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

РГ6 од

о 4 ^ВСЕРОССИЙСКИЙ . ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ

) 1 ' :П 1ПЧ -5

ШЙЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

На правах рукописи УДК 624.072.4-

Магистр АКЕЛЬ ХАПСАМ

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ КРЕСТОВЫХ ОБОЛОЧЕК, ОЧЕРЧЕННЫХ ПО ПОВЕРХНОСТИ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ГАУССОВОЙ КРИВИЗНЫ

05-23-01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой- степени кпндиаата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена во Владимирском политехнической институте Министерства науки, вмсшер школы и технической политики Российской федерации.

Научный руководитель

Официальные оппонент«

доктор технических ннук.профессор Жив Л.С.

доктор технических наук,профессор Шугаев В.В. .

кандидат технических паук.доцент Кузьмин JI.D.

Ведущая организация

Владимиргрпждаппроект

Защита состоится " 2.2- "___///с'-У// 1993 г. ь иве

на заседании Специализированного Совета К 114.09.01 в ВЗИИТ по адресу: Ыосква, ул.Часовая, дом 22/2 в аудитории № 337.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

1993 г.

Учений секретарь Специализированного Совета - кандидат технииг.. ких наук, доцент . Зайпер Б.В. -'^Г

Цель работы - изучение работы крестовой оболочки, с поверхностью положительной гауссовой кривизн-,I, разработанной на основе экспериментальных исследований на конструкции ма » лых размеров для реального покрытия. Автор защищает:

' - результаты экспериментальных исследований поведения железобетонной крестовой оболочки от упругой стадии работы до разрушения при действии равномерно распределенной нагрузки;

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

- особенности конструирования железобетонных крестовых зо'олочек.

Научную новизну работы составляют:

- экспериментальные данные, полученные при испытании ме--лезобетонной крестовой оболочки равномерно распределенной нагрузкой на конструкции малых размеров;

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

. Практическое значение работы заключается в том, что проведенные испытания позволили, наряду с исследовательскими,'решить целый ряд задач по конструированию и возведению натурного сооружения для покр,1Тия плавательного бассейна в Г.Владимире размером ?8х?8 м. Работа дала возможность внести ряд коррективов в рабочие чертежи, выданные институтом "Владимирграждан-проект". <■

Лзтериалы исследований могут бьггь положены в основу оценки вновь разрабатываемых оболочек покрытий положительной га « уссовой кривизны со сложным конструктивном планом.

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

Но в в е д е н и -и отражены цели и задачи исследований, назначение работы.

В п р р и о й главе Дани основные концепции, принятые при реальном проектировщик объекта л 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 -ваний покрытия в виде крестовой оболочки на монолитной желе -эобетонной конструкции малых размеров. Описываются испита -тельный стенд и загрузочное устройство, даны сведения о при -меняемых материалах, приборах, приемах обработки эксперимен -тальных данных. Приведены опытные данные, полученные при дей-ствиии на оболочку равномерно распределенной нагрузки. Анализируется работа конструкции до и после появления трещин.

Втретьей главе рассмотрены методы расчета пологих оболочек положительной гауссовой кривизны, использо -ванные при анализе работы конструкции малых размеров.

Вчетверто.я главе приведены результаты со -поставления данных опыта и расчета для испытанной конструкции, даны реком. ндации по проектированию пологой оболочки со слон-ннм конструктивным планом на примере предполагаемого к строительству реального объекта в Г.Владимире.

Вэ а ключей и и приведены основные выводы, сделанные в работе. В работе содержится документация, отражающая объем и характер внедрения результатов исследований в проек -тирование.

Работа выполнялась во Владимирском политехническом институте под руководством доктора технических наук, профессора Нива A.C. Проектирование реального объекта и конструкции малых, размеров выполнялось автором во время работы в конструкторском бюро "Подъем". В испытаниях автору помогали сотрудники кафедры "Строительное производство", а также студенты-дипломники, которым соискатель выражает своя искреннюю признательность.

Одно из направлений технического прогресса в строитель -стве - широкое применение тонкостенных пространственных кон -струкций типа оболочек для покрытий зданий и сооружений. iH*feK~ тивность таких конструкций, применительно к удельным затратам материалов, сочетается с высокой пространственной жесткостью и легкостью. Преимущества пространственных конструкций обеги«—

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

За последние два с лишним десятиления, главным образом в 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 распределенной нагрузки за исключением угловых опорных зон сжаты. Это особенность, а также геометрическая Лорма таких покрытий создают условия для разрезки их на элементы в виде плит плос -ких, цилиндрических, прямоугольных в плане или секторных дво -якой кривизны.

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, далее в том случае, если эта необходимость осложняется нетрадиционным планом зда -ния. Задача эта может быть элективно решена путем применения для покрытий экономичных пространственных конструктивных йорм. 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 форл позволяет создавать выразительный образ здания и обогащает архи -тектуру городов. Стремление соединить в одно целое старые и новые 1?орш,1 в городской застройке при проектировании покрытия плавательного бассейна привели архитекторов и конструкторов к мысли, основанной на единстве трех начал создания рационального конструктивного решения:

г начала конструкторского, т.е. экономии материалов при обеспечении высокой надежности конструкций;

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

• - начала производственного, иначе, обеспечения индустри » пльности и простоты сборки конструкции.

Реализация этих принципов позволяет сократить сроки про -ектирования и уменьшить обьем научно-исследовательских работ, обеспечить епин.';е научно-методическое руководство, и с по ль:1 о -

- е -

коть передовые индустриальные метода при строительстве объекта.

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

Однако имеющиеся современные конструктивные решения про -странственных покрытий по форле плана, параметрам и другим особенностям, связанными с архитектурными требованиями, не могли быть эффективно 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 -ют 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"; НИИЖБ. 1979 нет необходимых рекомендг гий по их расчету. Все это заставило автора диссертации искать пути, обеспечивающие при Формообразовании и расчете покрытия необходимую прочность и деФорлатив-н'ость конструкции,возможность сборки ее, ориентируясь на мастную базу строительства.

Архитекторам и проектировщикам ,г.Владимира при проектировании бассейна пришлось проделать значительную работу по выбору типа покрытия, наилучшим образом отвечающего градостроитель« ным 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 ы. 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, возмся ностями унификации и удобством изготовления сборных элементов. В этом случае наиболее рациональной является часть тороидальной, поверхности, имеющей положительную кривизну и горизонтальную ос1 вращения. В сочетании с оптимальной для этой поверхности раз -резкой она дает максимальные возможности для унификации конструкций, обеспечения удобства изготовления и монтажа сборных элементов. В итоге, форма реальной поверхности оболочки будет зависеть от формы и параметров сборных элементов.

В связи с большими размерами покрытия сборные элементы обо~ лочки решено было выполнить плоскими. При плоских плитах реальная поверхность представляет собой многогранник. Необходимо зь*. метить, что пространственные конструкции из плоских элементов особенно выразительны в интерьерах за счет монотонного чередования 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 в виде железобетонного бруса переменного сечения, лежащий на колоннах, установленных в пределах поля оболочки.

Разрезка оболочек но 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 как полосы между равноотстоящим радиальными секущими плоское -

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

Плиты целесообразно было выполнить с контурными и одним средним ребрами одинаковой высоты, поскольку цилиндрические плиты, получившие распространение в практике строительства оболо -чек оказались сложны в изготовлении. Такая система ребер обес -печивала прочность и жесткость плит в стадии монтаяа 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.

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

Статический расчет покрытия й эксплуатационной стадии первоначально выполняли по моментной теории упругих пологих оболочек В.3.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. Одначо, в этом 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 оболочка заменяется системой дистретно ряс -

»оложишшх. ортогональных и диагональных ребер, &естк.:.очи которых определяются из условий при совпадении де+.орыьций побсч-йш-но оболочки и стержневой системы. Точность такого расчета дет зависеть от размера выбранной сетки. Э-тот wevo.u также по -зволяет учесть реальную жесткость опорных контуров» наличие ребер в обоих направлениях. Этот расчет в .дальнейшем уточнялся, путем вписывания в поверхность оболочки конечных элементов оптимальная геометрия которых была получена на персональном кои» пьютераЛВЫ PC/XT.

Существенное внимание в диссертации уделано вопросам рабо~ ты неординарного по своим конструктивным особенностям оболочки покрытия. Экспериментальные исследования покрытия решено было проводить на конструкции малых размеров ~ 3 х 3 м в плане, основные параметры которой соответствовали.геометрии реально запроектированной оболочки. Размер конструкции в плане был выбран мс «г ходя из имеющегося оборудования экспериментальной базы Владимирского политехнического института.

К числу вопросов, на которые должны быть Даны ответы при экспериментальных исследованиях конструкции малых размеров относились:

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

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

- работа выносных (за пределы сооружения) частей опорного контура;

- характер концентрации усилий в местах выреза оболочки.

Методика испытаний не отличалась от принятой в НИЩБ,,

1( Н И И С К и др. Исследования проводили до и после появлений трещин в конструкции с тщательным.замером деформаций, прогибов и углов поворота.

Крестовая оболочка, принятая для исследования, предетавл'я « ет собой монолитную железобетонную конструкцию с главным и диафрагмами в виде бруса, расположенного на стойках ( рис.2). Ыак -симальиый подьеы от углов к центру конструкции составляет 1/5 пролета плана. Толщина плиты оболочки в ее средней зоне равна 10 мы, в зонах примыкания наклонных арок она увеличивалась до

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 двухшарнирных систем с затяжкой без промежуточных опор. Затяжками арок служили металлическиё стержни диаметром б мм 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 плитьт 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 - таблицу Ш ff I (г.Санкт-Петербург) с дополнительным учетом кручения поля оболочки по О.Д.Они-ашвили;

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

- расчет несимметричной в плане крестовой оболочки численным методом по ППП /П JSEK.

Во всех трех случаях расчетная равномерно распределенная нагрузка принималась равной 5,5 кНДг.

Для оболочки применяли бетон класса В 40 следующего состава на один м^ смеси:'цемент марки 400 - 522 кг; песок - 1102 кг; гранитная крошка крупностью 2-5 мм « 515 кг при водоцементном отношении 0,42.

Прочность бетона определяли путем испытаний кубоо со стороной 100 мм, начальной модуль упругости - испытанием призм размером - 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 покрытия и силовых 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, "ложные" опори, которые имели упоры непосредственно на стенде, что позволяло не изменять общую 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. Опирание контурного бруса на промежуточные стойки также выполняли шарнирным .

н

Расстановка приборов диктовалась задачами исследований,методикой загружения опытного покрытия. Оценить принятые сечения бетона и арматуры, а также применяемые методы расчета опытного покрытия можно 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 опытного покрытия было установлено 274 прибора, из них: тензодатчинов - 200, прогибомеров - 24, индикаторов -38, рычажных тензометров на базе 100 ш - 12 штук.

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

На первом этапе основной целью было изучение законов распределения упругих деформаций в. конструкции под действием равномерно распределенных нагрузок. Основное количество измерений было произведено при нагрузке, составляющей 0,6 от расчетной ве-

льчини, обеспечивающей отсугстьие видимых трыции и иоаьоил^сй изучить упругую стадию работы гюкрнч'Ия-

Второй этан испытаний приводился с целья опреаеденин и»;-. сущей способности и характера разрушения опийного сооружения. Н&груаеше проводилось ступенями но I кН/и'*, при зтоы на конем • рукции сохранялась нагрузка от распределительного устройства, равная 1,2 кН/м2.

При нагрузке 7 кН/м^ - 1,75 оч- расчетной сплтное покрытие быяо выдержано в течение 20 часоь. Разрушение конструкции про« изошло при нагрузке II кН/ьг. На всех ьтанаа наг.ружения одно -временно с измерением деформаций в а:шшх сечениях производили ацагецьиыР осмотр поверхности покрытия. Все появившиеся трещины отмечались соответствующие номером нагрузки и зарисовывались

Упругая стадия работы конструкции, Дли повышения надежности результатов эксперимента измерение деформаций производили ь большом числе точек с многократным повторением одних и тех ае отсчетов по приборам тем более, что принятая ыетодика нагружу ния конструкции одним домкратом и использование ь качестве ре -гистрирущей аппаратуры тензометрического цифрового моста легко позволяли это сделать. В упругой стадии работы измерение прогибов и деформаций производили на трех ступенях нагруиения' конструкции - 1.2, 2.0 и 3,5 кН/м^.

Анализ полученных данных показал, что практически по всей длине брус работал на растяжение. В зонах угловых вырезов пли»» ты оболочки при нагрузке 1,2 кН/м^ главный опорный контур также работал на растяжение, поскольку сечение бруса еща воспри ~ нимало изгибающий моыент. При увеличении нагрузки на оболочку до 3,5 кНД£ на концевых участках опорного контура появились небольшие сжимающие усилия, что свидетельствовало о перераспределении усилий в криволинейном брусе. Об этом говорит факт по » явления первых видимых трещин в брусе над крайними промежуточ ... ними опорами. И хотя их раскрытие при нагрузке 3,5 кН/м^ было невелико - 0,05 ым, выключение из работы ботона в этой зоне повлияло на характер распределения нормальных сил по длине глав -ного опорного контура. Деформации по оси бруса возрастали от угла оболочки к середине пролета. Фибровые величины деформации существенно менялись на участках между опорами: на нижней грани в пролете они возрастали, на верхней, наоборот уменьшались

по сравнению с: опорными сечениями.

Указанные особенности деформирования бруса по длине свидетельствуют о его изгибе. Эпюр моментов в брусе аналогичен неразрезной многспролетной балке при загрукении ее равномерно распределенной нагрузкой, за исключением зон угловых вырезов плиты, где работа бруса приближалась к балочной схеме. Прогиб бруса между опорами 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 ПИ ?? I.

По величине экспериментальные данные несколько меньше теоретических, поскольку часть растягивающих усилий воспринимается работающими вместе с брусом приконтурными зонами оболочки. Суммарные усилия, воспринимаемые брусом и растянутой частью обо« почки, как показывает анализ, были близки к теоретическим. Ха -Сактер работы собственно покрытия отличолся от известных, тра -дициошщх конструкций, 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 же -лезобетонных пространственных покрытий и перекрытий. НШ(Ё,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 , также как и напряжения ^ из-

меняются по сечению не. только по величине, но и по знаку. В приконтурной зоне на участке шириной около 0,1 пролета оболочка была растянута, что было вызвано податливостью криволинейного бруса. Таким образом, ириконтурная зона крестовой оболочки находится в области двухосного растяжения.

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

ростом нагрузки эти трещины раскрывались на всю высоту верхнего пояса. При нагрузке 5,9 кН/ы2 от действия главных раотяги -ващих напряжений в зонах примыкания плиты оболочки к наклон -иым аркам появились веерообразные трещины. Трещины достаточна хорошо были видны на нижней и верхней.поверхностях оболочки, захватывая лишь приконтурную зону плиты по обе стороны от ос -новных диагоналей.

При нагрузке V кН/м2 развитие веерообразных трыцик прей -ратилось, на никней поверхности оболочки параллельно и перпендикулярно главным опорным контурам от изгиба плиты появилась новая группа трещин. Впоследствии трещины, образовавшиеся параллельно опорному контуру, объединялись с трещинами, пояаив ~ шимися параллельно наклонным аркам, отрезая их верхние пояса от поля оболочки. Такой характер работы конструкции явился следствием наличия угловых вырезов в плите оболочки и влияния главных сжимающих напряжений, действующих по направлению'основных диагоналей. .

При нагрузке 8 кН/ы2 к имевшимся трещинам по направленны главных диагоналей добавились трещины расположенные параллельно опорному контуру,. Эти трещины в основном располагались снизу лишь в ограниченной зоне, что, по-видимому, зависело от возникновения больших крутадих моментов, вызванных отсутстии --еы симметрии конструкции относительно средних сечений. В кто -ге, все это привело к разрушению конструкции При общей нагрузке II кН/ы2 (рис. 3).

Разрушение оболочки произошло в одной из угловых зон с оо-разованиеы.вмятины. Разрушение наступило•после достижения мак -сиыальных деформаций сжатия в бетоне 16x10"^ (напряжение око -ло 4,8 МПа), что существенно ниже нормативной прочности ботона на осевое сжатие ( » 20 МПа).

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

Экспериментальные данные сравнивали с теоретическими, по -лученными из расчета методом конечных элементов по программе "Лира" / 23 / и методом проф. О.Д.Ониашвили, при этом разрушающая нагрузка сопоставлялась с нагрузкой, соответствующей пределу текучести арматуры криволинейного бруса, работающего на

А

4х 'А

\

растяжение. Результаты сопоставления, приведен»,ю в табл. I ука зивают на удовлетворительное совпадение результатов опыта и рас чета.

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

Таблица I Разрушающая нагрузка на оболочку

1 Метод расчета Опыт кН/м2 Расчет ! Расхождение

' .илЯ 1

, , , кН/м* ,

пп

1. Численный метод (МКЭ) 11,4 3,6

2. Аналитический метод ** 11,55 5

В диссертации рассмотрены результата теоретических исслодо ваний ДР1'их авторов, оценивающих работу покрытий в виде оболо чек с различными граничными условиями, поскольку наличие глубо ких угловых вырезов в покрытии приводит к неопределенности гра ничных условий на участке сопряжения поля оболочки с конструкци ей контурной врезки. Приведены результаты собственных вьпшслени по предложенным методикам в увязке с проводимыми испытаниями крестовой оболочки.

При сопоставлении опытных и расчетных донных для крестовой оболочки ставили цель рекомендовать в практику проектирования приемлимые методы расчета, поскольку в действующих инструнтивны документах какие-либо указания по расчету подобных покрытий от сутствуют. Использование численных методов расчета, например МКЭ, может быть эффективным при наличии соответствующей вычисли тельной техники и программных комплексов обеспечения. Однако, большой интерес представляют и аналитические методы расчета, по скольку большинство из существующих в России пологих оболочек положительной гауссовой кривизны рассчитаны именно такими мето дами.

В диссертации проведен детальный анализ опытных и теорети ческих данных при действии на обологку равномерно распределений

нагрузки, равной 2,0 кН/ы2 (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 моментной и безмоментной группы сил оболочки приведены на рис. 4-0. .

Испытания крестовой оболочки на конструкции малых раэме -ров, анализ различных методов расчета, участив в разработке реального покрытия и подготовке к строительству позволили аз -тору предложить практические рекомендации, которые были учте -ни проектировщиками при корректировке рабочих чертеней.

Проведенная исследовательская работа показала, что:

1. Запроектированная в институте "Владимирграчсданпроект" совместно с СКВ 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 обес печении высокой степени надежности конструкции и наименьшей трудоемкости при ее возведении.

2. Основная задача исследований на конструкции малых раэме-ров -заключалась в выявлении экспериментально-теоретическим пу -тем напряженно-дефор.;ированного состояния покрытия с целью оценки используемых при ее проектировании различных методов расчета. Для контроля полученных результатов и выявления особенностей работы изучаемого покрытии его параметры были приняты аналогично ранее изученным оболочкам в НИДОЩр и Каэахсхом ПромстройНИИ-проекте с диафрагмами в виде арок, ферм, криволинейного бруса на часто расположенных стойках.

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

4. 3 крестозг-х оболочках с диафрагмами в виде криволиной -

О

в*

10 ц

о

со

V

2.0

V

V/

\

N

V- -- — — -- — — —

— - — -

У *

/ / *

7

1

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

опыт; — расчет по ППП АЛ ЖШ

а/

¥- /С _^ >—-г; ЦвЗ5?

У С> .1

//1 ' I

Н

•

О

Рис. 5 . Нормальные напряжения ^и (Ша)

а/ напряжения«^ ; — опыт; ♦о- опыт ЕаРниетова Т сасчет: —о— по Руководству / 62 /\ -.- по ПРЛ АП НШ; -о-о-о- по ОниашвИлн (З.Д.;

' б/ напряжения <3;'—опыт;

расчет: —о— по Руководству / 62 /; .... по Милейковскому И.Е.; — по Живу А.С. -.- по ППП АП ЖШ г

О

Я

V гоо

—

!

/

1 /

/оо ' М.

*

/ /

/

Рис. 6 . Изгибающие моменты Мр М^, Му(н.м), действующи! в сечениях оболочки — опыт; — 'расчет по ППП АП ШН

ных брусьев, расположенных на опорных стойких раиир'.'Дслепне усилий в элементах отличается от оболочек, не имеющих вырезов покрытия, что необходимо иметь в виду при проектировании. В част -ности, в крестовой оболочке нормальные напряжения , также

как и напряжения носят двухзначный характер. Приконтурная зона покрытия на ширине около 0,1 пролета находится в условиях двухосного растяжения.

5. Испытания показали, что главный опорный контур, несмотря на имеющиеся вырезы плиты, работал на внецентренное растяжение. С появлением трещин в зоне первой промежуточной споры эпюр нор -мальных 'усилий оказался двухзначным, что указывает на перераспределение усилий в криволинейном брусе, как в статически неопределимой системе.

6. Несимметричные угловые вырезы в плите оболочки приводят

к кручению поля конструкции. Учет кручения поля оболочки, введенный в аналитический расчет по методике прой. О.Д.Ониашвили приводит к удовлетворительному совпадению с результатами опыта на стадии разрушения.

7. Изгибающие моменты носят характер краевых, уменьшись практически до нуля к середине покрытия. Особенно возрастают изгибающие моменты к угловым вырезам.

В средних сечениях оболочки из-за сопротивления криволинейного бруса кручению появляются большие крутящие моменты по величине, равные краевым изгибающим моментам.

Эти факты необходимо учитывать при проектировании крестовых оболочек.

8. Анализ аналитических методов расчета пологих оболочек с различными граничными условиями на основе метода Бубнова-Галер-кина, доведенных до практического применения показал, что ими мвжно пользоваться в условиях отсутствия необходимого програм -много обеспечения компьютеров, связанного с Ш<Э.

9. Оценка результатов расчета крестовой оболочки численным методом с использованием пакета прикладных программ АЛ ЖЕК и сопоставление с результатами испытаний говорят об их хорошей сходимости.

10. Принятые приемы конструирования обеспечили достаточную прочность, жесткость и трещиностойкость конструкции малых размеров. .

11. Результаты исследований били использованы проектиропщи-

• кгши при корректировке рабочих чертежей реального нонритич.

Осноьное содержание диссертации опубликовано в ел;.;Пу>.>иих

работах:

1. Сборно-монолитная железобетонная оболочка покрытие пла-иительного бассейна в Г.Владимире.

В сб.Повышение эффективности использования тьхшши и совершенствование технологии строительных работ. ВПИ. - - - с. С2 - 6С.

2. л.;:., Ака! II. На1п*огсо(1 Сопсго-и- Ьы^о о/ ЬаНоШь Ьйа1<$п Сопх'1кигы1-1оп. ХпЪегдеЗДовд! СоШ'ш-шкч* "(.'оися-ыа 2000". .Uiii.ver3i.ty оГ 1)иш1ев, 1993.

Результаты работы докладывались также на инутрмузсвских конЬеренцинх Владимирского политехнического института я 1991, 1992 и 1993 годах.

Тираж 100 зкэ.