автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Приспособляемость железобетонных конструкций при действии повторных кратковременных нагрузок

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПОВЕДЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ НЕМНОГОКРАТНО ПОВТОРНЫХ НАГРУЖЕНИЯХ. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

I.I. Факторы и критерии приспособляемости железобетонных конструкций

1.2« Исследования малоцикловой прочности бетона и стали . 12,

1.3. Исследования железобетонных конструкций при немногократно повторных нагружениях

1.4. О приспособляемости металлических конструкций . £

В решениях ХХУ и ХХУ1 съездов КПСС,, в "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" поставлена грандиозная задача - повышение эффективности производства и качества продукции и указаны пути ее решения.

В области строительства - это повышение эффективности капиталовложений за счет удешевления и ускорения ввода в строй объектов, снижение материалоемкости конструкций и уменьшение трудовых затрат.

В области железобетонных конструкций решение указанных проблем связано с дальнейшим исследованием прочностных и деформационных характеристик железобетона как при однократном нагру-жении, так и при режимных воздействиях. Использование всех ресурсов материала при указанных воздействиях непосредственно связано с уменьшением веса конструкций и повышением ее надежности.

В настоящее время достаточно полно разработаны и включены в нормативные документы методы расчета железобетонных конструкций при однократном и многократно повторном приложении нагрузки. В то же время многие железобетонные конструкции подвергаются немногократно повторным (малоцикловым) нагружениям (ветровые, снеговые, технологические, сейсмические и т.п.). Действие таких нагрузок может вызвать в конструкции разрушение особого вида - прогрессивное, когда деформации конструкции неограниченно возрастают при повторных приложениях нагрузки, не превышающей однократную предельную нагрузку. Поэтому при расчете прочности конструкций на малоцикловые нагружения одной из основных задач является определение уровня нагружения, при котором еще происходит стабилизация деформаций, то есть после некоторого числа циклов нагружений прекращается прирост деформаций (перемещений) и конструкция начинает работать упруго. Это свойство конструкции определяется как ПРИСПОСОБЛЯЕМОСТЬ.

Теоретические основы приспособляемости статически неопределимых конструкций, изготовленных из идеального упруго-пластического материала, были разработаны в 40-50 годы в работах Грюнин-га, Блейха, Мелана, Нила, Койтера и ряда других зарубежных авторов. Значительный вклад в теорию пластической приспособляемости внесли советские ученые Н.С.Стрелецкий, А.Р.Ржаницын, В.В.Моск-витин, В.И.Розенблюм, А.А.Ильюшин, А.А*Чирас, Ю.М.Почтман, З.И. Пятигорский, Б.Н.Кузнецов, Б.И.Любаров, Н.Л.Чернов и другие исследователи.

В настоящее время расчет конструкций на приспособляемость, который должен сопутствовать расчету на прочность при однократном действии предельной нагрузки, является одной из актуальных проблем теории расчета [10] . В то же время имеющиеся экспериментально-теоретические исследования по приспособляемости охватывают лишь наиболее простые виды стальных конструкций и, практически, не затрагивают железобетонные.

Актуальность исследования приспособляемости железобетонных конструкций определила цель и задачи диссертационной работы.

Основной целью диссертационной работы является выявление условий, при которых обеспечивается стабилизация деформаций (приспособляемость) в нормальных сечениях железобетонной конструкции, обуславливаемая работой бетона и арматуры, а также изучение изменения напряженно-деформированного состояния нормальных сечений и конструкции в целом при немногократно повторных нагру-жениях.

Научную новизну работы составляют:

- выявление факторов и установление критериев приспособляемости железобетонных конструкций;

- методика определения усилий в рамной конструкции при повторных нагружениях;

- экспериментальное исследование перераспределения усилий в рамной конструкции при повторных нагружениях;

- экспериментальное исследование приспособляемости рамной конструкции на всех стадиях ее работы до исчерпания несущей способности;

- экспериментально-теоретическое исследование изменения напряженно-деформированного состояния нормальных сечений железобетонного элемента при повторных нагружениях;

- экспериментальное исследование влияния косвенного армирования сжатых зон ригеля на приспособляемость железобетонной рамной конструкции.

На защиту выносятся:

- результаты экспериментальных исследований, включая:

1) методику определения усилий в рамной конструкции при повторных нагружениях;

2) перераспределение усилий в железобетонной рамной конструкции при повторных нагружениях;

3) исследование приспособляемости железобетонной рамы по бетону и арматуре;

4) изменение напряженно-деформированного состояния нормальных сечений железобетонного ригеля при повторных нагружениях;

5) определение податливости сборных консольных стыков ригелей и колонн при повторных нагружениях;

6) установление влияния косвенного армирования сжатых зон ригеля на приспособляемость железобетонной рамной конструкции;

- результаты теоретических исследований, включая :

1) выявления факторов и установление критериев приспособ-* ляемости железобетонных конструкций ;

2) выявление причин перераспределения усилий в рамной конструк-ции при повторных нагружениях;

3) метод определения параметров нормального сечения с трещиной железобетонного элемента при повторных нагружениях ;

4) исследование изменения напряженно«*деформирова иного состояния нормального сечения с трещиной сжато-изогнутого железобетонного элемента при повторных нагружениях.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ В нормативных документах в настоящее время отсутствует метод расчета железобетонных конструкций на приспособляемость.

В связи с этим результаты исследований предполагается внедрить в готовящееся к изданию "руководство по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций".

Разработанная методика определения параметров сечения стержневых железобетонных ялементов и составленная на ее основе программа расчета на ЭВМ были применены для определения действительного напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций реконструируемых об"ектов коксохимического производства Кузнецкого металлургического комбината им.В.И.Ле-ни на (г.Новокузнецк). Общий экономический эффект, полученный за счет обоснованной дальнейшей эксплуатации реконструируемых сооружений, составляет 250 тыс. руб.

Работа выполнена на кафедре железобетонных конструкций Московского ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительного института им.В.В.Куйбышева под руководством кандидата технических наук, доцента Б.С.Расторгуева.

Диссертация состоит из введения, четырех глав,общих выводов, списка литературы, двух приложений и содержит 190 страниц машинописного текста, включая 4? рисунков, 20 таблиц»

ОСНОШЫЕ выводы

1. При малоцикловом нагружении стабилизация деформаций или приспособляемость железобетонных конструкций зависит от двух факторов, связанных с механическими свойствами бетона и арматуры.

Первый фактор - приспособляемость конструкции по бетону.

Этот фактор определяет приспособляемость всех железобетонных конструкций.

Второй фактор - приспособляемость конструкции по арматуре.

Второй фактор определяет приспособляемость железобетонных конструкций, в которых допускаются пластические деформации в арматуре при расчете с учетом перераспределения усилий (неразрезные балки, рамы).

2. Приспособляемость сечений железобетонных конструкций по бетону определяется пределом малоцикловой приспособляемости сжатого бетона, который равен напряжениям, при превышении которых возможно прогрессирующее разрушение бетона после некоторого числа циклов повторных нагружений.

3. Приспособляемость железобетонных конструкций по арматуре зависит от ввда применяемой арматуры.

При работе растянутой арматуры с физическим пределом текучести до стадии упрочнения приспособляемость конструкции определяется наличием остаточных усилий при полной разгрузке, которые уменьшают максимальные усилия при следующем нагружении.

При работе растянутой арматуры с физическим пределом текучести в стадии упрочнения или применении сталей с условным пределом текучести приспособляемость конструкции определяется упрочнением стали после первоначальной вытяжки и разгрузки (наклеп).

4. В статически неопределимых железобетонных конструкциях при разгрузке возможно перераспределение усилий, отличающееся от перераспределения при первом нагружении, что вызывается изменением жесткости элементов конструкции при разгрузке. Перераспределение усилий при разгрузке может оказать влияние на величины остаточных усилий.

5. Разработанная методика расчета сечений железобетонных стержневых элементов с использованием действительных диаграмм деформаций бетона и арматуры и учетом растянутого бетона в сечении над трещиной позволяет определять напряженно-деформирован-ное состояние при разгрузке. При полной разгрузке в сечении с трещиной возникает самоуравновещенное напряженное состояние с напряжениями растяжения в верхней части бывшей сжатой зоны бетона и растянутой арматуре ,напряжени|ями сжатия- в части бывшей сжатой зоны бетона, на участке бывшего растянутого бетона в сечении над трещиной и на участке с частичным зажатием берегов трещины.

6. Определение остаточных усилий в статически неопределимых-железобетонных конструкциях может проводиться по приближенной методике, при которой усилия при разгрузке определяются с учетом жесткостей, равных увеличенным в 1,05-1.8 раза ( в зависимости от уровня нагружения) жесткостям в конце процесса нагружения.

7. Косвенное армирование в виде сварных поиеречных сеток, устанавливаемых в сжатых зонах стержневых железобетонных конструкций,увеличивает предел малоцикловой приспособляемости сжатого бетона, повышает жесткость сечений элементов,уменьшает ширину раскрытия трещин и увеличивает предельные деформации(перемещения). При использовании сталей с плавными диаграммами деформаций происходит увеличение несущей способности конструкций за счет достижения более высокого уровня напряжений в арматуре.

1. Арванитаки Н.Е. К вопросу прочности бетона при малоцикловом загружении. ШСЙ, XXX1.научно-техническая конференция, ПГС, тезисы, М., 1972, с. 43.

2. Бабич Е.М., Погореляк А.П., Залесов А.С. Работа элементов на поперечную силу при немногократно повторных нагружениях. "Бетон и железобетон11, 1981, Р 6, с, 8-9,

3. Байков В.Н., Горбатов С,В., Димитров 3,А. Построение зависимости между напряжениями и деформациями сжатого бетона по системе нормируемых показателей. "Известия вузов. Строительство и архитектура", 1977, Р б, с. 15-18.

4. Байков В.Н., Сапрыкин В.Ф. Несущая способность изгибаемых элементов с большим содержанием высокопрочной арматуры при учете неупругих свойств бетона и арматуры. "Известия вузов. Строительство и архитектура", 1981, Р 7, с. 20-26.

5. Байков В.Н., Фролов А.К. Анализ деформируемости узлового соединения ригелей с колоннами. "Бетон и железобетон", 1978,1. Р 2, с. 26-28,

6. Беченева Г.В. Прочность стали при немногочисленных повторных нагружениях. В сб.: Исследования по сейсмостойкости зданий и сооружений. ЦНИЙСК, М., I960, с. 60-91.

7. Беченева Г,В. Прочность бетона при немногочисленных повторных нагружениях. В сб.: Исследования по сейсмостойкости зданий и сооружений. Труды ЦНЙИСК, вып. 6, М., 1961, с. 91-118.

8. Васильев А.П., Матков Н.Г., Иванов В.В. Бесконсольное сопряжение ригеля с колонной железобетонных каркасов многоэтажных зданий. "Бетон и железобетон", 1972, Р б, с. 6-8.

9. Гнедовский В.И. Косвенное армирование железобетонных конструкций. I., Стройиздат, 1981, 128 с.

10. Гольденблат И.И. О развитии некоторых актуальных проблем строительной механики в СССР за 60 лет .-"Строительная механика и расчет сооружений",1982,№6,с.8.

11. Данилина Т.К. Жесткость плит перекрытий в упруго-пласти-ческой стадии.-"Бетон и железобетон",1983,№5,с.37-38.

12. Дмитриев С.А. Влияние предварительного напряжения на прочность и жесткость железобетонных конструкций.Тр.НИЩЕ,М., I960,вып.17., с 5-31.

13. ЕКБ-ФИП. Мездународные рекомендации для расчета и осуществления обычных и предварительно-напряженных железобетонных конструкций .М., НИИЖБ, 1970 ,с. 25.

14. Ерышев В.А. Метод расчета деформаций железобетонныхплитных конструкций с трещинами на ветвях разгрузки и повторном нагружений.Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Куйбышев,1981»20с.

15. Жиров А.С. Высокопрочные легкие шшшербетоны.--"Бетон и железобетон",1973,№2,с. 17-20.

16. Залесов А.С.,Фигаровский В.В. Практический метод расчета железобетонных конструкций по деформациям.М.,Стройиздат, 1976,104 с.

17. Израелит М.М.,Еалузо Г.С. Исследование физического процесса разрушения высокопрочного легкого бетона.-"Еэтон и железобетон" .1967,ЛЗ,с.38-40.

18. Инструкция по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций с учетом перераспределения усилий.М., НИИ1Б,I960, с. 14.

19. Карпенко Н.И.,Ерышев В.А. Исследование деформаций железобетонных балочных плит на ветвях разгрузки.- В еб.:Прочностные и деформативные характеристики элементов бетонных и железобетонных конструкциям.НИИЖБ, 1981 ,с.106-127.

20. Карпенко Н.И. .Мухамедиев Т.А. Определение кривизны и удлинения стержневых элементов с трещинами.-"Бетон и железобетон" ,1981,«2,с.17-18.

21. Карпенко Н.Й. ,Мухамедиев Т.А. К расчету прочности нормальных сечений изгибаемых элементов.-"Бетон и железобетон", 1983, №4,с.И-12.

22. Кокарев A.M. Деформации железобетонных элементов с трещинами при повторных и знакопеременных нагружениях и разгрузках. Автореферат диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук.1.,НШЖБ, 1983,21с.

23. Корчинский Й.Л. Несущая способность материалов при немногочисленных повторных нагружениях,-В сб.:Метода расчета зданий и сооружений на сейсмостойкость.!.,1958,с.97-107.

24. Котов Ю.И. Прочность предварительно обжатого бетона при повторных загружениях.- В сб.Сейсмостойкость крупнопанельных и каменных зданий.М.,ЦНИЖК, 1967,с.150-156.

25. Котляр H.I.,Соловьев-Холмогоров В.В. Исследование деформаций стыковых соединений каркасных конструкций.- В кн.: Исследования прочности и расчет конструкций многоэтажных зданий. М., МНИИТЭП, гл. 4.П.У, 1970, с Л 71-185.

26. Крылов G.M. Перераспределение усилий в статически неопределимых железобетонных конструкциях.!.,НИИЖБ,1964,о.51.

27. Кудрявцев А,А. Предварительн©-напряженный керамзитобе-тон.М.,Стройиздат,1974,с.80-82.

28. Кузнецов Б.Н. Приспособляемость статически определимых стержней при различных сочетаниях нагрузок.-иСтроительная механика и расчет сооружений", 1971,№1,с.21-23.

29. Кузнецов Б.Ы. Приспособляемость стершей с разными пределами текучести ра растяжение и сжатие.-"Строительная механика И расчет сооружений",1971,№5,с.44-46.

30. Кузнецов Б.Н. Приспособляемость сжато-изогнутых стержнейи рам.-"Строительная механика и расчет сооружений",1975,1^2,с.19-21.

31. Кузнецов Б.Н. К вопросу об актуальности расчета конструкций на приспособляемостъ.-"Строительная механика и расчет с о ору жений", 1979,№5,с.6-10.

32. Кузовчикова Е.А.,Яшин А.В. Исследование влияния малоцикловых сжимающих воздействий на деформативность,прочность и структурные изменения бетона.-"Известия вузов.Строительствои архитиктура", 1976,МО,с.30-35.

33. Куприянов В.В. Расчет упруго-пластических рам на повтор** но-переменную и подвижную нагрузку .Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.,1972,20 с.

34. Любаров Б.И, Некоторые задачи приспособляемости упруго-пластических тел.-"Строительная механика и расчет сооружений", 1967,№1,с.31-34.

35. Любаров Б.И. О расчете упруго-пластических систем в условиях повторно-переменного нагружения.-"€троительная механика и расчет сооружений ",1974,№2,с.28-32.

36. Любаров Б.И. Приспособляемость балок в условиях повторно-переменного поперечного изгиба.-"Строительная механика и расчет сооружений",1977,Щ,с. 39-44.

37. Любаров Б.И. ,Довгард И.Р. ,Шавловская Н.К. Определение деформаций в балках в состоянии приспособляемости при подвижных и повторно-переменных нагрузках.-"Строительная механика и расчет сооружений",1977,№5,с.39-42.

38. Любаров Б.И. О приспособляемости стальных балок при повторно-переменном изгибе в двух плоскостях.-"Строительная механика и расчет сооружений",I960,№6,с.66-69.

39. Людковский И.Г. ,Волков JQ.C. Особо прочные элементы, воспринимающие значительные сосредоточенные нагрузки.-В сб.: Прочность и деформативность бетона и специальных железобетонныхконструкций,М.,Страйиздат,1972,с,68-79.

40. Мамедов Э.А. Расчет железобетонных рам на воздействие горизонтальных сил с учетом неупругих свойств железобетона и перераспределения возникающих усилий.Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.,НИЙЖБ, 20 с.

41. Матаров И.А. Работа изгибаемых железобетонных конструкций под повторными нагрузками. -В сб.: Теория расчета и конструирования железобетонных конструкций^., 1958,с.85-107.

42. Митрофанов В.П.,Воскобойник П.П. Влияние поперечной силы на прочность нормальных сечений изгибаемых элементов "Бетон и железобетон", 1982,18,с.41-43.

43. Вил Б.Г. Расчет конструкций с учетом пластических свойств материалов.М.,ГосстроЙйздат,1961,е.264-273.

44. Новое в проектировании бетонных и железобетонных коне трукций.М., Стройизда т,1978,208с.

45. Поляков С.В. Сейсмостойкие конструкций зданий.М., Высшая школа,1983,с.130-132,146-147.

46. Поляков О.В. ,Парамзин A.M. Стыки сборных железобетонных конструкций каркасных зданий для районов с высокой сейсмичностью .-"Промышленное строительство",1966,№10.

47. Попов Н.Н.,Расторгуев Б.С. Вопросы расчета и конструирования специальных сооружений.М.,Стройиздат,1980,с.43-50.

48. Попов Н.Н.,Расторгуев Б.С. Думпях О.Г. Расчет железобетонных элементов на кратковременные динамические нагрузки с учетом реальных свойств материалов .-"Строительная механика и расчет с ооружений",1979, №3 ,с.43-46.

49. Почтман Ю.М., Пятигорский З.И. Расчет и оптимальное проектирование конструкций с учетом приспособляемости.!.,Наука, 1978,208с.

50. Протасов В.А. ,Сигалов Э.Е. Экспериментальное исследование деформативности стыков в отдельных узлах и статически неопределимой раме.- Вкн.:Пространственная работа железобетонных коне тру кций.М. ,МЖИ,№72,1969 ,с .84-96.

51. Ржаницин А.Р. Некоторые вопросы механики систем, деформирующихся во времени.М.,Ibccтройиздат,1949.

52. Розенблат Г.И. Экспериментальные исследования работы стальных рам за пределом упругости. Сб.трудов МШИ, №8,1954, с.90-97.

53. Рокач B.C. Деформации железобетонных изгибаемых элементов .Зарубежные исследования. Киев, Вдави льник, 1968, с. 30-36.

54. Санников К.В. Исследование трещиностойкости изгибаемых железобетонных элементов с напрягаемой арматурой класса Ат-У1при повторных нагружениях.Реферативный сборник (отечественный опыт), вып.6,1971.с.34-36.

55. Сегаль А.И. Высотные сооружения.М.,Стройиздат,1949, с.55—59.

56. Справочник проектировщика.Сборные железобетонные конструкции.Под ред.В.И.Мурашева и Э.Е.Сигалова.Т.5.гл.4. М., Стройиздат,1959,а56.

57. Степанюк В.К. Исследование предварительно напряженных изгибаемых элементов из аглопоритобетона с кратковременным раскрытием трещин при повторных нагрузках. Автореферат диссертациина соискание ученой степени кандидата технических наук.Минск,1976,20 с.

58. Строительные нормы и правила .4.П.Нормы проектирования. Гл.П.21. Бетонные и железобетонные конструкции СНиП П-21-75. М.Стройиздат,1976,94 с.

59. Тарши^г В.А. Влияние немногократных повторных нагруже-ний на деформативность и раскрытие трещин в преднапряженных элементах.М. ,ЦШШ Госстроя СССР.Межотраслевые вопросы строительства (отечественны® опыт), 16, 1972, с.32-35.

60. Тихий М.,Ракоснйк И. Расчет железобетонных рамных конструкций в пластической стадии,М., Стройиздат,1976,е.29-30.

61. Филипов Б.П.,Матков Н.Г. Прочность и деформативность внесентренно-сжатых колонн с косвенным армированием.в -В сб.: Конструкции и узлы многоэтажных зданий из железобетона. М., Стройиздат,1974,с,64-86.

62. Хайдуков Г.К. ,Исхаков 1.Ш. Исследование на моделях и расчет пологих оболочек положительной гауссовой кривизны на прямоугольном плане.- "Бетон и железобетон", 1966, №1,с.42-47.

63. Чернов Н.Л. Исследование приспособляемости неразрезных балок при подвижных нагрузках.-"Известия вузов.Строительствои архитикера",1970,Мб,с.23-29.

64. Чернов Н.Л. Упругопластический изгиб двутаврового сечения с учетом касательных и местных сжимающих напряжений при подвижной нагрузке.-" Известия вузов.Строительство и архитикту-ра", 1972, № 8,с.З-9.

65. Чистяков Е.А.,Еакиров К.К. Прочность и деформации сжатых элементов с косвенным армированием В кн.:Новое о прочноезя железобетона,М.,Стройиздат,1977,с.47-60.

66. Шугаев В.В. и др. Исследование оболочек покрытий зданий со светоаэрационными фонарями и подвесным транспортом.-"Строительная механика и расчет сооружений"* 1974, № 4,с.23-27.

67. Яшин А.В. Некоторые данные о деформациях и структурных изменениях бетона при осевом сжатии. В кн.: Новое о прочностижелезобетона. М*у Стройиздат,1977^с. 17-30.

68. Bertero V., dure G. be haviour of reinforced concrete frames subjected to repeated reversible, loads. Jour, of ACI, 19ВЦ/10, pp. 1305 -1330.

69. Kotddy M.f Kripanaray and Branson E. Shot--Tirne diftectiong of beams under single and repe--ted Load cycles. Jour-, of ACI; No 2, procceedin^ 69, 1972, pp. 110-418.

70. KorczynsKi J.L., RzewsKl W.A. dctdania wyt^i/malos сiowe beteK zeibetovyeh na neiewi-etokratnie powtar-sane obcLazenia . „ Сzacop. tec fin.", 1965, 70/10, pp. 4-6. *

71. Waiter R^ Winter G. Reinforced concrete beams under repeated toads. J. Struct. Dlv. Proc. Лшег. Soc. Cu/lI Engrs., 1969,95/6, pp. 1189-1211.