автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Особенности работы крестовых оболочек, очерченных по поверхности положительной гауссовой кривизны

ВСЕРОССИЙСКИЙ . ЗАОЧШЙ ИКШГСУТ И1ШШЕГ08 ШЕЗШДОРОЖШ'О ТРАНСШ'ГЛ

fia прпивх-рукописи УДК 624.072.4

Магистр АКЕЛЬ XAflCAM

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ КРЕСТОВЫХ ОБОЛОЧЕК, ОЧЕРЧЕННЫХ ПО ПОВЕРХНОСТИ ПОЯО:ННТЕЛЬРЙ)Й МАССОВОЙ КРИВИЗНУ

05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой- степени кандидата технических наук

Москве 1993

Работа выполнена во Владимирском политехническом институте Министерства науки, внешен школы и технической политики f'oc-сиПскоА федерации.

Нвучний руководитель

ОЬипиальные оппонент«

доктор технических н^ук.пр Рессор Шив Д.С.

доктор технических наук,профессор Шугаев В.В.. .

кандидат технических наук,д. цент Кузьмин JI.JD.

Ведущая организация

Владимирграящаннроект

Защита состоится - ZZ"

1993 г. ь

т заседании Специализированного Совета К 114.09.01 в ГОНИТ по адресу: Москва, ул.Часовая, дом 22/2 в аудитории № 337.

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке институт«.

Автореферат разослан " . _____199Э г.

Ученый секретарь Специалиэирорв!inoro Совета - кандидат tüxíhim них наук, доцент . Зайцев В.В. ^f^"

Цель работы - изучение работы крестовой оболочки, о поверхностью положительной гауссово1) иривнэим, разработанной на основе экспериментальных исследований на конструкции ма -лих размеров длч реального покрытия. Автор защищает;

' - результату экспериментальных исследований поведения железобетонной крестовой оболочки от упругой. стадии работы до разрушения при действии равномерно распределенной негру;;-ки;

- анализ численных и аналитических контактных задач,возникающих при проектировании подобных систем;

- особенности конструирования железобетонных крестовых оболочек•

Научную новизну работн составляют:

- экспериментальные данное, полученные при мспнташи железобетонной крестовой оболочки разномерно распределенной нагрузкой на конструкции малых размеров;

- рекомендации по расчету и конструированию железобетонных крестовых оболочек с поверхностью положительной гауссовой кривизны на примере покрытия плавательного бассейна в городе Владимире.

Практическое значение работн заключается в том, что проведенные испытания позволили, наряду с исследовательскими,'ре-нить целый ряд задач по конструированию и возведению натурного вооружения для покрытия плавательного бассейна в г.Владимире размером 78x713 м. Гдбота дала возможность внести ряд кср^. гивов в рабочие чертежи, внданнре институтом "Владимирграчсдан-]роект".

Материалы исследований могут быть положен»' а основу оценен вновь разрабатываемых оболочек поиритий положительной га « 'сеовоя кривизны со сложным конструнтивнш планом.

Диссертация состоит из четырех глав, заключения и списка '.итературы, включающего £6 наименований. \ '

Во в а е д е. н и и отражена цели и задачи исследований, «значение работки

.В п е р в.о й главе Даны основные концепции, при-ятые-при реальном проектирор.чни» объекта п риде .крестовой сбор-

но-монолитной железобетонной оболочки покрытия плавательного бассейна в г.Владимире размерами 78x78 м в плане. Рассмотрены приемы формообразования поверхности оболочки, даны предложения рекомендательного характера для сборки покрытия, приве -ден аналитический обзор встречающихся в практике оболочек покрытий со сложным конструктивным планом.

Во второй главе' приведена методика исследо -ваиий покрытия в аиде крестовой оболочки на монолитной желе -зобетоиной конструкции малнх размеров. Описываются испмта -тельный стенд и загрузочное устройство, даны сведения о при -меняемых материалах, приборах, приемах обработки эксперимен ~ тальных данных. Приведены опытные данние, полученные при действии« на оболочку равномерно распределенной нагрузки. Анализируется работа конструкции до и после появления трещин.

В т р е т ь е Я главе рассмотрены метода расчета пологих оболочек положительной гауссовой кривизна, использо -венные при анализе работы конструкции малых размеров-

Вчетверто.й главе приведены результаты со -п&сгавления данных опыте .и расчета для испытанной конструкции, даны реком ндации по проектированию пологой оболочки со слоас-ннм конструктивным планом на примере предполагаемого к строительству реального объекта в г.Владимире.

В з а к л ю че ни и приведены основнне выводы, сделанные, в работе. В работе содержится документация, отражающая объем и характер внедрения результатов исследований в проек ■ тирование.

Работа выполнялась во.Владимирском политехническом инсти туте под руководством доктора технических наук, профессора Ши ва A.C. Проектирование реального объекта и конструкции малых, размеров выполнялось автором во время работы.в конструкторско бюро "Подъем". В испытаниях автору помогали сотрудники кафедры "Строительное производство", а та!«с студенты-дипломники, которым соискатель выражает свою искрению» признательность.

Одно из направлений технического прогресса в строитель -етве - широкое применение тонкостенных: пространственннх кон -■'мрукций типа оболочек для покрытий здани» и сооружений. öWe тивность таких конструкций, .применительно-к удельным затратах' материалов, сочетается с высокой пространственной жесткостью м легкостью. Преимущества пространствешмх конструкция обеет

чили им широкое применение в зданиях различного назначения кги' в отечественном, так и в зарубежном строительстве.

За последние два с лишним десятиленил, главным образом я России, наибольшее распространение получили пологие оболочки положительной гауссовой кривизны с квадратной и прямоугольной сеткой колонн. Такие конструкции дают возможность перекрывать практически неограниченные пролеты.

Оболочки положительной гауссовой кривизны при действии рас™ пределенной нагрузки за исключением угловых опорных зон сжаты. Это особенность, а тиске геометрическая йорыа таких покрытий создают условия для разрезки их на элементы в виде плит плос ~ ких, цилиндрических, прямоугольных в плане г(ли секторных дао -якой кривизну.

При проектировании общественных зданий, где предполагает -ся массовое и длительное нахождение людей, у архитекторов и проектировщиков возникает необходимость максимально-использо -вать в полном объеме большие пространства, даже в том случае, если эта необходимость осложняется нетрадиционным планом зда -ния. Задача эта может быть элективно реиена путем применения для покркгий экономичных пространственных конструктивных &орм. При этом конструкции покрытия должны быть не только легкими и наименее трудоемкими, но и объединять в конструктивной форме все необходимее функциональные и эстетические требования в одно органичное целое. Применение таких конструктивных форм позволяет создавать выразительный образ здания и обогащает архи ~ тектуру городов. Стремление соединить в одно целое старые и новые <!'ормн в городской застройке при проектировании покрытия плавательного бассейна привели архнГекторов и конструкторов к мнсли, оснопажой на единстве трех начал создания рационального конструктивного решали:

- начала конструкторского, т.е. экономии материалов при л5еспе"енци высоко« надежности конструкций;

- начала технологического, или наименьшей трудоемкости чзготовления сборных элементов покрытия; *

- начат производственного, иначе, обеспечения индустри « ¡лыюети и простоты сборки конструкции.

Реализации этих принципов позволяет сокр«тить сроки про » «тированил )! уменьшить объем научно-исследовательских работ, обеспечить, единое научно-методическое руководство, использо -

- е -

вчть передовые индустриальные метода при строительстве объекта.

Анализ показал, что требованиям, предьявляемым к покрытиям общественных зданий, наиболее отвечают железобетонные обо -лочки. При этом сборно-монолитные железобетонное оболочки, собираемые из элементов заводского изготовления, ближе соотвег -ствуют условиям строительной практики в России, чем монолит -ные.

Однако имещиеси современные конструктивные решения про -странственных покрытий по форме плана, параметрам и другим особенностям, связанными с архитектурными требованиями, не могли быть элективно использованы для проектируемого здания бассейна в г.Владимире. Стремление максимально использовать объем здания при квадратном плане привели архитекторов к мысли раз -местить ванны бассейна вдоль диагоналей, а мертвые зоны покрытия, образующиеся при опирании сооружения непосредственно на Фундаменты, использовать для организации входов.и смотровых площадок.

В случае квадратного плана, каковым является запроектированное покрытие бассейна в г.Владимире, вынос за пределы здания "мертвых зон' приводит к образованию крестовой оболочки, описанной по поверхности положительной гауссовой кривизны. Врезка наклонных арок разной длины, расположенных в углах, созда -ит крестовое покрытие нессимметричного плана, поверхность ко -торого является составной частью поверхности положительной гауссовой кривизны (рис. I).

К сожалению, опыт.формообразования подобных покрытий отсутствует, в действующем "Руководстве по проектированию желе -зобетонных пространственных покрытий и перекрытий"! НЙИ1Б. 1979 нет необходимых рекомендг 1Ий по их расчету. Все это заставило автора диссертации искать пути, обеспечивающие при Формообразовании и расчете покрытия необходимую прочность и де^орматив-ность конструкции,возможность сборки ее, ориентируясь на местную базу строительства.

Архитекторам и проектировщикам.г.Владимира при проектировании бассейна пришлось проделать значительную работу по выбору типа покрытия, наилучшим образом отвечающего градостроительным условиям, эстетическим и функциональным требованиям.

Это привело их к необходимости создания редкого в практике покрытия в виде крестовой оболочки, перекрывающей план здания размером 78 х 78 и. Благодаря такому решению была достигнута архитектурная выразительность здания и интерьера собственно бас» сейна, имеющего три ванны, одна из которых имеет размер 50 х 20 и

При формообразовании крестовой оболочки в качестве исход -ной была принята поверхность переноса, где образующими являлись круговые кривые. Поскольку для этой поверхности координаты то ~ чек и радиусы кривизны при заданных размерах в плане и стреле подъема оболочки отличаются незначительно от других исходных поверхностей (поверхность вращения с горизонтальной или вертикальной осью), тип поверхности определялся схемой разрезки, эозьс« ■» ностяыи унификации и удобством изготовления сборных элементов. В атом случае наиболее рациональной является часть торсидальтй. поверхности, имеющей положительную кривизну и горизонтальную отвращения. В сочетании с оптимальной для этой поверхности раз ~ резкой она дает максимальные возможности для унификации конструкций, обеспечения удобства изготовления и монтаяа сборных элементов. В итоге, форма реальной поверхности оболочки будет зависеть от формы и параметров сборных элементов.

В связи с большими размерами покрытия сборные элементы оболочки решено было выполнить плоскими. При плоских плитах реальная поверхность представляет собой многогранник. Необходимо заметить, что пространственные конструкции из плоских элементов особенно выразительны в интерьерах за счет монотонного чередо*» вания плоских граней и регулярного повторения линий переломов поверхности.

Конструкция опорного контура при заданных размерах покрытия выбиралась исходя из возможности его изготовления без предварительно напряженной арматуры и унификации сборных плит. Этим требованиям наиболее полно удовлетворил опорный контур s виде железобетонного бруса переменного сечения, лежащий на колоннах, установленных в пределах поля оболочки.

Разрезка оболочек на плиты осуществлялась системой радиальных секущих плоскостей, проходящих через ось вращения,-и системой вертикальных плоскостей, перпендикулярных этой оси. При такой. разрезке достигается высокая степень унификации плит, так Kin? полото между равноотстоящими радиальными секущим!! плоское -

тями внутри оболочки являются одинаковыми. При принятом яаге колонн 6 м эти полосы отличаются незначительно, а число типоразмеров внутри каждой полосы между вертикальными плоскости -ми при номинальных размерах плиг 3x6м- минимально. Добор-ные участки между крайней радиальной плоскостью и вертикаль -ной плоскостью опорного контура в данной конструкции отсут -ствуят из-за наличия глубоких угловых вырезов поверхности оболочки. Поскольку скомпоновать участки, примыкающие к угловым вырезам из сборных элементов не представлялось возможным, было принято решение выполнить их из монолитного железобетона. При такой компановке покрытия главный опорный контур и наклонные арки наиболее целесообразно было выполнить такяе из монолитного яеЛезобетока.

Плиты целесообразно было выполнить с контурными и одним средним ребрами одинаковой высоты, поскольку цилиндрические плиты, получившие распространение в практике строительства оболо ~ чек оказались слоанн в изготовлении. Такая система ребер обес -печивала прочность и «ёсткссть плит з стадии монтажа и транспортировки, прочность и устойчивость покрытия в стадии эксплуатации. Для восприятия сдвигающих и перерезывающих усилий по внешним боковым граням ребер плит предусматривались пазы, в результате чего после замоноличивания швов двух соседних плит образовывались шпонки.

ч

Расчет оболочки покрытия производился в соответствии с требованиями действующих глав СИ н П по проектированию бетонных и железобетонных конструкций"и глав СН и П по нагрузкам и воздействиям.

Статический расчет покрытия з эксплуатационной стадии первоначально выполняли по момеитной теории упругих пологих оболочек В.З.Власова. Расчет может производиться по методу одинар -ных или двойных тригонометрических рядов, в этом случае могут быть учтены реальная жесткость опорных контуров переломы и ребра поверхности, но только в одном.направлении. Однако, в зтом случае корректно решить задачу, из-за наличия глубоких угловых вырезов в оболочке, не представляется возможным. Поэтому расчет решено было выполнить методом конечных элементов, когда непрерывная оболо«жа заменяется системой дискретно рлс -

половинных ортогональных и диагональных ребер, лесткосш которых определяются из условий при совпадении деформаций но оболочки и стержневой системы. Точность такого расчет будет зависеть от размера выбранной сетки. Этот ыеччад также по -авсяяет учесть реальную аесткость опорных контуров¡ наличие ре-бар в обоих направлениях. Этот расчет в дадьнейды»! уточнился, путем вписывания в поверхность оболочки конечных элементов оптимальная геометрия которых была получена на персональном кш-пьютервJBil PC/XT.

Существенное внимание в диссертации уделено попросим работы неординарного по своим конструктивным особенностям оболочки покрытия. Экспериментальные исследования покрытия решено было проводить на конструкции малых размеров »3*3мв плана, оснс ные параметры которой соответствовали геометрии реально заироея тированной оболочки. Размер конструкции в плане был выбран не ходя из имеющегося оборудования экспериментальной базы Владимир ского политехнического института.

К числу вопросов, на которые долины быть даны ответы npi экспериментальных исследованиях конструкции малых размеров отис сились:

- характер напряженно-деформированного состояния покрытая имеющего глубокие несимметричные угловые вырезы при действии внешней равномерно распределенной нагрузки;

- учет жесткости опорного контура в виде бруса, лежащего на колоннах;

- работа выносных (аа пределы вооружения) частей опорного контура; .

~ характер концентрации усилий в местах выреза оболочки.

Методика испытаний не отличалась от принятой в НИИКБ., 1( Н И И С К и др. Исследования проводили до и после появл* трещин ь конструкции с тщательннм замером деформаций, прогибе и углов поворота.

Крестовая оболочка, принятая для исследования, представл/ ет собой монолитную железобетонную конструкцию с главным и ди рагмаыи в виде бруса, расположенного на стойках ( рис.'2). Ыак симальннй г.одьеы от углов к центру конструкции составляет 1/ пролета плана. Толщина плиты оболочки в ее средней зоне равн J0 мм, в зонах примнкания наклонных арок она увеличивалась д

40 мм. В опытной конструкции сохранены углы наклона большой и малой арки. Примыкание плиты оболочки к главному опорному контуру принято по середине высоты его сечения.

Верхний пояс главного опорного контура (криволинейный брус) выполнен постоянного сечения 50x20 мм по всей длине, по нижней грани - имеет закладные детали для крепления промежуточных опор.

В целях изучения влияния угловых вырезов на напряженно-деформированное состояние плиты покрытия наклонные арки запроектированы в виде двухиарнирных систем с затяжкой без промежуточных опор. Затяжками арок служили металлические стержни диаметром 6 мы из стали класса Вр-I с винтовой нарезкой по концам. Их установка осуществлялась перед распалубкой покрытия, для чего в главном опорном контуре были предусмотрены отверстия. Верхние пояса большой и малой наклонных арок имели квадратное сечение размерами соответственно 27x27 и 20x20 мм. Примыкание плиты в этом случае осуществлялось так, что верхние пояса'арок находились над оболочкой.

При проектировании опытной конструкции были использованы три метода расчета, на основании которых определяли основные сечения арматуры и бетона:

- расчет основной системы - как шарнирно опертой оболочки на абсолютно жесткие диафрагмы - таблица НИ)? I (г.Санкт-Петер бург) с дополнительным учетом кручения поля оболочки по О.Д.Они завили; -

«■ расчет оболочки, опертой по контуру на стойки - согласно предложению, изложенному в работе д.т.н. проф. А.С.Жива;

- расчет несимметричной в плане крестовой оболочки численным методом по ППП АП МЕК.

Во всех трех случаях расчетная равномерно распределенная нагрузка принималась равной 5,5 кН/м .

Для оболочки применяли бетон класса В 40 следующего состава на один ъР смеси: цемент марки 40О - 522 кг; песок - IT02 ki гранитная крошка крупностью 2-5 им - 515 кг при водоцементном отношении 0,42.

Прочность бетона определяли путем испытания кубов е;> стороной 100 мм, начальной модуль упругости - испытанием при:ш f' мером 10x10x30 см.

Для испытания конструкции был сконструирован и возведен стенд. Стенд представлял собой пространственную раму, состоящую из металлических и железобетонных конструкций и служил упором для опытного покрыгия и силових устройств. Загрузку покрытия осуществляли одним домкратом, упирающимся в металлические и железобетонные балки. Нагрузка от домкрата с помо-

щью распределительных устройств передается на поверхность оболочки в виде системы часто расположенных сил. Общее количество сосредоточенных сил равно 256 с расстояниями в осях между ними 19 см.'В местах угловых вырезов создавались, так называемые, "лоаные" опоры, которые имели упоры непосредственно на стендэ, что позволяло не изменять обг^ую схему нагружения конструкции.

Основные опоры, расположенные под углами оболочки выполняли таким образом, чтобы обеспечить ее свободное перемещение по всем направлениям и беспрепятственного поворота. Для этого од -ну из опор выполняли в виде шара, вторую по диагонали от первой - неподвижной, две другие - давали "возможность перемещаться покрытию по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Опираниэ контурного бруса на промежуточные стойки также выполняли шарнирным. '

»

Расстановка приборов диктовалась задачами исследования,методикой загружения опытного покрытия. Оценить принятые сечения бетона и арматуры, а также применяемые методы расчета опытного покрытия мояно было только путем установки большого количества приборов. Приборы распологали в основных расчетных сечениях: в середине пролета, в угловых зонах у примыкании наклонных арок, к главному опорному контуру и На контурных элементах.

При испытании опктаого покрытия било установлено 274 прибора, из них: тензодатчиков - 200, прогибомеров - 24, индикаторов -38, рычажных тензометров на базе 100 к:м - 12 штук.

В соответствии с. изложенными целями экспериментального ис -следования испытание было проведено в два этапа.

Но первом этапе основной целью- было изучение законов распределения упругих деформаций в конструкции род действием равномерно распределенных нагрузок. Основное количество измерения било произведено при нагрузке, составляющей 0,6 от расчетной во-

- и -

льчини, обеииечмааищьп отсутстипв видимых т редин и Иозы/Лцо^е? изучить упругую стадию работы «окрьп'Ия.

Второй этап испытаний приводился с цьшш шрчиеаышн т;< сущей способности и характера разрушения опытного ссюружьыш. Нагрукение проводилось ступенями по I кН/и^, при атом на кошл рукпии сохранилась нагрузка от распределительного устройства> равная 1,2 кН/ы^.

При нагрузке 7 кН/м'' -.1,75 от расчачмое оыгшое иокри'Лч били ьг'Дйрхено в течение 20 часоь. Разрушение конструкции про. изошло при нагрузке II кН/иг. На всех ¡»таиах н№$укения одно временно с измерением деформаций в сашин сечениях производил: тщательный осмотр поверхности покрытия, Все появившиеся трещ; ни отмечались соответствующий номером нагрузки и зарисовываии

Упругая стадия работы конструкции.Для повышения надежшо ти результатов эксперимента измерение деформаций производила большом числе точек с многократным повторением одних и тех к отсчетов по приборам тем более, что принятая методика нагрук ния конструкции одним домкратом и использование в качестве ре гистрирующей аппаратуры тензометрического цифрового моста ЦГ13 легко позволяли это сделать. В упругой стадии работы измерзни прогибов и деформаций производили на трех ступенях нагруаания конструкции - 1.2, 2.0 и 3,5 кН/м2.

Анализ полученных данных показал, что практически по вс длине брус работал на растяжение. В зонах угловых вырезов пли ты оболочки при нагрузке 1,2 кН/м^ главный опорный контур тал же работал на растяжение, поскольку сечение бруса аца воспрк нимало изгибающий момент. При увеличении нагрузки на оболочк! до 3,5 кН/ы^ на концевых участках опорного контура появилиа небольшие сжимающие усилия, что свидетельствовало о перерасщ делении усилий в криволинейном брусе. Об этом говорит факт пс явления первых видимых трещин в брусе над крайними промежуто1 ними опорами. И хотя их раскрытие при нагрузке 3,5 кН/м^ бы; невелико - 0,05 ым, выключение из работы бетона в этой зоне I влияло на характер распределения нормальных сил по длине гла] ного опорного контура. Деформации по оси бруса возрастали I угла оболочки к середине пролета. Фибровые величины деформац; существенно менялись на участках между опорами: на нижней гр< ни. в пролете они возрастал«, на верхней, наоборот уменьшали)

но сравнению с олирныыи сечениями.

Указанные особенности деформирования бруса по длине свидетельствуют о его изгибе. Эпюр моментов в брусе аналогичен неразрезной шогспролетной балке при загруженми ее равномерно распределенной нагрузкой, за исключением зон угловых вырезов плиты, где работа бруса приближалась к балочной схеме. Прогиб бруса между опораш был незначительный, установленные приборы не смогли его зафиксировать.

Характер распределения усилий по длине бруса, полученный экспериментально на участке примыкания плиты покрытия хорошо согласуется с данными, полученными из расчета по таблицам Ш И.

По величине экспериментальные данные несколько меньше теоретических, поскольку часть растягивающих усилий воспринимается работающими вместе с брусом приконтурннми зонами оболочки. Суммарные усилия, воспринимаемые брусом и растянутой частью оболочки» как показывает анализ, были близки к теоретическим. Ха -рактер работы собственно покрытия отличался от известных, тра -•шционньгх конструкция, не имеющих угловых вырезов.

Так, нормальные напряжения в среднем сечении оболоч-

ки менялись плавно. Их характер плохо согласуется с расчетом, выполненным по действующему "Руководству по проектированию ае -лезобетонных пространственных покрытий и перекрнтий. НИШЁ,1С79"> поскольку на величину и знак усилий в приконтурной зоне существенное влияние оказывает кручение поля покрытия. Это подтвердили наши расчеты оболочки по методике проф. О.Д.Ониашвили.

Нормальные напряжения <3^, , также как и напряжения^ изменяется по сечению не. только по величине, но и по знаку. В при-контурной зоне на участке шириной около 0,1 пролета оболочка была растянута, что было вызвано податливостью криволинейного бруса. Таким образом, нриконтуриая зона крестовой оболочки находит» ся 8 области двухосного растяжения.

Работа конструкции после появления трещин. Первые трещины появились от внецентрениого растяжения в верхнем поясе диафрагм при нагрузке 3,5 кН/м2 (с учетом собственной массы покрытия и распределительных загрузочных устройств). Трещины возникали над первыми от ' основных промежуточными опорами в месте сопряжения плиты покрытия с главной диафрагмой. С

ростом нагрузки эти трещины раскрывались на всю высоту верхнего пояса. При нагрузке 5,9 кК/ы2 от действия главных растят « паидих напряжений в зонах примыкания плиты оболочки к наклон -ным еркаы появились веерообразные трещины. Трещины достаточна хорошо бщш видны на нижней и верхней поверхностях оболочки, аахьетцвая лишь приконтурную зону плиты по обе сторона от ос -новных диагоналей.

При нагрузке 7 кН/м^ развитие веерообразных трещин про»: -ратилось, на нижней поверхности оболочки параллельно и перпеи-~ дикулярно главным опорник контурам от изгиба плиты появилась новая группа трещин. Впоследствии трещины, образовавшиеся параллельно опорному контуру, объединялись с трещинами, гюяаив -шшися параллельно наклонный аркам, отрезая их верхние пояса от поля оболочки. Такой характер работы конструкции явился ся< дегвием наличия угловых вырезов в. плите ободочки и влияния vm вных сжимающих напряжений, действующих по направлению'основш: диагоналей.

При нагрузке 8 кН/ы^ к шеваиыая трещинам по'направлению главных диагоналей добавились трещины расположенные параллель но опорному контуру.. Эта трещшш в основном располагались сни зу лишь в ограниченной зоне, "что, по-видимому, зависело от возникновения больших крутящих моментов, вызванных отсутстви еы симметрии конструкции относительно средних сечений. В кто ге, все это привело к разрушению конструкции при общей иагруз ке II кН/м2 (рис. 3).

Разрушение оболочки произошло в одной иэ угловых зон с о разованиеы. вмятины. Разрушение наступило-после достижения май симальных: деформаций сжатия в батоне 16x10"^ (напряжение оке ло 4,8 Ша), что существенно ниае нормативной прочности ботсь на осевое сжатие ( R En, * 20 Ша).

Трещины в криволинейном брусе над первыми, от основных, промежуточными опорами существенно раскрылись, что привело i достижению арматурой напряжений, равных пределу текучести.

Экспериментальные данные сравнивали с теоретическими, ш лученными из расчета методом конечных элементов по программе "Лира" / 23 / и методом проф. О.Д.Ониашвидк, при атом разрушг юцал нагрузку сопо-ставлялпсь с нагрузкой, соответствующей пр. делу текучести аркатуры криволинейного бруса, работающего ..иг

растяжение. Результаты сопоставления, приведенные р табл. I уи зывают на удовлетворительное совпадение результатов опыта и рг чета.

Образование развитие трещин в оболочке и составляющих I элементах сопровождалось ростом прогибов. Прогиб оболочки в с* редине пролета перед разрушением составил 4,7 (1/638 пролета) свидетельствует о большой жесткости покрытия.

Таблица Т Разрушающая нагрузка на оболочку

I

пп [ расчета

I

! Опыт кН/м2! Расчет ' Р®°|0ЖЛен кН/м2 \ В%

1

1. Численный метод (МКЗ)

2. Аналитический метод

II

11,4 II ,55

3,6 5

В диссертации рассмотрены результата теоретических иссле ваний дрз их авторов, оценивающих работу покрытия в виде обол чек с различными граничными условиями, поскольку наличие глуб них угловых вырезов в покрытии приводит к неопределенности гр ничных условия на участке сопряжения поля оболочки с конструи е!» контурной врезки. Приведены результаты собственных вычисле по предложенным методикам в увязке с проводимыми испытаниями крестовой оболочки.

При сопоставлении опытных и расчетных данных для крестоЕ оболочки ставили цель рекомендовать в практику проектирования приемлимые методы расчета, поскольку в действующих ииструнтив документах какие-либо указания по расчету подобных покрытий с сутствувг. Использование численных методов расчета, налриме{ МКЭ, может бить аффективным при наличии соответствующей вычус тельной техники и программных комплексов обеспечения. Одна} большой интерес представляют и аналитические методы расчета, скольку большинство из существующих в России пологих оболоче! положительной гауссово?* кривизны рассчитаны именно такими меч дами.

В диссертации проведен детальный анализ опытных я ?оореч чесиих данных при действии на оболочку равномерно распредвде!

нагрузки, равной 2,0 кН/м^ (до появления первых трещлн). Для анализа привлечены результаты испытаний других авторов и традиционные методы расчета, достаточно хорошо известные из литературы.

Результаты сопоставления опытных и расчетных данных для аоментной и безмоментной группы сил оболочки приведены на рис. 4-5.

Испытания крестовой оболочки на конструкции малых разме -ров, анализ различных методов расчета, участие в разработке реального покрытия и подготовке к строительству позволили ав » тору предложить практические рекомендации, которые были учте -ни проектировщиками при корректировке рабочих чертежей.

Проведенная'исследовательская работа показала, что:

I. Запроектированная в институте "Владимирграчсданпроект" совместно с СКБ Владимирского политехнического института оболочка покрытия отвечает современным требованиям рационального конструктивного решения, объединив в одно целое старые и новые формы в городской застройке.

Конструкторские, технологические'и производственные особенности оболочки покрытия отвечают экономии материалов при обсс печении высокой степени надежности конструкции и наименьшей трудоемкости при ее возведении.

Основная задача исследований на конструкции малых размеров- заключалась в выявлении экспериментально-теоретическим щ -тем напряженно-деформированного состояния покрытия с целью оценки используемых при ее проектировании различных методов расчета. Для контроля полученных результатов и выявления особенностей работы изучаемого покрытия его параметры были приняты аналогично ранее изученным оболочкам в НШЖЦр и Казахском ПромстройЯИИ-проекте, с диафрагмами в виде арок, <Ьерл, криволинейного бруса на часто расположенных стойках.

3. Проведенные исследования позволили детально выявить карл тину напряженно-деформированного состояния крестовой оболочки, изучить влияние на работу конструкции несимметрии угловых вырезов покрытия и сформулировать практические рекомендации по расчету и проектированию подобных систем. . .

4- В крестопнх оболочках с диафрагмами в виде криволиней -

О

10

V/

—XV

\

— -- — — —

о.^е

о

о.)

ю

V

2.0

V

—" 1

*

/ / 1

/

т

)

Рис. 4. Прогибы (ми) оболочки в среднем и диагональном сечениях

-опыт; - - расчет* по ППП АП Ш

о /

|>—

/ 1 7 '

//( 11

(1

J ■'

Oft

Рис.

5 . Нормальные напряжения ^ и <Ша)

а/ напряжения ; — опыт; -vo- опыт Барниетова Т гасчет: —о— по Руководству / 62 /; — по ППП АЛ ЯШ; -о-о-о- по Ониашвйли (КД.;

\б/ напряжения ^—опыт;

расчет: —о— по Руководству / 62 /; .... по Милайковскому И.Е.; — по шву A.C. — по. ПШ АЛ та х

О

«Г 50

V 100

И,

о

Ч и

«г

О

/00

' и.

У!

У /

) 7

У

/

/

Рис.. 6 . Изгибающие моменты Мр М^, Му(н.м), действу» в сечениях оболочки -опыт; — 'расчет по ППП АП ЖЕК

ых брусьев, расположенных на опорных «тойкпх роинрсдилоши,- уси-ий в элементах отличается от оболочек, не имеющих ичрезоп по-рытия, что необходимо иметь я виду при проектировании. В част ~ эсти, в кресплюй оболочке нормальные напряжении , тчкяе

эк и напряжения носят двухзначный характер. Приконтурная эна покрытия па ширине около 0,1 пролета находится в условиях зу?(осного растяжения.

5. Испытания показали, что главный опорный контур, несмотря 1 имеющиеся вырезы плиты, работал на внецентренное растяжение, появлением традин в зоне, первой промежуточной опоры эпюр нор -»льньтх усилий оказался двухзначным, что укозыввет на перераспрэ-эление усилий в криволинейном брусе, как в статически неопреде-той системе.

6. Несимметричнее угловые вырезы в плите оболочки приводят кручению поля конструкции. Учет кручения поля оболочки, введений в аналитический расчет по методике прой. О.Д.Ониягавили приао-гт к удовлетворительному совпадению с результатами опыта на ■адии разрушения.

V. Изгибающие моменты носят характер краевых, уменьшись :актически до нуля к середине покрытия. Особенно возрастает издающие моменты к угловым вырезам,

В средних сечениях оболочки из-за сопротивления криволиней-го бруса кручению появляются большие крутящие моменты по вели-не, равные краевым изгибающим моментам.

Эти Факты необходимо учитывать при проектировании крестовых олочек.

8. Анализ аналитических методов расчета пологих оболочек с зличными граничными условиями на основе метода Бубнова-Галер-на, доведенных до практического применения показал, что ими кно пользоваться в условиях отсутствия необходимого програм -эго обеспечения компьютеров, связанного с МКЭ.

9. Оценка результатов расчета крестовой оболочки численным годом с использованием пакета прикладных программ АЛ ЖЕК и Оставление с результатами испытани1 говорят об их хорошей схо-«ости.

10. Принятые приемы конструирования обеспечили достаточную )чность, жесткость и трещиностойиость конструкции малых разме-

И. Результаты исследований были использованы проектирован-

■ кими при корректировке рабочих чертежей реального покрнтня.

Осноьное содержание диссертации опубликовано ь ея^нщих рибогах:

I. Сборно-монолитная железобетонная оболочка покрытия гш вспельного бассейна в г.Владимире.

В сб-Повышение эффективности использования техники и сок шенсгвованке технологии строительных работ. В1Ш. - 19*92. - с. 62 - 66.

'¿¡Лу а .¡.1. > Аке! Ц. СоиагхЧи БЬа11а оf

За^ЛсйСо 0ва1вп Ссл1'1кига1'1оп. 1пЬ«1чшЪ1.опа1 вощ'т'сшое "¡¡¡тсгые 2000". .и^уагзНу о£ Вихъ1ее, 1у93.

Резуль-тш работы доклвдыь&лись также на внутрииуэобсиих ксмЬеренцинх Владимирского политехнического института и 19У1» 1992 и 1993 годах. '

Типографы НЮГШД Тираж 100 акз. З&каз К ч?,',