автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Несущая способность монолитных каркасов с учетом неупругих свойств железобетона

московский ордаиА тргдового красного знамени

ИНШШРНО-СТРШТЕШШЙ ИНСТИТУТ им.В.В.КУЙБШЕВА

Еа правах рукописи

МОХАШАД А2ИЗ ПАКТЯНАЙ Д-.

УДК 624.12:624.92+624.043:539.374

НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ МШОЛИТНЫХ КАРКАСОВ С УЧЕТОМ НЕУПРУШХ СВОЙСТВ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

Специальность Об.23.01 - Строительные конструкции,

здания и сооружения

А В Т О Р В Ф ЕРА Т .

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мооква - 1993

Работа вшсишена в Московском ордена Трудового Краоного Знамени инженерно-строительном институте им.В.В.Куйбышева

Научный руководитель - доктор технических наук,

¿рофесоор ЛЛ.Паньшин

0$ивдальнме ошо'ненты - дсжтортехттокихнаук

Т.А.Муха1едиев

. — каидидйт технических наук Штраков А, А.

Вшсгчач оргаввэацвя ЧЗШЭП йы.Меаинцева

Завита состоится 19 мая 1993 г,, в " 1700 " чао. на заое дашш специализированного оовета К 053.II.(Я в Московском инже нерво-отроительном институте им. В.В.Куйбышева по адресу: Моек Шлюзовая наб., д. 8, ауд. ¿12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке инотитута.

Прооим Вао принять участие в защите и направить Ваш отзыв в двух экземплярах по адреоу: ±29337, Москва, Яроолавокое пгосс д. 26, МИСИ им. Куйбышева, Ученый Совет.

Автореферат разослав " * /' 1992 г. за Л .- - .

Учены» ©Фкрвтэрь специализированного оовото кацд.теха.иаогк, доцаат

Э.В.Филимонов

: ОБЩАЯ ХАРАКТШСТИКА РАБОТЫ

-Актуальность работы. Благодаря высокой прочности и жесткости , железобетонные монолитные рамные каркасы с жесткими узлами широко применяются при строительстве зданий в странах с недостаточно, строительной индустрией сборного железобетона, в том числе в Афганистане. Болыпиеобьемы строительства зданий и сооружений с применением железобетонных каркасных конструкций определяет необходимость дальнейшего усовершенствования как конструкций, так и методов их раоче*а,

В большинстве случаев существующее метода расчета несущих систем каркасных зданий основанн нагяпотезе о линейно-деформи-рурмом материале. В то *е время железобетон подчиняется закону Гука лишь при относительно малых напряжениях. Поэтому дня определения действительной несущей способности железобетонных каркасных систем необходимо использовать методы расчета, учитывающие нецругие свойства батона и арматуры. В этой связи в последние года разработаны новые метода расчета железобетонных каркасных'систем'зданий, в которых.учитывается широкий комплекс факторов, позволяющих определить напряженно-деформированное состояние конструкций на различных стадиях работы и более точно оценить несущую способность системы. Однако эти методы достаточно сложны и трудоемки и используются преимущественно в исследовательских целях. Доэтомуактуальна задача разработки практического метода расчета железобетонных каркасных систем, учитывающего специфику пластического деформирования железобетона на основе сравнительно несложного математического аппарата.

Целью диссертационной работы являлось создание практического метода расчета, монолитных рамных каркасных систем с учетом пластических овойств железобетона и влиянием продольного изгиба. ^ . ■."'." ; ; .

, Для достижения поставлейноЙ цели в диссертанта решены следующие задачи: .

- разработана упругр-пластическая расчетная модель и соответствующий алгоритм расчёта железобетонных йаркасНых систем зданий с учетом неупругих свойств материалов и влиянием продольного изгиба гибких сжатых элементов;

- вшкдоёда 'анализ. ¿Ёодвжадод^Юф^^ • состояния нормальных сеченйжелезобетонных конструкций; на оснойа полт (реальных) Диаграмм дефорлирования бетона и арматуры на рааш ных стадиях их работы, включая стадию разрушениями сопоотавл ния результатоврасчета нормальных сечений с результатами акс перишнтальнкх исследований и нормативными требованиями; V

на основании анализа установлены закономерности деформщ вания пластических шарниров, определены ограничения и предяш ны метода Армирования расчетных дааграда упруго-шастическиз стыков стержневых систем;

- выполнены исследования точности автоматизированного мете да расчета железобетонных стержневых систем по методуперемеЕ ных жесткрстей путем сопоставления с результатами вксперимен-тальнызс исследований;

- произведен анализ адекватности упруго-пластической расчс ной модели методом численного эксперимента путей сопоставлеш результатов расчета по данной методике о результатами раочеэ по методу перемонныг жесткоствй; .

- произведены исследования железобетонных каркасов с различными конструктивными решениями с помощью упруго-шшотичес-кой расчетной модели. ■

Натчнуи новизну работа составляют» ;

- алгоритм практического метода расчета рамных железобето! ных каркасных систем многоэтажных зданий на основе упруго-Ел£ тической расчётной модели о учетом пластических свойств желе: бетона и влиянием продольного изгиба гибких сжатых элементов!

.-'. - методика построения диаграммы деформирования упруго-ппас тическо'го стыка с учетом ограниченных пластических свойств ж лезобетона;

- компоненты матрицы жесткости конечного элемента в йиде сжатого стержня с упруго-податливыми защемлениями неодинаков? жесткости по концам; •

- уточненная методика определения несущей способности нормальных сечений железобетонных элементов для некоторых конструктивных решений. :

Практическое значение работы определяется сокращением трудоемкости инженерных расчетов при достаточно высокой точности оценки несущей способности сооружения.

На защиту выносятся:

- метод расчета железобетонных каркасных систем с учетом реальных свойств бетона и арматуры и влияния продольного изгиба на основе упруго-пластической расчетной модели;

- результаты исследования точности расчета нормальных сечений железобетонных конструкций с учетом действительных дааг -рамм деформирования материалов путем сопоставления с экспериментальными данными;

• - результаты исследования точности нелинейного расчета железобетонных каркасов по методу переменных жесткостей, реализованному в программном комплексе РОТОР-АРКАН, путем сопоставления с опытными данными;

- результаты расчетного исследования влияния различных конструктивных факторов на работу железобетонного каркаса здания с помощью метода упруго-шгастической модели.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав,, общих выводов, списка используемой литературы ' из 130 наименований и приложения.' Общий объем работы 222 страниц, в том числе 101 страниц машинного текста, 85 рисунков и 12 таблиц. •

СОДЕРШШИЕ РАБОТЫ

. Каркасные многоэтажные здания являются статически неопределимыми системами. Под действием возрастающей нагрузки в таких системах за счет пластических свойств железобетона происходят перераспределение усилий, в результате чего значительно повышается общая несущая способность сиотемы.

Длительное время для учета пластических свойств железобетона и определения максимальной несущей способности конструкций использовали метод предельного равновесий, разработанный А.А.Гвоздевым, обеспечивающий достаточную надежность оценки разрушающих нагрузок несущей системы. Данный метод получил дальнейшее развитие в' трудах Крылова С.М., Ржаницына А.Р.,

Проценко Ä;M.,i Чираса A.A. л друтхученых^ .'..--' ..

Основные предпосылки метода предельного раьновесия предполагают полное перераспределение усилий в момент исчерпания несу-; щей способности конструкций, оставляя открытым вопрос о дефор-! мациях и истории её поведения. При этом пластические деформа. -ции железобетона не ограничиваются и для его работы используется идеализированная жестко-пластическая диаграмма с неограни- ; ченной площадкой текучести*

. Поскольку некоторая условность указанных предпосылок метода , предельного равновесия не всегда соответствует действительным условиям работы железобетонных конструкций, так как запас пластичности' В| ранее образовавшихся пластических.гарнирах макет ; ; быть исчерран до того, как система превратится в механизм. В ';• связи с stem значительное развитие' получили методы расчета железобетонных статически неопределимых стержневых сиотем, вко-торых учитывается широкий комплекс факторов, позволящих определить напряженно-деформированное состояние конструкций на - ' различных стадиях, работы и более точно оценить несущую способ-' ность систеш. Большой вклад в разработку и усовершенствовании' этих методов внесли труды Гвоздева A.A., Дроздова П.Ф., Крылова С.М., Зайцева Л.Н., Карпенко Н.Й., Козачевского;А.И., Коэ -ловского A.M., Куэьмичева'А.Е., Лемша Л.Л., Назаренко В.Г., -Паньпшна Л.Л., Проценко A.M., Попова H.H., Расторгуева Б.С., Тихого, Й.Ракосника, Вакег A.L.L., Heat B.C. в других.

В нелинейных методах расчета железобетонных стержневых систем авторы опираются на использование реальных диаграмм деформирования бетона и арматуры. Разработке и развитию диаграда, деформирования етих материалов посвящены труды Берга О.Я., ! Гвоздева A.A., Гущи Ю.П., ДзюбыВ.А., Дудоладова Л.С..Емельянова В.В'., Карпенко Н.И., Ыухамедаева Т.А., Ми£асова В.М., ' Брок<Г.i Хадлей X*; Кент. Д;' и других. .. r ;

Развитие метода конечных элементов (МКЭ) в оочетании о итерационными или шаговыми цроцедурами уточнения характеристик элементов позволяет решать задачи нелинейной строительной механики. Применительно к железобетонным конструкциям нелинейной модификацией МКЭ посвящены работы Айрапетяна Д.А., Бачинского В.Я. , Бондаренко В.М., ГуЩи Ю.П. , 'Додонова М.И.,Фролова А.К.,

• . Г 5 -

Крылова С.М., Козаче^ского А.Й., Демыша Л.1., Машина Л.Р., Назаренко В.Г., Паньщина 1.Л., Розенберга М.Я.' и других.

Метода нелинейного расчета железобетонных каркасных несущих систем зданий, учитывающие действительные деформативные свойства желе зобетона позволяют получить полную информацию о нацря-женно-дзформированном состоянии конструкций на всех этапах работы и реально оценить потенциальный резерв несущей способности каркаса. Однако эти методы достаточно сложны й трудоемки в практике проектирования. Поэтому на основе анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований в диссертации была поставлена цель разработать практический.метод расчета рамных каркасов с учетом неупругих свойств железобетона.

При разработке практического метода расчета использованы основные положения метода предельного равновесия, дополненные' ^ контролем деформаций в ограничении пластических свойств железобетона. В расчета исследуется изменение расчетной схемы несущей системы по;мере роста нагрузок в результате последовательного образования, пластических шарниров. ^ качестве разрушающей (предельной) рассматривается нагрузка, при которой угол поворота в каком-либо' пластическом шарнире превысит предельно-допустимое значение, установленное.по критериям деформации бетона или арматуры. При этсм несущая система может не превра -даться в механизм. . . - ' V

Расчетная модель каркаса принята.в виде плоской системы, в ' которую входят прямые, стерши (ригели и колонны) и упруго-плас-гический сосредоточенные отыки, введенные в критических сече.-, гаях стержней, в которых возможно образование.пластических . шарниров (сет.рис. I). Положение критических сечений определяетесь значениями максимальных изгибающих моментов из опыта упруго-'.го расчёта, рамной системы и, конструктивными особенностями.

В упруго-пластической расчетной модели приняты слёдующие предпосылки я допущения: - " - . - .

1) все стержни системы работают упруго на-:всех огадаях наг-ружения; ■ •''",."

2) физическая нелинейность системы учитывается работой уп-руго-шгасктческих стыков на основе диаграмм момент-угол пово- .

' рота;:-; •.-'•••' • .'■.■■-.--. -■•.■/

-6г

3) если в каком-либо упруго-пластическом стыке будет достиг нут предельный изгибающий момент, то в нем возникнет пластичес кий шарнир;"

4) взаимный угол поворота концевых сечений, примыкающих к пластическому шарниру, пойле достижения в нем предельного иаги бающего момента МцЦ мажет расти только до предельно-допустимЬ го значения б,« . определяемого со формуле I. Значение момента Миц при этсм сохраняется постоянным; ;

5) влияние продольных сил для гибких сжатых элементов учи ты бается дополнительно расчетом с учетом продольного изгиба. .

Для построения диаграмм деформирования упруго-пластического стыка определяются три параметра: предельный угол поворота; предедь изгибающий момент; упругий угод поворота.

Предельный угол поворота ) определяется по следующей °

формуле

где К е[ - кривизна оси линии изгиба, соответствующая началу площадки текучести арматуры;' •

К р£ -кривизна, соответствующая относительный деформациям в конце площадки текучести арматуры (в », рС ) или относительным деформациям бетона сжатой зоны, при которых начинается снижение внутреннего изгибающего момента (£ь( шох)!

£ Рр - 'длина пластической зоны;

С; -'коэффициент полноты епюры пластических кривизн в зо^ не пластического шарнира;

- коэффициент, учитывающий влияние продольных сил дяя сжатых .алементов.

Белйчины, входящие в форму.лу (I), определяются следующим образом:

си* - С(к,л -

Я '

(I)

(3)

\ (2)

где £6>е£ - относительные упругие деформации растянутой

арматуры, срответствувдие,пределу текучести е»,е£ • к»/е8 , здесь Е4 в В,, расчетное сопротивление и модуль упругости арматуры брответственно;

:,.Ь„- рабочая высота сечения;

- >• пластические деформации арматуры в конце площадки

текучести. *

(4) ■

- дайна пластического участка, зависящая от класса арматуры; .

. Ч.та* ■ (5)

•6ц - деформации бетона!, соответствуищае пределу прочности на сжатии.

Значение 1р£ моасет быть определенр по формуле, предложенной Бейкером А.

где ' Н- продольная осевая сила, действующая в элементе Со отрицательным знаком); Т1т ца - средняя несущая способность оечения при центральном сжатии; I - удаление критического селения от точки нулевого момента; С6 - коэффициент, зависящий от вида арматуры; С& - коэффициент, зависящий от класса бето-яа.. /

Исследования показали, что допустимо принимать. = 0,5Ь , где Ь- высота сечения элемента.

Значение % для изгибаемых элементов принимается равным I, а для внецентрвннотсжатых элементов определяется по следующей формуле

где N и ц ~ несущая способность элемента при центральном сжатии.

Высоту сжатой зоны бетона X мйжно определить по формулам п.п.3.15-3.22 СНиП 2.03.01-84. Для СюлМетричНУ армированных ; сечений железобетонных адементов значение X й плечо внутренней пары сил допустимо вычислять, принишя относительную высоту сжатой зоны по формуле.п.4.28 СНиП 2.03.01-84. ; ' ■

Значение упругого угла поворота (8«t ) определяется по следутацей формуле; -.

8«С CK«f fef (8)

В методе расчета по упруго-пластической расчетной модели в отличии от метода, предельного равновесия и метода предельных углов поворота БеЙкера А.Л.Л. последовательно Контроля рутотся деформации упруго-шасти'ческих отыков (пластических шарниров) на различных этапах нагружения, включая этап исчерпания несущей способности.

При расчете по методу'упругсь-пластической модели учитывается влияние продольного изгиба и расчет ведется по деформиро -ванной схеме Методом перемещений, канонические уравнения которого . имеют следующий гад:

: М{2} ~ W' Г' - о)

где [к], {г}и {дР} - соответственно матрица жесткости, вектор перемещений узлов и вектор нагрузок.

. Все коэффициенты матрицы жесткости системы уравнений (9) определяются с учетом влияния продольных сил от нагрузок. При этом рассматриваются стержни одного типа с защемленными концами и с двумя упруго-податливыми стыками различной жесткости Сд и Cg (рис. 4). Все внешние воздействия заменяются сосредоточенными эквивалентными силами и моментами, прилоаен-ными р узлах по направлению их возможных перемещений или степеней свободы. В местах действия сосредоточенных сил я моментов вводятся в стержни фиктивные связи (заделки и стержни) И' стержень разбивается на необходимое число участков, (см. рис. 3).

Г777

упругий стержни

\ упртго-дластичаский стык Рис. I. Элементы упруго-пластической расчетной, модели.

М [кН м]

Mutt

9 [rod]

Рис. 2. Диаграмма момент-угол поворота в упруго-пластическом стыке.

р 1р

а) i:i.:hi: 1

а

б)

Рвэи / Т'1 Р. А Р / / 1

а/г Ц~ - 1 i 1 '

Рис.- 3. Фрагмент плоской рамы:

а) заданная система; б) основная система для упруго-пластической расчетной модели с фиктивными связями.

Для того, ,чтобы реализовать предложенный ьютод расчёта рам на основе упруго-пластической расчётной модели; определена мат рица деоткосги для рассматриваемого конечного алемэнта,- опорные реакции которого от кинематического воздействия угла поворота (в = I) определяются по формуле (10-12) и от линейного взаимного смещения опор ( л = I) по формулам (13-15). •■; •-:' ;

М0е - 41 ... ао)3

118 1 С10)

О.-П 61 + ЛгЫ^А , (Т2ч

м. 61 .. Л (тз)

"¡1 М ^

м.Ак-А[-»»> -Л (14)

(1/4,-А ч- Сра ) -

- 1Г -

>да у- f(V; А-гу^ХГ ; 1- М. ;

« М Х(|1п Л - Ясоа X ) . МА)" 4(2-!>ы\~Л*1пЛ) '

мЛ 1- ., , .

4(2-2 со»Х-Х»1пЯ) '

б.

1 ' ' ' ¡. и - безразмерные характеристики жесткости стыков

А я В стандартного стержня и равны соответственно СдД и

|9вЛ'- » где'Сд и С^ - жесткость стыков А и В.

| При действии на стержень сосредоточенных узловых внешних ¡нагрузок.(сосредоточенных сил и моментов) реакции в.основной системе будут равны непосредственно соответствующим сосредоточенным нагрузка^.

! Структура расчетного алгоритма железобетонного каркаса по предложенной раочетной модели включает в себя выполнение следующих этапов:

1 11) описываются сведения о топологии каркаса; 2) задается форма сечений и их размеры; ! 13) назначается класс бетона и стальной арматуры; ■ ;. !4) выполняется статический расчет рамного каркаса в упру-¡гоЬ стадии её работы и по ниму определяется количество арматуры';

!,! 5) назначается в системе плоского каркаса положение уцру-^о-пластпческих стыков в местах возможного образования пластических шарниров;

' 16) определяется количество возможных типов упруго-пластических стыков в системе;

7) выполняется расчет нормальных сечений элементов рамной системы, соответствующих типам упруго-гпластических стыков с учетом нелинейных физических характеристик бетона и арматуры;

8) описывается диаграмма момент-угол поворота для каждого типа упруго-пластического стыка;

9) выполняется статический расчет рамной системы на различных этапах нагружения.

Статический расчет системы выйолняется методом перемещений,;. С поэтапным увеличением внешней нагрузки в системе последова-' тельно в некоторых критических сечевик образуются пластичес--кие шарниру. При этом в процессе итерационного расчета уточняются знач&№ жес.ткостей йа поворот дли критических сечений (уцругогшастических стыков). системы. Проверка; защищенности итерадощото процесса на этапе нагружения производится цо ■ следующей формуле: ' ' ■■'.' ■. ,-'■• ■

. • где ^значение угла поворота в пластическим шарнире, .: полученное в результате' статического расчета системы на 1-ой итераций;., б^д . -^соответотвувдаезначениеугла поворота на : диаграмме' моманттугол поворота; р - задан^ точность расчета. г '''•• ; "'-'■ ..'- ;-

; Если условие (16) удовлетворяется для всех уцруто-пласти-чоских стыков, то растет на этапе нагружения считается законт. чаннымв противном случае"уточнявтся значение жесткости на поворот в упруго-пластическом стыке по формуле К и1 -

и:статический расчет вшолняется сначала щри^новых значениях жесткосгей, * Л . '/ '•; | ■

Расчет заканчивается на этапе нагружения, если в каком- ' • шбо.шшодоф^дошарвдв'''досигай-угоя поворота вышепредельной величинына диаграмме момант-угол поворота, ■ *

Анализ адекватности утфуго-пластической расчетной модели | произведен методом численного эксперимента. Основной целью численных исследований являлось . определение предельно-допустимой нагрузки (Рик),; соответствующей цредельно-допустимому . углу поворота (0^ ) .в пластическом шарнире при использовании упруго-пластической расчетной модели.

Для решения поставленной задачи были проведены численные исследования шести сгатичерки неопределимых железобетонных' балок с различными конструктивными решениями (см.рис,5).' ;■ Рассмотренные конструктивные варианты рассчитанных балок позволили выявить'влияние'схемы аршрования на процесс перераспределения внутренних усилий и образование пластических ' шарниров. • ■ ' '

а)

2Т

5) А1Н

■■ ш а,

г ■

Рио. 4. Заданная (а) и основная (б) системы конечного : • шгемента упруго-пластической расчетной модели при учете влияния продольного изгиба.

а)

1600

Г I

1500

¿500

1500

г = бооо

«:. Г

Г Г Г

1500 ¡[500 1500 1500

= ухзо

Армирование балок Балки Ь хЬ= 30x50 см

Б1-1 Б1-2 Б2-1 Б2-2 БЗ-1 БЗ-2

Растянутая арматура А» (мЩ 2,26 2,26 7,85 15,71 15,71 31,42

Сжатая АТ®) 1,13 2,26 15,71 15,71 31,42 31,42

0,16 0,16 1,2 ' 1,2 2,4 2,4

Рис. 5. а) заданная схема балки; б) расчетная схема балки; в) поперечные сечения балок с армиро-« ванием.

Для достижения основной цели исследований были решены задачи но уточнению предельных деформаций в пластическом шарнире,' предельного изгибающего момента, длины пластической зоны (рС и коэффициента полноты эпюры пластических кривизн С.

В результате расчету по методу упруго-пластической модели определялись:. ^ . -у; '

у - нагрузка, соответствухшая образованию первого плаотцчро-

кого шарнира •

V нагрузка,/гладам образом интересующая нас и соответст- : •. "вующая раскрытию предельного угла поворота в пластическом шар--нире (РиИ); "V:,-.

т- нагрузка, соответствующая полному перераспределению внутренних усилий (Рта*); .'у

- прогибы и углы поворота в характерах критических сече-" •

При анализе рбзультатов численного эксперимента различных конструктивных вариантов исследуемых балок было.выявлено оле-. духщее: -.'■/' . ,'

.- разработанная расчетная модели о упруго-пластическими • стыками ыожноиспользовать для расчета статически неопредели- у мых жёлезобетонщп стержневых систем с учетом неупругих свойств материалов и влиянием щюдояьного. изгиба о достаточной для ; -практичес!?их целей точноотью;. "

- формулаЦ) для определения предельно-допустимого угла поворота в пластическом шарнире с учетом принятых поправок;; по определению дяинц пластической, зоны (?р? = 0,5 Ь , где К -высота сечения) икоэффвдйента полноты эпюры пластических кривизн (С =» 0,35), дает сходные результаты с расчетом по . методу переменных кооткостей и методом Бейкера.А;

- возможное перераспределение внутренних усилий в изгибаемых элементах по упруго-пластической расчетной модели достигает 19-23^, При этом разрупающие нагрузки могут на 17$ и более отличаться от нагрузок,' соответствующих полноглу перерас-цределеюрэ усилий без учета, ограниченной пластичности железо--ботока. ,

Результаты численного эксперимента исследуемых балок были, сопоставлены с результатами расчета данных балок по методу

переменных жесткостей в виде графиков момент-нагрузка и нагрузка-прогиб в середине продета для всех этапов нагружения. Разница между сопоставимыми параметрами (нагрузка образования первого пластического шарнира; предельно-допустимая нагрузка; нагрузка, соответствумцая полному перераспределению внутренних усилий в системе; прогиб в середине пролета балки) не цре-вншала

Поскольку вывода о достаточной дая практических расчетов точности предложенного метода в широком диапазоне изменения конструктивных параметров основаны На сопоставлении результатов с расчетами по методу переменных жесткостей, в диссертации выполнены дополнительные исследования по оценке точности метода переменных жесткостей путем сопоставления о експери -ментальными данными.

1 Метод переменных жесткостей разработан СимоновымЛ. и предназначен дня нелинейного расчета железобетонных стержневых сиотем с учетом широкого комплекса факторов. Ляиннй метод реализован в программном комплексе РОТОР-АРКДН. В этом методе принята плоская расчетная модель каркаса, элементами которой являются стеряни о переменной по длине жесткостью, и сосредоточенные нелинейно-деформируемые связи. Физическая нелинейность железобетонных конструкций учитывается на основе диаграмм напряжения - относительные деформации бетона и арматуры. При этом считаются справедливыми гипотезы о невлиянш волокон друг на друга, плоских сечений и о совпадении нулевых линий деформаций и напряжений.

Нормальные сечения железобетонных элементов в данном методе-рассчитываются с помощью методика, реализованной в программе АРКАН. В данной программа принята многослойная модель сече-' ния, дая которой поэтапно задаются нарастающе деформации волокон. На каждом этапе в соответствии о полными диаграммами бетона и арматуры определяются напряжения, удовлетворяющие условиям равновесия в сечении, значение кривизны и внутренних усилий.

Результаты раот ета по программе АРКАН являются значения параметров диаграммы момэнт-кривизаа, а также деформации и напряжений в арматурных стержнях а бетонных слоях сечения на раз-

-16 г

личных этапах работы. . '■ '.••/./' ^'

Для оценки уочносга >®5одаки расчета нормальных оёчений были использованы экспериментальные денные 4-х серий опытных об-разцовжелезобетонныхизгибаемых элементов В.А.Дзюбы. Эти ощи V ные образцы были раочитанц ш протраиие АЙСАНи резузйтайг тес ретичеокого расчета были сопоставлены о результатами экспери ментальных исследований в виде дщграмммомент-кривиана. Разив ' ца между теоретически!® и опытными значениями Сопоставимых параметров не превышала 6,75?. Опытные образцы тшсве бтаи рассчитаны по США 2.03.Щ-84 -р:'лфвдв||9лах''^сясщс^^/^'ёвн двдрявю'; момент-кривизна, Результаты этого расчета показали хорошее , : сходство о результатами. расчета по программе АНСАН и опытныш данными. ". •■■ " ;

Для исследования точности метода переменных жесткости были. привлечены шсспериментшгьннв исследования Юсупова А.Р, Исследование выполнено для деух П-^рбразных плоских статически неопределимых железобетонных рам. Задачей экспериментальных исследований рам РП-Г из I серий'и РПг4 из П серий являлась определение опытной несущей способности при дейотвии кратковременное вертикальных в горизонтальных нагружений, а также перемещений и напряженно-деформированного состояния* критических сечений.

Раму РП-1 нагружали двумя сосредоточенными поэтапно возрас* тающими силами., действующими в третьях пролетаригеля. Приращение между этапами нагружения составило от разрущаю-. .щей нагрузки. .■' ■. ■ . ■ /.л-:;•

Раму РП-4 на начальных этапах нагружали только вертикальными силами. По достижении вертикальной нагрузки до уровня 0,5 от разрушащего ,1фиюидывали горизонтальную нагрузку и поэтап-; но .'довели до уровня 0,¡5 от кратковременной разрушающей, ' у--«'..'.•

О'бе рамы были рассчитаны по методу переменных жёсткоотей в соответствии с этапами нагружения эксперимента. Результаты да { ного расчета были сопоставлены , с результатами экспериментальш исследований, по следующим параметрам для всех' этапов нагружеш

I) несущая способность рам; '■"' ■ ; ■•' 'у

.' 2) прогибы от нагрузки в середине/пролета ригеля и горизон тальнне перемещения верхних" узлов рам; ■•^.,'.1 • "" '"' "

W 17 --

3) деформации растянутой арматуры (€tl) от нагрузки в критических сечениях}

■ ; 4) деформации сжатОговолокна бетона от'нагрузки для характерных кригачвскнхсечвннй.

< ' При сопоставлении результатов разницамэждутеоратичаским Л ексшрнМентальннм значениями несущей способности для рамы РП-1 равна 2,8%, адая рамы РП-4 равна 2,9?. В целом результата теоретических и опытных параметров показали удовлетворительное совпадений. \• .

; В заключительном раздело диссврФапии выполнены исследования рамного монолитного железобетонного каркасса с различными конструктивными решениями.. Целью настоящих исследований являлась определение несудэй способности (предельно-допустимой нагрузки) и выявление резерва несущей способности системы с помощью раз-:, работаюгаго метода на основе упруго-пластической расчетной модели. .', '•.,*' ,

i . Для исследований выбраны .пять вариантов конструктивного решения рамного каркаса, отличающихся друг от друга армированием пролетных и спорных сечений ригелей рам. Исследования проводи-.. лись численным методом на действие вертикальных нагрузок.

В результате расчета рам определялись: величина условной предельной нагрузки (PU,«E ), соответст-вуйздя уйругоЙ рабстё^элементов рамы;

величина предельной нагрузки (Putt ), соответствующая рас-крйтию предельного угла поворота в пластическом шарнире; • '-'величина максимальной нагрузки (Рта*), соответствующая полному перераспределению внутренних усилий в раме. ' Далее дня каждого конструктивного варианта на этапе действия предельной нагрузки на раму определены значения коэффициента-повышения несущей способности то нагрузке к w показывавшего увеличение несущей способностью по сравнению с условной предельной нагрузкой. Кроме того на данном этапе для кри- , ï-ичэскнх сечений определены значения относительных углов поворота К 01 « 8(/6utt,t , где 9i - угол поворота в 1-ом критическом сечении при действии предельной нагрузки на раму; Quit,! - предельный,угол поворота i -го критического сечения, определяемого по формула (I). . . . -

На этапе действия предельной нагрузки на раму определены значения коэффициента КтЦх= Рщщс/Ри.еС . характеризующего увеличение несущей способности рамы при полном пербраспредаленш усилий по сравнению с условной предельной нагрузкой,

В результате ¡анализа конструктивных вариантов можно отметить ■ следующее: .

-.коэффициент повышения несущей способйостиК^с в зависимости от конструктивного решения колеблется в. пределах от I,] до 1,36;

• - перераспределение внутренних усилий в неоупрЦ сиотеме рамного каркаса модно регулировать с помощью соответствующих конструктивных мероцриятцй;

- при определенных конструктивных параметрах элементов происходит полное перераспределение внутренних усилий в сист( ме и предельная нагрузка совпадает с результатами расчетов ш методу предельного равновесия, о чем свидетельствуют результа ты анализа П-го варианта. .

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ .

1. Для определения действительной несущей способности мно: гоатажных железобетонных каркасных систем необходам учет специфических ограниченных пластических (нелинейных) свойств бетона и арматуры.

2. Разработанная упруго-пластическая расчетная модель и соответствующий алгоритм позволяет оценить несущую спрсобнос: железобетонных каркасных систем с учетом ограниченных пластических свойств яелезобетсша и влиянием продольного изгиба с. достаточной'для практических целей точностью ( погрешность менее &%)' и существенно снизить трудоемкость инженерных расчетов, ■

3. Достаточная точность предложенного метода расчета каркасных систем для решения практических задач подтверждается хорошим совпадением результатов расчета по данному методу с ■ результатами расчета по методу переменных жесткостей и глубоким анализом экспериментальных данных,

/ 4» ПредлсйёНйя ШИЖБ пбД руководством Ю.П.1^щи по апцрок-симавди диаграмм деформирования арматурных, сталей с физической площадкой текучести для расчета физическй нелинейных задач статически неопределимых железобетонных конструкций обеспечивает удовлетворительную сходимость теоретических результатов о скспериментальнымн.

• 5« Оценка неЬущей способности дай изгибаемых симметрично армированных конструктивны* элементов может быть уточнена на основе предложенных в й.3.1 диссертации расчетных зависимостей; : _ • . _

. : 6. В зависимости от конструктивного решения предельная нагрузка, соответствующая предельно-допустимому углу поворота в пластическом шарнире, мажет на (10+36)£ превышать условную предельную нагрузку, соответствующую упругой работе элементов рамы. В то же время предельная нагрузка может отличаться от максимальной Нагрузки, соответствующей превращению системы в механизм, в 1,6 раза и больше, В результате следует сделать вывод, что метод предельного равновесия не всегда в состоянии правильно оценить несущую способность система. '

7. Выполненные численные исследований статически неопределимых балок по методу уцругб-пластической расчетной модели показали, что в изгибаемых элементах возможно перераспределение внутренних усилий, достигающее (19+23)%. В указанных пределах допустимо регулировалие^усилий с помощью соответствующих конструктивных мероприятий. ^^

Подписано в печать 21.04.93 - Формат 60x64^/16 Печать офс. И-107 Объем 1уч.-изд.л. Т. 100 Заказ/^Бесплатно

Типография МИСИ им.В.В.^уйб!швва