автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность и деформативность изгибаемых элементов со смешанным армированием (стеклопластик и сталь) при статических и кратковременных динамических нагрузках

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫ! ИНСТИТУТ ш.В.В.КУЙБЫШЕВА

На правах рукописи

ГУРБАНЕЕРДИЕВ ЕЕГЕНЧ АКГАЕВШ

ПРОЧНОСТЬ И ДЕФОРМАШВНОСТЬ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СО СМЕШАННЫМ АРМИРОВАНИЕМ (СТЕКЛОПЛАСТИК И СТАЛЬ) ПРИ СТАТИЧЕСКИХ И КРАТКОВРЕМЕННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ

05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992г.

Работа выполнена в Туркменском политехиичеоком институте.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - доктор технических наук, •

профессор Попов H.H.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ- доктор технических наук, профессор Шарящкяй В.И. - кандидат технических наук, ст.научн.сотр. Пугачев Б.И.

• ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - ЦНИЙСК им.В.А.Кучеренко

Защита состоится " " 1993г. в "_" час.

•на заседании специализированного Совета Д.053.11.01 при МИСИ им.В.В.Куйбышева по адресу: Москва, Шлюзовая набережная, дом 8, в аудитории_.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Просим Вас принять участие в защите и направить свой отзыв в двух экземплярах по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, дом 26, Mi ЮН им.В.В .Куйбышева, Ученый совет.

Автореферат разослан "_"_1992г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ специализированного совета кандидат технических неук, профессор

А.К.ФРОЛОВ

.■ ОБ ЦДЛ ХАРАКТЕРШШСА РАБОТЫ

Актуальность теш. Широкое использование Еелезобетона в промышленном и грааданском строительства требует значительного рчехода металлической арштуры, потребность которого достигает до 20 шш.тоии в год. Поэтому уменьшение расхода стали в строительных конструкциях является актуальной народнохозяйственной задачей, решение которой осуществляется по нескольким направлениям, одно из которых - замена стальной аризтуры неметаллической, я частности, стеклопля стиховой арматурой (СПА).

СПА, благодаря высокой коррозионной стойкости и диэлектрическим свойствам, в настоящее время находит применение в конструкциях, эксплуатируема в специфических условиях химических и электрических воздействий при статических нагрузках.

В раде технически развитых странах СПА получила более широкое распространение и успешно применяется.в различных конструкциях: фундаментных балках, плитах, мостах, сваях, в конструкциях, эксплуатируемых в морской вода и т.д. Одной из перспективных областей применения СПА, где могут быть реализованы ее высокие прочностные свойства (до 1500-2000 МПа) являются сооружения, подверженные кратковременным динашческиц нагрузкам. Такие нагрузки, воэникэщие при взрывах пылевоздушных смесей, взрывчатых веществ, характеризуются большой интенсивностью и раеогаярнвтте-ся как аварийные. При их воздействии в конструкциях сооружений могут допускаться значительные пластические деформации, не приводящие, однако, к обрушению. Поскольку предельные деформации СПА невелики ( £ ~ 3,0$) по сравнению о предельными деформациями мягкой стали, для исключения возможного ее обрыва при аварийном воздействии, мояет оказаться целесообразным применение ста-

тайного'армирования. В этом случае одновременно с основной рабочей СПА устанавливается малоуглеродистая арматурная сталь, пс-зшландая обрушение конструкции при обрыве СПА.

Вместе с тем, до настоящего времени не было ни теоретических, ни периыентальных наследований защемленных белочных конструкций, армированным СПА в сочетании с малоуглеродистой стальной арматурой, работающих при статических и краткоироиенннх динамических нагрузках.

Отсутствие обоснованных данных о целесообразности и поэтапно сти применения СПА в защепленных балках и их катода расчета сдерживает рациональное проектирование таких конструкций.

Целью настоящэ! работы являются экспериментальные и теоретические исследования возкожности и условий применения СПА при смешанном армировании в изгиба ешх влвиентах при действии ота-тнческих и кратковрекенных динамических нагрузок, разработка инженерного кетода расчета в упругой, упруго-пластической стадиях и в стадии снижения несущей способности.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- получены экспериментальные данные о влианел скорости деформирования на механические свойства США и цредлогэны аналитические зависимости, описывакдае динамическое упрочнение СПА в целой, 8 также в зависимости от исходных компонентов СМ ирг скоростном нагругении,

- экспериментальным путей исследовано напрягенно-дефорш-рованное состояние защеыленюа балок, армированных свешанный армированием (СПА, сталь) при статических в зрагашредонянх дина мичзских нагрувках,

- на основе построенной диа1рамда дефоршропанш предложены рекомендации по нормированию предельных состояние, сформулирован

расчетные предпоышси,

- разработан пшшарниЭ штод 'расчета защемленных балок со сыкваннны аршрованиеи на доСстзпэ кратковременной дшашческой нагрузки во всех стадиях ах работы, .

- показана особенности работа балок со сиепаяины аршросэ-пиеи в изгибаегах1 алекззтах, аффект комбинированного аршроваиия и енявлоня всзтгиости перераспределения усилий при краткопрекзя-пых опяоеых воздействиях.

На защиту шноолтсут;

- ютодика, результаты экспертов та льннх исследований СПА а продлогопянэ опаяитлчоскпэ завиепиостя, сЕязывовлща еэ проч-ноотпнв и дефоратапнно характеристики со снсроотью деформаций,

. - кзтодпка и результаты экспорпэнталышх исследовании ба-лочннг конструкций со снвЕашшы армированием при статических и ира«»временных динамических нагрузках на всех этапах ее нагру-

28нея,

- расчетные предпосылка г их обоснования,

- рекомендации по нормировании предельных состояний балочных элементов со сиезеным армированием при фатковременном динамическом воздействии,

- методика расчета эащашгенннх балочных конструкций со сметанным (СП&, сталь) армированием, учитывавшая работу конструкции в упругой, упругопластической и стадии сншения несущей способности.

Практическое значение работа. Приведенный кошлекс экспе-рдзэнталъно-тосротпческпх исследований показал возмояностъ и условия применения отеклопластиковой арматуры в сочетании со отергневой арматурой класса А-Ш а изгибаемых конструкциях при

лрзтковроыенном динамическом нагружсвии большое интенсЕвности. Разработан метод расчет^ защешенша балок со смешанным армированием. Метод позволяет проектировать надалзшо конструкции зданий со взрывоопасными производствами и специальные вапршко сооружения.

Результаты работы использованы в НИМБ Госстроя СССР при разработке конструкций с применением СНА для предприятий Мш-Енерго СССР во договорам £ 432, 439 от 1990г.

Достоверность результатов обеспечивалась следущтш факторами: 8гсаерЕнанталыше еомодовезез проЕодались на современном иолытетедьнои оборудовании о bsookoS точностью, прочностные и деформатианые'характеристика интервалов получены о помощью иошганкй стандартных образцов, паблвдалось соответствие результатов расчетов в экспериментальных исследований,

Агообаддя работы. Основные результат исследований доложена г обсугдены на заседаниях и в научном сешнаре кафедры "ССвЗШ" Туркмэяского политехнического института в 1991-1992гг. и на заседании кафедры железобетонных конструкций ШЕИ им.В.В.Куйбышва в окзябре 1992г.

Публикарта. По результатам диссертации опубликованы три печатные работы.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, расчета экономической эффективности, общи выводов, списка но-подьзовакных источников. Общий объем работы 208 сир, в той числе 157 страниц машинописного текста, содержит 77 рит сунков и таблиц.

- 7 -

СОДЕРНАШ® РАЕОта

Во введении обосновывается актуальность теш, формулируется цель работы и основана задача не следованга. Изложены основные полоЕенЕЗ, которые составляют научную новизну дисоертацнонной работа и выносится на защиту, '

В первой глава производится обзор литературных источников и анализ с'оврекзнных методов расчета явлезобетонных конструкций на действие щттковрешшнш: даааиичеокпх нагрузок, приведена результат исследований прочностных и дефоркативных характеристик приненяешх в народном хозяйстве конструкций, армированных стаклопластшйвоЗ аргатурой при статических нагрузках.

Нервна исследования строительных конструкций при динамических воздействиях получки развитие в начало XX века. Работы в а той области в основном были посвящены методам расчета конструкций на действие периодических нагрузок, вызывавших в них колебательные процессы. Со временем инженерам все чаще приходилось сталкиваться с проблемой расчета сооружений на взрывные воздействия. Это связано с развитием авиации, ракетой техники, а также с появлением взрывоопасных производств.

Основы расчета конструкций на действие щшгковременных нагрузок в упругой стадии были заложены в работах А.Н.Крылова и И.М.Рабиновича. В дальнейшем этой проблема были посвящены многочисленные труда советских и зарубешшх ученых Н.И.Безухова, В.В.Болотина, О.В.Луюша, Д.П.Ден-Гартога и да. Расчет конструкций строился, исходя из дифференциальных уравнений динамического равновесия упругих систем, общие методы которых хорошо разработаны. Испытания железобетонных конструкций показали, что их фактическая несущая способность существенно превышает теоретя-

ческую, определвнную расчетом в упругой стада. Прнчша этоау явлению оказалась неучет пластической деформации.'Поэтому катоды расчета долены учитывать работу конструкции не только в упругой, но и пластической стадиях.

В 1942г. А.А.Гвоздев впервые опубликовал фундаиантальнув работу, в которой автор впервые предлагал гестко-плаекгчзсЕЕй иетод и применил его к расчету балок и плит, опертых по контуру на действие мгновенного импульса. •,

Жестко-пластический метод развит в трудах М.И.Ерхова, И.Л.Диковича, 0.В.Лукина, П.СаЁмондса я др. Однако исследования показали, что атот штод дает достаточно правильное представление о работе конструкции лшь при вначитеяьнкх пластических деформациях.

Ввиду большой сложности задачи динамического расчета, в настоящее время наибольшее распространение получшш шатоды,основанные на использовании диаграш деформации железобетонных конструкций. Такие диахрамш могут быть получены эксперимантадь-шш путем или теоретическим, и в зависимости от содерганшг г свойств арматуры в сечении могут быть представленннки: днатраа-иой идеально упруго-шшстичаского материала, дзгахрашоб хрупко-разрушающегося тела г криволинейно!! аэвисииостм>. Применение такого метода к расчету желевобетоших конструкций было начато Н.Н.Поповнк и Б.С.Раствргуевнн. Основываясь аа улруго-плестжчес кой диаграмме, имя была выполнены динамические расчета ищюкогс класса железобетонных конструкций: плат, балок, арок, колонн, оболочек я др. :

В последнее время, в связи с проблемой экономии стали, в строительстве находят широкое пргашение высокопрочные стали,

отличащизся довольно шгаавй дефсркатшшостьп. В результате обширных исследований в МИСИ, НИШБ, ВНШжелезобетона, МАДИ н др.обоснована возксшость и условия применения высокопрочных

3 рЗбО ТаамцшЕ. ЯрП ОКИХ воздейотзЕЛх.

Таким образом, к настоящему врешни разработаны я успешно используются различные мэтоды расчета гэлезобетонных конструкции, армированных как мягкой, высокопрочной сталью, так и сметанной аркатурой. Однако на стальную арматуру расходуется значительное количество дефицитного дотаяла. В связи с этим одним' из направлений экономии стали является использование в строительстве неметаллической арматуры.

Нетатадличзская .арматура представляет собой композитный материал и состоит из армцрувдих волокон и сшзущего. В большой степени изучены стеЕлопластиковая и базальтопластиковая арматура, изготовляемые в виде стераней диаметром 3^.. 15 мм. Из-за отсутствия промышленного изготовления стоимость такой арматуры пока высокая, поэтому се используют в случаях, когда необходимо реализовать особые своЕотва неметаллической арматуры: высокую коррооиостоЭкооть, немагшгапость, радиопрозрачность и др. Одной из перспектшгпых областей применения СНА, где могут быть реализована ее шсокиа прочноотшэ свойства (до 1500-2000 МПа) является сооружения, псщгерхенвыо кратковременным динамическим ЕЗхруэЕЗп. Такта нагрузки досматриваются как аварийные я при их воздействии о сооружениях допускается значительные пластические деформации," ца приводящие, однако, к обрушению. Поскольку предельные дефоршцш СПА невелики по сравнению с предельными деформациями мягкой стали и, поэтому, для исклшения возмогного ее обрыва при аварийном воздействии, предложено применять сме-

шанное армирование. В атом случае одновременно с основной рабочей СПА устанавливается малоуглеродистая арматурная сталь, исклшапдая обрушение конструкции при обрыве СПА. Но до настоящего времени свойства СПА при динамических погружениях, а также, поведения защемленных балочных конструкций с стеклоплаотжковой арматурой при таких нахрузках ве изучались.

Исходя из этого представляется необходимым проведение исследования возможности и целесообразности применения СПА со сював-ным армированием в статически неопределима балочных элементах при действии статических ж кратковременных динамических нагрузок разработка инженерного метода расчета в упругой, упруго-шастя-чеежой стадиях и в стэдяи снижения несущей способности.

Во второй главе приводятся результата »кспернментмьных исследований прочноетннх ж деформатжвянх свойств втекхсшлаетжковой арматура, при различных режжнах нахружевжй, жтщкх место при разрушении «лешятов от мрывннх воздействий. Испытание обра moi производилось ва машине фирмы " She.nk " в режиме постоянной скорости дефоршцни. Для анкеровкя стержней СПА. прж хспнтанжи были разработаны специальные захват, исхягчавдио местное разрушение образца в зове захвата. Диаметр образцов 6 мм, длина

t = 135 ш, временное сопротивление - 1369 МПа, модуль упруго тв - 51000 МПе, относительное удлинение перед разрывом - 2,67$.

Средняя скорость деформаций при статическом нагружении составила £ = 0,23.10"® С"1, при скоростном нагружении от £ = 0,181 C-I до £ = 2,36 С"1.

Установлено, что при увеличении скорости деформаций происходит повышение прочностных характеристик стеклоалаотиковой арматуры. Временное сопротивление и модуль упругости повышались на 8-16? по сравнению со статическим, а относительные удлинена

при разрыве практически не зависят от скорости деформация. Общее напряжение в СПА при скоростной деформировании можно выразить эмпирической зависимостью:

(^6^(1,22(I)

Анализ экспериментальных исследований показал, что увеличение прочностных характеристик СПА при скоростном нагрухении достигается за счет упрочнения связующего полимера, которое составляет около 20£ по массе СПА. Полученные данные могут быть рекомендованы для расчета конструкций, армированных стеклоплас-тиковой арматурой на кратковременную динамическую нагрузку.

В третьей главе излагается методика и приводятся результаты экспериментальных исследований защемленных балок со смешанным (стеклопластик, сталь) армированием при статическом и однократном динамическом нагружениях. Испытания проводились в лаборатории арматуры НИИХБ и отделе натурных циклических испытаний ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко под руководством к.т.н. доцента Чарыева М. и к.т.н., с.н.с. Белоброва Й.К.

Для выполнения задач, поставленных по результатам изучения и анализа литературы, были запроектированы и изготовлены девять балок прямоугольного сечения разгаром 14x18x220 см, расчетный пролет - 150 см. Пролетное сечение имело смешанное армирование (СПА, А-Ш), а опорное сечение - только стальной арматурой класса А-Ш. Предварительно напрягаемая арматура во всех образцах была из стеклопластиковой арматуры ¡S 6 мм, ненапрягаемая арматура - из стержневой стали периодического профиля класса А-Ш. Опытные образцы были разделены на три серии, отличающиеся меж-. ду собой по общему проценту армирования пролетного сечения. При этом процент армирования опорного сечения взят одинаковым

для всех серий.

Балки первой серии содержали в пролете 4$ 6 СПА г одну ненапрятаемую арматуру класса А-Ш ф 12 ш и над опорой по два стержня ф 10 А-Ш а одну ф 12 А-Ш длиной 875 ш. Обравцы второй ■ серии имели в пролетных сечениях 3^6 СПА + 4 ф 6 А-Ш, а в опорном сечении 2 ф 10 А-Ш + ¿12 А-Ш. В балках третьей серии рабочая арматура в пролетом сечении состояла из 5ф6 СП! + 2^8 А-Ш + 2 ¿6 АЧП, а в опорном 2 ¿10 А-Ш + ¿12 А-Ш. Количество поперечной арматуры наавачелось из условия обеспечения прочности по наклонному сечению.

Прочноснше и деформатавные характеристики стали класса А-Ш определялись стандартными испытаниями. Величина предварительного напряжения СПА была принята 0,5 . Временное сопрогав-ленне СПА Ксдх = 1368 МПа, Еед^= 5.15Л04 Ша, = 2,60*.

бетон для балок применялся тяжелым прочностью в 29-32 Ша.

Испытания опытных образцов при действии статической г динамической HaipysoK производили по защемленной о хеш. Расстояние от края балки до опоры защемления о каждой стороны раваялось 0,3 и. Нагрузка прикладывалась двуш сосредоточенными грузами, расположенными на расстоянии 175 мм от центра балки.

Статическое испытание проводилось на специальной рычажной установка. Нагруаку на образцы создавали рычагом, один конец которого с помощью цилиндрического шарнира был связан с анкерными тягами, а ко второму концу подвешена хруэовая платформа со штучными тарированными грузами. Опытный образец устанавливал

ометр

ся на динайичёские опоры, которые измеряли опорные реакции. С помощью заданных перемещений (прогибов), образец подвергался статическому нагруженив до исчерпания своей полной несущей способы оста.

Испытание на динамическую нахрузку проводилось на специалх

ной установке, состоящей из.мощной.опорной рамы, прикрепленной В' силовому полу и гидравлического доюфата -с максимальным усилием 1000, кН, • соединенного трубопроводом с гвдроаюф^ляторной батареей и насосной установкой. Усилие, раавивоэшо гвдродисфа-шз, передавалось нэ опышнЗ образец чгреэ дгпгУ^оскиЗ трэверс. Разрушение

ошитшх образцов при динявютапяит1 ииин^иииу происходило в тачешэ 0,08-0,15 сок. .ТензоЕэтротесшсе

данные об'изменении деформаций бетона,ар—~

гэтурн, тяг, опор н траверс-регистрировала ' посредством тензо-

кэтрическпх усшштолей типа 8 ШЧ-7 а, выхода которых были при-

соодапезн к фотоэлектрлческш осциллографам типа Н-700 и Н-115.

Прогиба балок Езкзрялзсь в среднем сечении-пролета-.с поисщьа

элоатрпчесЕого реходпого. датчика перегащспий. Запись всех ис-

следушпс параютрсо осуществляли в ввде осциллограммы с даль-

н&йпэй распаковкой по градуцровоншы графшмп. "Ж . . _

Рис.1. Зависимость "момент-тфивигна" в опытных балках с различными ^ - при разрушении пролетного сечения

-14-

Опытаые образцы разрушались по нормальному сечению вследствие разрушения бетона сжатой зоны пролетного сечения. В опытных балках первой серии при статических испытаниях в начальной стадии разупрочнения произошел обрыв СНА.

Опыта ни установлено, что изгибаемые железобетонные элементы со смешанным армированием при статическом г динамическом нагру-жении проходят одни к те же стадии напряженно-деформированного состояния, к характер их разрушения одинаков. Сопоставление статического и динамического предельных сопротивлений балок-близнецов, которое приведено в диссертации в виде гистограш, повязало, что динамическая прочность балок выше статической прочности на 10-15$. Это объясняется повышением прочностных ^характеристик арматуры к бетона при скоростном нагружении.

В диссертации приведены ж проанализированы дна граю« динамического сопротивления " и изменения опорного ж пролетного изгибающего моментов во времени " М-"Ь

Для - выявления особенностей деформирования балок со смешанным (СПА, А-Ш) армированием в диссертации подробно рассмотрены экспериментальные зависимости изменения кривизны, прогибов, деформаций по высоте сечения при статических н динамических негру жаниях. фи втом было замечено, что до образования трещин в опорном ж пролетном сечениях распределение усилий может быть примерно оценено расчетом их как однородной упругой оиотемы. После появления трещин начинается перераспределение усилий между вдитяческ! ш сечениями.

При анализе экспериментальных результатов особое внимание было уделено стадии снижения несущей способности опорных образцов, так как эта стадия для элементов со смешанным (США + АШ)

- 15 -

армированием рассматривалась впервые (рио.1),

В четвертой главе рассмотрен воцрос динамического расчета железобетонных защемленных балок со смешанным армированием на действие динамических нагрузок большой интенсивности (включая стадии снижения несущей способности). В первом разделе главы приведены основные предпосылки раочета. После подробного анализа работы изгибаемого элемента со смешанным армированием в качестве расчетаой диаграммы " М--р " для смешанно-армирован-ннх сечений принято трехступенчатая (рис.2а): от приложения нагрузки до образования зрещин, до разрушения бетона сжатой зоны и до некоторого момента на ниоходящей ветви. Установлены координаты всех параметрических точек на расчетаой диаграмме (рис.2). Особую сложность вызывает определение координат точки 4, расположенной на нисходящей ветви и соответствующей достижению предельного состояния 1в. На основании регрессийаого анализа полученных экспериментальных данных'была установлена зависимость утла поворота половины балки от относительной высоты сжатой зоны и обеспечивающая остаточную прочность сечении

(2)

0,5 М*

Ч^а^ + ола'е'. т при

при $ < ^

где КР - коэффициент частичного преднапряжения

ц.з .'•^пь.^пь . . (3)

Раздел 4.3 посвящен разработке раочетной модели балки, учитывающей упруго-податливую заделку, а также методика расчета защемленной балки,, армированной СДАл сталью класса А-Д на • действие равномерно распределенной динамической нахрузки Р(*)=

/сгс

ни а («, м

5)

сгу

М

Ме1

Г »

м.

..(г) сгс (г)е1

Ж

Я.

I г

Рис.2. Полная диаграмма работы щштических сечений затемненной балки

а) пролетное сечение со смешанной арштурой (СПА+А-Ш)

б) опорное сечение, армированное отадью класса А-Ш

УЧ02 ПОДЭЮПЗВООга ОЕОрГГНХ СЗЧеЯЯЙ позволяет вш1шть дей-

ствительный закон перераспределения усилий в конструкции. Злая его шгно на стадия проектирования создавать тайне условия, чтобы перераспределение усилий в конструкция происходило по заданному направлен® п давало определенный экономический эффект.

Пра деформировании защемленной аелезобетонной балка: последовательность достешзея характерных стадий в зфатическпх сечениях зависит от соотношения процента армирования прояэтанх и спорных сечений, а тагаэ от степени защемления балки в опорах. В целом дефорщровашэ балка до полного разрушения можно разделить на четыре стадии (рио.З). Первая стада - от начала црило-гения дшашческоЗ нагрузки до момента трещинообразовання продетого оеченет. Вторая стада двшйэнея балки продолжается до возникновения в шорных сечениях текучесш арштурн. О возникновением шарниров пластичности в опорных сечепшх и до разрушения бетона саатой зоны пролетного сечения балка проходит третьи стадии деформирования. Стадия снижения неоущей способности конструкция из-за разрушения пролетного сеченет относится к четвертой стадии.

Первая, вторая и третья стадии дефорщровавня защешвнной балки описываются дифференциальным уравнением:

В^+ РЮ ( I =1.2) (4)

При составлении дифференциального.уравнения для каадой стадии учитывались податливость опорных конструкций ( С* ) а анкерных закреплений ( С4 >, а также различные жеоткоота балки в опорных ( Bsu.pl) я пролетных ( Ь5ри ) учаотках.

Выражение для динамического прогиба принта ем в виде ,

> I СТЛАМЛ

^сгсД^ М5ир< МщрДеЬ

0<М«р<Мвгвд ...

Пспш

Ш СТКШ

Е? СТААМ

Рис.3. Эпюры изгибающих моментов и расчетнйх жесткостей : для различных стадий деформирования балки

-29-

гдэ Tj (t) - функция динамичности,

р(х) - статическая форма протабоэ, удозлейворящая уравне-пш:

при о < х < а, в5,л?, -I

пря ss?l = 1 f , (6)

при l-а, с ,ч < I &s.1?, F3"(x)= 1 „ Используя метод Бубпова-Гэлерняна, получены решения уравнения (4). При этом полные (с учетом статической нагрузки). Бначенга прогибов, изгибающих моментов и поперечных сил для первой стадии определяется по формулам:

y,(>r,i)=PF(x)T1(t) + ^U) ; (?)

Mix.tJ^t-^A+liex-x^^t-NVx); (8) QlvJi)=:|(t-a*)TUt) + Q<y(x) ; О)

где К, , - коэффициента перераспределения ' '

<}=. О.Д ;

ВырахелЕЭ для полного прогиба во второй и третьей стадии

принимается, соответственно, в виде:

aa(X,t) = PFOOT, (t.) + PXix)Tj(t) + ^(Х) ; (12)

^(x,t)=PPW7<(t1) + PXtx)Ts(t1)+PW№JM+iitv(X) , (13) . где Х(х),"Н00 - статические формы прогибов во второй и третьей стадии работы балки. В четвертой (пластической) стадии конструкция; рассматривалась как механизм, состоящий из жестких дисков, соединошшх меаду собой пластическим шарниром с убывовдим в нем усшшэа. Величину иэгибавдего момента пришлем по лвноСпоау закону:

- 20 -

где К, - коэффициент, учитывающий изменение изгибающего

момента с ростом угла поворота половши балки. Получено дифференциальное уравнение движения балки в рассматриваемой стадии.

где г^.Ь.* 4;, - время окончания упругоиластической стадии. Величина полного прогиба равна:

Для кавдой стадии в работе наедены выражения для определения величин прогибов, скоростей, изгибающих моментов и поперечных сил.

В пяуой главе проводится сопоставление экспериментальных а теоретических данных. Используя полученные теоретические выражения, проведены расчеты некоторых опытных образцов. Сопоставление

г

.экспериментальных величин с результатом расчета дало удовлетворительное их совпадение. В этой жа главе дана оценка экономической эффективности применения СПА в изгибаемых элементах. Технико-экономическая оцонка была проведена на основании сравнения . удельной стоимости СПА и стальной арштуры разных классов о учетом их объемного веса.

Расчеты показали, что балка со смешанным (СПА,сталь) армированием имеет более низкую стоимость продольной арматуры.

ОБЩИЕ вывода

. 1. Проведенные экспериментальные исследования СПА показали что при увеличении скорости деформаций происходит повышение прочностных характеристик СПА. При скорости деформаций аркатурь £ = 0,181, 0,628 , 2,3|62 с""* отношение временного сопротивления СПА к статическому соответственно составило 1,08, 1,12,1,1$

Из деформа тинных характеристик СПА. с увеличением скорости деформации увеличивается модуль упругости. Прч этом максимальная деформация при разрыве практически не зависит oír уровня скорости деформации и остается постоянной ( £то,„= 2,57+2,7%).

2. Установлено, что увеличение прочностных а деформативных характеристик СПА достигается за счет упрочпеппл связующего солемера, который составляет около 20% по массе арматуры. Предложены аналитические зависимости, описывающие диаграмму деформации СПА при скоростной нахругении.

3. При статических и динамических нагружениях разрушение балочных аелезобетошшх элементов со смешанным армированием (СПА.сталь) происходит от разрыва растянутой СМ или от раздробления бетона esa той зоны в норна льном' сечении.

4. Экспериментальные исследования Евлезобетошшх защемленных балок, армированных предварительно напряженной СПА и мягкой арматурной сталью А-Ш, показали, что характер разрушения зависит от общего процента армирования (относительной высоты сжатой зоны - ). При излом проценте армирования ^ i 0,2 происходит разрнв малодеформируемоЗ СПА, но при этом не происходит обрушения частей балок, так как деформация малоуглеродистой стали не использована полностью. При более высоком содержании совместной рабочей арштуры 0,2) обычно происходит раздробление бетона сжатой зоны и снижение несущей способности.

5. Экспериментально показано, что после раздробления бетона ъаатой зоны или разрыва арштуры при статическом и динамическом нагруженпях балочные элементы продолжали работать в стадии снижения несущей способности. Эту стадию работы балки целесообразно учитывать при определении полной несущей способности конструкций, подвергающихся' аварийным воздействиям.

- 22 -

Динамическая прочность балочных элементов со смешанным армированием (СПА,сталь) при скоростном нагруаениц, оказалась вышо их статической прочности на что объясняется динами-

ческш упрочнением арматуры и бетона.

6. На основании обработки экспериментальных данных установлено, что в статически неопределимых железобетонных балках со смешанным армированием (СПА,сталь) при действии однократных ди-лашческих нагрузок, несмотря на кратковременность силового воздействия, происходит перераспределение усилий в процессе их деформирования.

7.. Обоснована возможность цритенпятгя СНА в статически неопрс делимых железобетонных конструкциях, рябптащих п стадии больших пластических депортаций и в стали:? сяпя'чгая несущей способности при кратковременной динамической нпгруяке большой интенсивности. Выявлены условия обрыва СПА в конструкциях со смешанным армированием. 1

8. Сформулированы предпосылки для построения метода расчета железобетонных защемленных конструкций, армированных СПА в сочетании с мягкой арматурой. Предложены способы нормирования пре- .

■ дельных состояний, включая состояние 1в нисходящей ветви.

9. Разработана мэтодика расчета железобетонных защемленных балок со смешанным армированием (СПА,сталь) на действие кратковременные динамических нагрузок, с учетом упругоподатяивой заде, ки. Динамический расчет сводится к решению системы дифференциал: ных уравне..дй, полученных для каждого -участка диаграмм. В*стади снижения несущей способности балка рассматривается как механизм состоящий из жестких дисков, соединенных пластическими шарнира;.' Учет податливости опорных сечений позволил выявить деАствитель-ный характер перераспределения усилий в конструкции и в ряде

- 23 -

случаев дает экономический эффект.

10. йчзлиз экспериментальных исследований подтвердил достоверность принятых предпосылок расчета и полученных на их основе теоретических зависимостей.

При проектировании конструкции со смешанным армированием необходимо, чтобы конструкция после обрыва СПА или разрушения бетона esa той зоны обладала несущей способностью, достаточной для восприятия усилий от статических нагрузок. Это может быть достигнуто увеличением количества мягкой арматуры, определяемой расчетом по цредлолвпной методике и проектированием статически неопределимых конструкций.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Чарыэв МЛ., Тарюс U., Гурбанбердиев Б.А. Динамические свойства стальной и стеклоцластиковой арматуры. - Журнал: Йзвес- ■ чш академии наук'З^ркмэннстана. - Ылш. Ашгабат, й 3, 1992, с.101-104.

2. Чярыев МЛ., Гурбанйердкев Б.А. О нормировании предельных состояний изгибаемых элементов со смешанным армированием при ¡фатковременных динамических нагрузках. - Журнал: Известия академии наук Туркменистана. - Ылым. Ашгабат, # 5. 1992. с.93-95.

3. Попов H.H., 1^рбанбердиев Б.А., Асланова 1.Г. Исследование стеклопластиковой арматуры при различных режимах йагруае- • ний. М., 1992. - Деп. во ВНИШШИ, № II283.