автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Пологие железобетонные оболочки положительной гауссовой кривизны с фонарными отверстиями (экспериментальные исследования: расчет и конструирование)

р^ ол

;; о • ^--'-Всероссийский заочный институт

инженеров железнодорожного транспорта

На правах рукописи УДК 624.072.4 -

МАГИСТР ГЛУАФАК АЛЬ-НАДЖАР

ПОрГИЗ ЖЕШЕЗОБКтДШ ОБОЛОЧКИ ПСЯОЖИШШОЙ -ГАУССОВОЙ КРИВИЗНЫ С ФОНАРНЫМИ ОТВЕРСТИЯМ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ) •

Специальность 05.23.ОГ -строительные конструкции, зданая и сооружеш5я

А .3 ТОРЕ 3 2 Р А Т диссертации на солснание ученой степени кандидата технических наук

гл*; р.:: <«р

Т324...

Работа выполнена во Впадящрском государсизеяяом техническом университете.

НАУЧШк»'ГУК'СВОЦИШЬ - доктор технических наук.

профессор Жив A.C.

ОЗИЦИАЛШЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор технических наук,

профессор Амосов A.A. - кандидат.технических наук JCopoöos А. И.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Владимирский Промстройпроект

Защита состоится "j/ ^ Г994 г. ъ1^-СЮ час.

на заседашш специализированного совета Д 114.09.01 в ВЗИИТ по адресу: Москва, ул. Часовая, д. 22/2, ауд. 337.

С диссертацией можно ознакомиться^я библиотеке- института. Автореферат разослан M,GL£ 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат технических наук Б.В.Зайцев

доцент

JlaaSJSSáSSS " изучение 'поведений иод нагрузкой пологих яало-

"зобетсянн;; .оболочек паюзктельиой гауссовой кривизны с фонарными отворстня-чя пря рзайп^нсй яесткостд опорного контура и выработка рекомендаций по их расчету я конструированию.

Автор за^ткяет:

-■ результаты' эксперяиалшьгшх исследований, проводешшх на • ^ечезоЗстойннх-'оболочках полояитвльной гауссовойкривизна пря ях

загруаедиа равномерно распределенная 'и сосродотспенкш/л нагрузками;- ■'..'.■.■■

; ~ анализ численных задач, возяякащвх пря проектирования подобных систем;

- анализ результатов расчета оболочек с различной яасткостыэ' опорного контура по методу предельного равновесия;

- особенности расчета и.■конструированияобояочех покритий с

фОВарИЫМИ 0TE0pCTJii2.il!.

■Научнуо:.вов!1зн^: работы ^оетвтаята;

- эксперпменталйзыо даинне, подучеяние при испытаниях жзлеэо-ботеяйых оболочек с; фшшрннмя отверстиям на конструкциях малшс размеров!.; ■''.'•,.

рзкомеядацви по расчету в конструярсВи.чаэ зепзобетсяных оболочек с фонарпщи отверстяямд я внедрение ях в практяку проектирована! я строительства реальных объектов в гг. Дладимпрэ j ■Иванове».■ ■

Прзктичео^~а значениеработа закдотается з том, что проведен-» пне наследования позеолклн решить вопрос о кезмелкоотл устройства проемов в пократаи оболочек, рекомендовать оптимальные размеры с учетом фактической жесткости диафрагм и применить палучоянце результат!? на практике при проектирования-реальных объектов в тт. Владимире и Ивансре» . : ;

;...Матвраайы;.яседедйванай'-.мох^Т; быта. /яспсяьзовай! при составления новой - редакции- "Г^ководства до проектированию кслазобето.чпих пространственных покштий я перекрытЛЙ"'.14» а такзе могут быть поясаоя'н в основу ■ оценю}"вновь.-разрабатываемых- обояочехпокрытий, кмегоцнх фонарные, дрое^»■■'-.'■ ' '.

ДкоЬертацпя состоим из четырех глаз, заклкяепия и списка лито- -ратурн,включакиагоЛ2;'яа,®ленован!ш.- ' '

и В дальнейшем этЬ»"й№0чшс э гцф^ях'оо^яеяйя-Пйэван

."РУКОВОДСТВО",. "'•"■■•-

- 2 - -.,.'..

Во введения отрааеаы цели, задачи я назначение работы, ее выходные данные.

В пер в о 11 глав е на основании шлевдзхся публикаций проведено обойщейпа опыта проектирования я исследования оболочек -с отаерстаяаа«

Отмечен ряд вопросов, оотаБшихся невнясаейниш при рагработко типовых решений сэрвв 1,466-1, ■црввадфшпримера конкретных объектов, иа которых бшш внедрены дашшз иссяедсоения.

В о в т о р о й главе рассмотрена методи$са ■ исследований оболочек пояо^агеяьной гауссовой крквязкы с фонарншш от-верстияма п различной зесткостьо опорного копира* Описываются испытательный стецд и загрузочное устройство, дани сведения о применяемых материалах, приборах, приемах обраЗоися экспериментальных данных. Приведены обцйе результаты испытаний, ^а'сащився прочности, жесткости и /грздиносго!коста конструкций при разллч-иш сочетании раадомэрно распределенных й сосрадоточеншх нагру«~ зой. ' \■ ; ,■■■'■;

В т р е т ь е й : г' л 'а' :а в.. вспытаяаых оболочек покрнтай, прявадеды резульгатц расчвта в упруго! стадия (МКЭ) и в стада и разрушения (метод предельного 'равновесия),

В ч е т в ер т о й глав о произведена оценка несущей <шосо&ов£в ойсшочек яократяй ■ е фензранмз отверстиями при действия раваогаарао распределенной нагрузки.

Б закдючачвяраЗотн пре^агамтсяоЗаЕовыьодаи рекомендации по расчету в кснструЕровгкш водоггас оболочек, -йцетах проела.

Работа шаодкяяаеь во Владиленом ¿ос^дарствэнасы ? ешявсксу университете сод руководством доктора те^язоских йзук,ироф8сеера А.С,2зВч. В проввденш! всслрдоаанБй азтору пскогада сотрудакм! кафедры "СтроЕгельноа ершэгдцотао® « СКВ. ВаЩ, а адкаестудеатн-дипломшпга, вог'орш соаскатель варануаг сЕСо' кскрея^вю пргзнател^ аооть. .'•:■''■■'■'

Среди многообразия конструктивных форм пространственных покрк-ий, применяемых в мировой практике, особое место занимают обслоч-и положительной гауссовой кривизны на.прямоугольном плане. Гэкие окрытяя имеют сравнительно небольшой подъем и относятся к классу сяогвх конструкций. Их достоинством является безтачеятное нзпря-енное состояние при широкой вариации распределенных по поверхно-ти внешних нагрузок, благодаря чему оболочка покрытая испытывает, лавным образом, сммаяцие напряжения. Прямоугольная форма покры-ия позволяет компоновать здания любой конфигурация, а пологость пособствует образованию глянимйльного внутреннего объема здания пдощадя локрития.

В качестве исходных поверхностей пологих оболочек положитель-ой гауссовой крязизны в практике проектирования принимают поверх-остя переноса или вращзнвя. Для сборных оболочек,, получивших амболъшее распространение в России, тип поверхности определяется хемой разрезки, возмолшостямй унификации, а такяэ условиями изго-овлеяия сборных ¡элементов' & условиями возведения пространственных окрытий.

Для таких покрытий рекомендуется л качестве срединной принимать асть тороидальной поверхности-, шеищей падошгтвдыугз кривизн? а оризонтальную ось. вращения. Рекомендуемая в настоящее время еридиснальио-кольцевая система разрезки оболочек покрытий на латы осуществляется системой радиальных секущих плоскостей, роходящих через ось вращения, и системой вертикальных илоскостей, ерпендикулярных этой осп.

Принятая система разрезки поверхности оболочки покрытия па литы позволяет легко организовать в них отверстия разных размв-оз. Наиболее, часто встречаются отверстия на плитах под зенитные онаря .размером 1,8 х 2 ,4 м. Кг таких пллт жшо компоновать енитные фонари различиях размеров в плаке. Не исключается уст-ойство и светоаэрационянх фонарей. ,

Число эксперимент.-льных исследований пологих оболочек иолояя-ельной гауссовой кривизны, имеющих фоиар.зде отверстия, чрезвы-айно мало и ограничивается, главным образом, конструкциями, апроектировакяыш при участия НЖ25.

Тем не менее, эти исследования не дали четкой картины распре-еления нормальных см, изгибаетжх моментов и перемещений при азличннх нагрузках' и их сочетаниях. Не было проведано сопостаз-

ленаС этих усилий с данными расчета, не произведена оценка разрушающей нагрузи по методу предельного равновесия. Несмотря -на Здовлотворительные результаты испытаний, ослабление сечения оболочки Фонарным отверстием я влияние конструкции контурных диафрагм по'-злдшому, существенно сказываются на характере развития трещин к величине разрушающей нагрузка. Полученный рядом авторов (Я.ф.Хлебной, Е.Д.Пятпкрестовский) экспериментальный материал не дал ответа" ка вопрос о расчете оболочек с фонарем при податливом опорном контуре. Влияние прогиба диафрагм на работу конструкций предложенным этими авторами методом стеркневой аппроксимации учесть было трудно.

Как показали результаты ряда исследований, выполненных в КЖ8Б и Казахском пршстройнишроекте,схема-'развития трещин в оболочках существенно зависит от конструкции опорного контура. Поэтому дать четки?: ответ на поставленный вопрос - о возможности расчета оболочек с'фонарными отверстиями ыояно было только путем тщательного изучения поведения конструкций с одними я теми.же параметрами, но с различной жесткость© опорного контура.

Этим объясняется стремление автора диссертации изучить поведение пологой оболочки поломит альн ой гауссовой кривизны с фонарики отверстием и опорными диафрагмами в виде арки с затяжкой, раскоской фермы и Лежащего на стойках криволинейного' бруса.

Безусловно, что на основании проведенных явшлзний исчерпцва-щий ответ о.работе пространственной системы с фонарным отверстием дать нельзя, но полученные результаты могут явиться дополнением к действующему "Руководству". По мере накопления подобных результатов на оболочках с различной жесткостью опорного контура тайно будет составить рекомендации по расчету и конструированию пологих оболочек положительной гауссовой кривизны на прямоугольном плане с различными размерами фонарного отверстия.

В пределах возттлого по техническим и технологическим соображения:,., а также используя имеющееся оборудование и стенд, автор решил проводить испытания на конструкциях малых размеров 3x3 м в плане, основные параметры которых удовлетворяли критериям,., . установленным "Руководством". Кроме то-то,'это дало возможность сопоставить полученные результаты.исследований.'с аналогичными',. • выполненными другими авторами ка бесйонарных покрытиях того ясе . ' раамара в плана.

К числу вопросов, на которые автор попытался дать отает при кспершентальных иссдедеванига конструкции малых размеров, вносились:

. - характер напрязешзо-деформированного состояния покрытия, меющего фонарные отверстия, составляющие 1/6 и 1/4 размера обо-очки б плане;

- влияние'на напрягконно-дзссоришрованное состояние,таких покры-ий оперных контуров различной жесткости;

- характер концентрации усилий вблизи фонарного отверстия.

Испытания были проведены на трех яел.езобетонкых оболочках

азшроа 3 х 3 м, запроектированных на основании рекомендация Руководства". Принцип армгрования во всех ебадочкях был сохранен, скяючение составляли линь опорные контуры. Была сохранена и схема асстаяовки приборов» которая ке отличалась от принятой е ншш» ри испытания подобных'конструкций.

Исследования проводил.:-! до и после появления трощиа з кокструк-иях с тщательным замером деформаций и приборов, осмотром поверх- ' остей после ка.-здого этапа загруяекия, замером ширины раскрытия ре'щян.

•Материалы исследований послужили осиоваяяем для выработки рактячзских рекомендаций по проектированию пологих оболочек, меюших фонарное отверстие к использовавшихся при корректировке абочих чертежей.и'строительстве реальных оболочек, в гг. Иванове Владимире.

Прдмыкаяаэ платы оболочек к диафрагмам во всех случаях осу-эствляли но середине высоты верхнего, пояса.

Плиту ободочек армировала .сварной сеткой при диаметре стеркой- 1,5 мм класса-А-1 с ячейкой 50 х 50 мм. Для восприятия изги-аащих моментов в приконгуряой зоне уетаяавжяваля дополнительную рматуру в виде сетки с ячейкой 40 х 40. мм из холоднотянутой изкоуглёродасТой проволоки диаметром 3 мм класса Вр-1, 3 угло-их зонах оболочки л у фонарного отверстия располагали-, отдельные •терлшя под углом 45° к контуру того .те диаметра и класса. Обе етки л угловые стеряни аккеровалясь'в верхнем поясе" ¿кзйрзгкы, лина стержней у фонарного отверстия'выбиралась из условия ас нкеровки при полной заделке в бетой, равной 0 40 и прохождения . решим в' стадии разрушения по направлению диагонали кспструкпяя.

Верхний пояс диаврагм постоянного сечения 60 х 100 ш армировали каркасом, состоядал из четырех стержней диаметром 5 ш и хомутов диаметрси 3 ям (ГОСТ 6727-83). Затяжка диафрагм представляла-собой один стержень диаметром 16 мм класса А-1, закладн? решетка - стержни того не диаметра.и класса.

Для оболочек применяли бетон класса ЕйО следующего состава на I м3 смеси: цемент марки 400 - 522 кг, известковая крошка с отсеянной фракцией' С-2 км - 1617 кг при водоцементяом отношения . 0,42. Средняя прочность бетона на день.испытаний не превышала 35 МПа.

,£ля испытания конструкций был сконструирован и возведен стенд размером 3x3 м. Стенд представляя собой пространственную раму, : состоящую из металлических я железобетонных конструкций,я. служил упором для опытных покрытий и силовых устройств.

Отличительной особенность» методики эагружеяия конструкций явилось создание "ложных опор" в зонах фонарных отверстий, что дало возможность не меняя схему загрудешш и не демонтируя силовое .устройство проводить на одном и тог.: ке покрытии испытание как бесфонарной, так и сбояочки с разными размерами проемов для фонаря в плане.

Расстановка приборов диктовалась, главным образом, задачами исследований и методикой. загру;хения опытного покрытия при наличие "ложных опор" под фонарными проемами различных размеров в плане.

Оценить применяемые методы расчета опытного покрытия можно .", было только путем.-установки большого количества приборов.. Приборы располагали в основных расчетных сечениях: в середине пролета, -по диагонали оболочки и у йонарных отверстий, а такие в зонах перехода плиты оболочки к фонарному отверстию перпендикулярно контуру. В связи с тем, что основное загруяение конструкций производили равномерно распределенной нагрузкой по поверхности, приборы были сосредоточены, в основном, в одной четверти оболочш: В остальных четвертях, устанавливали контрольные приборы.

Испытания на каздой из трех оболочек проводили.вначале на бесфонарном покрытии, затем, используя -'"ложные опоры", на оболочке с проемом. Зто дало возможность полностью оценить работу покрк .тля до и после-образования проемов и рекомендовать их оптимальны* размеры. Одновременно, используя "ложные опоры", расстановку приборов но изменяли,, а лишь отключали те из них, которые в этот момент оказывалась непосредственно в зоне проема.

С целью получения исчерпывающей картины нанрягаенно-деформяро-ванного состояния опытных конструкций применяли следушше приборы:

- механические рнчашше тензометры на базе 100 мм и электро-тензомэтрические датчики с базами 5, 20 и 50 мм;

- индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 км и прогибо-меры с ценой деления 0,01 мм. ^

Электротензодатчяки устанавливали по трем направлениям а кая-йом сечении на наружной и внутренней поверхности плиты оболочки. В этих же' сечениях замеряли и прогибы.

Механические рычажные тензометры устанавливали в зонах, не охваченных тензометрическимя датчиками, как контрольные приборы. Безопасность приборов обеспечивали путем установки их на специ-' '¿льной раме, не лмекмей связи с опытным покрытием, а также применением инвентарных приспособлений для крепления.

Специфические особенности мелкозернистого бетона, состоящего из отдельных по фракция;.'! частей известковой породы, сцементированных- раствором, не вызывали неравномерного распределения деформаций й не затрудняли их изучение с помотав тензометрии. Для получения наиболее достоверных данных во время испытаний проводили всесторонний контроль произведенных измерений.

Использование урагненяя проекции сея на лвртяка^ъвуй' ось я уравнений моментов относительно продольной и поперечной оси оболочки дало возможность проконтролировать модуль упругости бетона з конструкции н -сравнять его с данными, пояучеягнмя при исштаняа зризм..

Установка 'тензедотчакоз группами по три штуки была использована ия.нахозденяя- траекторий главных сжимащях и -растягиваящах напря-кеняй, опредаюйяя усилий -л/и &' , а также Aiy, Эта часть збработкя была, выполнена на персональном кошьгатере. IBM PC/XT.

В соответствий с пзлгненными целями экспериментальные исследо-зания были проведены в'два этапа. .

На первом - стояла задача изучить законы распределения упругих (©формаций в конструкциях при различном сочетаний сосредоточенных [ равномерно распределенной по. поверхности нагрузках.

На втором - определялась несущая способность.в характер рззру-!ения конструкций малых размеров.

•В связи-о-большим объемом экспериментальных исследований-было юшено систематизировать полученные результаты, рассматривая вна-

чале поведение оболочек при различной жесткости опорного контура в упругой стадии в бесфонарном варианте и с одинаковыми по размерам проемами для фонаря, затем сопоставить мезду собой величины •разрушающих нагрузок и их зависимость от схемы развития трещин.

Равномерно распределенная нагрузка за одну ступень нагружения увеличивалась на I кЦ/м2. сосредоточенные - на I кН, при этом на конструкции сохранялась постоянная нагрузка от распределительного устройства, равная 1,2 кН/м2. • •

Работа покрытий до появления трещин. С целью повышения надежности результатов" измерение деформаций проводили в большом числе точек с многократным повторением одних и тех же ртсчетов по приборам. Необходимо отметить, что принятая методика нагружения кон-струхщии одни.! домкратом и использование в качестве регистрирующей аппаратуры тепзометрического цифрового моста ЦШ-5 позволяли легко это делать.

Для бестоварных вариантов опытные и расчетные значения прогибов, нормальных усилий и изгибавдях моментов в середине пролета—_ при действии внешней равномерно распределенной нагрузки подтвар- . здают сделанные ранее рядом исследователей наводи о характера распределения усилий в оболочках с изменением жесткости диафрагм.

Прогибы об ал очки с диафрагмами в виде арок отставали от прогибов диафрагм, оболочка с диафрагмами в виде ферм прогибалась относительно диафрагм. Зта картина согласуется с эпюром изгибающих моментов. Анализ показывает, что конструкция диафрагм оказывает существенное влияние на усилия, перпендикулярные контуру. При податливом опорном контуре в виде арки оболочка по всему сечению была ската, с уменьшением податливости опорного контура, т.е.-при опорном контуре в виде ф&рмы в пряксптурной зоне появились растягивающие усилия. Податливость контура привала и к перераспределению сдвигающих усилий в опорных сечениях.В оболочке о диафрагмами в виде арок максимальное значение сдвигающего усилия в углу по сравнению с диафрагмами в виде терм уменьшилось на

Работа оболочки с опорным контуром в виде криволинейного бруса, опертого на стойки, несколько отличалась, от рассмотренных вшие конструкций. Так,усилия вдоль контура по всему среднему сечению, оболочки - сжимающие, на контуре, - равны*нулю. Максимальное усилие действует от контура на расстоянии примерно 1/ХО пролета, ¿акти-

чески приконтурная'зона оболочки (шириной около 1/12 пролета) оказалась растянута, при этом угловые опоры разгружались. Сопоставление результатов опыта и расчета, где расчет проводился методом конечных элементов по ППП ЛИ НБК-87, учитывающим все факторы напрякенно-дсформированного состояния покрытая, включая податливость опорного контура, показало их удовлетворительную сходимость. Таким образом,.МКЭ, в'целом, наиболее правильно отражает картину распределения усилий в сечениях оболочек. При оцондо общего состояния ■ . оболочек покрытий, имеющих фонарное отверстие, равное 1/6 размера плана, было отмечено, что по сравнению с бесфонарным вариантом наличие проема качественно не сказывается на характере прогибов во всех замеренных сечениях. Отличие наблюдалось лишь количественное, максимальные расхоздения зафиксированы в среднем поперечном сечении,"проходящем через отверстие, меньшие - в зонах сплоаного покрытия. Анализ полученных результатов показал, что концентрация усилий в зонах оболочки, прйшкаюззих к 'отверстиям, наблюдается лишь при больпих проемах, составляющих не менее 1/4 размера ..плана покрытия. При меньших размер'ах' проемов, их влияние на. характер распределения безмомент-нол группы сил незначительно. В среднем поперечном сечении, проходящем через фонарный проем, равный 1/4 размера плана оболочки, влияние отверстия на работу конструкции сказывается как качественно, так я количественно. Особенно большое расхождение в усилиях наблюдалось у .опорных контуров. Различие в жэсткостях опорных контуров привло к появлению значительных растягивающих усилий, действующих перпендикулярно диафрагме, особенно когда контур выполнен в.вида арки с затяжкой. Эта тенденция сохраняется и при опорных контурах в виде фермы и криволинейного бруса на стойках.

На моментной группе сил влияние контура сказывается лишь в узкой зоне оболочки,.ПЕ/Нмыкающеи к диафрагме. Наличие отверстия, привело к появлении изгибающих моментов одного знака, в то время как. в бесфояаряой оболочке их' характер двухзначный.

Анализ показывает' что различная жесткость опорных контуров сказывается-на характере распределения усилий для моментной и безмоментной группы сил. С введением распорки в фонар-.ый проем жесткость покрытия значительно возрастает, и работа покрытия при таком виде загруження приближается к бесфонарной оболочке.

Работа покрытий после появления трещин. Все три опытные конструкции оболочек с различными опорными диафрагмами доводили до разрушения при одинаковых размерах фонарного проема, составляющего 1/4 размера плана покрытия.

В оболочке с диафрагмами в виде арки с затяжкой первые трещины появились в верхнем поясе опорного контура от изгиба. С ростом нагрузки трещины раскрывались и развивались на всю высоту взрхнего пояса. Далее, от действия главных растягивающих напряжений появились трещины в угловых зонах, которые достаточно хорошо были видны на нижней и верхней поверхностях оболочки, затем образовались трепаны у фонарного отверстия', которые были направлены в опорные углы покрытия. Эти трещины в зоне, отстоящей от фонарного проема на расстояние 1/10 + 1/12, были сквозными и также хорошо просматри-эались на нижней и верхней поверхностях оболочки.

При дальнейшем увеличении нагрузки угловые трещины соединились с трещинами, идущими из углов фонарного отверстия, и конструкция фактически'оказалась разделенной на четыре диска. За этап перед-разрушением оболочки вертикальная трещина, образовавшаяся вначале в верхнем поясе арки, далеко проникла в плиту,.тем самым поделив каждый из четырех дисков еще на две части. Одновременно при этой нагрузке параллельно опорным ¡контурам'от'изгиба плиты на нижней поверхности образовались трещины на расстоянии от оси диафрагмы 80 -"85 см". : ''

Полученная нами схема излома в известной мере отвечает работе конструкции, с податливыми опорными диафрагмами в.виде арок с затяжкой.

Оболочка разрушилась при нагрузке 21 кН/м^ вследствие достижения в металлических затяжках напряжений, равных пределу текучест^ стали, при этом трещины в верхнем поясе арок значительно раскры-; лись. • .'■"•■■

•В оболочке с диафрагмами в виде раскосной фермы первые трещины, •появились от внецентренного растяжения верхнего пояса диафрагм в четвертях продета. С ростом нагрузки трещины раскрывались и развивались по высоте верхнего, пояса не переходя в плиту. Затем от действия главных растягивающих напряжений появились, трещины в угловых зонах оболочки и углов фонарного отверстия. Тропашы достаточно хорошо были бидны на нижней и верхней поверхностях- обо-.-лочки. При дальнейшем нагруяении образовались трещины от изгиба. .

- и -

-на_ялжнвй поверхности оболочек параллельно опорным контурам на расстоянии от оси диафрагм около~15 см. Впоследствии эти трещины объединились с косыми трещинами, идущими по направлению Диагоналей оболочки. Таким образом, увеличение жесткости диафрагм заметно сказалось на схеме излома конструкции по сравнению с арочными спорными контурами. Оболочка разрушилась при нагрузке 29,2 кН/м^ при достижении в металлическом нижнем поясе ферм напряжений, равных пределу текучести стали. .

При опиранил оболочки через криволинейный брус .на стойки первые трещины появились в контурных элементах от внецентренного растяжения над средними опорами. Они возникли на верхней грани и распространились на 3/4 высоты контурных элементов. С ростом нагрузки эти трещины раскрывались и развивались,по высоте контурных элементов. В пролете медду опорами появились трещины, которые возникли вначале на нижней грани и распространились на большую часть по высоте сечения. ,

При дальнейшем нагружении конструкции от действия главных растягивающих усилий и изгиба на нижней поверхности оболочки появились трещины в углах и в угловых зонах фонарного проема.

Одновременно от изгиба на нижней поверхности оболочки на рас-# стоянии'примерно 25 см от оси контурных элементов параллельно им -появилась группа трещин, главным образом, в средней части пролета. С ростом нагрузки количество этих трещин увеличивалось, они раскрывались и удлинялись. В дальнейшем они объединились с косыми трещинами, идущими от опор в четверти пролета.

В местах примыкания,оболочки к контурным элементам в средней части пролета образовались сквозные трещины. Трещин в угловой зоне фонарного проема до последнего этапа перед разрушением не наблюдалось.■Па последнем этапе произошло отделение угловых опор от'оболочки, угловые зоны около оболочки и фонарного проема стали разрушаться от крутящих моментов.

Оболочка разрушилась вследствие достижения предала текучести арматурой контурных- элементов в средней частя их пролета при нагрузке 28 кН/м . О достижении аркатурой напряжений, равных пределу текучести,-свидетельствует значительное раскрытие трещин в средней части контурного элемента.

Схемы излома испытанных конструкций показаны на рисунке.

Одним из существенных-моментов в работе явилось сравнение полученных: схем разрушения конструкций с предполагаемыми в НИИЖБ. Анализ показал, что эксперимент совпадает с теоретическими схемами излома в том случае, когда контур оболочки выполнен в виде жесткой' раскосной фермы, т.е. близок к идеальному. В остальных <уп чаях наблюдается существенное расхождение.

Схема излома оболочки с арочными диафрагмами - зависит от жесткости верхнего пояса опорного контура. ..

Схема излома оболочки с диафрагмами в виде криволинейного бруса, лежащего на стойках, в предполагаемых в НИИЖБ схемах разрушения но встречается.

При сопоставлении опытных и теоретических величин разрушающей нагрузки был использовал подход к определению расчетных предельные значений моментов и нормальных сил, высказанный д.т.н.,проф. Г.К.Хайдуковым. Результаты'сопоставления приведены в таблице.

Опорный контур оболочки , -<----—~ггт.- Нагрузка, кН/м • . .

а. Т<2°Р г ир>. аогс г МО?

Арка о затяжкой . 19,40 21,0 92,38

Раскосная ферма 28,60 29,2 97,94

Криьоаянейный брус на стойках 27,53 28,0 98,32

В результата работы бшхо установлено следущее.

I. Основная задача исследований состояла в выявлении-экспериментальным путем напряженно-деформированного состояния и фактиче-01шх схем разрушения оболочек положительной гауссовой кривизны с различными по конструктивным решениям опорными контурами и фонар-ншля отверстиями, составляющими 1/6 и 1/4 размера плана покрытия.

Исследования проводились на начезобетонных конструкциях малых ,размеров. Для контроля пмучаемых результатов л выявления путем сопоставления особенностей работы исследуемых оболочек все пара-, метры.конструкций были приняты одинаковыми. Применение при экспериментальных исследованиях "ложных опор" позволило сэкономить средства и время на проведение исследований работы покрытий с -фонарными отверстиями двух типоразмеров. Этот прием загружения

Ярка с затяжкой

I

/

I/

V

л

Раскосная срерма

, í

KpuÔO/lUHQLLHblÙ öpyc на.: стойках

•woo 1

Схема разрушения конструкций

конструкций дает возможность исследования оболочек практически с любыми размерами фонарного проема.

Принятая методика позволила выявить экспериментально детальную картину напряженно-деформированного состояния оболочек покрытий с фонарными отверстиями и диафрагмами различных конструктивных решений и на основании анализа полученных результатов оценить применяемый в настоящее время МКЭ, реализованный на ЕС-1020 по ППП АП ЖК-87. . ' .

2. Рыспредаление усилий в элементах оболочки с диафрагмами в виде опертых па стойки криволинейных брусьев при одинаковом по размерам фонарном отверстии отличается о? оболочек с арочными диафрагмами в виде ферм.- В частности, в оболочках с диафрагмами

в виде арок и ферм растягивающие усилия воспринимаются в основном затяжками, а-наибольшие главные растягивающие усилия действуют ближе к углам. 3 оболочках с диафрагмами в виде криволинейных брусьев, опертых на стсйкя, растягивающие усилия воспринимают брусья-диафрагмы и частично прмконтурные зоны, а главные растягивающие усилия к углам существенно уменьшаются. ■

Концентрация усилий в плите оболочки из-за наличия фонарного проема, наблюдается летъ пря размерах, составляющих не менее 1/4 размера клана. При меньших размерах отверстий расчет покрытий допускается производить как для бесфонарного варианта.

Г: опертых по контуру оболочках главные растягивающие ус;!ляя,-как и следовало ожидать, меньве, чем в оболочках, опертых по " углам. В приконтурных зонах оболочки, опертой на криволинейные брусья и стойки по контуру, возникают положительные моменты, а в оболочках с диафрагмами в виде арок, и ферм знак момента зависит от соотношения жесткостей оболочки и диафрагм.. Для восприятия крутящих моментов, возникающих у места примыкания оболочек к диафрагмам, верхние пояса опорных контуров целесообразно армировать замкнутыми хомутами, а з плите устанавливать,арматуру у верхней грани.

' 8а пределам!; приконтуршх зон характер работы оболочек независимо от конструкции диафрагм не менался - оболочки находились,-пра-ктичесш1 в бэзмоментном состоянии.

3. Действующее "Руководство" не дает -конкретных рекомендаций

о применении того или иного метода расчета оболочек с отверстием.

-.15В нашей работе ш используем численный и аналитический метода . расчета, ограничившись размерами проема, ссставляотего•1/Л рпзме-• ра плана покрытия,.По-видимому,- рекомендации "Руководства" относительно допуска создавать отверстия и проемы различно'! формы в пределах расстояния меящу диафрагмами требуют конкретизации применяемых методов расчета и экспериментальной проверки.

Как показали наши исследования, ЖЗ, реализованный через вычи-слитальный комплекс ПШ АП 2БК-87, дает хорошее совпадение с -опытными данными и в целом отражает работу покрытий, имевших отверстия или проемы.

.. Применение распорок в фонарных проемах желательно, а в некоторых случаях и необходимо, поскольку они приводят к благоприятной работе покрытий, приближающейся к работе бесфонарптдх систем.

. 4. Как показали испытания, прочность всех оболочек, параметра которых были казначеям в соответствии о рекомендациями "Руководства зависела только от прочности контурных элементов. После достижения напряжений, равных пределу текучести стали как низших поясов арок и ферм, так и арматурой контурных брусьев, увеличить нагрузку на конструкции не'удавалось* При выдержке под нагрузкой резко возрастали:деформации контурных диафрагм и прогибы ободочек, •а' такяе раокривались сквозные трещины как в месте примыкания плиты к диафрагмам в средней части их пролета, так я в направлении диагоналей конструкций. ..' •'

Оболочка с арочными диафрагмами после, разрушения верхнего пояса от изгиба опустилась в центре на страховочные подмости. При этом четко обозначилась схема излома конструкции, когда четыре диска, разделенные медду собой диагональными трещинами, оказались подолешцдои; в.свои очередь, еще на две части. Подобная схема среди возможных схем разрушения по литературным источникам но встречается.

; Оболочка с-диафрагмами в виде ферм разрушилась-после достижения арматурой Нижнего'пояса напряжений, разных пределу текучести стали,'при этом верхний пояс палучил необратимые деформации (сквозное раскрытие трещин) в четвертях пролета. Схема, излома в _ плите конструкции отвечала "конвертной".

. Оболочка с диафрагмами в виде криволинейного бруса» опертого на стойки,'.при разрушении 'отрывалась от диафрагм, арматура контурных элементов достигала напряжений, равных пределу текучести,.

а с увеличением иг деформаций резко возросли изгибающие моменты в приконтуркой зоне. Когда напряжения в-арматуре плиты праконтур-Hotl зоны достигли предельных значений, произошел ее обрыв, что и привело, з конечном счете, к обрушение оболочки.

3.стадии, близг.">11- к .предельной, обнаружилась резкая разгрузка, углов оболочки, в результате чего углы оторвались от опор и произошел ичдом конструкции снизу по линиям, соединяющим смежные . первые промежуточные опоры, '¿акт. разгрузки угловых опор, наблюдался и в опытах Т.Ч.Ьсикистоаа, однако в оболочке-с фонарным отверстием* он,проявился-наиболее четко..

"Конвертная" схема излома (развитие трещин, по диагонали) в пешкой мерз при таком-контуре не проявилась, хотя диагональные трещины имели место, но не по всему сечению. По-видимому, на'величину разрушающей нагрузки для .таких--оболочек существенное влияние оказывает изгиб контурного элемента. Необходимость учета изгиба контурных элементов подтверждается сравнением фактической разруша-мцей нагрузка с теоретической. Найденная расчетом величина нагруз-км на оболочку, при которой растягивающие усилия в контурном элементе'соответствуют усилиям.при текучести-арматуры, близка к фактической. .

.5. Полученные экспериментальным путем схемы излома оболочек, с фонарики отверстием и различными по конструкции диафрагмами .-сушэстзеяно отличаются ст теоретических, предложенных НИИЕБ Н2 идеально жестком опорном контуре. Этот факт бил учтен при сопоставления опытной и расчетной (по методу предельного равновесия) разрушающей нагрузки.

.. Схема; излома оболочки с диафрагмами'в виде криволинейного ." бруса,.'лежат»его на. стойках, встречается впервые и, как показывает анализ экспериментальных данных, -.ожидалась:на.ранних стадиях нагружекия конструкции.

... 6.. При назначении отверстий и проемов.в оболочках следует-придерживаться. общих рекомендаций, наложенных в действу идеи "Руководстве", однако необходимо иметь в виду, что оптимальные размеры проемов лежат в пределах 0,25 размера плана похфытия« При больших .размерах проемов постановка распорок, узеличиваядах общую жесткость оболочки, необходима.

7. IIa характер разрушения конструкций опорный кслтур оказывает м/раделящеэ влияние, узеличизся ми сюкая общую весумгю способность оболочек. Учет его работы возможен в свете общей теории предельного равновесия. При проектировании оболочек с фокарнили • проемами необходимо стремиться к созданию жестких контуров, разрушение которых наступает после разрушения плиты покрытия.

8. Армирование угловых зон проемов, учитывая их работу на ' кручение, следует осуществлять в двух взаимно перпендикулярных направлениях под углом 45° к опорному контуру. Аналогично должны армироваться и угловые зоны оболочек с описанием через криволинейные брусья на стойки.

9. Результаты работы автора были использованы при устройстве сзетоаррзцновнного фоыря в покрытии рынка в г. Иванове на оболочке размером в плане. 35 х 33 м и при проектировании оболочки покрытия бассейна размером ?8 х 73 м в г. Владимире.

Ооновные результаты работы автора опубликованы в сдедуташх. изданиях: / . .'

1. К расчету пологих оболочек покрытий с фонарными.отверстиями // Пути повышения эффективности строительства. ' 1 ' ' Владимир, IS94 (в печати). /, /

2. Heini orcsd. Concreto Shells of Intricstc Design Cönfiguration International СокСштесоё ■ "Concreto 2000*'.' üaivcrsity 6f Dundoe, ,1993.

Лицензий ]> 020275 от 13.11.91 г.

Подписано в печать 15.03.Э4.Формат 60x84/16. Бумага для множит* техника. Печать офсетная. Усл.печ.л. 1,16. Уся.кр.-отт, 1>16» Уч.-изд.л. 0,98. Тирвз 100 виз. Бак. 2 6 5"

. Всероссийский заочный .институт йнжоя'еров

железнодоронного транспорта. ,'

Адрес -института: 101000 Москва, ул. Часовая,-д. 22/2. ■ Ротаирикт Владимирского государственного технического университета, Адрес ротапринта: 600026 Владимир,-.ул. Горького, 67.