автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Несущая способность и деформативность сжатых трубобетонных элементов со стыками

ПОЛТАВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА

ТИМОШЕНКО ВЯЧЕСЛАВ МИХАЙЛОВИЧ

УДК 624.012.4-408.8

НЕСУЧА ЗДАТНІСТЬ ТА ДЕФОРМАТИВНІСТЬ СТИСНЕНИХ ТРУБОБЕТОННИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЗІ СТИКАМИ

05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПОЛТАВА 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Полтавському державному технічному університеті імені Юрія Кондратюка, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник — доктор технічних наук, професор

Стороженко Леонід Іванович, професор кафедри конструкцій із металу, дерева та пластмас Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка

Офіційні опоненти: — доктор технічних наук, професор

Шмуклер Валерій Самуїлович, професор кафедри будівельних конструкцій Харківської державної академії міського господарства

— кандидат технічних наук, доцент,

Шкуру пій Олександр Анатолійович, доцент кафедри опору матеріалів і будівельної механіки Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка

Провідна установа — Харківський державний технічний університет • будівництва та архітектури, кафедра залізо-

бетонних і кам'яних конструкцій, Міністерство освіти і науки України, м. Харків

Захист відбудеться "25" квітня 2000 р., о 13 годині, на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 44.052.02 Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка із спеціальності 05.23.01 "Будівельні конструкції, будівлі та споруди" за адресою: 36601, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24.

Із дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка за адресою: 36601, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24.

Автореферат розісланий "22" березня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний рівень будівельного виробництва ставить до несучих конструкцій вимоги високої надійності в поєднанні з малою матеріалоємністю і низькими трудовими витратами при виготовленні й монтажі. Цим вимогам повною мірою відповідають трубобетонні конструкції.

Трубобстонними прийнято називати комплексні конструкції, виконані зі сталевої труби (круглого або квадратного перетину), внутрішня порожнина якої заповнена бетоном. При дії зусиль стиску бетон, обмежений сталевою оболонкою, знаходиться в умовах об'ємного напруженого стану, що сприяє збільшенню несучої здатності трубобетонного елемента в цілому і дає можливість ефективніше використовувати фізико-механічні властивості матеріалів (сталі та бетону). Як наслідок, це веде до економії цементу і сталі.

Трубобетонні конструкції порівняно із залізобетонними індустріальній» при виготовленні і монтажі, мають меншу вагу й зручніші при транспортуванні. При їх виготовленні не потрібні арматурні каркаси, опалубка і закладні деталі.

Трубобетонні конструкції мають значно більшу надійність, ніж аналогічні залізобетонні або металеві. Ця перевага полягає в тому, що трубобетонні конструкції в граничному стані не втрачають несучу здатність миттєво, а, зазнавши значних деформацій, ще тривалий час спроможні витримувати навантаження. Ще одною перевагою трубобетону є можливість його застосування в якості несучих конструкцій у помешканнях, де діє складний температурно-вологісний режим в умовах агресивного середовища. Найяскравіше всі перераховані переваги трубобетону виявляються в стиснутих елементах із малими ексцентриситетами прикладення навантаження.

Поряд із перевагами трубобетон має ряд недоліків: низька ефективність при роботі з великими ексцентриситетами прикладення навантаження; недостатня вогнестійкість та ін.

У трубобетонних елементах найбільше відповідальними й уразливими місцями є стики і зони передачі навантажень на стик.

У даний час досліджувана робота трубобетону як несучих конструкцій, що працюють на стиск і згин, проте дослідження, пов'язані зі станом стиків трубобетонних елементів при різних видах напруженого стану, практично відсутні. Відсутність рекомендацій до проектування конструкцій зі стиками значною мірою перешкоджає масовому впровадженню трубобетону в будівництво.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи входить до плану науково-дослідної роботи кафедри конструкцій з металу, дерева та пластмас Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондраткжа за проблемою: "Дослідження та впровадження в будівництво трубобетонних конструкцій".

Мета і задачі дослідження. Основною метою дисертаційної роботи є розробка методики розрахунку на основі експериментальних досліджень трубобетонних елементів зі стиками.

Наукова новизна одержаних результатів роботи полягає в наступному:

- у результаті експериментальних досліджень отримані нові дані про особливості роботи під навантаженням трубобетонних елементів зі стиками;

- розроблена методика оцінювання напружено-деформованого стану трубобетонних елементів зі стиками;

- запропонована методика визначення несучої здатності

трубобетонних елементів зі стиками.

Практичне значення одержаних результатів:

- за результатами роботи сформульовані рекомендації щодо раціональних способів підсилення стиків трубобетонних елементів;

- запропонована методика визначення несучої здатності

трубобетонних елементів зі стиками при осьовому та позацентровому стисненні;

- на основі запропонованої методики складена програма для оцінки напружено-деформованого стану та визначення несучої здатності трубобетонних елементів зі стиками за допомогою ПЕОМ;

- - здійснене дослідне проектування і будівництво несучих

конструкцій із використанням трубобетону.

Розроблення методики експериментальних досліджень, виготовлення і випробування дослідних зразків, опрацювання експериментальних даних, теоретичні дослідження виконані безпосередньо самим автором. Дослідне проектування здійснене колективно, де автором виконані розрахунки трубобетонних елементів зі стиками, робочі креслення, а також здійснений авторський нагляд за будівництвом.

Особистий внесок здобувана полягає в:

- розробленні методики та проведенні експериментальних досліджень трубобетонних елементів зі стиками;

- опрацюванні методики оцінювання напружено-деформованого стану елементів у зоні стиків трубобетонних елементів;

з

- розробленні методики визначення несучої здатності

трубобетонних елементів зі стиками, що працюють на стиск;

- результатах дослідного проектування несучих конструкцій із трубобетону.

Апробація роботи. Основні положення досліджень доповідалися на наукових конференціях професорів, викладачів, наукових співробітників, аспірантів та студентів Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка (м. Полтава, 1996-2000 p.), на конференції "Проблеми теорії і практики залізобетону" (м. Полтава, 1997 p.), на конференції "Сталезалізобетонні конструкції: дослідження, проектування, будівництво, експлуатація" (м. Кривий Ріг, 1998 p.), на конференції "Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди" (м. Рівне, 1999 p.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 7 друкованих праць.

Обсяг та структура роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків, в яких подані акти впровадження результатів дисертаційної роботи.

Робота викладена на 208 сторінках, включаючи 14 таблиць на 12 сторінках, 74 рисунки на 68 сторінках, 192 найменувань використаних джерел на 21 сторінці, два додатки на 17 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обгрунтовані актуальність, наукова новизна та практична цінність роботи, необхідність проведення експериментальних і теоретичних досліджень, подана її загальна характеристика.

У першому розділі проведено аналіз особливостей роботи трубобетонних конструкцій. Визначені переваги та недоліки, проаналізовано розвиток і досвід будівництва трубобетонних конструкцій. Зроблено огляд досліджень трубобетону. Розглянуто теорії міцності та об’ємного напружено-деформованого стану, застосовані при дослідженнях трубобетонних елементів.

Дослідження в галузі трубобетонних конструкцій проводили Г.П. Передерій, О.О. Гвоздев, Н.Г. Добудогло, В.А. Ростовський, А.Ф. Ліпатов. М.Ф. Скворцов, В.Ф. Маренін, О.М. Алперіиа, О .Я. Берг, О.А. Долженко,

В.А. Трулль, Р.С. Санжаровський, О.Е. Лопатго та інші. З 1964 року в КГРІ, а з 1986 року в Полтавському державному технічному університеті імені Юрія Кондратюка під керівництвом Л.І. Стороженка ведуться обширні експериментально-теоретичні дослідження конструктивних

елементів із трубобетону. Цікавими є дослідження B.C. Маракуци, В.М. Сурдіна, Б.І. Голобородька, І.С. Ярового, В.І. Єфіменка, М.В. Микули, М.Х. Аль Калласа, Мунеса Кифаха, О.Л. Тарановського, О.І. Тесьолкіна, С.О. Харченка, В.В. Васюти, Г.В. Головка, В.І. Барбарського,

С.В. Шкіренко, Д.А. Єрмоленка, А.О. Кальченка, О.І. Лапенка, П.Г. Кортушова, В.Ф. Пенца, В.М. Спільчука.

Із закордонних досліджень можна відзначити роботи Баєса, Мюллера, Гарднера, К.Клепеля, В.Годера.

Галузь застосування трубобетонних конструкцій досить широка. Вони можуть впроваджуватися в спеціальному, промисловому і цивільному будівництві, у мостобудуванні, у машинобудуванні й інших областях будівництва.

При визначенні несучої здатності трубобетонних елементів можуть упроваджуватися різноманітні теорії міцності бетону. Різниця в методах визначення несучої здатності трубобетонних конструкцій, у яких забезпечений об'ємний напружений стан бетону, полягає в способі врахування підвищеної міцності бетону в поздовжньому напрямку. Відомо, що існує дуже багато методів розрахунку турбобетонних елементів, різниця яких полягає в тому, що залежно від прийнятої теорії міцності чи напружено-деформованого стану, по різному визначаються напруження в граничному стані aB,as з урахуванням об’ємного напруженого стану

складових турбобетонного елемента - бетону і сталі.

Огляд наукової літератури показав, що малодослідженою проблемою трубобетонних конструкцій є робота трубобетонних елементів зі стиками при складних напружено-деформованих станах.

Аналіз способів влаштування монтажних стиків у будівельних конструкціях показав, що для трубобетону можливі типи стиків, які наведені у другому розділі.

Закінчується перший розділ визначенням основних напрямів та завдань дослідження.

У другому розділі описано конструкцію дослідних зразків, технологію їх виготовлення, методику проведення експерименту і дослідження фізико-механічних властивостей матеріалів, використаних при виготовленні зразків.

При розробленні програми експерименту ставили задачу дослідження роботи трубобетонних елементів зі стиками залежно від фізико-механічних властивостей використаних матеріалів, геометричних характеристик перетину, конструктивних особливостей стиків, а також способів передачі навантаження на конструктивний елемент.

Запроектовані дослідні зразки таких типів (рис. 1):

172

'Ю

ш

2)

СТБЦ-11

СТБЦ-21

СТБЦ-31

СТБП-11

СТБП-21

СТБП-31

2у

,о£

—і— ; ! : : ! : : ! і : і ; : і : : і : 1 і 1 172

І • 1 1 1 1 —1—і ШуІІИ 0

^—і—1 О

; І ' і і і : і : і і і 172

СТБЦ-111 СТБЦ-211 СТБЦ-311 СТБП-111 СТБП-211 СТБП-311

12

3)

172

У.З

■£4

172

СТБЦ-12 СТБЦ-22 СТБЦ-32 СТБП-12 СТБП-22 СТБП-32

3-3

4)1

і *»‘И і

Іші

1Ш.

172

172

5)

СТБЦ-112 СТБП-112

6%

220

40

172

172

СТБЦ-113

6-6

Рис. 1. Конструкції зразків, прийнятих до дослідження:

1) зразок без підсилення стику;

2) зразок із підсиленням бетонного ядра в місці стику за допомогою сітки;

3) стик із заздалегідь залишеною

порожниною ЗО мм;

4) стик на болтах із використанням фланців;

5) зразок із стиком, підсиленим

привареними поздовжніми

ребрами

1. Трубобетонні зразки без підсилення стику при перетині сталевої труби 102x5,127x3, 159x5, (СТБЦ-11, СТБЦ-21, СТБЦ-31, СТБП-11, СТБП-21, СТБП-31).

2. Трубобетонні зразки діаметром 102, 127, 159 мм, у яких підсилення стику забезпечується армуванням бетонного ядра сітками з арматурного дроту (СТБЦ-111, СТБЦ-211, СТБЦ-311, СТБП-111, СТБП-211, СТБП-311).

3. Трубобетонні зразки зі стиком із порожнинами (серії СТБЦ-12, СТБЦ-22, СТБЦ-32, СТБП-12, СТБП-22, СТБП-32).

4. Трубобетонні зразки діаметром 102 мм, у яких підсилення стику сталевої труби здійснено за допомогою привареної пластини (фланця) в торцях труби (СТБЦ-112, СТБП-112), з подальшим з’єднанням болтами.

5. Трубобетонні зразки діаметром 102 мм, у яких підсилення стику сталевої труби здійснено за допомогою приварених до труби ребер жорсткості в поздовжньому напрямку труби (СТБЦ-113).

У частині зразків у ділянці стику здійснене підсилення бетонного ядра сітками при однаковій відстані між ними на розмір, що дорівнював діаметру труби. Для виготовлення сіток був використаний арматурний дріт періодичного профілю Вр-ІІ із діаметром 4 мм (ГОСТ 7348-81). При посиленні сталевої труби в місці стику до оболонки приварювалися ребра жорсткості. Досліджені також зразки при з'єднанні елементів за допомогою фланців.

У табл. 1 подані характеристики прийнятих до дослідження дослідних зразків.

Для проведення експерименту, виходячи з поставленої задачі, із метою з'ясування залежності впливу підсилення стику на несучу здатність трубобетонного елемента в цілому і характеру його руйнування, були запроектовані і виготовлені зразки з різноманітними способами підсилення стику (рис. 1, табл. 1).

Попередньо із суцільнозварних труб діаметром 102, 127, 159 мм, товщиною стінки відповідно 5, 3, 5 мм нарізались заготовки довжиною відповідно 400, 500 і 600 мм (табл. 1). Також заздалегідь були,заготовлені для підсилення стику сталевої труби ребра жорсткості і пластини відповідних розмірів. Усі фасонні деталі виконувалися зі сталевого листа товщиною 10 мм. Різання труб із метою одержання рівної поверхні, перпендикулярно осі труби, проводилося на дисковому маятниковому різакові.

Попередньо підготовлені відрізки з труб заповнювалися бетоном на заводі ЗБВ-1 (м. Полтава). Відрізки з'єднувалися в пакети по 10 штук, установлювалися на піддони і подавалися краном на вібраційний стіл.

Таблиця 1

Програма експериментальних досліджень стиків трубобетонних зразків

Серія зразків Діаметр зразка Ип, мм Висота зразка L, мм Товщ. стінки труби мм Характе- ристика зразка Схема наванта- ження Несуча здатність, кН Коефіцієнти ефективності

ц м2 п т

ТР-1 102 800 5 труба центр. стиск 445 - ■ -

ТР-2 127 1000 3 * 387 - ■ ■

ТР-3 159 1200 5 » 730 . - -

ТБЦ-11 102 400 5 трубобетон * 650 930 3,7 1,7

ТБЦ-21 127 500 3 « 670 820 2,7 1,6

ТБЦ-31 159 600 5 960 1410 2,6 1,5

СТБЦ-11 102 800 5 трубобетон 'ЗІ "стиком 600 800 3,5 1,5

СТБЦ-21 127 1000 3 * * 550 600 1,5 1,2

СТБЦ-ЗІ 159 1200 5 а 25 900 980 1,7 1,2

СТБЦ-11! 102 800 5 01 % 625 825 2,8 1,5

СТБЦ-21! 127 1000 3 * * 560 750 2,3 1,5

СТБЦ-311 159 1200 5 Ж 1025 1180 1,8 1,2

СТБЦ-12 102 800 5 * Яг 500 620 —

СТБЦ-22 127 1000 3 * * 400 412 — —

СТБЦ-32 159 1200 5 а Я- 750 800 —

СТБП-11 102 800 5 * позацент. стиск 525 580 — —

СТБП-21 127 1000 3 * * 525 554 — —

СТБП-31 159 1200 5 » 875 925 —

СТБП-111 102 800 5 и 475 654 — —

СТБ1І-211 127 1000 3 » я> 450 520 — —

СТБП-311 159 1200 5 В « 725 735 .

СТБП-12 102 800 5 * Я 375 390 — —

СТБП-22 127 1000 3 в 350 360 — —

СТБП-32 159 1200 5 « 625 650 —

СТБЦ-П2 102 800 5 а центр. стиск 500 630 1,9 1,2

СТБЦ-113 102 800 5 « * 620 834 3,8 1,6

СТБП-112 102 800 5 яв лозацент. СТИСК 400 440 —

Бетон подавався зверху в торець пакета, що забезпечувало самовільне прямування бетону при заповненні ним пакета. Додатково проводилося

вібрування бетону за допомогою глибинних вібраторів. Усі зразки заповнювалися бетоном з одного замісу. Торці трубобетонних зразків старанно зарівнювалися. Бетонування бетонних призм і кубів проводилося тут же, на вібраційних столах, в інвентарних сталевих опалубках.

Зразки випробовувалися після досягнення проектної міцності бетону, але не раніше ніж через 28 діб після бетонування. Випробування зразків проводилися на пресі ПММ-500 у лабораторії кафедри ЗБіКК Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка.

Випробування трубобетонних зразків проводилося при центральному та позацентровому навантаженні. Завантажування здійснювалося ступенями в 0.1-0.05 від граничного. На всіх ступенях завантаження вимірювалися поздовжні і поперечні деформації трубобетонного елемента.

Розроблені методики виготовлення та дослідження трубобетонних елементів, прийняте дослідне обладнання дозволили в лабораторних умовах вивчити їх роботу під навантаженням, отримати характеристики напружено-деформованого стану на будь-якій стадії завантаження.

Третій розділ присвячено аналізу результатів експериментальних досліджень. Подано характер руйнування дослідних зразків, опис їх роботи від початку завантаження до руйнування.

При проведенні дослідів фіксувалося два стани в якості граничного за несучою здатністю.

1. Досягнення значень поздовжніх деформацій, що відповідають межі плинності сталі (Л,).

2. Досягнення зразком такого стану, коли практично по всьому перетину зразка сталь і бетон знаходяться в стані плинності й елемент деформується без збільшення діючого на нього навантаження (А^). Цей стан практично відповідає повному руйнуванню зразка.

Зусилля АС і у процесі випробування визначались наступним чином. Про досягнення зусилля Л[ робили висновок за значенням поздовжніх деформацій, що відповідали межі плинності в металі. В цей момент на поверхні зразків, покритій лаком, в області найбільш напруженої ділянки виникали лінії Людерса-Чернова. Про досягнення значення зусилля Ц свідчило лавиноподібне наростання деформацій при практично постійному навантаженні, на найбільш напружених ділянках труби на поверхні починали виникати поперечні гофри.

Із порівняння отриманих результатів несучої здатності виходить, що трубобетонні елементи є дуже надійними, оскільки між зусиллями А[ і є суттєва різниця, а при досягненні граничного стану за несучою здатністю, на відміну від залізобетону, виключено крихке руйнування.

Характер розвитку поздовжніх, поперечних деформацій і руйнування зразків залежав від способу підсилення стику та схеми завантаження. За результатами експерименту встановлено, що для зразків без підсилення стику при передачі навантаження на комплексний переріз розвиток деформацій інтенсивніше протікає в ділянці стику. Поява ліній Чернова і руйнування зразків унаслідок утворення гофрів спочатку спостерігається в ділянці стику, якщо він не підсилений, і пізніше в середній частині зразків. Для зразків, у яких підсилення стику забезпечувалось армуванням бетонного ядра сітками із арматурного дроту, розвиток деформацій в ділянці стику за рахунок арматурних сіток протікає повільніше, першочергова поява ліній Чернова та руйнування зразків у вигляді появи гофрів спочатку, як і очікувалось, спостерігається в середньому перерізі, а потім в ділянці стику. За рахунок цього збільшується несуча здатність трубобетонного елемента в цілому.

За результатами експериментів визначалися коефіцієнти ефективності роботи бетонного ядра в трубі та коефіцієнт ефективності

трубобетонного елемента в цілому т- Л^/(Л^ + їхні значення

наведені в табл. 1.

За результатами вимірювань були побудовані графіки залежностей деформацій від зусиль, деякі з них наведені на рис. 2, 3, 4. Із аналізу результатів вимірювань зроблено висновок, що деформації в цілому для цих зразків протікають за однаковою схемою. Розходження в розвитку деформацій спостерігається залежно від способу підсилення стику і схеми завантаження, а в зразку розходження спостерігається по кожному із перерізів.

На перших етапах завантаження залежність И- є була прямолінійного, характерною для ділянки, на якій розвиваються пружні деформації. На наступних етапах із розвитком пластичних деформацій залежності N-8 викривлялись і при досягненні межі плинності сталі із кривої переходили у пряму.

Аналіз результатів дослідів показує, що схема підсилення стику суттєво впливає як на роботу стику, так і на роботу зразка в цілому. За результатами проведених експериментальних досліджень установлено, що на всіх етапах завантаження бетонне ядро й труба-оболонка центрально та позацентрово стиснутих трубобетонних елементів працювали разом.

За результатами експерименту були обчислені напруження в сталі й бетоні, збудовані графіки залежностей деформацій та напружень як для сталі, так і для бетону.

Рис. 2. Залежність поздовжніх вП03Д і поперечних £поп деформацій від навантаження (серія СТБЦ-113)

а)

^=174 130 94

Значення И, кН: 1-150; 2-250;

З-350; 4-450

Значення N. кН

38 75 95 126х1(Г5

41 70 89 125x10'

1 - 200; 2-350; З _450; 4-600

Рис. 3. Характер розподілу поздовжніх £позд деформацій по висоті зразка:

Рис. 4. Характер розподілу поздовжніх Б ,юзд деформацій по перерізу від величини навантаження для зразків: а) серії СТБП-32; 6) серії СТБП-311

У четвертому розділі наведено основні положення методики оцінювання напружено-деформованого стану й розрахунку несучої здатності трубобетонних елементів зі стиками.

Задачу дослідження трубобетонного елемента при осьовому стиску розглядаємо тільки в ділянці стику. При розв'язанні задачі в пружній стадії припущені наступні відомі передумови й гіпотези теорії пружності: напруження задовольняють диференційні умови рівноваги та задані функції навантаження на основах; бокова поверхня вільна від напружень; на поверхні розділення різних матеріалів виконується умова рівності напружень і зміщень; на торцях елемента виконуються умови завантаження. Також за результатами експерименту прийнято передумову, що розвиток коефіцієнта поперечних деформацій у ділянці стику описується рівнянням, отриманим за апроксимацією дослідних даних залежно від виду з'єднання.

Значення коефіцієнта поперечної деформації в ділянці стику залежить від відстані г від опори зразка до перерізу, що враховується введенням коефіцієнта

Розв'язання задачі побудовано як сумісне рішення рівнянь теорії пружності, що виходять із прийнятих передумов та використання задачі Ляме.

Враховуючи, що для обчислень використовувалися ПЕОМ, невідомі

знаходили поступово, використовуючи раніше знайдені невідомі у

подальших розрахунках.

Поздовжні напруження в трубі-оболонці і бетонному ядрі:

_ N А _ 5 . /1%

г ( л і V г? > 0)

(л4,+4) е5

де а£,<т£ - напруження, що виникають уздовж осі Т.

Тангенціальні напруження в трубі-оболонці:

ст5

1 + - 1

^-1

к"1)

0е=—-----—------- (2)

де - коефіцієнт поперечної деформації сталі.

Радіальні напруження в бетоні:

сг г =

" і?'

1 + ^ ҐН

Ь]

(3)

де г3,гь - радіуси сталевої оболонки та бетонного ядра.

У роботі наведені формули для визначення тангенціальних напружень у бетоні стд, поздовжніх, радіальних та тангенціальних деформацій в трубі-оболонці та бетонному ядрі.

При розгляді напружено-деформованого стану трубобетонного елемента за межами пружності в точній постановці задачу вирішити важко, тому вона розв'язувалася приблизно, числовим методом із використанням змінних параметрів пружності. Сутність методу полягає в тому, що систему рівнянь подають у формі рівнянь теорії пружності зі змінними параметрами пружності і використовують метод послідовного їх обчислення (метод ітерацій). У кожному наближенні вирішується пружна задача із змінним модулем деформацій і змінним коефіцієнтом поперечних деформацій.

Методика повністю описує напружено-деформований стан центрально стиснутого трубобетонного елемента в ділянці стику на будь-якому ступені навантаження.

За описаною методикою було складено алгоритм і програму розрахунку напружено-деформованого стану підсиленого стику та центрально стиснутого трубобетонного елемента.

Порівняння теоретичних і експериментальних даних представлено у вигляді графіків, один із яких наведено (рис. 5). Із графіка видно, що отримані теоретичні значення деформацій близько збігаються з експериментальними даними.

Отримавши за даною методикою напруження в бетоні і сталі та ст5, які відповідають граничному станові, можна знайти несучу здатність трубобетонного елемента в зоні етика за формулою

-^=сгбА + £75А- (4)

Несучу здатність центрально стиснутих трубобетонних елементів зі стиками можна також визначити за формулою

де =

ті - коефіцієнт ефективності роботи бетону в трубі, що визначається за наведеними в дисертації рекомендаціями в залежності від типу стику. Несуча здатність при позацентровому стисненні:

А-(Ф/Ц + 4* ))(^4 + )> (6)

де е0 - ексцентриситет поздовжнього зусилля N відносно центру ваги приведеного перерізу; <!{ - внутрішній діаметр труби (діаметр бетонного

ядра); N - поздовжнє зусилля від короткочасного навантаження;

- розрахунковий опір сталі труби; А{, - площа поперечного перерізу

бетону; Ац - площа поперечного перерізу труби; Яь* - розрахунковий опір

бетону в трубобетоні.

Рис. 5. Теоретична та експериментальна залежність поздовжніх і поперечних

деформацій від величини навантаження для зразка серії СТБЦ-112,

----- експериментальні,------теоретичні V.

П'ятий розділ присвячений дослідному проектуванню трубобегонних конструкцій із використанням запропонованих типів монтажних стиків.

Відомо, що використання в будівництві трубобетону економічно вигідно і відповідає вимогам сучасної архітектури. Простота цих

конструкцій при виготовленні та монтажі, значна тривалість строку служби і здатність сприймати значні зусилля стиску при невеликих розмірах поперечного перерізу - ці переваги є вирішальними при виборі несучих конструкцій у сучасних спорудах. Трубобетон дає змогу знизити вартість будівництва за рахунок економії бетону та сталі. Використання трубобетону в якості несучих конструкцій, де труба виконує роль арматури й одночасно опалубки при бетонуванні, дозволяє значно скоротити затрати праці, строки будівництва.

Доцільність використання подібних конструкцій визначається також значним зменшенням маси порівняно з конструкціями із збірного залізобетону. Як показує досвід проектування, при використанні стиків можна досягти значного економічного ефекту.

Монтажні стики можна влаштовувати як у стиснутих, так і в згинальних конструкціях. їх необхідність зумовлена тим, що до місця будівництва неможливо доставити довгу несучу конструкцію і тому її доводиться розчленувати на монтажні елементи й з'єднувати на місці.

При будівництві банку "Україна" в місті Полтаві по вул. Шевченка використані трубобетонні колони зі стиками, які спочатку заповнювались бетоном, а потім зварювалися між собою.

Запроектовані колони є центрально стиснутими елементами, які розміщені у вестибюлі і проходять через всі поверхи, довжина колон становить 11150 мм.

Використання трубобетонних колон та паль, крім меншої їх вартості, порівняно з іншими способами дає можливість виконати всі роботи в комплексі, не потребує виготовлення великої кількості закладних деталей, а їх виготовлення можливе у виробничих умовах і на будівельному майданчику, також не потрібна експлуатація різного роду машин і використання дефіцитних і дорогокоштуючих матеріалів.

При будівництві димової труби для котельні в м. Полтаві, по пров. Шевченка, з метою зниження трудоемкости влаштування фундаментів був розроблений проект із застосуванням трубобетонних паль зі стиками.

У зв’язку з підняттям рівня грунтових вод виникла необхідність підсилення основ фундаментів Полтавського відділення Національного банку України по вулиці Жовтневій, 17. Нами було запропоновано застосовувати для підсилення фундаментів трубобетонні палі. Використані палі мають загальну довжину 10000 міліметрів і складалися з труб довжиною 2000 міліметрів, діаметром 133 міліметри та товщиною стінки 4 міліметри, що з’єднувалися між собою електродуговим зварюванням.

Ураховуючи вище перераховані переваги трубобетонних конструкцій, у тому числі колон та паль зі стиками, доцільно рекомендувати їх до широкого використання в будівництві.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ТА ПРОПОЗИЦІЇ

1. Проведено експериментальне дослідження несучої здатності трубобетонних елементів із різними типами стиків залежно від геометричних розмірів перерізу, міцнісних характеристик матеріалів і різних схем завантаження на стик конструкції. Доведено, що на всіх етапах завантаження бетон та сталь працюють сумісно, а при досягненні зразком граничного стану виключене крихке руйнування. Запропоновані конструкції стиків забезпечують їх рівноміцність з основними перерізами елементів.

2. Отримана на основі проведених теоретичних досліджень методика дає можливість оцінити напружено-деформований стан трубобетонних елементів зі стиками. У результаті розрахунків можна визначити переміщення, деформації та напруження в місці стику в момент прикладання навантаження і до досягнення його граничного значення. Одержані залежності дають можливість моделювати й оцінювати сумісну роботу бетону та сталі на різних стадіях завантаження при різних геометричних і фізико-механічних характеристиках. Розроблена програма дає змогу оцінити напружено-деформований стан підсилених стиків за допомогою ПЕОМ.

3. Отримано залежності для визначення несучої здатності підсиленого і непідсиленого стику трубобетонного елемента при передачі навантаження.

4. Встановлено, що в трубобетонних елементах в стиках, які не підсилені, розвиток деформацій інтенсивніше протікає в місці стиків, першочергова поява ліній Чернова і руйнування зразків унаслідок утворення гофрів спочатку спостерігається в місці стику, якщо він не підсилений, та пізніше в середній частині зразків. Для зразків, у яких підсилення стику забезпечувалось поздовжніми ребрами та армуванням бетонного ядра сітками, розвиток деформацій у місці стику за рахунок підсилення протікає повільніше, першочергова поява ліній Чернова і руйнування зразків у вигляді появи гофрів спочатку, як і очікувалось, проходить в середньому перерізі, а потім у ділянці стику. Найбільш міцними виявились трубобетонні елементи зі стиками, в яких стик був підсилений за допомогою арматурних сіток та поздовжніх ребер.

5. За результатами досліджень зроблено висновок про доцільність і проектування техніко-економічну ефективність застосування в будівництві трубобетонних колон та паль за умови підсилення стику при дії розрахункового навантаження.

6. Трубобетонні елементи зі стиками раціонально використовувати в якості несучих конструкцій, при цьому досягається значний техніко-економічний ефект, що полягає в економії матеріалів, трудозатрат та знижує вартість конструкцій і будівництва.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.Пенц В.Ф., Тимошенко В.М. Експериментальне дослідження напружено-деформованого стану та несучої здатності стикових з'єднань із трубобетону // Проблеми теорії і практики залізобетону: 36. наук. пр. / Полт. держ. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка. — Полтава, 1997. — С. 389392.

2. Стороженко Л.И., Тимошенко В.М. Стыки трубобетонных элементов // Проблеми теорії і практики залізобетону: 36. наук. пр. / Полт. держ. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка. — Полтава, 1997. — С. 440-442.

3. Тимошенко В.М. Деформативность стыков трубобетонных элементов // Сталезалізобетонні конструкції: дослідження, проектування, будівництво, експлуатація: 36. наук. пр. / Крив. техн. ун-т. — Кривий Ріг, 1998.—С. 208-211.

4. Пенц. В.Ф., Тимошенко В.М. Экспериментальное исследование несущей способности стыков центрально и внецентренно сжатых трубобетонных элементов II Сталезалізобетонні конструкції: дослідження, проектування, будівництво, експлуатація: 36. наук. пр. / Крив. техн. ун-т. — Кривий Ріг, 1998. — С. 133-136.

5. Стороженко Л.І., Тимошенко В.М. Стики трубобетонних стиснених конструкцій II Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: 36. наук. пр. / Вісник Рівненського державного технічного університету. — Рівне, 1999. — С. 264-269.

6. Стороженко Л.І., Тимошенко В.М., Єрмоленко Д.А. Напружено-деформований стан стиснутих трубобетонних елементів II 36. наук. пр. (Галузеве машинобудування, будівництво) / Полт. держ. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка. — Полтава, 1999. — Вип. 4. — С. 68-73.

7. Тимошенко В.М. Конструктивні особливості стиків трубобетонних елементів // Тези доповідей 50-ї наук. конф. Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка. — Полтава, 1998. — С. 111.

Тимошенко В.М. Несуча здатність та деформативність стиснених трубобетонних елементів зі стиками.

Дисертація-рукопис на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди. Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондрапока, м. Полтава, 2000.

Здійснене експериментальне дослідження несучої здатності та деформативності стиснених трубобетонних елементів зі стиками різних типів залежно від геометричних розмірів перерізу, міцнісних характеристик матеріалів і різних схем завантаження конструкції. Отримана на основі теоретичних досліджень методика дає можливість оцінити несучу здатність та напружено-деформований стан елементів зі стиками. Розроблена програма, що дозволяє оцінити напружено-деформований стан підсилених стиків за допомогою ПЕОМ. Трубобетонні елементи впроваджені в ряді несучих конструкцій, при цьому отриманий значний техніко-економічний ефект, що полягає в економії матеріалів, трудозатрат та зниженні вартості конструкцій і будівництва.

Ключові слова: трубобетонні конструкції, монтажні стики,

підсилення стиків.

Тимошенко В.М. Несущая способность и деформативность сжатых трубобетонных элементов со стыками.

Диссертация-рукопись на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения. Полтавский государственный технический университет имени Юрия Кондратюка, г. Полтава, 2000.

Содержание диссертации. Введение. Обоснована актуальность, научная новизна и практическая ценность работы, дана ее общая характеристика.

В первом разделе проведен анализ трудов по исследованию трубобетонных конструкций и методов их расчета. Отмечены преимущества и недостатки конструкций с внешним армированием, область применения. Предложены новые конструктивные решения монтажных стыков.

Второй раздел посвящен методике проведения эксперимента и исследованию физико-механических свойств материалов, использованных при изготовлении экспериментальных образцов. При составлении программы эксперимента была поставлена задача исследовать работу трубобетонных элементов со стыками в зависимости от геометрических характеристик элементов, типов стыков и классов бетона по прочности. Приведены конструкции экспериментальных образцов и описана технология их изготовления. Описаны способы измерения деформаций и перемещений и места расположения измерительных приборов.

Третий раздел диссертационной работы посвящен анализу результатов экспериментальных исследований трубобетонных конструкций со стыками. Экспериментальные исследования прочности и деформативности трубобетонных элементов с профилированной арматурой позволили определить их конструктивные особенности и выдвинуть предпосылки для расчета. Установлено, что на несущую способность и характер разрушения основное влияние оказывают тип усиления монтажного стыка, а также прочностные характеристики материалов. Экспериментально доказана эффективность предложенных конструктивных решений стыков и способов их усиления.

В четвертом разделе приведены основные положения методики оценивания напряженно-деформированного состояния и расчета несущей способности трубобетонных элементов со стыками. Решение задачи построено как совместное решение уравнений теории упругости и использование задачи Лямэ. В результате были получены формулы для определения перемещений, деформаций и напряжений в бетоне и стали в области стыка.

- При рассмотрении напряженно-деформированного состояния трубобетонного элемента за пределами упругости задача решалась численными методами с использованием измененных параметров упругости. При этом использован метод итераций.

Предложенная методика полностью описывает напряженно-деформированное состояние трубобетонного элемента в области стыка на любой ступени нагружения. По описанной методике был составлен алгоритм и программа расчета для ПЭВМ. Сравнение экспериментальных и теоретических значений деформаций показало, что они совпадают удовлетворительно.

Пятый раздел посвящен опытному проектированию трубобетонны> конструкций со стыками. Рассчитаны и запроектированы колоннь регионального отделения АКБ "Украина" в городе Полтава трубобетонные сваи для фундамента под дымовую трубу для котельно{

(пер. Шевченко, г. Полтава), трубобетонные сваи для усиления фундаментов Полтавского отделения Национального банка Украины. По результатам опытного проектирования сделан вывод о целесообразности и технико-экономической эффективности применения в строительстве трубобетонных конструкций со стыками.

Результаты диссертации. Предложены новые конструктивные решения монтажных стыков трубобетонных конструкций. Выявлены основные особенности работы трубобетонных элементов со стыками. Предложена методика определения напряженно-деформированного состояния и расчета несущей способности трубобетонных элементов в области стыка.

Ключевые слова: трубобетонные конструкции, монтажные стыки, внешнее армирование, усиление стыков.

Timoshenko V.M. Carrying Capacity and Deformity of Compressed Tubular Reinforced Concrete Steel Elements with Joints.

Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences, speciality

05.23.01 — Building structures, buildings and constructions. Poltava State Technical University named in honour of Juri Kondpatyuk, Poltava, 2000.

Experimental research of carrying capacity and deformity of compressed reinforced tubular concrete steel elements with joints of different types depending upon geometrical dimensions of section, local characteristics of material and various loading schemes of the structure has been accomplished. Method obtained on the basis of theoretical research allows to evaluate carrying capacity and stress-deformed state of elements with joints. The programme has been worked out which allows to evaluate stress-deformed state of reinforced joints with a personal computer. Tubular reinforced concrete steel elements have been introduced into a number of carrying structures, considerable technical and economic effect being obtained. That allows to save materials, to lower labour expenditure and the cost of structures and construction.

Key words: tubular reinforced concrete steel structures, field joints, strengthening of joints.

Підписано до друку 2').03.2000р. Формат 60x90/16 Друк офсетний

Ум. друк. арк. 0,88 Навч.-видави. 0,73 Тираж 100 екз Замовлення №41

Віддруковано на ризографі ПДТУ

36601, м.Полтава, Першотравневий проспект, 24