автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Несущая способность железобетонных рам, усиленных под нагрузкой

'ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСКЭП) ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

СНЕТКОВ Николай Михайлович

УДК 624.072.33.012.454.041:69.059.3

НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РАМ, УСИЛЕНИЯ ПОД ИАГРУоЮЙ

Специальность 05.23.01 - Строительные конзтрукции,

здания и сооружения

Автореферат' диссертации ка соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1992 '

Работа выполнена в Ленинградском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте.

Научный руководитель - доктор технических наук,

Ы ■

1 профессор Сагасаровский P.C.

щ

Официально оппоненты - доктор технических наук,

профессор Соколов И.Б.

кандидат технических наук, доцент Веселов A.A.

^¡едущая организация - ЛенЗШЭП

Защита состоится "Z^7" /V^y^L 1992г. в час. мин, на заседании специализированного совета К.063.31.01 в Ленинградском ордена Октябрьской Резолюции ч ордена Трудового Красного Заамени инженерно-строительном институте по адресу: 198005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул.,' дом № 4, в Легинском зале.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке института.

Автореферат" разослал " /У * 1992г.

Уче ый секретарь слецкалиэирсванногс совета кандидат технических наук, доцэкт

С

В.И.Морозоа

^ 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

ОтАЗЛАк^альность темы. Техническое перевооружение и реконструк-"^!цйя~,гэйствугащих предприятий в большинстве случаев связаны с усилением существующих строительных конструкций зданий и сооружений.

Расчет конструкций при усилении требует индивидуального подходе., отличного от проектирования новых строительных конструкций. В первую очередь это относится к определении несущей способности железобетонных конструкций, усиленных под нагрузкой.

Нормативная методика не позволяет оценть влияние начального напряженно-деформированного состояния на несущую способность усиленных железобетонных конструкций. Статически неопределимые железобетонные конструкции до и после усиления традиционно рассчитываются методами строительной механики упругих систем, а затем производится поэлементный расчет. В расчетах используются формулы СНиП для неусиленных конструкций с введением коэффициентов условий работы. При этом не учитывается предистория эагруженкя, особенности несущей способности и деформативности железобетонных конструкций, усиленные под нагрузкой.

Актуальными являются исследования, направленные на изыскание резервов расчетной несущей способности усиленных конструкций на основе экспериментального и теоретического изучения их действительной работы, совершенствование теории и развитие практических методов расчета, основанных на применении реальных диаграмм деформирования материалов.-

Учет неупругих деформаций бетона и арматуры, образования и развития трещин, действительного распределения й перераспределения внутренних усилий по сечениям и между элементами статически неопределимых систем значительно осложняет расчет, но это ксмпен-

сируется надежностью и экономичностью решений. '

При усилении под нагрузкой возникает ряд дополнительных сложностей, связанных с учетом начальных напряжений я деформаций в усиливаемой конструкции. Для правильной оценки несущей способности железобетонных конструкций, усиленных под нагрузкой, необходимо проследить га изменением параметров нш/ряженно-дефорштрованно-го состояния элементов усиленной конструкции о учетом перераспределения ус иий и изменения соотношений жесткостей усиливаемой и усиливающей чертей конструкции, рассматривая ее как единую физи- ' чески и геометрически нелинейную систему. Важнейшую роль приобретает использование фактических криволинейных диаграмм деформирования материалов, позволяющих учитывать изменения деформативных сгойств конструктивных материалов усиливаемой и усиливающей частей конструкции в различных стадиях напряженно-деформированного состояния и на основе действительного распределения напряжений и деформаций в сечениях усиленной конструкции формировать критерии исчерпания несущей способности.

Актуальной задачей в области проектирования статически неопределимых стержневых железобетонных конструкций, усиленных под нагрузкой, является разработка методов юс расчета с учетом совокупности т меченных факторов.

•Цель и основные задачи исследований. Работа посвящена рас-четно-теор$тическиы й экспериментальным ..сследованиям напряженно-• деформированного состояния и несущей способности железобетонных рам, усиленных под нагрузкой способами наращивания (увеличения поперечных размеров) сечений элементов. Целью работы является разработка методики расчета усиленных под нагрузкой статически неопределимых железобетонных рам. В соответствии с этим опреде-

лены основные задачи исследований:

- совершенствование методики определения непряжений и деформаций в сечбниях железобетонного элемента, усиленного под нагрузкой, на осйове реальных диаграмм <5"-<5 бетона;

- построение методики расчета параметров напряженно-деформированного состояния и несущей способности усиленных иод нагрузкой железобетонных рам с учетом физической и геометрической нелинейности;

- проведение экспериментальных исследований ьесущей способности статически неопределимых железобетонных рам, усиленных под нагрузкой;

- разработка программы расчета на ЭВМ;

- практические рекомендации для приближенного расчета усиленных под ногруэкой железобетонных рам.

Научная новизна работы:

- тлучены аналитические выражения нелинейных уравнений равновесия внутренних усилий в сечении железобетонного элемента, усиленного под нагрузкой, с использованием криволинейных диаграмм

б"-С . бетона, и на их основе построены разрешающие дифферента- ■ альные уравнения; разработана методика расчета железобетонных рам, усиленных под нагрузкой, с учетом нелинейных свойств железобетона и характерных особенностей работы статически неопределимых железобетожмс систем, лозволяящая определять напряженно-деформированное состояние как усиливаемой, так и усиливающей частей конструкции на всех стадиях загружения вплоть до исчерпания несущей способности;

- впервые проведены экспериментальные исследования несущей способности железобетонных рам, усиленных под нагрузкой.

Практическая значимость работы. Учет физической и геометрической нелинейности позволяет более точно и достоверно :.о сравнению с нормативным подходом определять напряжения, деформации, прогибы, расчетные значения лишних неизвестных для усиленных под нагрузкой железобетонных рам, надежно оценивать их несущуи способность и получать более экономичные решения. Разработанные алгоритм и программа расчетр двют возможность осуществлять численную реалиоацию расчета.

Практические рекомендации предназначены для расчета по при- ' ближенной методике, отражающей основные особенности железобетонных конструкций, усиленных под нагрузке4.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечиваются корректностью постановки задачи, использованием общепринятых гипотез строительной механики, нелинейной теории железобетона и подтверждаются сравнением теоретических результатов с экспериментальными.

Апробация работы. Основные пезультаты исследований докладывались и обсуждались на 47-й, 48-й и 49-й научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников и аспирантов ЛИСИ СЛе: шград, 1990, 1991, IÖ92 г.г.),'III конференции научно-учебного цен?ра университета Дружбы Народов (Москва, 1990 г.), XXXI научной конференции профессорско-преподавательского сос-' тава инженерного факультета (Москва, 1990 г.), на международном симпозиуме " Реконструкция - Ленинград-2005 " (Ленинград, 1991 г.).

Публикации.' Основное содержание работы отражено в 5-и публикациях-

Структура и объем работы. Диссертация состоит кз введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения,- содержит ¿^страниц машинописного текста, включая рисунков и £ таблиц.

Работа выполнялась в соответствии с пленом научно-исследовательских работ ЛИСИ'на 1991 - 1995 г.г., научное направление ОЗ., код 67.11. - строительные конструкции: "Создание новых строительных конструкций ... оптимизация и совершенствование теории и методов их расчета".

На защиту выносятся нелинейные' уравнения равновесия внутренних усилий в сечении железобетонного элемента, усиленного под нагрузкой; методика расчета усиленных под нагрузкой железобетонных рам; результаты экспериментальных исследований несущей способности железобетонных рам, усиленных под нагрузкой; алгоритм и программа расчета на ЭВМ параметров напряженно-деформированного состояния и несущей способности железобетонные рам, усиленных под нагрузкой.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы, дана краткая характеристика и аннотация работы по главам.

В первой главе приведены сведения из истории развития и современной практики- усиления железобетонных конструкций. Существующие способы усиления систематизированы по признаку включения элементов (конструкций) усиления в работу. Даны рекомендации для выбора рационального способа усиления по ряду критериев, учитывающих современные условия производства.- '

Методы расчета усиленных железобетонных конструкций анализи-

- 8 - .

руются с точки зрения учета условий работы и особенностей железобетонных конструкций.

Вопросы расчета и конструирования усилений впэрвые нашли отражения в СНиП 2.03.01 - 84* в 1989 году, где содержатся некоторые рекомендации по расчету, железобетонных конструкций, усиленных под нагрузкой. Усиление под нагрузкой учитывается введением коэффициентов условий работы не имеющих достаточного теоретического и экспериментального обоснований.

Методам рг зчета железобетонных конструкций при усилении посвящены исследования Д.О.Астафьева, С.В.Бондаренко, Г.А.Жеребцо-ва, С.Т.Захарова, Ю.Д.Кузнецова, И.М.Литвинова, А.Лоссье, Б.Н.Ми-.зркока, И.И.Ми^еева, Н.М.Онуфриева, А.И.Попеско, Р.С.Санжаровс-кого, А.В;Сконникова,- И.А.Физделя, Е.Р.Хило и др. .

Теоретические разработки по расчету усиленных железобетонных конструкций на основе нелинейной теории железобетона содержит работа С.В.Боадаренко и Р.С.Санжаровского. В книге приведены теоретические положения и прак-ические приемы расчете усиленных конструкций с учетом факторов нагрузок, воздействий, предистории, изменения стагических схем и граничных условий, а также специфических черт сопротивления железобетонных конструкций, особенно нелинейности деформирования и реологии материалов-. Основное внимание уделено устойчивости внецентренно сжатых элементов и усилению.конструкций путем изменения граничных условий.

Методам расчета усиленных под нагрузкой статически неопределимых стержневых железобетонных конструкций в нелинейной постановке уделялось крайне мало внимания.'

Различные аспекты.работы статически неопределимых стержневых железобетонных конструкций изучались на протяжении последних деся-

тилетий многими исследователями. Современная теория расчета получила свое развитие в трудах В.Н.Байкова, В.М.Бовдаренко, A.A. Гвоздева, Р.Гартнэра, А.В.Геммерлинга, В.Глентвиля, С.М.Крылова, Р.Меньюэла и Г.Мак-Грегора, В.И.Мурапева, Р.С.Санжаровского, А.Р. Ржаницына, Ф.Рэда и других. Методы их расчета с учетом физической •л геометрической нелинейности разрабатывались Л.Ы.Абрамовым, К.Г.Башаровым, А.А.Дыховичным, В.С.Ьдоренко, Л.Р.Маиляном, Е.С. Манискевичем, В.Г.Назаренко, Б.Н.Петровым, А.К.Рафиевым и др. Значительные исследования выполняются в лаборатории теории железобетона НИЩБа под руководством С.М.Крылова.

Ряд вопросов, связанных с расчетом железобетонных конструкций, усиленных преднапряжеиными упругими элементами, исследовался Г.А.Жеребцовым и А.В.Сконниковым.

Методы расчета статически неопределимых стержневых железобетонных конструкций, усиленных под нагрузкой наращиванием сечений элементов до настоящего времени в нелинейной постановке не рассматривались.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям и разработка методики расчета напряженно-деформированного состояния и несущей способности железобетонных рам, усиленных под нагрузкой.

Предлагаемый метод расчета железобетонных рам с учетом физической и геометрической нелинейности предусматривает итерационный . процесс определения усилий во всех рассматриваемых сечениях элементов конструкции. Первоначально (в нулевой итерации) рама рассматривается как упругая система с постоянными жесткостяии на изгиб по длине элементов. Затем элементы разбиваются на участки . и в каждой последующей итерации корректируются значения изгибных жесткостэй по внутренним усилиям и изгибающим моментам, полученным из предыдущей итерации.

- 1С - '

Использование методов строительной мехаю.ки предполагает ьа-мену реальной железобетонной конструкции с неупругими деформациями на абстрактную упругую модель с элементами, имеющими переменные (зависящие от напряженно-деформированного состоянья), но эквивалентные реальным деформативные характеристики. В расчет вводятся эквивалентные модули деформаций ^в? .

Принимая гипотезу плосют сечений и приближенное выражение

для кривизны элемента, имеем

1 _ <?/' С*. 6, /т\

Т -^Г'-Хь ' Ц)

где 6, , 6Л - краевые деформации;

я:< - высоте, сжатой зоны бетона в рассматриваемом сечении.

Приравнивая (I) к выражению для кривизны из упругого расчета, находим

Для построения методики расчета усиленных'под нагрузкой железобетонных рам необходимо располагать аналитическим аппаратом для определения параметров £/ , ¿г в сечениях элементов конструкций до и после усиления.

Приняты следующие допущения.

Для любого волокна зависимость &t-€^ слздует диаграмме осевого сжатия короткого стержня. Вид уравнения одинаков при однородном и неоднородном сжат и.

С момента усиления в любом сечении обеспечивается совместность деформаций усиливаемой и усиливающей частей конструкции.

Зависимость 6б~6б описывается полиномом пятой степени 6л-*£л*С1,- (3)

Очертание кривой принято по рекомендациям ЕКБ-ФИП.

Для арматуры используется диаграмма Працдтля или ку-

сочно-линейная зависимость- из трех участков (для стали, не имеющей физического предела текучести).

На первом этапе расчета определяются параметры напряженно-деформированного состояния в сечении элемента до усиления под нагрузкой Ро (подробно рассматривается в диссертации).

Расчетная схема эксцентриситетов нагрузок и прогибов элемента, усиленного под нагрузкой, представлена на рис Л.

Нл »г

-4*--^

.Но

Рассмотрим железобетонный элемент прямоугольного поперечного сечения с двойным армированием, усиленный железобетонной обоймой, как общий случай усиления способом наращивания сечений элемента (рис.2). Пунктиром выделены части дополнительного сечения, соответствующие различным видам наращивания (боковому наращиванию,' наращиванию высоты сечения со стороны, сжатой зоны, двустороннему наращиванию п плоскости изгиба).

Рассмотрим три характерные схемы распределения сжикаадих на-пряясегшй и деформаций в сечении усиленного элемента: Основное и

дополнительное сечения полностью сжаты (схема I, рис.2а); основной сечениа сжато, в дополнительном сечении двузначная эпюра, деформаций, арматура Ав</ растянута (схема П, рис.26); в основном сечении двузначная эпюра деформаций, дополнительное сечение ЬсГ'в полностью растянуто (схема Ш, рис.2в).

Уравнения равновесия имеют вид Р'Ро ->Ра= Ру Рп * Рут ; ' ^

где Ро - нагрузка на элемент в момент усиления; Ра - дополнительная нагрузка на усиленный элемент; /о - прогиб элемента от нагрузки Ро ; дополнительный прогиб усиленного элемента;

Ру , Му - главный вектор и главный момент внутренних усилий в сечении усиленного элемента; Ал , Мух -их составляющие в основном сечении; А-г« , Мтл - составляющие в дополнительном сечении Л*/» а ; Р'гих, м'уиз - составляющие в остальной части дополнительного сечения.

В соответствии с гипотезой плоских сечений имеем

= 6,- (но = бгиз I бц'бг-его-ем, (5)

т.е. деформации в сечении усиления равны дополнительным деформациям в основном сечении (эпюры деформаций на рис.2).

Составим выражения для слагаемых А и М* в основном и дополнительном сечениях (для схемь П)

Рп = ьу <{х * ;

Хо'Ь

Хо'Ь

X.

(6)

ХаК

Руиь ~ в] <З{</С(хс1+6&Л54 ;

/о4л.

<?М (Хос/-л'-Хс1) <*х<{ * бл/Лл/ с*,

о

ХЫ'к - *с<

А/ О* Ъа/'О (й)

^(х^-а'-хМх*+в/еи(х^-л'-х^Ыхл* у- с^с&л^«/* г

гдв ^ б, €г ' * С, ' Х*~ бы

После интегрирования и преобразований с учетом (3),(5), суммируя (6),(7) и \8) получим систему нелинейны" алгебраических уравнений относительно б> , Сл (развернутые форцулы приведены в диссертаЦии) ' р.р.. г,

6г)- (9)

По полученным значениям <?//> , бгр из решения (9) легко определяются все параметры напряженно-деформированного состояния в основном и дополнительном сечениях. •

Зададим закон возрастания нагрузки Р(Ь)-рЬ. Уравнение равновесия принимают вид

Р*Ро *Р</ *рЬ "Ру - Г, (6,, 6г), ц0^

М-Ро(Со+}) * Рс/ (е* >})<рЬ(е</*{)*М* = Ь (С,, €г)> где / = /в*/с1 •к(6ю-бгв)*к[(6{р-Сю)-(Сг1>-(/го)]*

Продифференцируем уравнения (10) по параметру нагружения Ь

Система дифференциальных уравнений (II) легко сводится к нормальной ф^рме Кони. Решение реализуется численными методами на ЭВМ. Начальными условиями являются значения &р, .

Условия и-ггътп несут.,. Р паособностн определяются одпх?~. -..< •

- 15 -

ной проверкой критериев устойчивости и прочности.

Для нахождения условия критического состояния используется

критерий в виде равенства вариаций моментов внешних и внутренних

сил при равенстве нулю вариации продольной силы

йм* при ЗРу'О.

Определитель системы, составленный из коэффициентов при вариациях,

приравнивается к нули

дР, М-

Ж,

(12)

Критерии исчерпания несущей способности по прочности формулируются в ввде

¿V><5* } (13)

£/d»SKC( u/tu ¿Ws 6tdt.

С учетом изложенного рассмотрим методику расчета железобетонных рам, усиленных под нагрузкой.

Пусть статически неопределимая железобетонная рама с элементами поперечного сечения, имеющими ось симметрии в плоскости изгиба, с произвольным армированием загружена до усиления силами ■°о (рис.За).

Расчет рамы начинается с определения параметров напряженно-деформированного состояния в сечениях' элементов при заданной величине внешней нагрузки.

Раскрытие статической неопределимости производился известными методами строительной механики. В нулевой итерации принимаются равными начальному модулю упругости бетона £¿ . Из расчета pitu с элементами постоянной жесткости определяются внутренниз ■ «.чпня и прогибы. Б зависимости от характера эпюры моментов и тре-v.1' -. рас*-"? " , / 1Днй т." гет ;"■'' "этся ir. .z у

а) к и

л»

Рис. 5. К расчета рлмы а) расчетнл« с»еьА', 5) деление элемента! ил участки.

'I

Л

гI

чыи-я

1-1

¿■г з-з

—^ \ \

1 ь гокл* §

V "Ьг"" ел

(0

л

а 1 *Т

Рис. 4. Опалэбочиыи черте*

ц армир06анис

•, о»рмцов опы1иы'

стков. По значениям внутренних усилий производится расчет каждого участка в отдельности с учетом физической и геометрической нелинейности и трещинообразования по изложенной выше методике. В результате расчетов по полученным значениям моментов и краевых деформаций в ¿-тых сечениях рамы (средних сечениях участков) определяются значения ЕЦ («?), принимаемые постоянными в пределах каждого участка (рис.36). В следующей итерации расчет рамы повторяется с элементами кусочно-постоянной жесткости и т.д. При достижении заданного значения точности итерационный процесс заканчивается.

В качестве контролируемых параметров приняты изгибные жесткости элементов в рассматриваемых сечениях и значения лишних неизвестных (при раскрытии статической неопределимости методом сил).

Влияние ползучести бетона на распределение усилий учитывается снижением жесткостей элементов при помощи коэффициента £"«=1+

5

+ , где с^г - мара ползучести.

Е^амЪ-^ • (14,

В момент времени производится усиление элементов рамы способом наращивания сечений элементов. Считаем, что изменение параметров напряженно-деформированного состояния усиливаемой конструкции за время производства работ по усиления незначительно, их переменностью можно пренебречь (при необходимости их нэ трудно учесть). В момент времени ^'¿«'¿йя рама считается усиленной. При загружении дополнительной нагрузкой Р^ элементы усиления включаются ь совместную работу с основной конструкцией,

Для оценки изменения жесткостей элементов усиленной конструкции с у««точ разлм"!'Т"} напря!гл'ч"^,«,ефор?Г!ров1«'ного с "стояния, ■ , ■ - •• -¡тт^сг ¡.-"гв м " "•л у ' 'тивкь:' *

усиливаемой и усиливающей частей конструкции вводится понятие эквивалентного модуля деформаций приведенного сечения Ftf,ut •

Значения начальных в i -тых сечениях усиленной конст-

рукции определяются по значениям Е^ , полученным из расчета неусиленной рамы на последней итерации с учетом изменения приво-

денного момента инзрции

cío _ Ещ (Jjus * Jpd,us j (те)

~ —j¡— ' '

где 3gu¡ - приведенный момент инерции основного сечения относительно центра тяжести усиленного сечения;

*offvs~ приведенный момент инерции дополнительного сечения относительно центра тяжести усиленного сечения, определяемый с использованием коэффициентов

где Í5 us , Ejus - модули деформаций бетона и арматуры усиления.

Затем производится расчет усиленной рамы по изложенной выше методике при действии нагрузки Ро*0/ .

На каждой итерации значения Eey,vs корректируются по значениям моментов и параметров напряженно-деформированного состояния в

основной и дополнительной части сечения

c¿ Mjs x'Á .. Mtus хм . (I7x'

Влияние .ползучести по аналогии с (14) учитывается введением коэффициентов 0$ и c^v,¡ .

Для того, чтобы проследить за изменением параметров напряженно-деформированного состояния в ¿ -тых сечениях усиленной рамы зададим закон возрастания нагрузки X?» Ра '* Ры* pt , которому соответствует в зависимости от расчетной схемы рамной конструкцш1 и вида нагрузки определенный закон изменения внутренних усилий в ¿ -тых сечениях

Ру^РГО ; м^м(ь)

(16)

Эксцентриситеты продольных сил относительно центра тяжести сечения при расчете участков конструкции определяются как отноше-

. дой итерации.

На каждом шаге возрастания нагрузки производится расчет усиленной рамы с использованием эквчвалентных модулей: определится параметры напряже"но-деформированного состояния в I -тых сечениях усиливаемой и усиливающей части конструкции и проверяются условия (12), (13).

Условию потери несущей способности соответствует расходимость вычислительного процесса. Разрушающая нагрузка определяется с точностью, равной шагу возрастания нагрузки Р .

Оценка точности расчетов производится сравнением значений контролируемого параметра х на последней итерации при делении элементов рамы на я, я участков

• ' (20)

•Предложенная методика расчёта- усиленных под нагрузкой железобетонных рам.весьма.эффективна. Метод эквивалентных'модулей позволяет, заменить реальную раму на эквивалентную упругую я, тем самым, пользоваться ргсчатным аппаратом строительной мехояййй стержневых систем для раскрытия статической неопределимости. Эквивалентные модули деформаций являются интегральным* характеристиками дсформативных свойств усиленной под нагрузкой конструкции, учитывающие деформированную схему конструкции, уровень нагрузки при усилении, г^ометричесхкг ¡' физико-кзханическиа хара-

ние

(19)

где , значения внутретшх усилий, определяемые на квас-

- 20 - • ктеристики конструкции в рассматриваемых сечениях. В расчетах используются криволинейные диаграммы деформирования бетона, учитывается трещинообразование, упругопластическая работа арматуры. Методика позволяет проследить за изменением параметров напряженно-деформированного состояния усиливаемой и усиливающей части конструкции на всех стадиях загружения вплоть до исчерпания несущей способности. ■

Третья глава содеркит материалы экспериментальных исследований несущей способности однопролетных двухъярусных железобетонных рам, усиленных под нагрузкой способом наращивания сечений элементов и сравнительный анализ экспериментальных данных и теоретических значений. '

Основной целью эксперимента являлось получение величин разрушающих нагрузок при испытании неусиленных и усиленных под нагрузкой железобетонных рам в условиях кратковременного загружения.

Для проведения исследований было изготовлено 9 образцов (3 серии по 3). Опалубочный « арматурный чертеж представлен на рис.4. Образцы первой серии использовались в качестве элементов усиления, которые прикреплялись н испытываемой нагруженной раме с.помощью металлических хомутов. Шаг хомутов и стягивающие усилия определялись из расчета силы трения, необходимой для восприятия сдвигающих усилий по "контакту поверхностей.

Испытания проводились в два этапа. На первом этапе исследовалась несущая способность неусиленшх рам, на втором - усиленных под нагрузкой (53^ от разрушающей теоретической нагрузки). Нагрузка передавалась ступенями 0,98«-1,96 нН в виде двух равных сосре-доточелных сил в четвертях пролета ригеля. Совместность деформаций усиленной и усиливающей конструкций контролировалась по показаниям тензометров.

ТАбЛИЦМ

СрЛВИЕИИЕ ОПЫТНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЗНАЧЕНИИ РАЗРЕШАЮЩИХ НАГРЧ$ОК

Ширр ром Разрушвющар нагрузка, Ркн Отклонения, У.

PS < < С оя р! />4 от р;

P-t 3Ç3 J4* -9,0 -fit

р-г 37.3 31* ■гit -г%з

p-i 37,3 гг./

СреднеорирнетЬескве а г* г/гонениеß % -is

eos SJ9 -цз -jqe

PrS ¿47 m -Jüt

Ру-6 -по

Срсднеорифпетичеекос omnOHtttut, %

P-!, Р-1, PS - нсуеигктис опытные /нгтгг V», Рамы усиленные под тп/фмц

Разрушающие тпрузки; Рр, - /юирыясктах'/иге РЦ, - пиорет-икскав (расчет м историке) Pfy~i4<.-Gpwrvxtc*<iw(yMpytuü pattern.)

ej рама усиленная под

Рчг

. яеусим./мн» рвтт

Щ »

Г

Рис.5. ОАвисиностн лрогивоь от иагр^кц,

— — опытная краб оя

J^S'- ГЦ copen w/есгхгя (pire fcm M *&*adt/*t)

^.î'—»— теоретическая расчет.)

i't¿'t3'~ грубые доя

-22-

Опытные и теоретические значения разрушающих нагрузок для неусиленных и усиленных под нагрузкой рам приведены в таблице I, соответствующие им значения прогибов (для середины стоек второго яруса)-на рис.5. Теоретические значения определялись по предложенной методике и дополнительно, из расчета рам, как упругих систем.

Наибольшее расхождение теоретических результатов с опытными получена при упругом расчете: по разрешающей нагрузке до 27% (в зела« прочности), по прогибам до 53? (..едооценка) для неусиленных рам и соответственно до 34? и 593 для усиленных под нагрузкой рам.

Результаты расчетов по предложенной методике достаточно близки к экспериментальным значениям: расхождения находятся в пределах 10% и 16?, что подтверждает достоверность методики расчета.

Учет перераспределения усилий и изменение жест-костей элементов позюляег уточнять расчетные значения лишних неизвестных (по величине распора рамы до 17?).

В результате численных экспериментов установлены зависимости эквивалентных модулей.деформаций от призменной прочности бето-т (^¡0, предела текучести арматуры процента арми-

р&ШЮШ и уровня нагружения представленные

грейр^ски в диЬсертвции.

■Бри расчете усиленной под нагрузкой конструкции значения эквивалентных модулей в рассматр .таемых сечениях определяются о учетом изменения приведенного момента инерции

где дополнительного сечения в момент усиления определяется при ^ = 0, при действии дополнительной нагрузки учитывается уровень нагружения усиливаемой и усиливающей частей конструкции.

Определение Луг« эмпирическим путем положено в основу прак-

— 23 —

тической методики расчета, усиленных под нагрузкой железобетонных сам.

В приложении приводится описание функциональной схемы разработанного комплекса программ, условия его применения и выполнения расчетов на ЭВМ типа ЕС.

ЗШШЕКИЕ

Анализ состоянья вопроса и проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют заключить следующее.

В настоящее- время не существует достаточно строгого метода расчета усиленных под нагрузкой статически неопределимых стержневых железобетонных конструкций. Нормативная методика расчета не позволяет учесть начальные напряжения и деформации до усиления и оценить их .действительную работу в стадии эксплуатации. Несущая способность при усилении под нагрузкой определяется введением коэффициентов условий работы, нэ имеющих достаточных теоретического и экспериментального обследований.

При расчете статически неопределимых стержневых железобетонных конструкций, усиленных под. нагрузкой, необходимо оценивать напряженно-деформированное состояние конструкции как до, так и после усиления с.учетом перераспределения усилий при изменении жесткостей элементов усиливаемой ц усиливающей части конструкции, рассматривая её как.единую физически и геометрически нелинейную систему со свойствами нелинейной зависимости напряженно-деформированного состояния от действующих на нее силовых и других факторов.

Применение эквивалентных модулой деформаций позволяет проводить расчеты усиленных под нагрузкой статически неопределимых стзр~ .т.язпнх железобетонных конструкций с учетом физической и геомзтри--ской нелинейности, пользуясь обыч:*ши метопами строительной меха-

"24 - '

ники упругих систем. При этом учитываются основные особенности

железобетона: нелинейность деформирования бетона, трещинообразование, упругопластическая работа арматуры.

В соответствии с задачами исследований в работе получены следующие основные результаты.

1. Разработана единая методика расчета параметров напряжет но-деформированного состояния и к-сущей способности усиленных под нагрузкой путем наралдаьания (увеличения .юперечных размеров) сечений элементов статически неопределимых железобетонных рам с учетом физической и геометрической нелинейности, которая дает возможность охарактеризовать напряженно-деформированное состояние кап усиливаемой, так и усиливающей части конструкции на всех стадиях загружения.'

2. По разработаьному алгоритму составлена программа для численной реализации предложенной методики расчета на ЭВМ типа ЕС. В составе основной программы выполнены подпрограммы для расчета усиленных и неусиленных вцецентренно-сжатых железобетонных элементов.

3. Проведены экспериментальные исследования несущей способ- ' ности однопролегных двухярусных железобетонных рам, усиленных под нагрузкой односторонним боковым наращиванием сечений элементов, при кратковременном статическом зтружении.

4. Приведены результаты расчетов усиленных и неусиленных экспериментальных рам. Выполнен сравнительный анализ результатов расчета рам по предложенной методике, по упругому расчету с экспериментальными данными. Сравнение показало преимущества разработанной автором методики расчета, позволяющей получить достаточно блиг киэ к действительным значениям результаты.

5. Предложены практические рекомендации но расчету несущей

- 25 -

способности железобетонных рам, усиленных под нагрузкой.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Снятков Н.М. Анализ развития и совершенствования способов усиления и методов расчета усиленных железобетонных конструкций Денингр.инж.-строит, ин-т.- Л. ,1^90.-73с. - Деп. в ЕНИИ пробл. науч.-техн. прогресса и информ. в стр-ве 10.09.90, №10796.

2. Снятков Н.М. Методика расчета усиленных под нагрузкой железобетонных рам // Методы расчета сложных строительных конструкций. - Л., 1990. - С.42-48.

3. Снятков Н.М. Несущая способность железобетонных рам, усиленных под нагрузкой // Исследования по строительной механике пространственных систем. - М., 1990. - С.80-05.

4. Снятков Н.М. Новая методика расчета усиленных под нагрузкой железобетонных конструкций // Применение физико-химических методов исследования в науке и механике. 4.1. Физические, химические и технические науки: Тез. докл. - М. 1990. - С.186.

5. Снятков Н.М., Астафьев Д.О. Особенности расчета усиленных под нагрузкой железобетонных рам с использованием эквивалентных модулей деформаций // Статические и динамические расчеты конструкций с учетом нелинейных свойств материалов. - Д., 1991. - С.18-20.

; 6. Снятков Н.'Ы., Астафьев Д.О. Экспериментальные исследования железобетонных рам, усиленных под нагрузкой способом наращивания сечений элементов. - Л., 1992. (в печати).