверка достоверности теоретических результате в^по сравнению с опытными данными, полученными экспериментом на железобетонной модели, как в упругой стадии, так и в предельной;

е) разработка рекомендаций по проектированию такого вида конструкций. . '

Научная новизна работы состоит:

1) в получении результатов экспериментального исследования железобетонной модели составного покрытия при действии: равномерно -распределенной по.'всей поверхности, односторонней равномерно распределенной и с предварительным обжатием торцов контурных диафрагм при действии вертикальной равномерно распределенной нагрузок;

2) в создании более эффективной и доступной для ийкенера программы расчета пологих оболочек на персональной ЭВМ средней профессиональности с предложением по оптимитизацяи конструктивных решений большой "ЭВМ;

3) в разработке ряда рекомендаций по проектированию составных оболочек положительной и нулевой гауссовой кривизны.

Практическое значение работы.

Разработанная~в диссертационной работе программа на ЛЭШ для расчета пологих оболочек двоякой кривизны а коротких цилиндрических может быть применена для расчета гладких-.1 ребристых, отдельно сто$шх, иногсшолношх в коыби-лппоьаннц;; составных оболочек с учетом различных ехлм напряжений и ендов опираний. Результаты расчета

представлены в табличной форме, удобной для практического . использована^ « теоретических анализов.

lia основе проведенных исследований напряженно-деформированного состояния рассматриваемых оболочек d работе дань; рекомендации по практическому применению полученных результатов при проектировании таких видов конструкций.

Внедрение работы. Разработки на ЭВМ по созданию нрограы-м" применяются как часть от общей программы компании

Ets. p.a. s : а . ' , специализирующейся на внедрении

промышленных зданий и сооружений с использованием пространственных конструкций из монолитного железобетона (башенные конструкции, силосы, бункеры, склады и т.п.).

Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены на научных конференциях Владимирского политехнического института в 1988 и 1969 гг., на региональной научно-технической конференции в г. Владимире в ISS8 г., на координационном совещании в г.. Донецке в 1990 г., на второй всесоюзной, аколе-семннаре в I9S0 г. в г. Суздале.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы две аечатн-ш работи.

Объем работи. Диссертация состоит из введения, шести разделов, оснознпх выводов и заключения, списка литературы из 137 наименовании и приложений. Работа изложена на 264 стр.(в том числе IIV стр. машинописного теиста, 114 рисунков на 93 стр., II таблиц и дка приложения на 50 стр).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В персом разделе (вЕедение) дано обоснование актуальности темы, сформулированы пелл и задачи и приведено краткое - ^¿держание диссертационной работы.

Второй раздел посвящен особенностям проектирования монолитных железобетонных пространственных покрытий и проблемам их возведения в Советском Союзе, кратким., обзорам по развитию монолитных железобетонных оболочек положительной и нулевой гауссовой кривизны в СССР и за рубежом, их расчету с учетом . податливости диафрагм, и экспериментальных исследований на железобетонных моделях. ■

Со'^уиенад монолитных конструкций оболочек стали характерны для зарубежного раннего отапа советского строительства. Отдельно стоящие оСшоялч дволкоС кривлзни и короткие цилиндри-

ческие возводились начиная с 40-х годов в Советском Союзе. Европе, США и с 50-х годов на Блшшем Востоке. .Составные пространственные покрытия получили большое развитие в современной строительной практике в виде шоговолновьи оболочек или сочетания оболочек шшжительной, отрицательной и в меньшей степени нулевой гауссовой кривизны.

Большую роль в развитии теории оболочек и бе внедрении в строительную практику сыграли работы В.З.Власова, В.Н.Байкова, А.С.Вальмира, А.А.Гвоздева, А.Л.Гольденвейзера, П.А.Лукаша, Х.М.Муштари и К.З.Галимова, А.А.Назарова, В.В.Новожилова, П.Л.Пастернака, Б.К.Рекача, А.Р.Рнаницына, Г.К.Хайдукова и др.

Первым исследованием, посвященным учету совместной работы диафрагмы в виде кривого бруса постоянного сечения с пологими оболочками положительной кривизны. на основе метода перемещения, является работа И.Е.Милейковского и Б.С.Василькова. Позднее рядом авторов:-В.С.Бартеневым, Д.В.Вайнбергом, Б.С.Кп-синьш, Б.К.Ыизайловым, В.Я.Павилайненым и др. предложены решения, позволяющие рассчитывать оболочки положительной гауссовой кривизны прямоугольной в плане с учетом совместной рабо-Vfj с различного типа диафрагмами (арки, фермы* рамы и т.д.).

В.С.Бартеневым на основе смешанного метода был разработан практический метод расчета для цилиндрических оболочек. Позднее этот метод был обобщен с. расчетом оболочек положительной кривизны, совместно работающих с бортовыми элементами, г учетом их действительной -жесткости.

•Однако решение пространственной задачи методом Бартенева B.C. успешно использовалось в расчете отдельно стоящих и многоволновых оболочек А.М.Болдешзвым, Л.А.Коробовым, В 5..Кузнь-цовым, М.В.Горюновьш и др.

Настоящая работа является новой перспективной областью в применении принципа метода профессора Бартенева B.C. для расчета пространственных большепролетных комбинированных систем с учетом деформативности опорных конструкций.

Экспериментальные исследования на натурных конструкциях оболочек и железобетонных моделях,выполненные в 60-х, 70-х, и ВО-х годах Бартеневым B.C., Чиненковым Ю.В., Краковским Ы.Е., Болдеиевим A.M., Коробовш Л.А., Горюновш М.В., Бай-нейтохшм Т.И. и др., показали, что деформации контурных элементов б своей плоскости значительно влияют на изменение н{1пря«еннс-де?ормированного состояния оболочки,и доказали необходимость учета податливости контура.

Б третьем разделе излагается.-способ расчета составных пространственных покрытий из пологих оболочек положительной и .нулевой гауссовой кривизны с учетом податливости опорных диаф-раггл и примыкания соседних конструкций на основе метода Бартенева B.C.; рассматривается способ определения коэффициентов податливости контурных элементов ( Ос;, jj , , j> ); порядок расчета при действии различных типов нагрузок и их влияние па . .значения свободных членов матриц коэффициентов. : • Раздел завершается вычислительными работами на персональной ЭВМ с созданием и использованием программы "shell", разработанной автором на основе, вышеуказанного метода расчета.

Конструкция покрытия рассматривается как тонкостенная гладкая оболочка-, работающая совместно с примыкающими.элементами (соседними оболочками, диафрагмами, бортовыми балками и т.п.). Для раскрытия внешней статической неопределимости по • контуру оболочки применяется смешанный метод строительной механики стержневых "систем, соответствующий шарнирному опиранпю оболочки на контурные элементы(рис.1). Выбор такой основной системы позволяет на всех этапах расчета (определение коэффициентов канонических j равнений (a(:,j> , ViC> я ) построение зпар усилий и перемещений для шарнирно опертой оболочки и т.д._) при интегрировании дифференциальных уравнений оболочек наряду с методом одинарных тригонометрических рядов применять метод двойных тригонометрических рядов. Это' имеет значение при определении грузовых членов канонических уравнений ( a и, в> ! Гц',«Я от произвольного загружеяия и напряженно-деформированного состояния оболочки от действия нагрузки.

Расчет по методу Бартенева, порядок которого показан па

блок-схеме рис.2, сводится к наложению на основное напряжен. , ос и

но-десрормированное состояние АЛ ^ , ^ ) от действия нагрузил на шарнирно опертую по контуру оболочку дополнительных знечз-ний усилий и перемещений Л/, ^ ) , вызванных воздействием на основную" систему основных неизвестных (/% . ^ > ? ЪЪ>\), учитывающих совместную работу оболочки с примыкающими конструкциями : .

о СЛ ¿тг

» Л/С| , р t ? ' 1 > J >

где L - номер края оболочки » ' ^ • ^ - относительны-* коорд/нэты, щ х/А ; ч =. у /ъ -

Б)

I

б - с учетом примыкания .соседних оболочек

Рис, 2. Блок-счомо расчета пологих оболочек

С разоаваиием поля оболочки на клетки размером ЬхО «г .м>* .. '

при действии разномерно распределенной по всей поверхности нагрузки суммируются в следующем порядке:.

Ъщф = .р + ^гОО-рЦ) + 1^3,(10^, ю. 1) + Ыщ.^,

При действии односторонней равномерно распределенной нагрузки расчет оболочки повторяется два раза для определения усилий и перемзщений первого круга , ц.)от воздействия

половины интенсивности по всему покрытию. Затем., определяются второго круга с учетом действия пслоеины нагрузки на ширину участка поля ободочки. При этом, суммируются результата обоих кругов;

, ,Ф

, ^ ■) = л/<$ А/с ^ , 1 > ■

В -случае изменений I ^ ^ ^ 5

М?, у) = Л/<У , г ) ± ыfц , -I) а если ^ 5 , то: ' ■ ~

М*г > ?) = Л/?^, Ч >* ^Н ' "г-О-сг-^-лО)))) -

С целью реализации расчета пологих оболочек и изучения их напряженно-деформированного состояния с обеспечением децентрализации вычислительных процессов разработана программа под названием " ены-и." для персональных вычислительных машин-на основе языка "ъь£.1С-70". > • Программа, предназначена для расчета пологих оболочек положительной и нулевой гауссовой кривизны, гладких и ребристых, отдельно стоящих, многоволновых и составных оболочек при действии различных схем нагружений (равномерно распределенном по всему покрытию, одностороннем., и с учетом предварительного напряжения арматуры) и условий опираний:шарнирное по контуру, с учетом податливости опорных диафрагм б виде ферм, арок, балок, и т.п., и при совместной работе 'с соседними покрытиями).

В четвертом разделе изложена методика экспериментального исследования на железобетонной модели с целью проверки пред- -лагаемогс метода расчета, изучение ее напряженно-деформированного состояния и получение рекомендаций по проектированию» рассматриваются конструкция модели,ее '.:зготоЕяение, характеристики использованных материалов, описание стенда и загрузочные устройства для испытания, расстановка приборов и способ обработки опытных результатов.

- э ~

Модель представляет собой железобетонное гладкое пространственное. составное покрытие с размерами в плане 4x2,85 м; оболочкой двоякой кривизны 4x2,1 м и короткой цилиндрической 4x0,75 м. Максимальный подъем покрытия равен 0,4 м. Радиусы продольной и поперечной кривизны составляют 7,64 и 4,33 м соответственно. Толщина полки принималась 0,012 . и 0,025 м с утолтеиием к углам до 0,03 и 0,04 м соответственно оболочкам положительной и нулевой кривизны. Конструкция опирается по продольным краям на подпертые стойками кривые брусы о раз-мэрами сечения 0,05x0,078 м, а по поперечным концам - на арки с затяжками с размерами верхнего железобетонного сечения 0,03x0,04 м. Затяжки металлические из арматуры A-II1 диаметром 0,12 мм (рис.Г^а).

. При изготовлении модели опалубка выполнялась деревянной, сборной. Оболочки армировались сеткой из проволоки 0 1мм с шагом 50 мм, б углах оболочки двоякой кривизны дополнительно установлено по II косых стержней из холоднотянутой арматуры 0 3 мм, а в короткой цилиндрической-по 7 стержней. Продольные брусы армировались стержнями 0 5 мм, а арки-поперек модели арматурой 0 4 мм. Модель выполнили из монолитного мелкозернистого бетона с прочностью 43,5 Ша. и начальным модулем упругости бетона - 27,95 МПа.

Для испытания запроектирован пространственный металлический стенд с размерами 5x3,85 м.

Модель загружали сосредоточенными силами в 192 точках. Расстояния между точками приложения сил приняты 250x250 мм в оболочке двоякой кривизны и 162,5 х 250 мм в короткой-цилиндрической. Нагрузка передавалась через деревянные бруски, объединенные в верхнюю распределительную систему, которая, в свою очередь, соединялась металлическими тяжами с платформами, связанными с загрузочными рычагами (рис.3,6). Коэффициент увеличения нагрузки равнялся 3.

Схемы загружения и их величины на каждом этапа до разрушения модели приведены в таблице.

При испытании прогибы и горизонтальные перемещения измеряли индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм, установленными в основных сечениях ( х =0,5Л, ^ =0,5ß, =В+Ь, ^ =0, -- Л ). Поперечные к продольные, деформации бетона в плите и контурных элементах измеряли тензорезпсторами,расположенными в сечениях ЯГ = 0,5А, ¿с. =■. 0,12ПА, я- - 0',75А,

Рис. 3. Железобетонная модель составного покрытия : а - геометрия модели; б - общий вид покрытия со стендом и загрузочным устройством .

Ы». сжемы здггуася 1 2 4 л 5

с x м ^_ <шпш ШЩСШП тнщ^ 1п

Ь&р-гпкл -льна« чагтхькл (ки/и*) л«»»»».« 4 4 4 5.5 1С,в

м« коя9» втспе 1 1 f 1 1 в упруго* ОТА.М« Г а т

гори-ъон -иагрузл.о С^Й/*1) — — ,— 10 —

мз »а*9»и угапй. — ' — •— 2,5 -

0,675л, 0,125x3, 0,5В, В + 0,5Ь). Регистрация до^орнашк осуществлялась двумя измерителями деформаций АВД-4. Всего при исследовании было установлено 30 индикаторов, прогибомера, 4 глубинных механических тензометра, 12 механических, тензометров "ВаГшбергер", 132 тенэодатчика - общее ко-ллч^сгзо приборов составило 230 ит.

При обработке экспериментальных данных учитывали действительную толщину полки модели. Переход от продольных и попереч-н<:х деформаций ( В1 , £г ) к продольным к поперечным нормальным усилиям (7/ > 7а. ) Л изгибающий моментам (М1 • Мг. ) осуществлялся с использованием гипотезы плоских сечений и закона Гука. .

Пятый раздел посвтаен анализу экспериментальных результатов, который Еключает исследование характера распределений деформации верхней и нижней полки модели, горизонтальных перемещений. и вертикальных прогибоз при различных видах загружений (таблица).Анализируются также характер появления и развития трещин.

Под действием равномерно распределенного нагружения по всему покрытию величиной 4 кН/м2гмаксимальный положительный момент ( Мр, х = 0,ЬА > действует ближе к крайнему контуру на расстоянии 1/8 пролета. На месте примыкания оболочек значение отрицательного момента сказалось в 2,2 раза больше,чем над крайним контуромВ пряконтургых. зонах оболочки нормальные силы ( Т*), ¿г - 0,5А )■ оказались растянуты, а в-остальной части сечения сжаты. Нормальные усилия по всей длине контурных элементов работают на растяжение. Возрастание деформаций явно стракзет сущность работы криволинейных брусьев, опертых на колонны, под влиянием раг;номерно распределенной нагрузки, так как они от углов оболочки возрастают к середине пролета, стара моментов аналогична эпюре в нэрвзреэной многопролетной балке под равномерно распределенной нагрузкой. Место нахождения опорного бруса влияет на величину моментов в контурных элементах.-.

Наибольшие прогибы зафиксированы б приконтурной зон« ближе к крайнему первому брусу. На второй половине двоякой кривизны прогибы уменьшаются и оказываются.под влиянием появления 'отрицательных моментов в зоне примыканта, оболочек друг 1с другу. Горизонтальные перемеиенмя оказались наибольшими в углах и уменьшались к середине пролета. ■ ■

С приложением односторонней нагрузки (4 кН/м^) на лзвул

часть покрытия, величины моментов (!&?, Х- =0,5А) приконтурной попы значительно больае сказываются, чем в других точках этого сечения» то же самое повторяется зо второй половине модели, когда меняется мзсто приложения нагрузки. Нормальные усилия Т*> сохраняют растягивающий характер в обоих видах нагружений односторонней нагрузкой, но в, середине оболочки кривизны меняются знаками: левая часть оболочки растянута, и наоборот, если нагрузка приложена к правой ее части,кривые брусы работают как шогопролетнан балка под действием односторонней нагрузки. Этому свидетельствовало появление отрицательных моментов над опорами. Однако место нахождения контурного элемента и площадь действия приложенной нагрузки сильно:*влияют на величины изгибающих моментов (), например: при нагружеши левой половины модели отрицательные моменты над опорами среднего контура в 2-2,3 раза больше, чем над первым брусом, но при наложении нагрузки на правую часть конструкции величины моментов среднего контура оказываются в 4 раза больше по сравнению с предыдущим случаем, (т.е. в 8-10 раз больше, чем над первым брусом). Нормальные усилия в продольных диафрагмах (л/* ), которые оказались, растянуты по всей их длине, нарастают от торцов по Направлению к середине пролета, где достигают максимальных значений, крема среднего бруса, торец которого при кагружении правой его. частиоказывается растянутым, а в середине пролета I- скатьм. Максимальное значение глазных растягивающих усилий фиксируется прямо в углах, уменьшаясь по направлении к центру оболочки по диагонали. В дальних от действий нагрузки зонах характер распределения главных растягивающих усилий оказался несколько иным: если в углах появились усилия растяжения, то недалеко от угла они стали сжимающими.

! Механизм работы конструкций под влиянием односторонней Нагрузки;1, отражается явно в наблюдении прогибов: наибольшие прогибы наблюдались б левой половине модели, там, где действовала нагрузка, во второй 'половина прогибы уменьшались постепенно. Отрицательные прогибы появились в приконтурной зоне среднего кривого бруса.' Однако в короткой цилиндрической ободочке прогибы не наблюдались. При нагрукении правой части 'додели вертикальные прогибы среднего поперечного, сечения оказались положительными.

¡При обасьтии бетона торцов продольных брусьев конструкция модели выгибается. Это легко заметить, когда оболочка.будет

о

под влиянием вертикальной нагрузки (4 к1]/мг-) и обжатия диафрагм сосредоточенной силой величиной 6,7 кН. По сравнению с результатами равномерно распределенного яагружения поперечные изгибающие моменты (М9;^ ~ 0,5А) в приконтурной зоне уменьшаются до 21%, поперечные нормальные усилил Tg, соответствующие этому сечению, - до Ь1%, а в сжимающей зэнз поля оболочки - ' до 60$, Продольное нормальное усилив (Тр С,5А) на среднем контуре оказалось больше на 82%. Вертикальный прогибwно контур-пых элементах остается отрицательным, а в других точках уменьшается до 34%. Поперечные горизонтальные переменения оболочки оказались меньше в углах на 25,5%.

Для выявления картины трещин з поле оболочки и оценки ее несушей способности по определению разрушающей нагрузки, модель нагружалась равномерно распределенной нагрузкой до 16,8 кК/м2 после раскрытия трешин в плите покрытия до 3 да. Первые трещины появились над первым крайним кривил брусом и поперечными .арками в средних сечениях ( Х- =0,5А, при аагруяе-

нии конструкции 5,£9 € ростом -нагрузки до 6,95 кН/м<

они распространялись rio верхней грана па 3/4- шести диафрагм, развиваясь по верхней грани поля'оболочки и направляясь к ее центру. При 8 кН/.'.;2 трещины наблюдались я в верхней грэнк оболочки положительной кривизны параллельно к продольным диафрагмам в четверти поперечного прол'ета средней зоны и над средним брусом от. действия нормальных поперечных сил. Эти трещины сильно развивались в приконтурной зоне среднего опорного контура при увеличении нагрузки до 10,2 кН/м2.

От воздействия главных и впеценгральных растягивающих усилий в левых угловых зонах косые трешины при нагрузке S кН/м2 начали развиваться по верхней грани оболочки под углом 45° по направлению к центру. Образование трешин. в правых углах появилось несколько позднее при нагрузке 12,4 кН/м2.

Трещины от изгиба на-, нижней поверхности-модели образовались в короткой цилиндрической оболочке раньде их зтоявяеаяя в оболочке двоякой кривизны, 'так как при нагрузке 6,95 kH/í.¡2 п короткой цилиндрической возникла трешяна в середине пролета среднего продольного сечения ( f- В+0,5Ь ), которая удлинялась с ростом нагрузки, сопровождаясь увеличением количества трежн. Б дальнейшем они объединились с косыми трещинами, идуп;:ми от опор. Появление трешин от изгиба в приконгуркых зонах параллельно диафрагмам ярко наблюдалось з зоне среднего бруса при

нагрузке 12,4 Б дальнейшем от л трешины развивалпсс

вдоль контура и объединялась с поперечными х-реиина;.«.

Косые трецииы на низглей поверхности лэеых угловых aoii наблюдались при 12,4 кН/м2, а с ростом ее до 14,56 кН/.л2 <0ти треоины появились и начали развиваться на правых угловых зон'.'.,:.

В шестом раздело сравниваются результаты расчета модели яри иернярноы опирании по теории Власова В.З. я с учетом податливости примыкающих конструкций по методу Бартенева B.C. с опытными данными, полученными экспериментально; сравниваете,: к предельная нагрузка, полученная расчетом по предельному равновесию с опытной разрушающей нагрузкой^рис.4).

Йод влиянием равномерно распределенной со всему покрьт::и н под действием односторонней нагрузок экспериментальных данные качественно совпали с расчетными результатами усилий и перемещений при расчете методом Бартенева, но количественно оказались на 15-21$ меньше расчетных величин, а с осжатием торцов продольных диафрагм имели различия в пределах 8,9-25,!/'. Однако расчетные усилия и перемещения по теории Власова В.З. имели качественные и количественные различия с опытными данными (появление отрицательних моментов над диафрагмами, работа приконтурных зон на растяжение, увеличение значений положительного момента в 2,6 раза, уменьшение величин главных растягивающих усилий в углах от 1,7-2,5 раза).

Значение расчетной предельной нагрузки, полученное методом предельного равновесия,составляло 18,075 кН/м^. Опытное значение разрушающей нагрузки {в среднем 17,368 к!1/м2 ) складывается из собственного Беса покрытия 0,568 кН/ы2 и передаваемой нагрузки от распределительной системы 16,8 кП/м2. Таким образом, расчетная предельная нагрузка к опытной разрушающей- ее значению составляет 1,04 с небольшим расхождением до 4,07??.

В седрмэм разделе приведены результаты изучения методом численного анализа математической модели конструкции железобетонного комбинированного пространственного покрытия, состоящего из оболочек деоякой кривизны с размерами в плане 72x35 м и короткой цилиндрической размером 72x12 м с общей толщиной 0,06 м,под действием равномерно 'распределенной нагрузки величиной 4 кН/м2. Для тщательного изучения наггряженнр-деформи-роваьнсго состояния такого-рода покрытий рассмотрены влияние. и,чм(П)г!п;я стрелы подъема сторон оболочки в пределе ез пологости, меа?1соггя диафрагм и изменения тодакны полки покрытия.

- Рис 4. Сравнение теоретических результатов с опытными данными пта действии различг^х видов нагружений :

____^чет пГтеориТиласова;Т_---расчет методом Бартенева;

_экспериментальные данные

ОБЦИЕ БЫБО,ДЬ1 И РЕКОМЫЩАЦИИ

1. Практика проектирования и опыт строительства большепролетных пространственных покрытий свидетельствуют о возможности выполнения в составных оболочках опорных диафрагм в виде кривых брусьев, подпертых рядом колонн. По сравнению с диафрагмами в виде ферм упрощается конструкция, уменьшается расход арматуры в угловых зонах и, в кокечном-итоге, улучшаются технико-экономические показатели покрытия (22,5^ бетона, 35$ стали).

2. Экспериментальное исследование на железобетонной модели позволило изучить картину распределений деформаций и перемещений конструкции под действием различьых cxe;»¡ загрукений.

' Под действием равномерно распределенного нагружения величиной 4 кН/м- в сечении наблюдалось { í^- - 0,5А) появление отрицательных изгибающих моментов ídg над диафрагмами. Над средним-контуром момент увеличивался в (1,2 - 2,3 раза) по сравнению с теми же моментами у крайних диафрагм. Нормальные усилия Tg в основном работали на сжатие, но в среднем контуре, и его приконтурных зонах появлялось растяжение.- Брусья оказывались растянуты по всей длине. Максимальное значение имело место в середине пролета. Максимальный прогиб находился в 1/4 пролета ближе к крайнему брусу. Главные растягивающие.усилия возникали в угловых зонах и достигали максимального значения в углах.

При нагруженш покрытия оболочек.односторонней распределенной нагрузкой величиной .4 кН/м~ опытные данные показали, что усилия-' и перемещения появляются, в основном, в зонах под действием нагрузки и постепенно уменьшается до минимальных значений, не доходя до.Противоположного края.

При обжатии продольных диафрагм сосредоточенной силой (предварительное напряжение арматуры в натурных конструкциях) В-. 10 кН и действии вертикальной равномерно у -определенной нагрузки (5,5 кН/м2) покрытие поднималось вверх, что сопровождалось уменьшением усилий и перемещений в поперечных сече-, ниях. Однако/ в диафрагмах, увеличивались значения.растягиваю-aero характера нормальных сил. г-'

З.По сравнении с теоретическими данными, полученными по теории Власова (при шарнирном опиран'ии оболочек на контурные элементы), экспериментальные результаты усилий и перемещений приконтурных зон имели качественное и количественные

различия (появление отрицательных моментов над диафрагмами,-работа приконтурных зон на растяжение, увеличение_ значений положительного момента а 2,Ь раза, уменьшение величин главных растягивающих усилии в углах 1,7-2,С- раза). По сравнению с результатами расчета конструкции методом Бартенева (с учетом совместной работы опорных контурных элементов и примыкания соседних конструкций к оболочке) опытные данные качественно совпали по .характеру, но количественно оказались различны в пределах +(9 - 2$. Это свидетельствует о необходимости учета податливости примыкающих конструкций. • .

Расчетная предельная нагрузка к значению опытной разрушающей составляла 1,04 с небольшим расхождением 4,07%. Это дает удовлетворительное совпаденне^между опытом и теорией, что позволяет рекомендовать применение расчета несущей способности . по предельному равновесию при проектирований подобных конструкций .

4. Рекомендуем осуществить расчет таких пространственных систем с использованием практического способа Бартенева. Для преодоления трудностей, сокращения затрат рабочего времени и ■ ускорения вычислительных длительных процессов в расчете сложных и трудоемких задач пространственных систем рекомендуем использовать программы " змяии." на основе "языка " ьаыь-7.0" применительно к персональному компьютеру " соммотэо5г*=-'\гь." -

Применение программы " &н1е_\_-л_'г позволяет получить картину распределения усилий ]. перемещений, возникающих в поле гладких и ребристых,отдельно стоящих, многоволновых и составных пологих оболочек положительной и нулевой кривизны под действием различных нагрузок (равномерно распределенная по. всему покрытию; односторонняя и нагрузка, возникающая вследствие предварительного напряжения арматуры), учитывая влияния податливости опорных конструкций ((фермы, арки, кривые брусы, балки и т.п.). Возможность применения программы в многоразовом использовании позволяет проводить числеише анализы на математической моде/и для выявления картины напряженного состояния пространственных покрытий и улучшения выбора оптимальных и рациональных вариантов с'точки зрения максимальной . эффективности работы элементов покрытий.

5. Проведение численного анализа реыення математической модели является чреотнчейно важным для уникальной задачи по выявлению картин;..! напряженного состояния составного покрытия

iip.i изменении таких параметров, как стрелы подъемов контурных оле;>.ш©», ягесгкости дшфрагы и то/даны полю» покрытия.

¿штцвая анализ результатов расчета 16 вариантов конструкции пространственного покрытия с изменением стрелы подъема сторон оболочки в пределе ее пологости, монно утверждать, что сам^я благоприятная область применения с максимальной эффекте вниотью с точки зрения работы -элементов конструкции, соотношения сторон ограничивается пределами 0,9-1,4 с небольшими* расхождениями по значениям и величинам усилий и перемещений.

5. Усилия и перемещения в прямоугольных пологих оболочках 1.0 многом зависят от продольных контурных элементов, так как работа покрытия с поперечными диафрагмами при учете их жесткости не вызывает различия значений этих величин.

lipn опирании покрытия на диафрагмы в ьиде кривых брусьеь, опертых на колонна, распределение усилий в элементах отличается от такового в оболочках с арочными диафрагмами, что должно" -учитываться при проектировании таких видов конструкций. Иными словами, с повышением жесткости продольных диафрагм уменьшаются значения изгибающих моментов, продольные нормальные силы, снимавшие усилия и резке сокращается вертикальный прогиб покрытия.

V. Утолщение полки покрытия вызывает количественное изменение усилий и перемещений, возникающих в поле оболочек под влиянием вертикальной равномерно распределенной нагрузки. Рекомендуется принимать толщину в пределах (0,1 - 0,15 м ), а для ребристых - в пределах (0,2 - 0,22 м) по результатам анализа б вариантов различных: покрытий.

Основные,положения диссертации опубликованы в работах;

1. А.Карим Дкамиль, Шаннат Идо, Бартенев Е.С. Эффективные железобетонные тонкостенные пространственные сборно-монолитные большепролетные покрытия // Региональная научно-техническая конференция по интенсификации строительства (26 ноября-

2 декабря 1980 г.): Тез. докл. - Владимир, 1988..

2. А.Карим Ассайди.Программа для расчета пологих оболочек на персональных ЭВМ tf ,.: Актуальные проблема оптимизации конструкции. Вторая всесоюзная цкола-семшар,: Тез.докл.; -Суздаль", Ь£0.