автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность и деформативность комплексных сталебетонных балочных конструкций

Полтавський державшій технічний уиіверсшег імені Юрія Кондратюка

ШМИГРОМАН,АНДРІЙОВИЧ

; 0 ї’-7' ' УДК ?■<>!.057.1

МІЦНІСТЬ ТА ДЕФОРМАТПВШСТЬ КОМПЛЕКСНИХ СТАЛЕБЕТОННИХ БОКОВИХ КОНСТРУКЦІЙ

05.23.01 - будівелі ні конструкції, будівлі і споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації • ■ на здобуття наукового ступеня канд-чдз і а технічних наук

Полтава -1997

Робот?, шіконана на кафедрі .будіеелі.них конструкцій Львівсько лсржавногі' аграрного університету Минете реї га аїронрочислоиого комплек України.

і Іа) ковиі'і керівник:

доктор технічних наук, професор Клименко Фе; Сднсейоиич, Львівський державшій аграрії

університет. завідувач кафедри будіпсльн

конструкцій.

Офіційні опоненти:

ло.ггор технічних наук, професор Бабич Євген Михайлович, Українсі державна академія водного господарства, проректор з наукової роботи; кг.ндидаї технічних наук, доцеїгг Клименко Євген Володимирові Пслга&сші»'' державний техгічннй \ ігіверситст ім.Ю.Кондратюка.

Провідна установа: Фізико-механічний інститут ім Г.В.Карпеика Н.

України, м.Львів

Захист шдбудгться “2Ц-” СдЧУі Л, 199 Ъ р. о _ годині з'.сіданні спеціалізованої г.ченої ради Д 25.01.02 и Полтавському дгр;:.авж технічному університеті ім.Ю.Коидратюка за адресою: 314601, м.Полк Першотравневі!!) проспект, 24.

З дисертацією мо/.спа ознайомитись у бібліотеці Полтавського держави технічного університету імені Юрія Кондратюка.

Автореферат розісланий “ 22. ’

М К199 4-у

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради , Семко О.В

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Здешевлення капітального будівництва можливе три широкому застосуванні несучих конструкцій із легкого бетону, який на іанин час використовують головним чином для огороджувальиих конструкцій, ^ля залізобетонних конструкцій, номенклатура і сфера застосування якн\ тостінгю розширюються, зниження вартості в основі' му зводиться до зменшення витрат бетону і сталі, пошуку нових .конструктивних форм і іроектнйх рішень, Одним із шляхів розв'язання цієї задач- с розробка гфективних комплексних багатошарових конструкцій, вдоскіч хісиня і розпиток •іетодІЕ їх розрахунку. . .

Завдяки цілеспрямованому вибору фізкко-механічних характеристик і ; кладу окремих шарів з важкого і легкого бетонів можна створити банкові та тлитні комплексні сталебетонні конструкцій в яких копніте використовуються чіцнісні, тепло- та звукоізоляційні властивості, суттєво зменшується їх маса. При цьому зовнішня стрічкова арматура одночасно забезпечте герметичність, золо- та паронепроникність, захисні біологічні та інші властивості.

Найчастіше в таких багатошарових Конструкціях кожен шар проектується

э крем о і і‘х сумісна робота не враховується, то призводить до збільшення витрати матеріалів і загальної маси конструкції. В таких конструкціях, на підміну від традиційних, крім згинального моменту та перерізуючої сили суттєвим фактором <: вплив зсуваючого зусилля, яке виникає в контактній площині між шарами різних матеріалів. Забезпечення їх взаємозв'язку є важливим, бо міцність і надійність такої конструкції цілком залежить від калійної сумісної роботи цих шарів.

Поєднання бетонів різного функціонального призначення за висото*1 перерізу в сталебетонних конструкціях із зовнішнім стрічковим армуванням ставиться вперше, що сприяє формуванню балкових та плитних конструкцій підвищеної ефектизності, і разом з цим розширює галузь заст.''\ ванна сталебетону. Влаштування середнього шару з легкого бетону разом ч е.ччломіє ю сталі дозволяє зменшити масу сталебетонної конструкції на ЗО-Ю^о без зниження несучої здатності, шо є важливим для народного господарства.

Мета і завдання дослідження:

- розробити конструкцію комплексних сталебетонних згинаних елечекпи із зовнішнім стрічковим армуванням та дослідити їх мінність і дефорчапнипсп. у варіантах ззнчайного та попередньо напруженого конорукгивного виконанн--і.

- виготовити дослідні зразки у виробничих у мовах.

- провести експериментальні дослідження міцності та дефорчагивносп звичайних та попередньо напружених сталебетонних конструкції! з різним::

схемами з'єднання шарів неоднакових бетонів та арматури і армуванням поздовжньою стрічковою і стержневою арматурою; ■ .

- експериментально :: слідити особливості роботи та характер руйнування звичайних та попередньо напружених комплесних сталебетонних кочструкцій із зовнішнім стрічковим армуванням;

- дослідно встановити зплив різних форм приєднання між собою

неоднакових бетонів і шарів сталі на міцність, деформативність і тріщиностійкість комплексної сталебетонної ко не гру к ції та визначити кращі : лих; . '. , .

- дослідити роботу поперечного армування в комплексній сталебетоннії

конструкції, його вплив на розвиток зсувів між шарами різних бетонів ті експлуатаційні якості конструкції в цілому; • '

- розробити математичну модель розрахунку таких конструкцій, яка < дозволяла враховувати реальні діаграми деформування матеріалів та сумісіг роботу шарір і прогнозувати поведінку конструкцій під навантаженням;

. • - реалізувати числову модель на ПЕОМ; .

- на базі '?атематачної моделі, перевіреної експериментально, виконаті числовий експеримент з метою виявлення загальних закономірностей в робот комплексних сталебетонних конструкцій,

. - розробиш рекомендації та пропозиції з вибору оптимальної конструкц

комплексного сіа-.соетоішого елемента.

Об'єктом досліджень є звичайні та попередньо напружені комплексі багатошарові сталебе "онні балкові елемента, що працюють на згин. •

На ' заиіст виносяться: конструктивні . розробки, результат

експериментальних та теоретичних досліджень, запропонована методик розрахунку на ПЕОМ за методом' екшчешшх елементів комплексни сталебетонних конструкцій із зовнішнім стрічковим армуванням.

Основні результати і наукова новизна робота:

- розроблено та досліджено на міцність і деформативність нові звичайні т посередньо напружені згинані сталебетонні конструкції із зовнішнім стрічкови армуванням на ділянках похилих та нор дальша перерізів;

• - вперше отримано експериментальні результати про несучу здатніст деформативність та тріїциносгйкість ефективних конструктивних рішеї комплексних звичайних та попередньо напружень сталебетонних згинані елементів, . .

- визначено харахтери руйнування комплексних сталебетонних дослідні

зразків; ' .

- досліджено вплив різних схем поперечного армування на розвиток зсуі між шарами різних бетонів, деформативність та несучу здатність комплекси сталебе знної конструкції в цілому;

з

- вивчено роботу поперечної та поздовжньої арматури в комплексному іерерізі під навантаженням;

-розроблено методику розрахунку; .

- запропоновано математичну модель та реалізовано програму розрахунку

га ЕОМ напружено-деформованого стану згинаних комплексних сталебетонних іалкових елементів за методом скінченних елементів з урахуванням реальних (іаграм деформування матеріалів. .

Практичне значення роботи:

- розроблені нові прогресивні конструктивні рішення полегшених гомплексних сталебетонних конструкцій із зовнішнім стрічковим армуванням, цо мають меншу металомісткість ніж відомі аналоги;

- розроблена та реалізована на ПЕОМ методика розрахунку таких

гонструкшй за методом скінченних елементів, яка дозволяє моделюмг.гм їх іапружено-деформований стан з урахуванням спільної роботи різних шарів 7а іеальних діаграм деформування. • . ■

Реалізація розробок.. Результати проведених досліджень га програма «тематичного моделювання використані при проектуванні і розробці ггапебетонннх конструкцій за серісю 1.462.1-1/88 зі стрічковим армуванням для юкрівель виробничих і цивільних сільськогосподарських будівель (робота іиконана на замовлення Мінсільгосппроду України, договір М'6-Б від 2 січня !993 р.) Застосування їх передбачається під час реконструкції Дрогобицького л’ясокомбінату. . ‘

Розроблено, комплексні сталебетонні консірукції, які закладені в проектну іокументацію ВАТ "Добротвірського заводу "Буддеталь” і будуть внкч>рігст;ші іаводом у 1998-99 рр. під час реконструкції щілинкових камер теплової обробки іалпобеїонних конструкцій. ' ,

Публікації. Основний зміст дисертаційної роботи викладений в 0 ірукоианих працях, обсягом 2 друкованих аркуші

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідались обговорювались на: міжнародній науково-технічній конференції- "Рееурсо-їкономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди” (м.Рівне, 1996); ювілейній тауково-технічній конференції "25 років сталебетонних конструкцій з човннпшч ірмуванням" (м.Львіп, 1996); науково-технічній коні]>еренції, присвяченій 110-}іччю заснування ЛДАУ (м.Дуб яци, 1996 р.), ІІ-му міжнародному снмпоііумі 'Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та консір>кш>і м.Дубляжі, 1996 р.), міжнародній науково-технічній конференції до 125-річчч нженерно-будівсльиого факультету ДУ "Львівська політехніка" (м.Льніи, 1997р.), міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми теорії і трактнки залізобетону" (м.Полтава, 1997р.), науковій конференції, присвяченій тершій річниці Львівського державного аграрного університету, ни\к(ч<и\

семінарах кафедри будівельних конструкцій ЛДАУ (квітень 1^95 p., жовтсн 1996 p.. березень 1997р.). . . '

Обсяі викопаної роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьо розділів, основних висновків, списку літератури та додатків. Робста викладем на 221 сторінці, з них 112 сторінок основного тексту, таблиць 13 из 7 сторінка? рисунків 53 на 45 стор., 258 найменувань використаної літератури на 21 стор., додатки на 36 стор. . ' . ,

КОРОТКИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується необхідність проведення експериментальних і теоретичних досліджень комплексних сталебетонних конструкцій, актуальністі наукова поліпна та практичне значення роботи.

В першому розділі проведено аналіз розвитку конструкцій із зовнішні стрічковим армуванням та багатошарових балок і плит, сфери їх застосуванн Відзначено переваги та недоліки таких конструкцій. Зроблено аналіз прац присвячених дослідженню конструкцій! із зовнішнім стрічковим армуванням і багатошарових залізобетон и их конструкцій, методик їх розрахунку • вітчизняними та зарубіжними нормами.

Понад . 28 років співробіпшками кафедр будівельних конструкцій Д «Львівська пол;тvAiii'Ka» та ЛДАУ (М.Л.Гайдаш, А.Я.Шеховцов, Вас.М Барзба /науковий консультант даної роботі.,', Вол.М.Барабаш, ІІ.П.Крамарчу

A.1.1 авриляк, В.П.Храмцов, Р.В.Лісоцький, В.В.Левчич, І.В.Мельни Б.В.Дгмчіша, І.І.Кархут, Б.І.Боднарчук, О.В.Крочак, І М.Добрянськи

B.В.Степьктй, [.М Добуці, З.Я.Бліхарськи{і,. Р.І.Кінаш, А.В.Мазура

О.Д.Цимбровський, О.С.Федурко, Н.М.Джевала, Ю;А.Штендера, М.Е.Вол нець, Ю.Є.Фамуда. І.М.Борнс, Т.Б.Боднарчук) під керівництвом Заслужено діяча науки і техніки України, дійсного члена академії будівництва України міжнародної, академії оригінальних наук, доктора технічних наук, професо Клпменка Ф.Є. ведуться дослідження та впровадження у практику7 будівниці конструкцій із зовнішнім стрічковим армуванням, що отримали авторську 11 аз сталебетонних конструкцій з зовнішнім армуванням, скорочено «сталебетонні

На відміну від залізобетонних комплексні сталебетонні конструк розглядаються та досліджу к»ься вперше.

На теперінпий час відомі комплексні залізобетонні плита покріп представлені різними варіантами дво- та тришарових конструкцій. Виері принцип конструювання залізобетонних крупногабаритних згинаних елемен і 4 шарами з бетонів різної густини запропонован л в 1932 році А.М.Дорохові В різний час робилися спроби застосувати багатошарові конструкції із жорст зк язашімн між собою шарами (Д.К.Баулін, А.? І.Дорохов, Ю.О.Орловські

Н.А.Корнев, А.А Кудрявцев, А.Я.Спіаак, А.СРодогиченко, Н.С.Стронгш, 3>.Крумль, Я.Ріган, О.Граф, К.Штагм, Г.Впте) та гнучкими (В.Л.Векслер,

В.С.Волга, ААЄмельянов, Я.І.Иляшевський, В.Г.Леличенко, М.О.Соокян, Г.Спбаиов, Т.А.Усачев, Л.М.Хейфец, Ю.Е.Чинекго).' В останні роки питанням иіцності та деформативкості зпшаних грншарокнх залізобетонних елементів іаймалися В.Ф.Майбородз, В.М.Каргіюк, В.Г.Акоаов, М.О.Крусь, Е.А.Король.

Можна передбачити, що поєднання двох конструктивних рішень іобііішнього армуиання і кількох шарів бетону за висотою перерізу з різними £ізнко*механічними властивостями - дозволить отримати нояу ефективнішу «онструкцію, в якій поєднаються переваги обох конструктивних вирішень

На основі проведеного аналізу літературних джерел визначено задачі дослідження. . - • ■

У другому розділі подано опис матеріалів та конструкцій дослідних іразків, методики їх виготовлення та проведення ' експериментальних досліджень. ’ '

Для вивчення робота комплексній сталебетонних конструкцій із зовнішнім прічковим армуванням було розроблено і виготовлено 12 балкових зразків (три :ерії: серії Г і III - без попереднього напруження, серія Н - попередньо іапружена). Розрахунковий проліт дослідних зразків становив І ’00 мм, юперечнин переріз - 135x270 мм. За висотою перерізу зразок складався з трьох царів бетонів. Зовнішні шари перерізу (нижній товщиною 60 мм, верхній - 50 їм) виконані з важкого бетону, середній шар (товщиною 130 мм) - з тепло-, вукоізоляцішюго керамзитобетону (рис.1). Нижній шар важкого бетону іризначався з умови надійного анкерування стрічкової арматури. Товщина іерхнього шару прийнята згідно з умовою забезпечення міцності нормальних іерерізів згинаного сталебетонного елемента. Як поздовжню арматуру іикористовувалн стрічкову арматуру періодичного 'профілю з умовною межею екучості 500 МПа та стержневу арматуру періодичного профілю класу А-Шя. Іоперечною арматурою слугували стержні 08 мм класу А-Ш. Г'тонування [ослідних зразків виконували пошарово. ' '

Міцність важкого бетону у зразках серій І та II становила МПа,

егкого керамзитобетону - ІІЬп=2.9 МПа (у=700 кг/м3), серії III: ьа:кксго -!ьп=12.5 МПа, легкого -1^!, = 3.6 МПа (у=750 кг/м3),.

Зразок Б-І-1 у прольоті зрізу містиз 8 вертикальних поперечних стержнів, кі приварювалися до зовнішньої стрічкової арматури в тавр лід шаром флюсу.

І опорній частині додатково виконано розкісну просторову систему з стержнів ЗЬ’ класу А-ІІІ. Зразок Б-І-2 за армуванням був подібним до Б-І-1, <тіе не містив порних стержневих систем. Поперечні стержні у зразку Б-1-3 розміщено під утом 45°,

Рис 1 Конструкція дослідних зразків:

а) Б-!-!: о) Б-І-2; в)Бн-!М, г) Бн-ІІ-2

У елементі Г>-1-4 поперечні стержні безпосередньо не шар;- ...їли оздовжньою стрічковою армаїурою, а об'єднувалися в дьа вк задні пики зркаси. Зовнішня стрічковп арматур;; прінднуна.пе" ло яажкого IV-юну чеое>, орогкі анкери ;а стержні опорних просторових систем.

Дослідні зразки серії II виконувалися з попереднім натягом поздовжньої рматурн. Зусилля попереднього натугу призначали з умови міцності .оинішпік іарів важкого беї о ну. Величина початкових напружень у стрічковій пр\".п\рі орівнювала ЗО і 5 МПа, у стержневі!} - 323 МЛа. Всі ;р.і<гн шо \ч ри рмувалися вкладними каркасами. Зразок Бн-ІМ міс ги в 4 похилі сіер.кні в рольогі зрізу, Бн-ІІ-3 та Ь'н-И-3 - 8 сіержнір., Бн-ІІ-4 - І2. На опорах штопано порні стержневі конструкції. Зразок Бн-ІІ-3 містив посилену опорну сіепжневу кс гему.

У зразках Б-ІИ-І, Б-ІІІ-2 та Б-ІІІ-3 поперечне армування відсутнг З'єднання трічкової арматури у зразку Б-ІІІ-і з важким бетоном, виконувалося лите за опомогою рифів на поверхні стрічкової арматури (4=(эмм), а зраіоь. Б-ІН-2 V озтягнугій зоні армовано- 2-ма стержнями 016 класу А-НІ. Зразок Б-ІІІ-3 іісгив стрічкову арматуру Й~4 мм) та опорні стержневі системи.

Конструкція Б-ІІІ-4 була подібною до зразка Б-І-4. Ці зразки чідріїн.злися ішіе міцністю бетонів та розміщенням коротких анкерів. У елемс ,гі Б-І-4 нкери розміщуватися попарно, а у Б-ІІІ-4 - у шаховому порядку

В ..іісці прикладення зовнішнього зосередженого навантаження для апобігання зминання слабкого середнього бетону у всіх дослідних зразках становлено по 6 стержнів 08 мм.

Застосування кількох схем поперечного армування дозволило вивчити плив того чи іншого елемента каркасу на несучу здатність, деформпгнвжсть та ріщнностійкість комплексної сталебетонної конструкції.

Завантаження виконували однією зосередженою силою, яку . рикзадали осередині прольоту балкового елемента на верхній її грані. Дослідні «разки пиралися на дві опори: рухому та нерухому. Після кожного еіміеия авантаження замірювали покази тензодатчиків та-індикаторів, що фіксуі-зти .еформації стрічкової та стержневої арматури, важкого та легког-> Гипсуя, суви по контактних шарах різних матеріалів та прогини балкових зргзків . Іояву та ширину розкриття тріщин у важкому та легкому бетонах спосгери зли а допомогою мірного мікроскопа МПБ-2М.

Розроблені методики виготовлення' та дослідження кочпзекеннх талебетонних балкових елементів, прийняте дослідне обладнання дозволили > абораторннх умовах вивчити їх роботу під навантаженням, отримати детальні арактеристики наиружено-деформованого стан)' на будь-якій * пдп авантаження.

У третьим}- розділі роботи наведено аналіз результатів експериментальний досліджень комплексних сталебетонних конструкцій. Подано опис роботі: дослідних чоазків від початку завантаження до руйнування. На основ отриманих результатів виконано оцінку впливу різних схем поздовжнього т; поперечного армування, опорних просторових систем на міцність, жорсткісті та тріщшюсгійкість комплексного сталебетонного елемента. .

Експериментально встановлено вирішальний вплив поперечної арматури "п її розміщення у прольоті зрізу комплексного сталебетонного елемента на йогс несучу здатність та жорсткість. Результати руйнування зразків Б-І-1 та Б-1-. засвідчили значно меншу ефективність вертикальних поперечних стержнії порівняно з похилими. Вертикальні анкери не забезпечували надійного зв’язку і контактних шарах важкого та легкого бетонів, де спостерігалися значн деформації зсуву, шо призводило'до швидкого, невпинного зростання прогині: конструкції та н руйнування. .

У всіх дослііших зразках найбільші значення деформацій зсув; зафіксовано по контакту між" легким бетоном і .нижнім контоктним шаро» важкого. Інтенсивність їхрозвитку вздовж комплексною елемента залежала в і, схеми його поперечного армування. . ■ ;

Встаноалетія поперечних стержнів у. прольоті зрізу під кутом 45° у зразка Е-І-3 та Б-І-4 дозволило збільшити несучу здатність комплексної сталебетонне конструкції в 1.6-І.8 раза, змінився і характер руйнування (тгабл.). Зразок Б-І-та Б-І-2 зруйнувалися внаслідок зсуву, а Б-ЬЗ і Б-І-4 - вичерпання міциосі легкого бетону середнього шару. С;ттево зменшилися деформації зсувів мі: шарами різних бетонів порівняно з Б-І-1 та Б-І-2 (рнс.2). .

, В певних межах- на несучу здатність зразків впливала кількість похили поперечних анкерів. В межах інтервалу зміні: 2; 4, 6 пар похилих стержні (відповідно зразки Бн-П-1, Бл-ІІ-2 та Бн-ІІ-4) встановлено, що зменшенії кількості похилих стержнів у зразку Би-ІІ-1 порівняно з Би-ІІ-2 привело д зменшення несучої здатності в 1.1-1.2 раза та зростання прогинів в 1.2 раз: Збільшення кількості поперечних стержнів у зразку Бп-ІІ-4 не спричинило д зоілі шеиня несучої' здатності та жорсткості. Значного спливу різної кількос похилої поперечної арматури в лрольогі зрізу на утворення та розветок тріщи не зафіксовано ірис.З). '

Значним є вплив і просторової опорної стержневої конструкції. Її наявніст крім того, що запобігала зминанню слабкого керамзитобетону на опора дозволила підняти несучу здатність комплексних конструкцій в 1.3-1.4 раз жорсткість - у 2.4 раза за рахунок загального підвищення надійності і міцнос зв'язку між шарами! . .

Оптимальною виявилася просторова розкісна система, яка складалася з і тн стержнів діаметром 8 мм класу А-Ш, іц'' приварювалися до стрічки в тав

Додаткове посилення опорної стержневої конструкції дослідного зразка Бн-ІГ-3 не дало очікуваного приросту міцності та жорсткості комплексної сталебетонної конструкції. .

' Таблиця

Несуча здаптість, момент утворення нормальній тріщин та деформативність дослідних комплексних сталебетонних зразків

Номер зразка Дослідний момент >творення ., нормальних . тріщин у важкому бетоні Несуча здатність та прогини на сгадії експлуатації (при 0.7Бтах) Несуча здатність та прогини на стадії руйнування (при Ртах)

М, кНм Р.кН £ мм ї1, мм

Б-ї-1* 9.8 67.2 0.85 96.0 7.47

Б-І-2* 8.75 50.4 0.57 72.0 3.11

Б-І-3 10.5 * 109.2 1.44 156.0 4.03

Б-І-4 10.5 121.8 1.59 174.0 5.42

Бн-ІІ-1 13.5 126.0 1.33 180.0 5.04

Бн-ІІ-2 14.5- 84.0 0.72 192.0 6.79

Бн-ІІ-3 14.25 • 140.0 1.17 200.0 3.59

Бн-П-4 15.0 147.0 1.33 210.0 4.20

Б-Ш-1 8.75 38.5 0.48 55.0 1.04

Б-ІІІ-2 7.0 35.0 1.20 50.0 2.82

Б-ІІІ-3 . 10.5 63.0 0.92 90.0 2.91

Б-1ІІ-4 10.5 126:0 3.10 180.0 7.77

* - руйнування відбулося внаслідок зсуву вздовж контакту мі:х керамзитобетоном та нижнім шаром важкого бетону

У зразках серії II після прикладення зусилля попереднього обтиску було зафіксовано значні втрати попереднього напруження у стрічковій та стержнезій арматурі, іцо становили 80% від початкового обтиску. Це прнродньо, адже середній шар легкого бетону с податливіш. Проте попередній обтиск дозволив додатково зменшити прогини у комплексних зразках в 1 І-і.З раза, підняти тріщнностійкість дослідних зразків в 1.2-’ З раза. На угвореїшя та характер розвитку тріщин у теплоізоляційному керамзитобетоні впливу попереднього обтиску не виявлено. Зсувів між шарами в момент обтиску не зафіксовано.

У всіх дослідних елементах не внявлен" порушення зв'язку між зовнішнього стрічковою арматурою та важким бетоном.

Рис.2. Експериментальні прогини дослідних зразків

■ 3-. «’і • ’ *“ •• - •" ••--•"• '? '.''V'- ...

І"

'л,',.5н"іі’^і;п?^„

_ * • А\1 ■ у'* ■ ■ &*•-*</Ь ’І*"

■.С/-ІҐ .'У//*:/ :

2 ' ‘V

. ■ /

Рис.З. Характер руйнування зразків сери II

На основі експериментальних та теоретичних досліджень запропоновано залежності для оцінки впливу кількості поперечної арматури в прольоті зрізу (! > та в опорних стержневих системах (2) на несучу здатність комплексної сталі бетонної конструкції:

' ^ 264.2А1199 , (1)

<25657, &

Де Qo>ax - несуча здатність комплексної сталебетонної конструкції;

Цч» , - коефіцієнти поперечного армування в прольоті зрізу га

фермовій опорній конструкції, визначаються за формулою

' Л-.п «ft ■

і,і А™ - площа перерізу поперечного стержня, см2; п - кількість стержнів,

ч - крок поперечних стержнів, см; b - шнрина перерізу елементу, см

Проведені дослідження підкреслили вирішальну роль поперечного армування в таких конструкціях. Що ж стосується застосування різних видів поздовжньої арматури, то їх впливу не виявлено. Характер роботи зразків з стрічковою і стержневою арматурою подібний.

У четвертому розділі наведені загальні викладки основннх положень розробленої математичної моделі розрахунку комплексних сталебетонних конструкцій за методом скінченних елементів (MCE) та їх реалізація на ПЕОМ Подається аналітичний опис реальних діаграм деформування "g-є" важкого та легкого бетонів, арматури з фізичною ділянкою текучості та без неї, процесів уса шн та повзучості важкого та легкого бетонів. Коротко викладено формування загальної глобальної матриці лінійних (стержневих) та плоских (бетонних) скінченних елементів. У додатках подається реалізований алгоритм розрахунку комплексних сталебетонних елементів на мові програмування «Turbo Fiscal 7.0».

В розробленій математичній моделі арматурні стержні представлялись лінійними скінченними елементами, бетони - плоскими чотирикутними. Беручі-до увапг симетрію дослідних зразків, розглядали тільки ліву частину елемента, що дозволяло зменшити розмір глобальної матриці жорсткості та збільшиї,' кількість скінченних елементів.

Задача вирішувалася за пружною схемою. Фізична нелінінність бетону ; арматури врахована застосуванням ітерацінннх обчислень з уточненням емч-”-. модулів . гформацій скінченних елементів за описами реальних діаірім деформування відповідних матеріалів. Для опису реальних діаграм бетонів кі сталі використано залежність, рекомендовану ЕКЕ-ФИП для сшхі деформування бетону:

" ..і?, г . ; (4)

де т] =£/єи - інтенсивність деформацій; є* - поточна деформація; є„ -координата вершини діаграми; к - коефіцієнт нелінійності.

В роботі наведено рекомендації щодо обчислення значення коефіцієнта к для різних ділянок діаграми. .

Програма складена за таким загальним алгоритмом.

1. Введення фізнко-мсханічних характеристик бетонів та сталі, формування

розрахункової схеми плоских чотирикутних та лінійних стержневих скінченних елементів. .

2. Вирішення системи рівнянь МКЕ з обчисленням деформацій у вузлаіх скінченних елементів. За отриманими переміщеннями вузлів відносне видовження для лінійного скінченного елемента визначали за формулою:

*і~хі Уі~Уі хі ~х, у і — у і

Єи = и, +_ и. +У/ , (5)

V/ у - ‘и Ч .

для плоского чотирикутного скінченного елемента:

<6)

ХУ

-[/,) ,(ЦкГи,) (1 -*№-¥>) г(ук-V,)

ІУу-УіІ \Ук~Уі\ \xj-xl\"^. І**-*/! .

(3)

де х,Х - рухомі координати точок по висоті плоского чотирикутного скінченного елемента; и,У - отримані переміщення вузлів скінченних елементів після розв'язку системи лінійних рівнянь; х,у - координати вузлів скінченних елементів; - номери вузлів. • .

3. Визначення напруження стх, ау та тХ7 в скінченних елементах за реальними діаграмами матеріалів, корекція січних модулів Е, визначення

прогинів £ Напруження для плоского чотирикутного скінченного елемент: визначали за формулами: '

л. Перевірка міцності матеріалів. При вичерпанні міцності одного з елементів приймаємо ДР=ЛР/2, Р=Р+ДР та продовжуємо розрахунок з пункту 2.

5. Вивід епюр деформацій та напружень скінченних елементів, прогинів.

6. Збільшення зовнішнього зосередженого навантаження Р=Р+Дїї

Продовження розрахунку з пункту 2. .

7. Зупинка розрахунку здійснюється при досягненні встановленої попередньо точності за АР.

1. Вперше розроблено та досліджено на міцність і деформативність нові звичайні та попередньо напружені комплексні сталебетонні конструкції із

2. Основою запропонованого конструктивного рішення комплексної сталебетонної балки-плити, що працює на згин, є поперечний переріз, який складається із залізобетонного стиснутого верхнього шару та нижнього розтягнутого заармованого зовнішньою арматурою, проміжок між якими заповнено легким керамзитобетоном.

3. Проведені експериментальні дослідження комплексних багатошарових сталебетонних згинаних елементів дозволили означити ^ля них такі стадії роботи:

- стадії 1: від початку завантаження до появи перших нормальних тріщин комплекс і сталебетонна конструкція працює пружно, деформації по висоті складеного перерізу V тоть чітко виражений лінійний характер;

Е,

Е,

(10)

ЕьіГ

(11)

Тху 2(1 + V)

ВИСНОВКИ ТА ПРОПОЗИЦІЇ

зовнішнім стрічковим армуванням на ділянках похилих та нормальних перерізів. \

- стадія II: утворення нормальних та похилих тріщин, розвиток деформацій зсуву між шарами різних бетонів, формування похилої критичної тріщини в слабкому середньому бетоні;

- стадія III: руйнування комплексних сталебетонних зразків за зминанням

середнього слабкого бетону або зсувами по контактному нижньому шарі різних бетонів. ...

4. Одержані експериментальні дані досліджень міцності за похилими перерізами комплексних сталебетонних елементів та їх порівняння з теоретичними значеннями руйнуючих поперечних сил, визначені, згідно з існуючими вітчизняними та зарубіжними нормами, дають задовільні результати.

5. Суттєве значення для надійності робота за похилими перерізами комплексних конструкцій із зовнішнім стрічковим армуванням має:

а) зчеплення по довжині контактного шару легкого керамзитобетону та важкого бетону;

б) наявність запропонованої просторової стержневої системи на опорах,

яка забезпечує монолітність з'єднання легкого і важкого бетонів та протидіє зусиллям зсуву; . . ; .

в) міцність бетону, особливо керамзитобетону, що в прольоті зрізу забезпечується додатково поперечною стержневою арматурою, причому перевага надається похилим стержням під кутом а=45°;

6. Влаштування похилих анкерів під кутом 45° змінює характер руйнування комплексної конструкції, вони добре сприймають на себе зсуваючі зусилля між шарами різних бечонів, при цьому збільшують несучу здатність складеної сталебетонної конструкції в 1.6-1.8 раза.

7. Наявність на краях балкового елемента просторової стержневої системи збільшує несучу здатність комплексної конструкції в 1.3 раза, жорсткість - в 1.61.8 раза. Подальше посилення просторової опорної стержневої системи мало впливає на несучу здатність та жорсткість комплексної конструкції.

8. Застосування легкого теплоізоляційного керамзитобетону у середньому

шарі по висоті сталебетонної конструкції доззоляє зменшити власну вагу конструкції на 30-40% без зниження несучої здатності комплексного сталебетонного елемеїгга. , ■ .

9. Розроблена методика розрахунісу на ПЕОМ за методом скінченних елементів з врахуванням реальних діаграм деформування "сг-є" матеріалів відповідає роботі реальної комплексної сталебетонної конструкції. Огримані на її основі епюри напружень та деформацій у ваажому та легкому бетонах, стрічковій та стержневій арматурах, графіки прогинів добре відповіда.оть експериментальним даним.

Основні положення дисертації викладені в наступних статтях:

1. Шмиг Р.А., Волинець М.Е., Фамуляк Ю.Є. та ін. Методика виготовлення

та дослідження тришарових сталебетонних балок з зовнішнім листовим армуванням. В кн.: Проблеми теорії і практики будівництва. -Т.2: Сталебетонні конструкції. -Львів, 1997. -С.34-37. . . . .

2. Шмиг Р.А. Вплив поперечної арматури на міцнісні та деформівні властивості тришарових сталебетонних балкових конструкцій //Збірник наукових статей міжнародної науково-технічної конференції “Проблеми теорії і практики залізобетону”. -Полтава, 1997. -С:482-484.

3. Шмиг Р.А., Клименко Ф.Є., Барабаш В.М. та ін. Робота багатошарових

сталебетонних конструкцій під навантаженням// Матеріали П-го міжнародного симпозіуму "Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій". -Львів: ЛДАУ, 1996. -С.29-32. .

4. Шмиг Р.А., Волинець М.Е. Вплив конструктивних особливостей каркасів на несучу здатність тришарових сталебетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням //Матеріали науково-технічної конференції "25 років сталебетонних конструкцій з зовнішнім армуванням”. -Львів, 1996. -С. 113-П 7.

. 5. Шмиг Р.А. Особливості роботи сталебетонних тришарових комплексних

конструкцій з зовнішнім листовим армуванням //Матеріали науково-технічної конференції "Ресурсоекономні матеріали, конструкції., будівлі та споруди". -4.1. -Рівне, 1996.-С.137.

6. Клименко Ф.Є., Барабаш В.М., Шмиг Р.А. та ін. Економічна ефективність попередньо напружених сталебетонних балок прольотом 12 м. //Матеріали науково-технічної конференції "25 років сталебетонних конструкцій із зовнішнім армуваи тям". -Львів, 1996. -С.74-77.

7. Шмиг Р.А.,- Барабаш В.М., Фамуляк Ю.Є. та ін. Алгоритм обчислення

напружень і деформацій в перетинах сталебетонних стержнів, які працюють на стпск зі згином, з врахуванням нелінійності //Звітна конференція викладачів та аспірантів За наслідками науковсьдослідної роботи 1993 року, Львів, 13-20 квітня 1994 р.: Тези доп. -Львів: ЛДСГІ, 1994. І.239-240. .

8. Клименко Ф.Є., Волинець М.Е., Шмиг Р.А. Теоретичне дослідження .

роботи сталебетонних балок, армованих листовою арматурою //Вісник Львівського державного аграрного університету: Архітектура та

сільськогосподарське будівництво: 36. наук ттр! -Львів: ЛДАУ, 1996.-С.171-176.

9. Шмиг Р.А. Програмування задачі числового експерименту дослідження комплексних сталебетонних балок //Науково-технічна конференція, приспг ієна 140-річчю заснування Львівського державного агр-пного університету, Львів, 610 вересня 1996 р.: Тези доп! -Львів: ЛДАУ, 1996. -С.75.

АНОТАЦІЇ

Шмиг Р.А. Міцність та деформативність комплексних сталебетоншгх балкових конструкцій. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наух за спеціальністю 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі і споруди. -Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка, Полтава, 1997. .

В роботі викладені експериментально-теоретичні дослідження нових звичайних та попередньо напружених комплексних сталебетонних балковил конструкцій із зовнішнім стрічковим армуванням, що працюють на згин Основою запропонованого рішення е плитна конструкція, що складається із залізобетонного стиснутого верхнього шару та нижнього розтягнутогс армованого зовнішньою стрічковою арматурою, проміжок між якими займас середній шар з легкого теплоізоляційного керамзитобетону. Встановлено, ще суттеве значення для надійності роботи за похилими перерізами тришарови> сталебетонних елементів має зчеплення між шарами різних бетонів, наявністі фосгорових стержневих систем на опорах та похилих анкерів в прольоті зрізу Запропонована математична модель розрахунку за методом скінчення? елементів з врахуванням реальній діаграм деформування матеріалів визнана* напружено-деформований стан комплексних сталебетонних конструкцій, щ< працюють на згин на всіх стадіях завантаження. .

Ключові слова: комплексна сталебетонна конструкція, зовнішня стрічкові ар.\к.. ра, важкий та легкий бетони, похиле та поперечне армування, зсуви ш контактному шарі різних бетонів, несуча здатність.

Шмиг Р.А. Прочность и дгформативность комплексных сталебетонны: балочных конструкций. -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук т специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения. Полтавский государственный технический университет им.Ю.Кондратюкг Полтава, 1997. . .

В раооте изложены экспериментально-теоретические исследования новы обычных и предварительно напряженных комплексних сталебетонны балочных конструкций с внешним листовым армированием, работающих и изгиб. Основой предложенного решения есть плитная конструкция, состояша с железобетонного сжатого верхнего слоя и нижнего растянугог арм!-;к-санного внешней листовой арматурой, промежуток между которым занимает средний слой из легкого теплоизоляционного керамзитобетон: Установлено, что сущестсенное значение для надежности работы по наклонны;

ечениям трсхслойных. элементов имеет сцепление между слоями разных стонов, присутствие пространственных стержневых систем на опорах и зклснных анкеров в пролете среза. Предложенная математическая модель асчета но методу конечных элементов с учетом реальных лнаграм сформирования материалов определяет упруго-деформированное сосюянне омплексных сталебетонных конструкций, работающих на изгиб на всех тадиях нагружения.

Ключевые слив?.: комплексная сталебетонная конструкция, внешняя гнстовач арматура, тяжелый и легкий бетоны, наклонное и вертикальное |рм1!!'опанне, сдвиги по контактной плоскости разных бетонов, несущая способность. ■ .

Siimig R.A. Durability and deformation of concrete reinfotced beams -Vlanuccript. ‘

Di:-,renation for degree of Candidate of Technical Sciences by speciality

15.23.01 - Building Structures, Bu 'iings and Constructions. -Poltava J.Kondratyuk State Technical University, Poltava, 1997.

The thesis comprising the experimental theoretical investigations of new common and-preliminary tensed complex concrete reinforced constructiucns. The basis of the 'unlisted solution is the panel construction which is composed of the rein-forced pressed up layer ans the stretched lower layer reinforced with the external band sce’ctcn frame construction, the space between which is filld with the light heat isolation ceramezite-coiurete. 11 was estimated '.hat the great importance for the proper work with the bend tliree-layer steel concrete constructions is the connection between the layers of different concrete, the presence of space frame systems on the supporting' and the ber.d anchors in their flight of cutting. The suggested matkcmatic model according to the method of final elements defines the tense-deformed state of the complex concrete reinforced constructions regarding the real programmes of materials deformation at all loading stages.

Key words: ihe complex concrete-reinforced construction, external band sceleton frame construction, heavy and light concrete, bend and horiso: ‘al framing, bearing capacity.