автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность, деформативность и трещиностойкость сборно-монолитных балочных преднапряженных перекрытий

Г, г - .1

им. Г> I / Ь, 'I

МО)КОН)Ш%ДШ ТРЭДСВига КГА0Н0Г0 ЗНЛДОНИ ШЖЗНЗРНОЧЗТРОИТКЛЬШЙ'ИНЗТЖУГ да.В.В.КУйБЬШШ

На правах рукодиои

БАРГШ1 ЫОВДР КШЛЬ

: Ж 624.ОЕ.035+624.ОЕ.46

прочность, даоршивнссгь и трищалшазть

СБиРНО-МШШИТНЫХ БАЛОЧНЫХ ЦРЙДНАПРЯЖШЫХ ПДОКРЫГИЙ

05.23.01 ~ Отраитояышо коиогрукша, здания и сооружения

Авгорафораг

диооартацнн на ооиоканио ученой охзпони кандидата гахшчвоких наук

Москва- - 1992

Робота выполнена в Мое кованом ордена Трудового Краоного Знамени анженарно-отроитэльном институте им. В.В.Куйбышвва.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

дошит М.Л.Додонов

Официальные оппоненты - доктор гехничеоких неук,

профессор С.М.Крь'ЛОв " - кандидат гехничеоких наук Л.Э.Аиьшин .

Ведущая организация - ЦНМдромздааий

. Защита сооюитоя <u№HAL 1992 г. в

/5 часов

на заоадении опэциалкзарованкого совета 053.II.CI в Мооков-оком инканэрно-отроительном институте им. В.В.КуйЗшева пс адреоу: Мооква, Шлюзовая Had., 8 , ауд. й 4V2.

С дйозертацией можно ознакомиться в библиотеке шштитуга. Просим Вао принять учаотие в защите и направить 5аш отзыв в дзух экземплярах по адреоу: 329337, Москва, Ярославокое шооое, д. 26, ШЕИ т. В.В.Куйбьшва, Ученый Совет.

Автореферат разоолан " ^ " J/^t 1992 г.

j* аГ //¿^--/¿Vfz

Званый оекрегарь специализированного Совета

flOiMHt, канд.техн.наук ; Э.З.Филшжов

- ШЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В последнее время во многих отранах наблюдается тенденция по более широкому внедрению в строительную прачгику конструкпий, выполненных в оборно-монолитном варианте.

Это О0ШШЯЧТ0Я очевидными преимуществами оборно-монолит-ных конотрукцяй.как оочетеющюс преимущества сборных к монолитных конструкций, о одной огоронн, и позволяющих проотейшим обра-80» ооущвотвлять гаи называемый принцип рационального конотруи-ровання за счет максимального удаления батона из раотянугой зоны - о другой.

В о гранах Ближнего Boo г оно, в ток чиоло и з отрана автора наотоэдих иоолвдований, строительство зданий и вооружений вздетой в основном в монолитном варианте, что объясняется отсутотви-эм адекватной огроетельной индустрии.

Вместе о таи в пооладние годы повышается илтерео строителей к зданиям, выполненный в аборно-монолитном варианте.

По сравнение о монолитными оборно-монолитныа система позволяют снизить от оммость и трудоемкость отрсигельно-монтаяшщ; работ за о чет исключения или существенного сокращения опалубочных работ, упрощения арматурных работ и т.д.

Болео вярокому внедрению оборно-монолитных конструкций в строительную практику нашей отраны препятотвуют ряд факторов, в чиоло которых оладувт отметить фрагментарный характер sex немногих окопер.;мэиталы1ых и теоретических исследований, имеющихся на оогодншнай день в индустриально- и нзучно-развитних странах.

В ошзи'о атим эксиврикенгально-творвтичаокое исследование попадания сйорно-монолитних конструкций на разных стадиях

- а -

еа работы являетоя сктувльноа аадачей. опоооботвующей йодов широкому внедрению рассматриваемых конотрукаий в строительную практику страна автора настоящих исследований.

Целью диоовргадионной работы является теоретическое и эко-паркмвнгальное исследование напряженно-деформированного о «таяния изгибаемых балочных оборно-ыояолигиых шоп? перекрытий о ео-пользовачием пенополксгирола, разработка методики расчета обор-но-монолитных конструкций о использованием полных диаграмм деформирования бетонов оборного и монолитного элементов и армэ-турц.

В контексте эуого были поставлены и решены следующие задя?д:

1. Экспериментально изучить поведение оборно-монолитного 'прадяаяряжвйяого перекрытая о использованием яанополиетирола,

2. Выявить степень влияния батона омоноличиваняя на прочность, даформативаооть и тращиноотойкооть рассматриваемых конструкций.

3. Разработать модель ло учету предварительного напряжа-ния в о борном элемента. -

4. Построить шуоддау по расчэг у о бор но- монолит них дваоч-Н1пс преднапияканкнх перекрытий на основе метода оозредот очечных деформаций (МЗД).

б. Разработать программу "?ш>Е" для ЭВМ по расчету сбор-ео-мошшиных преднапряжанных балочшх паре!фытий на основе разработанной меюдякя.

6. Ировэоти сравнительный анализ результатов ркопериынта по прочности, доформативнооти и грециноотоакооти.с разчотныма данкшя.

На,уча га новизну работ о оставляют:

- Эяопарйшнгплышо данные о поведении йборномонолитнусс конструкций в отадки изготовления и при загружэшш статической кратковременной нагрузкой вплоть до разрушения.

- Разработанная методика раочата оборно-моьолиишх лредче-пряжанных балочных перекрытий на основа метода ооорадогочешш деформаций ло прочности, деформативносги и трзщиноотойкосп с учетом реальных опойотв бетонов и аргагурн, з также првднапря-кения сборного элемента.

- реализованная на ЭВМ программа «рхаге" , позволяющая о иочврпывасщаа полнотой и достаточно хорошей доогсворноотьо отбывать напрлюнио-деформированное состояние раооматриваошх конструкций на лсбом урошм загругакия вплоть до разрушения.

Достовепноогь результатов обвсшечшзалсоь оледупщими факторами*. эйопэримзнтаяышо иооледованяя лроводилшь при падле «н-двгд мзтрологячзоком обзопачаняя о использованием оборудования, проградуированнсго на иапнт are л ышх маимках выоокого класса точности; прочностные и- двформэтишше характеристики бетона и арматуры получены в результате обработки данных испытаний образцов стандартных размеров; оравившим и анализом результатов pao чата по CHUffl 2.Q3.0I-84 и предлагаемой методике о данными экспериментальных исследований опытных образцов.

. Создай поограммный комллако по раочету прочности л деформатниноуги аборчомонолитних балоч-1Ш железобетонных плит перекрытий о учетом реальных свойств бетонов сборного и монолитного элементов, и также арматуры и предварительного напряжения оборного аломенга на ооноив-модификации разрай'отбнкогз на кафедре л о зоба тонн их конструкций

ШСЛ им. З.В.КуЙбьшшЕа под руководством М.й.Додонова программного комплекса "FfW«tE".

Программа "PLATS" позволяет, получать исчерпывающую достоверную информацию о поведении отмеченных когптрукций на разных стадиях их работы, с чем свидетельствует согласован- , нооть экспериментальных и расчетных данных, и может быть рекомендована для широкого круга пользователей.

Апсобацкя работы. Основные положения и результаты дисоер-таыии "долоаеиу на заоедании кафедры железобетонных конструкций МШИ им. В.В.Куйбышева 28 февраля I9S2 г.

На защиту выносятся;

-.результаты экспериментальных исследований прочности, деформативносги'и грвциностойкооти лраднапряквнннх сборно-мо-нотштных плит перекрытий с использованием пакополистирола;

- методика расчета прбднапряаанных балочных соорно-моно-литних плит перекрытий на основе метода сосредоточенных дпфор-мьций о учетом реальных свойств оборного и монолитного бетона, а также арматуры на разных стадиях работы конетрукшш вплоть до разрушения, которая алгоритмизирована и реализована на ЭВМ (программа "plate")»

- результаты сопоставления опытных и расчетных данных "по прочности, дафсрмагизносги и грещиностойкости рассматриваемых конструкций.

Объем выполненной работы. Диссертация состой из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной .чигаратурк' и приложения. Общий объем работы - 166-отр. (без приложения), в том числе 85 стр. м&шйно'пьокого текста, IB риоуняоз, 5 таблиц, список литературы лз 136 наименований.

ОСНОВНОЙ СОДЕРЖАНИЕ; Д1ССДРТАЦИОНЛ(Ж РАБОТЫ

Во введения обооновывазгся актуальность темы, излагают-цаль работы, научная новизна, практический выход.

Первая глава доовяцена изложении состояния вопроса и задач исследования. Рассматриваются получившие распространение конструктивные ращения сскзрно-моаолтгннх плит перекрытий, анализируются нормативные подходы СССР (СКГ) и США по проектированию и рвочету последних.

Накоплению масоива экспериментальных и теоретических данных по изучению поведения сборно-монолитных конструкций cnoooö-отвовали работы: Гвоздева A.A., Васильевна А.iL, Тодышэва А.Б., Дмитриева С .Д., Додонова М.Й., Дроздова П.Ф., Калашникова H.A., Кирилова А.П., Ковтунова Б.П., Кузьшчева A.ii., Мэдведева С.Н.; Михайлова В.В., Полищука B.il., Сунгагуллина Я.Г., Харченко A.B., Aböles РЛ., Вгапвоп D.E., Safcnia О.М., Tadroe U.K. И MHO-гке другие.

Вместе о там накопленный теоретический и экспериментальный ароенал имеет фрагментарный характер, о чем свидетельствует строительная практика таких стран, как ОРТ, Франция, СГОЙЗ и другие, где разработкой подобных коногрунаий запимавтоя фирмы и где нет общих формализованных подходов по конструированию и расчету последних.

Отмечается, что рекомендация СССР (СНГ) и США по расчету , данного клаооа конструкции имеют более законченный и формализованный вид. Вместе с тем подчеркиваатоя, что те методики имеют весьма громоздкий вид и на лишены определенных недостатков.

• Вгорал_глаш посвящена экспериментальной чаоти настоящей работы.

В экспериментальной чаати'работы подвергались испытании три образна.

■ П&рвай образец (Б-1) - праднапрякепная белка; два других, образца (11-1 и 11-2) - сборно-монолитные баяочш.е плиты перекрытий а цреднштрякэшшш балками и включениями из полиоти-ролз.

"- Образен Б-1 (р!оД) лредотавляет ообой преднапряхеннуг» балку таврового оечвит, ориентированную полкой вниз. Балка имбет следующие геоштричэскиа характердатмкй: пролэт -3800 мм; высота оечвния - 170 мм, полки - 40 мм, ширина пол-кр - 160 мм, отвыки - 90 мм.

• Напрягаемой арматурой служит высокопрочная ерм&тура клее*

оа Ат-Л дама г ром 10 им.

Балка армирована пространственным каркасом из арматуры клаоса Вр-1 диаметром от..

Для обеспечения более надежного оцепления старого и иово-го бетонов в образцах - ллитах кз сборного элемента были предусмотрены выпуски поперечной арматуры.

Приопорныа учаатки усилены косвзнним армированием для восприятия усилия обжатия, сеткаш «ш арматуры Вр-1 о нагом ь 35 мы, объединяемые в пространственный каркао арматурными отерянями класоа Вр-1 диаметром 5 мм. Образец проектировался из тяжелого бетона классе В35.

Образш Н-1 и П-2 запроектированы с одинаковыми' геомегр»-чаоялма, толологотескпми характерлотиквки; армированием и ои-эико-шханическими характеристиками материала. Пролег образцов соогавляаг В м.

Оечениэ шлт 13-1 и 11-2 имеет прямоугольное'очертание;

Образец Б-1 {«•-• А ¡^_ 5 оБга«;ы(П1.п2)

/

\

!

[УГоо . >-<

3800 I

Е ^.00

—2О0БВ>>-1

К-1 20О5ВР-1

ни

80 ¿О)»50400010( ^ }Ю 500 ( 5 5 0 1 500 Ю| ^ )1С> 2Р»Во»юоо ^ ¡6о

Я 97О

8

А-А

20

50

Ю

V-

1бО

1в10ЛТ -vi 2«>5вР-1 .

Б-Б км с-1

г$4вбе-1

■"ч"......... Л А

'У \ > Г

220 ] НО | 22О |

сетка с-1

Ц25-

22*!во г з?«о

20

и

Рио. I. Конструкции опытных образцов

(рио. I), ооо той г из батона сборного элемента, монолитного бетона и полистирола. '

, Сборный элемент проектирован идентично Б-1. Полистирол в нашем о луча е выполняет функцию съемной опалубки.

Варьируемой величиной во вторых образцах олужит класс бегом омонодичивания, который соотавил для образцов П-1 и П-2, соответственно ЕВ4 и ВЗО.

Полку монолитного бетона усиливали сеткой из арматуры класса Вр~1 диаметром 5 мм..

Натяжение ар.',а туры производилось механическим опособом ,на упоры стенда.

' Балка Б-1 подвергалась воздействию двух кратковременных статических сосредоточенных нагрузок, приложенных в третях пролета; образцы И-1 и П-2 - четырех сосредоточенных нагрузок.

В третьей глава изложена методика на основа метода сосредоточенных деформаций расчета нзлезоботонных балочных предна-пряженных сборно-монолитных плит перекрытий, базирующаяся на следующих предпосылках:.

I. Считается, что конструкция запроектирована таким образом, что прочность шва сопряжения и наклонного сечения обеспе-. ченн.

2 . Распределение деформаций в оечашш подчиняется линейному закону на всех стадиях работы конструкции.

3. Работа материала моделируется их полными диаграммами деформирования.. Для сяатого бетона и арматуры это - исходные диаграммы, а для растянутого барона - трансформированная по учат у деформированного состояния, обусловленного предварительным напряжением сборного элеманта.

4. Расчетное оечение отовдэствляетоя оо средним, расположенным меззду омэжашн трещинами при их наличии.

5. Напряеткия овязывавтоя о деформациями через секущий модуль материала.

6. Деформированным ооотоянием, обуоловланяым усадкой овз-же уложенного бетона на старый бетон пренебрегаем.

. Предложена модель по учету преднапряжения в сборном элементе пооредотвом трансформирования исходной диаграммы бетона растянутой зоны, при этом трансформирование проводится оледую-щш образом

Рье= Ри + бьр (I)

6btR= &WR + (2)

fc ь

CbtnEb

(4;

В выражениях (I) - (4): Р - усадиэ обжатия о учетом шах потерь; Arad - приведенная площадь сечания оборного элемента; Rwp . £ьы> . ObtR. Rbtu» 6btn . Obt» - соотватот-ванно параметры походной и трансформированной диаграмм деформирования батона растянутой зоны оборного элемента..

Основными формулами, используемыми яри выводе разрешающих соотношений конечного вламвнта и конструкции (рис. 3) при расчета рассматриваемых конструкций на основе метода сосредоточен-

ной деформации являютоя:

7 Статические уравнения

Р.х N -1

р« . 1

Рт 11 -1

Разе 1

РгУ 1 -1.

■Рат • Ьг 1

О

М

(5)

или в компактном виде Р = А Р

(6)

Здесь I? , Я - соответственно вектор внешних узловых о ил и внутренних усилий; ' • ' .

А : - матрица коэффициентов уравнения равновесия} - Геометрические уравнения'

Со

Ь

-1 ' г .1 '

, 1 . -1 и

1 -1 1

Ч>1

и2 и*

(7)

К

или.

Л=САти

(8)

Здеоь ' Л = Сбо,Д, К)т ; ;Ц = (и(,1*1,9), и2,13а,Я>2')т--соответственно вектор оое^нх деформаций и узловых перемещений. " -Физические уравнения

N Си -с.» £о • •

О С» Д (9)

м -См С зз К

1ЛИ .

Я = С *

$дась С -матрица явотиооти оэчения;

Си = 2 НькАьк + ХЕзтАзгп

к т

Си = ХЕьхАьк^ьк + 2. Езт Азт^вт

к т

С22 = 2 СгЬк Аьк + Е Озго Азт к т

'эт

(10)

(II) <32)

(13)

(14)

/ 2 • / 1

Съъ— ХЕькАьк^ыс ч-2 Езт Азт Уз;

к. . п>

Еьк= Оьк Еь ; Е 5'т= \?5гп ёз. деоь , . Си - ооавая кеогкость; Си Сл - изгибно-оое-ая жесткость; Си - сдвиговая .кесгкость; С53 - иэгабная аогкооть; Еь , Ез - соответствэнно начальный модуль упру-

гости багона и арматуры; Оьк и Олт - соответственно . коэффициент упругости к - полосы багона и к - стержня арматуры, определяемые по зависимостям Карпенко Н.И. и Мухама-дизва Т'.А,

Оък, Озгп - соответственно секущий модуль одак-га для бетона и арматуры.

Основное уравнение для конечного адаманта метода сосредоточенных двфоршций

Р = К(и)и

(15)

Здесь"

К Си) = А С (Л) А

- о уть матрица жесткости элемента ШД:

СК] =

Си -Си -С« С*

С 23. С» 11 -См : См1»2

- Саз 1?. -»-Сз» Си -С»1| См-Ыа

Си -С«

Симметрично С" -Сл1>2

+ Сн

(Ш)

(17)

Разрешающие соотношения кивот вид

Р = кси)и

(1С

Р - вектор нагрузки;

K(U)- матрица яаоткосги конструкции;

U - вектор узловых перемещений конструкции..

Рекуррентная охема метода секущих по решению данного уравнения имеет вид:

P = K(Ui-()Ui

Uo=o (19)

1 = 1,2,3,...

\

Приводятся условия сходимости и раоходимости данного итерационного процесса.

В заключительной чаотя главы приводится опиоание программы "PLATE", предназначенной для расчета прочности, дэформа-тюанооти и трещиисогойкооти оборко-монолитных преднапряженных ■• балочных плит перекрытий. '

В четвертой глава проводится сопоставление и анализ опытных и расчетных дяшшх по прочности, деформативнооги, трещино-отойкооти и описаний напряженно-деформированного состояния испытанных конструкций. Походными при этом служили фактические данные образна, в том числе их геометрия, топология и оредние физико-механические характеристики материалов.

. Отмечается, что расчетные данные получаняна на основе норм СССР (СНГ) в налом достаточно хорошо коррелируют о опытными данными по прочности (ом. табл. I), деформативнооги (рга. 3) и трзщиноотойкооти (рис. 4).'

Вместе с тем на основа анализа опытных и расчетных данных для П-1 и П-2 делается вывод о том, что научат фактических ха-

Таблица I

Опытна® и расчетные значения прочности образцов

Шифр М^СсниП) /VÜ-Ми^СНиП) MtTÍf(MC¿J> MÏt-Mu^MCfl)

образов Mut Mut

кНм , кНм ' % } кНм.

Б-1 15,35 15,95 -3,90 14,61 4,90

й-1 -.. 24,90 23,60 . / 5,22 23,63 5,10

ил 27,80 23,66 14,Ю: 24,70 Л,10

-tí-

Элементы мед —S

/ / i ...........V— ~~

f \ \ -----„1

i » s 1

i * L- -. -J 1

Ау rsfainernoe «чемне

Рио. 2. Элементы ¡.ЕЛ в местной системе координат

12 к> 8 Ь

¡

2

П-2 -3 s. —— — - --

• ___ -—-

//

• —

PjP JP -

VS

59 ОО I ~

, ОПМГ

1 — — Расчет

О 20 . ÍO 8о

Рио. 3. Двформагианосгь опытных образцов

f.k

_ 17 r

М,КНм

22

¿o

16

W

гм ..... / / // Г /

......_>r- ......... / /V'

^ /у S*

S OU, M и

O, I

0,2.

0,3

о, Л

M, КНм

2i

20

19

Ib

П- 2 ss Crf>- ï

/ j

/. / - ✓ . - опыт --мед ----СНиП

Ii

О, г

o. 3

ОИ

Рис.- 4. Традаозтойсооть слитных образцов'

рвктериотик батона омоноличлвания, что имеет маото в нормах ССОР (СНГ) по расчету рассматриваемых конструкций, в определенных случаях может ввоти к ощутимым погрешностям.

ПриЕОдЯгол данные, полученные по программа «рьате« по прочности (тебя. I), деформативнсоги (рио. 3) и трещино-отойкооти (рис, 4) опытных образное.

Отмечается, что принятая модель но учету преднаарявэнкя в опорном,эламзятв рассматриваемых конструкциС позволяет достаточно хорошо оцонить ад прочность и трещиноатойкооть, а также деформативносгь для нагрузок, отвечающих окаплуагадаон ной отадии ах работы, р чем свидетельствуют оопооташгельш!] анализ раочегных и опытных данных. .

фнсжй; вывода

X. Дополнение зкопзрвдантального и теоретического шсои вое илфоркаши следувт считать актуальным, как опоаобатвуаце более активному внэдрзшв в вдровую отроитэльную практику оборно-монолшшх копотрукшй, имеющих весомые преивдеогва хш нэрзд ч1'-ого сборлы.ми, так и перед чисто у.онолитшш коне рукцшши.

2. Поаадыниз образцов 11-1 л П-2 под нагрузкой позволил* сделать шаод о гоы, что норш СССР (СНГ) да»? возможность \ отеточно надежно проектировать сеченая, наклошшэ к продолы ода элемента (наклонных траадн и сдвига монолитного ояеиепп огноаониэ к спорному во врш-я експаршзнга но наблвдалоаь).

3. Фкаперимзнтальние данные свидетельствуют о значител. ном влиян^ батона омоноллчивония на прочность, взоткооть 9! тр01яииосто£кость оборно-ыонолитных конструкций (для образца

- .19 -

о бетоном оконоличьвания класса £31, указанные харвкгерио-■ики были выша соответственно не II, 16, 19 процентов, по равнению с образцом П-1, бетон оисноличивания которого был ;лаооеВ24).

4. Анализ опытных образцов Й-1 л П.-2 позволил сделать 1ЫВ0Д о том, что научат фактических характеристик бетона омо-оличияания при расчете их по второй группе предельных состоя-иа для элемента о трецяяой, что имеет маото в нормах ССОР СНГ) по раочету сборно-шноллтных конструкций - может вссти

ощутимой погрешности.

5. Прй обеспечении прочности шва сопряжения 9 сборно-мо-олитных конструкциях гипотеза плоского сечения можат быть ио-ользована для анализа их поведения.

6. Методика по раочету обораоионолитных балочных средна-ряааннцх перекрытий, ос но ванная аа методе сосредоточенных да-.. оргацлй, является достаточно формализованной комплектной и оэволячт учитывать реальные свойзгва бетонов сборного я моно-итного элементов, а также арматуры.

7. Принятая модель ко учету преднапряхения оборного эла-энта хюоредогвом трансфсрмированля исходной диаграммы бетона затянутой зоны позволяет достаточно хорошо оценить прочность осматриваемых конструкций, а также их даформативнооть и тре-шооюйкость для нагрузок, не лревдаающих 60»70$ от разрушайте.

3. Программа по расчету оборно-монолюннх плит

>ракрыгкй о учетом фазичсокой нелинейности материалов на со- ' >вэ катода сосредоточенных деформаций пожег быть раклмандова-I для внрокего круга подззоветелей.