автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Особенности работы облегченной конструкции, образованной на основе типовой железобетонной решетчатой балки

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЛЕГЧЕННАЯ КОНСТРУКЦИЯ, ОБРАЗОВАННАЯ НА ОСНОВЕ ТИПОВОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ РЕШЕТЧАТОЙ БАЛКИ

1.1. Обзор конструктивных решений

1.2. Обзор методов расчета подобных систем

1.3. Выводы по разделу

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УСИЛИЙ И ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ОБЛЕГЧЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ.

2.1. Принятые обозначения

2.2. Определение усилий и перемещений в облегченной конструкции

2.3. Определение усилий и перемещений в облегченной конструкции по деформированной схеме.

2.4. Исследование напряженного состояния опорного диска вследствие предварительного обжатия.

Актуальность работы. В одноэтажных производственных зданиях стоимость покрытий составляет 40-55% от общей стоимости зданий. Поэтому разработка, исследование и применение новых конструктивных форм железобетонных балок покрытий, позволяющих снизить материалоемкость и уменьшить монтажный вес конструкций, являются важными задачами в области совершенствования существующих типовых решений. Предлагаемые облегченные железобетонные конструкции, образованные на основе типовых решетчатых балок, удовлетворяют таким требованиям, и их производство не требует больших затрат на изготовление новых опалубочных форм, так как можно использовать уже существующие формы для типовых решетчатых балок с укладкой в них вкладышей.

Работа является актуальной, так как конструктивное решение, полученное на основе типовой решетчатой балки в результате «выреза» бетона из центральной части, разработано впервые. Данная конструкция в практике проектирования и строительства не применялась и в технической литературе не встречалась, но вместе с тем позволяет получить реальный экономический эффект за счет снижения расхода бетона.

Цель диссертационной работы. Обоснование рекомендаций по возможному облегчению типовых решетчатых балок на основе изучения их работы. В соответствии с этим ставились следующие задачи:

- проанализировать существующие решения подобных конструкций;

-5- дать теоретическую оценку усилий и перемещений в железобетонной облегченной конструкции и разработать методику расчета с учетом конструктивных особенностей и свойств материала;

- выявить особенности напряженно-деформированного состояния облегченной балки;

- выполнить экспериментальное исследование моделей облегченной конструкции с выявлением их действительной работы и определение схемы разрушения;

- провести экспериментально-теоретический анализ работы конструкции на основе сопоставления расчетных и экспериментальных данных;

- разработать рекомендаций по проектированию и области применения железобетонных облегченных конструкций в связи с их конструктивными особенностями.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложено конструктивное решение железобетонной облегченной конструкции;

- разработана методика расчета с учетом особенностей конструкций и свойств материала;

- экспериментально получены данные о несущей способности, трещиностойкости и деформативности облегченной конструкции;

- даны рекомендации по рациональному конструированию железобетонной облегченной конструкции с учетом снижения величины предварительного напряжения по сравнению с типовым решением.

Автор защищает:

- новое конструктивное решение железобетонной облегченной конструкции;

- результаты экспериментально-теоретических исследований изменения напряженно-деформированного состояния сечений облегченной конструкции на различных стадиях загружения;

- рекомендации по конструированию предлагаемых конструкций.

Практическое значение работы заключается в составлении рекомендаций по проектированию и расчету железобетонной облегченной конструкции, позволяющих сократить расход бетона и снизить их монтажный вес.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В работе показана эффективность применения железобетонных облегченных конструкций, образованных из типовых решетчатых балок, для зданий III, IV и V степеней огнестойкости, когда предел огнестойкости не нормируется, а также для зданий с более высокой степенью огнестойкости в случае защиты открытой преднапрягаемой арматуры теплоизоляционными материалами. Предлагаемое конструктивное решение выполнено в нашей стране впервые. Экспериментально-теоретическое исследование железобетонных облегченных конструкций по выявлению работы проведено также впервые. Исследование производилось путем сопоставления результатов расчета с данными эксперимента. Экспериментальная часть исследования включала в себя испытание 3-х моделей. На основании проведенного экспериментально-теоретических исследований сделаны изложенные ниже выводы и предложения.

1. Предложена новая облегченная конструкция на основе типовой железобетонной решетчатой балки.

2. Применяемый метод расчета, учитывающий переменную жесткость по длине арочной части, а также геометрическую и физическую нелинейность данной конструкции при работе, подтверждается результатами экспериментальных исследований с точностью до 92%.

3. Для обеспечения жесткости верхнего пояса в стадии изготовления и несущей способности предлагаемой конструкции при эксплуатации, предварительное напряжение рекомендуется принимать в пределах osp = 0,61.0,73 Rs>ser.

-984. Расчет по 1-ой группе предельных состояний показал, что прочность сечений нормальных и наклонных к продольной оси элемента в предлагаемой конструкции обеспечена, что подтверждается экспериментальными данными.

5. При расчете по 2-ой группе предельных состояний необходимо учитывать не только изменение геометрической схемы но и изменение жесткости по длине арочной части данной конструкции, так как расхождение между прогибами в стадии эксплуатации с учетом и без учета данных особенностей достигало 16 %.

6. Длину опорных частей облегченной балки (жесткий диск) рекомендуется принимать 1/10 от пролета, что позволяет получить экономию бетона до 30% . При этом угол наклона опорной зоны принят по линии действия главных напряжений, что обеспечивает прочность по наклонному сечению и надежность анкеровки.

7. В случае осе несимметричной нагрузки на облегченные конструкции в стадии монтажа необходимо устанавливать расчалки для закреплении их в проектном положении.

8. Транспортировку облегченных конструкций во избежание кручения в связи с их большой длиной и гибкостью необходимо выполнять в вертикальном положении на жестких платформах в специальных кассетах. Складирование следует производить на устойчивые опоры в вертикальном положении.

9. Для строительства одноэтажных зданий без подвесных кранов с сеткой колонн 12 х 6 м - при покрытиях железобетонными плитами и сеткой колонн 12 х 9 м при покрытии легкими панелями - целесообразно применять предлагаемые облегченные конструкции, изготавливаемые в

1. Аднан Ф. Железобетонные облегченные плиты для пространственных конструкций. Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Владимир, ВлГУ, 1994 г.

2. Айман А. Железобетонные облегченные малоуклонные плиты для покрытий. Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук. Владимир, ВлГУ, 1994 г.

3. Аржановский С.И., Маилян Д.Р. Изменение деформативных свойств высокопрочного бетона после длительного обжатия. В сб. Вопросы прочности, трещиностойкости и деформативности бетона.: Высшая школа, Ростов-на-Дону, 1972 г.

4. Аронов Р.И. Испытание сооружений М.: Высшая школа, 1974 г.

5. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. М.: Стройиздат, 1991 г.

6. Бартенев B.C. Железобетонные облегченные конструкции. Учебное пособие. Владимир, 1998 г.

7. Бартенев B.C., Воронов В.И. и др. Полносборные железобетонные конструкции производственных сельскохозяйственных зданий. -Владимир, 1985 г.

8. Бердичевский Г.И., Маркаров Н.А., Павлов С.П. О предварительных величинах обжатия бетона в предварительно нагруженных конструкциях. Известия вузов // Строительство и архитектура. № 5, 1968 г.

9. Бондаренко В.М. Метод интегральных оценок в теории железобетона. М.: Стройиздат, 1982 г.- 101

10. Вахненко П.Ф., Вахненко В.П. Железобетонные конструкции сельскохозяйственных зданий. Расчет и проектирование. Киев. 1982 г.

11. Ганага П.Н., Каган В. В., Маплян Д.Р. Расчет прочности элементов с учетом эффекта преднапряжения арматуры. //Бетон и железобетон. № 9, 1979 г.

12. Гвоздев А.А. О перераспределении усилий в статически неопределимых железобетонных обычных и предварительно напряженных конструкциях. Научное сообщение ЦНИИПС. М.: Госстройиздат, 1955 г.

13. Гвоздев А.А., Дмитриев С.А., Гуща Ю.П., Залесов А.С., Мулин Н.М., Чистяков Е.А. Новое в проектировании бетонных и железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1978 г.

14. Голышев А.Б. Железобетонные конструкции. Теоретическое и экспериментальное исследование. Челябинск, 1963 г.

15. Гоныпаков Н.Г., Бартенев B.C. Испытание моделей железобетонной распорной конструкции, образованной из типовой решетчатой балки //Итоги строительной науки: Материалы научн.-техн. конф., Владимир, 2000 г.

16. Гоныпаков Н.Г., Бартенев B.C. Облегченные железобетонные решетчатые балки покрытия //Строительные конструкции 2000: Сб. материалов всерос. научн.-практ. конф. молодых ученых. - М., 2000 г.

17. Гоныпаков Н.Г., Бартенев B.C. Синергетическая оценка прочности железобетонных распорных конструкций, образованных из типовых решетчатых балок покрытий //Синергетика: ВлГУ Владимир, 2000 г.

18. ГОСТ 24544 81. Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести.

19. ГОСТЮ 180 90 (СТ СЭВ 3978 - 83). Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.

20. ГОСТ 27006 86. Бетоны. Правила подбора состава.

21. ГОСТ 8829 85. Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. Методы испытаний нагружением и оценка прочности, жесткости и трещиностойкости.

22. ГОСТ 10178 85. Портландцемент и шлакопортландцемент. -Взамен 10178 - 75; Введ. с 01.01.87.

23. ГОСТ 13015.0 83. Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. - Взамен ГОСТ 13015 - 75; Введ. с 01.01.84.

24. ГОСТ 8736 85. Песок для строительных работ. - Взамен ГОСТ 8736-77; Введ. с 01.01.86.

25. ГОСТ 8267 82. Щебень из природного камня для строительства. -Взамен ГОСТ 8267 - 75; Введ. с 01.01.84.

26. Долидзе Д.Е. Испытание конструкций и сооружений. М.: Высшая школа, 1975 г.

27. Жуковский Э.З., Дыховичный Ю.А. и др. Современные пространственные конструкции. Справочник. -М.: Высшая школа, 1991 г.

28. Залесов А.С., Кодыш Э.Н., Лемыш J1.JL, Никитин И.К. Расчет железобетонных конструкций по прочности, трещиностойкости и деформациям. -М.: Стройиздат, 1988 г.

29. Золотухин Ю.Р. Испытание строительных конструкций. Минск: Высшая школа, 1983 г.- 103

30. Клевцов В.А., Гершанок Р.А. Безраскосные железобетонные фермы для покрытий промышленных зданий. Ленинград. 1974 г.

31. Клевцов В.А. Действительная работа предварительно напряженных конструкций покрытий производственных зданий. Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук М.:НИИЖБ, 1979г.

32. Комендант А.Е. Предварительно напряженные железобетонные конструкции. -М., 1959 г.

33. Крылов Н.А., Глуховской К. А. Испытание конструкций сооружений. Ленинград, 1970 г.

34. Лещинский М.Ю. Испытание бетона. Справочное пособие. М.: Стройиздат, 1980 г.

35. Лопатто А.Э. Справочник по проектированию элементов железобетонных конструкций. Киев. 1978 г.

36. Лужин О.В., Злочевский А.Б. и др. Обследование и испытание сооружений. -М.: Стройиздат, 1987 г.

37. Мандриков А.П. Примеры расчета железобетонных конструкций. -М.: Стройиздат, 1979 г.

38. Мадатян С.А., Технология напряжения арматуры и несущая способность железобетонных конструкций. М., Стройиздат, 1980 г.

39. Мастаченко В.Н. Надежность моделирования строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1974 г.

40. Митасов В.М., Михайлов В.В. Расчет преднапряженных изгибаемых элементов с учетом упрочнения арматуры. // Бетон и железобетон. №11, 1982 г.

41. Строительство и архитектура, 1984 г.

42. Пит люк Д. А. Расчет строительных конструкций на основе моделирования. Ленинград, 1965 г.

43. Питлюк Д.А. Испытание строительных конструкций на моделях. -Ленинград, 1971 г.

44. Поляков Л.П., Файнбурд В.И. Моделирование строительных конструкций. Киев, 1975 г.

45. Попов Н.Н., Забегаев А.В. Проектирование и расчет железобетонных конструкций. Киев, 1975 г.

46. Пособие по проектированию предварительно напряженных конструкций из тяжелых и легких бетонов (к СНиП 2.03.01-84). Часть I. -М.: Центральный институт типового проектирования, 1988 г.

47. Пособие по проектированию предварительно напряженных конструкций из тяжелых и легких бетонов (к СНиП 2.03.01-84). Часть II. -М.: Центральный институт типового проектирования, 1988 г.

48. Прис Б. В., Девик Д. Д. Моделирование железобетонных конструкций. Минск : Высшая школа., 1974 г. (перевод с английского)

49. Разработка и совершенствование оптимальных несущих и ограждающих исследование эффективных строительных конструкций. Отчет о НИР, тема ГБ-218-86, № гос. per. 01860087145. Владимирский политехнический институт, 1987 г.

50. Расчет железобетонных конструкций (экспериментально-теоретические исследования по усовершенствованию расчета). Труды НИИЖБ. Под ред. А.А. Гвоздева. М., 1961 г.

51. Рекомендации по определению расчетной стоимости и трудоемкости изготовления сборных железобетонных конструкций на стадии проектирования. НИИЭС Госстроя СССР, НИИЖБ Госстроя СССР, ЦНИИпромзданий Госстроя СССР. М., 1987 г.

52. Рекомендации по испытанию и оценке прочности, жесткости и трещиностойкости опытных образцов железобетонных конструкций. М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1987 г.

53. Семенов А.И., Аржановский С.И. Влияние длительного обжатия бетона на его прочность и деформативные свойства. // Бетон и железобетон. № 12, 1972 г.

54. СНиП 2.03.01 84*. Бетонные и железобетонные конструкции./ Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989 г.

55. СНиП 2.11.01 86*. Противопожарные нормы. / Госстрой СССР. -М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986 г.

56. СНиП 2.01.07 85. Нагрузки и воздействия. / Госстрой СССР. -М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986 г.

57. Совершенствование железобетонных конструкций для промышленного строительства. Уральский Промстройниипроект. М., 1976 г.

58. Справочник проектировщика. Под ред. Уманского А.А. М., 1960 г.

59. Стельмах- С.И. Моделирование покрытий при экспериментах и проектировании. М.: Стройиздат, 1966 г.-10664. Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений дляпромышленного строительства. Справочник проектировщика под ред.

60. Бердичевского Г.И. М.: Стройиздат, 1981 г.

61. Филоненко-Бородич М.М., Изюмов С.М., Олисов Б.А. и др. Курс сопротивления материалов. Ч. 1.- М.: Физматиздат, 1961.

62. Храмец Ю.Н. Современные конструкции промышленных зданий. -М, 1982 г.