автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность и деформативность большепролетных железобетонных плит перекрытий со стальным профилированным настилом

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО 311АШШ ИНЖгНЕРЮ-СТРОИОШЬНЫЙ ИШТИТУТ им.В.В.КУЙБКШЕВА

На правах рукописи

КАББУЛЬ АХМЕД ШХШ

УДК 624.012.35 624.012.45

ПРОЧНОСТЬ И ДРШЖГИВНОСТЬ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗШЕЗОБЕТОШШХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИИ СО СТАЛЬНЫМ

ПРОФШОШОВШШ тентом

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции,

адания и сооружэнля

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 19Э1

' >

} /

Работа выполнена в Московском инженерно-строительном институте им,В.В.Куйбышева на Кафедра железобетонных конструкций. • ■

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущая организация

кандидат технических наук, доцент Додонов М.И.

доктор технических наук, профессор Смирнов С.Б.

кандидат технических наук Мухамедаев Т. А.

ЦНИИПромзданий

¡Защита состоится "**' " ^^

_19Э1 г. в "¡Э " час

ка заседании специализированного совета Д 053.11,01 в Москс ском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительно институте им.З.В.Куйбышева по адресу: 113114, Москва, Шдшог наб., д.8, ауд. £//'1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке институте

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отз! по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ГЖИ иг В.В.Куйбншева, Ученый совет.

Автореферат разослан "

1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандадат технических; наук, доцент ,

А.К.Фрояо

■ • ' ОБШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность томя состоит о направленности ее на растрогаю областей применения монолитних зшлезобототпгх перекрытий настилами но основе совершенствования конструкций к методов расчета плит.

Одним кз возможных путей реиюшш задачи о повышении уровня шаустриалйззшш, роста производительности труда, сокращении сроков и стоимости опалубочшхх и арштуришс работ .является применение железобетонных плит с листовой профилировэшгоЗ арматурой.

Особый интерес для специалистов представляют конструктивно-технологические решошш, обоеггечнвагапие увсличошю пролета железобетонных плит порократий со сталыняш проЛяишрованяиш кастллами.

Диссертационная робота выполнялась в развитие цолево'Л кошлексной научно-технической програкш Госстроя СССР 0.Д.031 по задзшш 01.02.02 "Разработать и внедрить мополитнш холезо-ботошше яерекритил о пршононяои стального профилированного настила е многоэтаетпи: здшшет".

Целъдпссер'гашюшгоЦ работн - экспоршонтзлыго-теоретичес-KOO ОбОСНОВаШШ КОНСТРУКЦИИ мололптшк келозоботонних плит перекрытая со стальшм пройшфовзтшгл настилом с пролетом до S I!»

Поставленная цоль достигается ршзииеи следующих частшк задач:

- экспорш.!сн'гзл1.11ьз,п1 исследованиями прочности и дскТормз-тиш-гости плит в стад;;;! изготовления и ззгругготпш-;

- разработкой и проверкой днекроткой расчетной модели для расчета прочное«: в нормальшос сочяниях, основанной на использовании полных диаграмм "6 -¿ " для бетона, листовой и стергле-вой аргатурн;

- развитием теоретических основ для численного расчста прочности i! поремецошй балочнюс вдцолэтних плит на основе метода еосредоточешшх дейорпэдш.

?fc запяту гинэсятся;

- результаты эксперт,иептзльгаа исследований прочности и ispeMBGtoraifl монолитних: гкелозойотонгак плит с применением сталь-

них профилированных настилов при различной анкеровке на концах и устройствах промежуточных спор В стадии бетонирования;

- теория и результаты расчета прочности монолитных железобетонных плит перекрытий о применением стальных npofamipo-вагашх настилов, основанная на дискретном (слоистом) представлении нормальных сечений и реальных диаграммах " G - Е " для бетона и арматуры;

- теория с реализацией в программе для ЭВМ "DECK расчета прочности и перемещений монолитных плит перекрытий о профилированном стальным настилом, основанная на методике сосредоточенных деформаций;

- результат сопоставления расчетных к опытных данных по .прочности и перемещением монолитных плит с применением стальных профилированных настилов. '

Практическая значимость оаботн состоит в ток, что прове-, донные эксперименты и разработагошз расчетные подходы позволяют расшрмть области применения монолитных келезобетошшх перекрытия с профилированными стальными настилает за счет увеличе-. штя пролетов плит до в ы.

Структура и объем работы. Диссертации состоит из введения четырех .глав, общих выводов, списка использованной литературы ' и пршюнеяия.

Общий объеа работы 191 стр. (без приложений), в том числе 100 стр.машнописного текста, 73 рисунка, 7 таблиц, списка использованной литературы из 148 наименований. Приложение содержит текст программа " DECK " на 36 страницах и технико-экономические показатели предлагаемого конструктивного решения пе ренрытий на 6 стр. ' '

• СОДЕИШИЕ РАБОТЫ

Во введении данн сведения об актуальности исследуемой проблемы, научной новизне и практической ценности подученных з диссертации результатов.

В первой главе изложено состояние вопроса, сформулировам цель и задачи выполненных автором исследований. Приводится обзор экспериментально-теоретических исследований и конструкций плит перекрытий с профилированным настилом и способов обеспечения совместной работы бетона и настала.

Главным обособляющим фактором железобетонных конструкций с внешней арматурой является связь арматуры с бетоном.

Исследованию этого фактора посвящены работа ЭЛ.Айрумяна, Ф.И.Багатурии, К.Бактыгулова, Е.Н.Богдаксва, А.П.Васнльова, Р.В.Воронкова, Л.А.Гвоздева, З.Н.Голосова, В.М.Горкковой, Л.А.Григорьевой М.И.Додонова, М.Г.Карповского, В.Р.Колбасина, А.А.Квааш, Е.В.Кучера, «¿.Е.Клшенко, Д.Н.Лазовского, Ю.С.Мартынова, М.15.Медведева, И.Д.Подольекого, Р.И.Рабиновича, И.В. Сашшкова, В.Б.Сергеева, Н.Н.Стродецкого, В.!,¡.Шепелева и других.

Обзор публикаций показал, что в строительной практике изучались л применялись до настоящего времени перокрцтия ограниченного пролета.

Анализ методов расчетов, применявшее во шогих страдах мира, позволил сделать вывод о том, что они в основном основаны на нормативных подходах к конструкт:®.! со старгаовой арматурой, отрансформлрованных по учету ряда аспектов, присущих рассматриваемым копотрукциш.

Вместе с тем, изучение состояния вопроса в целом привело к основному выводу о том, что к настоящему вромонп имеются все необходимые' продпосютп длл увеличения пролета рассматриваемых конструкций до 6 метров и расчета кх в рамках сторжпьвнх моделей с привлечением днекретннх методов, о учетом полшхх диаграмм дейормнровашя материалов.

Зо второй глазе дано разработанное конструктивное рзшение балочной гтлнтц перекрытия, выполненного с комбинированным армированием настплом и гибкой арматурой (рис. I).

Описаны оксперимеиталъино исследования по язучешю поведения таких плит.

Расчетный я оятчий прогибы на стадии бетонирования приведены в табл. I , расхождение составляло 15...20*5.

Исследование било направлено на оценку прочности нормального сечэ!шя, кесткоотп и надежности зшеоровки; подтверждение положений дейотвзетшх в СССР рококецдпщп! по их расчету по прочности нормального скопил, знкеровки и прогибов; создошз баз» для проверки разрзсатцваеиой методики расчета, основанной на

а)

'I ¡1

Ш

бооо

I— настил

|Г Iй

|1

! 1 ТТТГ 1

то ^ 915_1750__|. 315 | 1210

х-X

Л*т №014 АЯ

1310

__Л^С_

4----

сети а Вр-10*

■НгИО 1~720 ¡к А

з5£С>

1210

6 ооо

бУ>

,0 ^Д'«1

1-Х

1 О

У Л. \л\ л, £1

Рис. I. Конструкция опытнгас плит перекрыта!!:

а/ с двумя анкерами; б/ с одним анкером

Таблжса I

5арка Расчетная схема зрп Яагруз- Момент Расчетный прогиб Опытный прогиб }яп

инерции наста-

тшкн бетонировании ' настала, см, } настала, ом, jon " "у

0 . I П Е I И Ш1ПШ

1 '¿ТА про- Про- ПРО- Про- про- про- про- про- Про-

» лет лет' лет лет лет лзт лот лет лет

<)ч

ю II 12 13

I

Ш'ШХШ-К-Н 1П1М.1Ш ' о

П-1 I I 3,41 134,4 0,78 0,?8 - 0,8 0,9 - 1,02 1,15 - ,

Я-2 2.41 134,4 0,25 0,21 0,25 0,2 0,3 0,2 0,8 1,2 0,8

Д-3 ахи-ихщох^ 2,65 134,4 - +0,9 +1,12 +0,7 -----^^

Прзг.:ечание: Прогибы со знаком "+" - это прогкбн, ушныаащне стрелу подъема настила плсты П-З

дискретная подходах с использованием яолних диаграмм деформирования материалов.

Всего ксгштано 3 образцов-шит. Варьируеглнмн параметрами являлись количество концевых анкеров в гофре, количество промежуточных оаор в процессе их изготовления и начальная конфигурация иг опта (о выгибом или боз).

В качество внешней арматуры для всех трех плит-образцов служил настил марки Н60-674-1,0'шириной 724 мм и длиной 6009 км, ориентированный широким гофром снизу, выпускавший Челябинска заводом профилированного настила.

Нипьгтяшю опнт1шх плит проводили по однопролотной балочной схеме четырьмя сосредоточенна® силами на всю ширину плиты. В процессе испытания плит замерялись прогиба на всех стадиях работы, деформации сдвига иас-гкла относительно бетона на торцах, деформации бетона, концевых анкеров, пастила я гибкой арматура.

Изучение механических свойств стали профилированного настила осуществляли путем испытаний на растяжение плоских образцов размером 20 х 300 мм, вырезание из широких и узких полок, стенок лрофдля. Механические херактористк.л гибкой арматуры устанавливали испытанием отрезков арматуры; бетона ~ пууем испытания призм размером 150 х 150 х 600 ми.

' В ттатьей глава получены разрешавшие соотношения по расчету прочности нормального сечения балочных плит перекрытий, т-полнешшх о комбинированным арж:рованлем настилом и обычной арматурой, для которых приемлемы следующие допущения,

1. Конструкция запроектирована таким образом, что исчерпание несущей способности происходят по нормальному сечению в наиболее напряженном месте.

2. В качестве расчетного принимается сечение, располосен-ное мевд смежными трещинами в рассматриваемом месте.

3.' В качестве деформаций рассматриваются средние деформации на участке между трещинами.

4. В качестве действительных принимаются исходите диаграммы деформирования рассматриваемых материалов, полученных опкт-ннм путем.

5. Учитывается работа бетона растянутой зоны.

6. Закон распределения деформаций по сечению принимается линейным.

где

- 9 -

7. Опредашедке соотношения записываются в виде

б - Е'£ . (I)

"£/ , л.У £

р; , х.ц 6 ® > (2)

е:

ху 6 х,у £

есть снкущпй модуль бетона (срмагуры) (рис. 2); 52» , 0.1

_$?„ - соответственно подобласти бетона, арматура и пасгилэ рассматриваемой области й сечения (рис. -3).

Разрешающими соотношешга.ст является нелинейная система уравнений поредкя 2:

Р-с( Л) Л (з)

здесь: Р-(О.И1)г - вектор усшхй; воктор осовьа

деформаций;

Ся - матрица жесткости селения; К --Си Сл|

соответствоичо деформация оси элемента и о о кривизна; Сц -осевая кесткосгь; С», Си - кзглбно-оссвая ¡честность; С« -изгибная жесткость сечсния.

Приводится рзкнуронткпл охаю по ео решению:

Ь-сЧМ-О?

Д. -О (4)

„ I - V, 2, ..

Описан метод по определению кеоущой способности сечения -метод бпссокции (деления пополам).

Рочучона матрица яесткости элемента ИОД и разрзгсахщиэ соотношения на ео ооаово по расчету прочности л поремощошгЛ рае-сматриваешх конструкций.

Внраггелге для катрици г-есткостк элемента МСД ¡шест- вид:

К - £ /ГсГДМ (5)

I - длина олококга ВД; А

Здесь

оператор связи вектора перемещений узлов элемента и вектора осозшх деатоошцнй. -400*00 О { [,0-11} О о О О 1

А

<С

(6)

С-С с Л)- патрица еосткооти сечожл. С,

С'

С,

С« С}

(7)

Рис. 2. Диаграммы деформирования материалов

а) бетой; б) стераяевая арматура; в) про$:гастид

Рис. 3. Сечэниэ плиты перекрытия

Здесь Cf - осевая ломкость хавастерного сече кип элемента МСД;

Сi - сдвиговая жесткость; определяется аналогично осевой жесткости сочсняя с заменой секущего модуля упругости штеркаяа на модуль сдвига материала по формуле:

(8) '

Cj - ъзгибная жесткость; Сч - кзпгапо-осэяая меткость.

Разрешающие соотношения по определению прочности и поремв-щений рассматриваемых конструкций представлены нелинейной системой

р - К (и) U (9)

Для ее решения рассматривается итерационный метод - мотод секущих , рег.курентпал о хша которого имеет вид:

J а.-о

[ L - 1,1, •■

Достаточно подробно рассмотрены вопроси сходимости и расходами тк ценной охеш.

ft четвертой главе дано рпиовшю, в том числе йункдлоноль-ной и блок-схем прогрзммы " DECK", предназначенной для расчета прочности и перемещений бало'пгых плит перекрытий, выполненных е общоы случае с коибиннроианлш армированием в рамках стержневых моделей на основе МСД с учетом физической нелинейности материалов.

. Проводится сопоставление экспэрименталышх расчетных донных, ьшюлноиных на ооново действующих в СССР рекомендаций, для всех плит.

Достаточно хорошая корреледя опытных и расчетных дашшх получена лишь для первого опытного образца, прочность анкеровки которого была обеспечена. Для других двух опюпых образцов расхождение опиптх и расчетных данных достигало до ЗОЙ в сторону превышения их несущей способности, что обусловлено податливостью концсвах анкеров - в гофрах располагалось лишь по одному анкеру в отличие от первого опнтного образца, е котором имелось по две анкера в гойре.

Продпосилки, принятые в теоретической части работы позволили рассмотреть лшь порвн!) образец-плиту, готорый 6wi рассчитан

но программе " Е С К Опнтныэ и расчетные дашшэ для нолей переиещаккя и изменение напряженного состояния в бетоне и кзо-тало (плита II—X) в процессе нагружештя представления на рис. 4, 5 и 6.

Достаточно хорошее их соответствие позволяет одолеть вывод о правомерности подобного подхода.

ОСНОВНЫЕ ВЫЗОДЫ

1. Совершенствование кснструхтивис-тохнологичоских роие-зшй, обеспечивающих увеличение пролетов железобетонных плчт перекрытий со столькими пройишрэвашнми настилами, прэдетавляет актуальную задачу, как направленную на снижение материалоемкости конструкций и трудоемкости их возведения, а также расширение объемно-планировочных показателей проектируемых здашй.

2. Совместная работа стального профилированного настила с бетоном в пролета а на опорах является важнейшим признаком для большепролетных плит перекрытия. Экеперишнталыго-расчетнш путем установлено, что стальвд? профилированные настилы марки ШОА-674-1,0 по ТУ G7-452-32 при двух шгкорпьк отвржшх в каждом гофра, позволяют осуществлять перекрытия пролетом до о м под нагрузку да 12 кПа.

3. Для обеспечения требуемой жесткости плит со стальными профилированными настилами при пролетах до 6 и требуется установка дополнительной стврг-нэпой арматуры и устройство двух временных опор в пролете; достигшие той же цели способствует предварительный выгиб прорастила, создаваемый вннтовьми домкратами, выполняющими роль врэмэнашс опор.

4. Прочность и дейориатекшость бапьптаролеттге статически 'определимых иди? перекрытия со стальштш процшшромннш/ш настилами на стадии их возведошш и эксплуатации при стандартных схемах загрутетшя с достаточной точностью и простотой оцениваются на основе ноложнк!1 "Рекомендаций по проектирования монолитных ¡г-елезобР'Гошшх перекрытий со стальнья про<Тширопа>шым настилом".

5. Па основе реальных диаграмм нелинейного деформировании " б- Е " для бетона, лпстовоЛ и горячекатаной гибко» арматуры

г

45 00

4500

г

са..

_ тс - Л.

\> - —---_ у // ' // / '

• ^ /

Рис. 4. Характер изменения поля прогибов плдты Д-1 в процессе нагруяения

1

9го «па

О!

л) í Ъ ;

О 25 Ни

са/с

15.33 МПа

20.(6 МПа

0.5 Ми

■лк

52. 9Í Н Па

0.75 Ни

1 I м2в"

м

СП

Tz с. 5. Изменение напрягенного состояния в бетоне плиты Д-1 в процессе нагрукекпя по расчету

5ЭЛЬ МПа

125 ППа

1??.?б МПч

354 ППа

) еак

0.5 Пи

11)0.61 МПа

г??.ы ип«

^а75 ПГ

)

м"1'

Пи

352,31. П По

360 нп9

Рис. 6. Изменение напржкокЕгого состояния настила плиты П-1 в процессе нагружения по расчету

по дискретной ("олоистой") модели можно получить исчерпывающую и близкую .к достоверной информацию о ншряжешю-дсформацц-онном состоянии в нормальных ооченхих изгибаем]« статически . определимых элементов, но привлекая каких-либо эмпирических кооффоциентов и условных допущений.

6. Для описания поведошш монолитных велезобетошшх статически неопределимых плит перекрытий. со стольными профилированными настилами, от упругой стадии их работы и вплоть до разрушения, следует пользоваться программой " РЕСК ", основанной на дискретной модели в {-орме метода сосредоточенных деформаций; программа позволяет выполнять расчеты балочных плит с произвольными условиями ояирания, в том члоле и многопролетные,' при любых схемах их загруяешш.

7. Использование монолитных железобетонных плит перекрытия пролетом до 6 м взамен традиционных с применением перекрытий пролетом до 3 м со стальными второстепенными балками с пинает металлоемкость нп 43%.

Экономический эфТект от использования предлагаемого конструктивного решения составил 1,66 руб. на I м2 площади перекрытия.

Подписано в печать 10,01.91 Формат :/1Сч ¡1вчать «фс. И-147 Объем I уч.-ргзд. л. Т. 100-' 1Чсшчатиа

Ротапринт МИСИ нм.В.|3'.К,у!!ГшсРв .