автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность и жесткость малоармированных изгибаемых железобетонных элементов после образования локальных (единичных) трещин

1. ЖЕСТКОСТЬ МАЛОАРМКРОВАНШХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОСЛЕ ОБРАЗОВАНИЯ ТРЕЩИН.

1.1. Теория В.И.Мурашева и ее развитие. #

1.2. Влияние работы растянутого бетона над трещинами на деформации железобетонных элементов. М

1.3. Специфические особенности трещинообразования массивных железобетонных элементов.^

1.4. Модели деформирования железобетона с трещинами

1.5. Методы линейной механики разрушения и их практическое приложение.

Основные задачи исследования.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Программа экспериментальных исследований.

2.2. Изготовление опытных образцов. «зз

2.3. Физико-механические характеристики бетона и арматуры

2.4. Методика испытания опытных балок.

2.5. Результаты экспериментальных исследований

2.5.1. Трещинообразование опытных балок.

2.5.2. Работа растянутого бетона над трещинами

2.5.3. Прогибы опытных балок

ВЫВОДЫ

3. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Анализ коэффициентов , ^.7^

3.2. Анализ работы растянутого бетона над трещинами

3.3. Деформативность оштных балок.^

3.4. Анализ коэффициентов интенсивности напряжений в вершине нормальной трещины.

ВЫВОДЫ. 1°

4. РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ И ЖЕСТКОСТИ В ИЗГИБАЕМЫХ МАЛОАРМИРОВАНННХ СТАТИЧЕСКИ НЕОПРЕДЕЛИМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТАХ.

4.1. Основные положения принятой расчетной модели . . №

4.2. Определение напряженного состояния арматуры и бетона в сечении с трещиной. Ю

4.3. Определение жесткости в области единичной трещины . т

4.4. Определение усилий в статически неопределимых железобетонных балках после образования трещин. НЧ

4.5. Приближенный учет деформаций ползучести бетона . Ш

4.6. Алгоритм расчета малоармированных изгибаемых статически неопределимых железобетонных элементов с единичной трещиной по разработанной методике. №

4.7. Решение некоторых типов задач с использованием предложенной методики.

ВЫВОДЫ.¿

Большой удельный вес в промышленном, гидротехническом, дорожном и гражданском строительстве составляют малоармирован-ные железобетонные конструкции. Совершенствование методов расчета рассматриваемых конструкций с целью снижения расхода стали при сохранении их надежности является важной народнохозяйственной задачей, отмеченной в "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 года и на период до 1990 года".

Так, в трещиностойких элементах изгибаемых железобетонных конструкций количество арматуры, согласно действующим нормам проектирования, определяется по предельной стадии работы конструкции. Для конструкции, у которых Мдрвд^, площадь арматуры еще увеличивается не менее, чем на 15$ в сравнении с расчетом по прочности. При этом минимальное содержание арматуры по СНиП П-21-75 ограничивается коэффициентом армирования ^ в 0,05$, а по СНиП П-56-77 - не ограничивается совсем.

Вместе с тем, в трещиностойких изгибаемых элементах статически неопределимых конструкций при подборе арматуры не учитывается перераспределение усилий в местах трещин, поскольку жесткость конструкции согласно нора и усилия в ней определяются по эксплуатационной стадии.

Наряду с образованием трещин при М > Мт, в конструкциях возможно появление локальных трещин еще в строительный период от тешературно-усадочных деформаций или на ранних стадиях нагружения в местах дефектов в бетоне, а также там, где напряжения растяжения в бетоне превосходят его предельное минимальное значение. Учитывая это, расчет прочности трещиностойких изгибаемых элементов статически неопределимых железобетонных конструкций целесообразно вести в предположении образования локальных трещин. При этом следует учитывать перераспределение усилий в области влияния трещины, работу растянутого бетона над трещинами ( т.к. в малоармированных конструкциях растянутый бетон над трещиной существенно разгружает арматуру), а также положение трещины, при котором напряженно-деформированное состояние конструкции оказывается наиболее неблагоприятным как по прочности, так и по деформациям.

Такой подход к расчету прочности трещиностойких элементов статически неопределимых изгибаемых железобетонных конструкций в ряде случаев позволит снизить содержание арматуры, либо увеличить эксплуатационные нагрузки при сохранении их долговечности, что имеет большое народнохозяйственное значение.

Оценка жесткости в эксплуатационной стадии малоармированных статически неопределимых конструкций наиболее эффективна при совместном воздействии силовых и температурных нагрузок, важна для обеспечения их надежности и долговечности в присутствии агрессивных сред.

Влиянию единичных трещин при М < Мт на жесткость малоармированных конструкций С и последующему их развитию) не уделяется должного внимания, хотя многие конструкции эксплуатируются именно в этом интервале усилий.

Важность и актуальность проведения данных исследований обусловлена ограниченным числом экспериментальных и теоретических данных, которые позволили бы решить эти вопросы, связанные с проектированием и расчетом подобных конструкций, на уровне практических рекомендаций.

В связи с этим, на кафедре "Строительных конструкций и материалов" Гидротехнического факультета Ленинградского политехнического института им. М.И.Калинина под руководством д.т.н., профессора П.И.Васильева при научной консультации к.т.н. доцента Н.А.Малшшна с 1981 года проводились экспериментально-теоретические исследования, связанные с изучением работы железобетонных балок при малых процентах армирования с единичными трещинами. Основной задачей исследований является разработка общей методики расчета малоармированных изгибаемых железобетонных элементов с единичными трещинами.

Исследования проводились по плановой госбюджетной тематике. Представленная диссертационная работа является результатом этих исследований. В ней решаются вопросы прочности и жесткости изгибаемых железобетонных малоармированных элементов с единичными трещинами с применением методов механики разрушения.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Расчет прочности изгибаемых элементов статически неопределимых железобетонных конструкций, у которых М4МТ целесообразно выполнять в предположении образования локальных трещин, учитывая местное снижение жесткости в области трещины. Такой подход позволяет получить некоторую экономию арматуры для конструкций указанного типа, подвергающихся силовым и температурным воздействиям.

2. Относительная глубина проникновения трещины определяется в соответствии с линейной механикой разрушения по методу E.H. Пересыпкина в зависимости от критического коэффициента интенсивности напряжений, размеров сечения, коэффициента армирования и действующего момента; при этом значение относительной глубины проникновения трещины получается с некоторым "запасом" и одновременно учитывается масштабный фактор (увеличение S/ko с увеличением высоты сечения);

3. Для конструкций указанного вида коэффициенты и l/Jf могут приниматься равными 0,5 и 0,6 соответственно;

4. Осредненная изгибная жесткость в области влияния трещины ( на участке 2h. ) может быть определена по формуле (4.II).

5. Определение усилий в области трещины и сечения арматуры определяется итерационным способом; численные эксперименты показали достаточно быструю внутреннюю сходимость вычислительного процесса;

6. Данная методика позволяет одновременно определять ширину рас!фытия случайных трещин;

7. В ряде случаев достаточно близкие результаты могут быть получены при определении жесткости в области трещины по методике СНиП П-21-75;

8. По результатам численных экспериментов расчет по предлагаемой методике дает возможность снизить количество продольной арматуры приблизительно на 15$.

1. Баренблатт Г.И. Математическая теория равновесных трещин, образующихся при хрупком разрушении.- Прикладная математика и техн. физика, 1961, № 4, с.3-56.

2. Белов В.И., Васильев П.И., Пересыпкин E.H. К вопросу исследования напряженно-деформированного состояния железобетонных балок как систем, составленных из упругих блоков.- Труды коорд.совещ. по гидрот., вып. 58, Л., Энергия, 1973, с.60-64.

3. Васильев П.И., Пересыпкин E.H. Метод расчета раскрытия швов и трещин в массивных бетонных конструкциях.- Труды коорд. совещ. по гидрот., вып., 58. Л., Энергия, 1970, с.47-53.

4. Васильев П.И., Пересыпкин E.H. Напряженно-деформированное состояние железобетонной балки с трещинами.- Труды ЛПИ,

5. J* 363. Л., 1979, с.74-78.

6. Васильев П.И., Пересыпкин E.H. Об условиях образования продольных трещин в изгибаемых железобетонных элементах.- Строительство и архитектура, 1983, № 9, с.29-33.

7. Васильев П.И. Вопросы развития теории железобетона.- Бетон и железобетон, 1980, № 4, с. 26-27.

8. Вайсфельд A.A. Исследование напряженно-деформированного состояния нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов при частичном или полном отсутствии сцепления арматуры с бетоном.- Дисс. кан.техн.наук.- Владивосток, 1982.- 175 с.

9. Вовкушевский A.B., Шойхет Б.А. Расчет массивных гидротехнических сооружений с учетом раскрытия швов.- М., Энергоиз-дат, 1981.- 136 с.

10. Гвоздев A.A. К вопросу о теории железобетона.- Бетон и железобетон, 1980, № 4, с.28-29.

11. Гвоздев A.A. Некоторые механические свойства бетона,существенно важные для: строительной механики железобетонных конструкций.- В кн.: Исследование свойств бетона и железобетонных конструкций./ НИИЖБ. Труды ин-та. М., 1959, вып.4, с.5-16.

12. Гордон Л.А., Готлиф A.A. Статический расчет бетонных и железобетонных сооружений. М., Энергоиздат, 1982, 239 с.

13. Емельянов A.A. Расчет глубины усадочных трещин в стеновых панелях и плитах из легких бетонов.- Бетон и железобетон, 1968, ü 6, с. 17-19.

14. Егиян С.С. Прочность, жесткость и трещиностойкость малоармированных изгибаемых элементов из конструкционно-теплоизоляционных бетонов на пористых заполнителях.- Автореф. дис. кан. техн.наук.- 1984, 20 с.

15. Зайцев Ю.В. Моделирование деформаций и прочности бетона методами механики разрушения. М., Стройиздат, 1982,- 136 с.

16. Зейлигер В.А. Расчет напряженно-деформированного состояния массивных сооружений, ослабленных трещинами, с использованием специального конечного элемента.- Автореф. дисс.кан. техн.наук. Л., 1983. 20 с.

17. Кауфман А.Д. Расчетная модель для сечений изгибаемых железобетонных стержней.- Известия ВНИИГ/ Сб.научн.трудов. Л., 1981, т. 147, с. 36-38.

18. Кочетков О.И. Экспериментально-теоретическое исследование распределения деформаций в обычных изгибаемых железобетонных элементах, работающих с трещинами в растянутой зоне.- Автореф. дисс. техн.наук. М., 1966. 20 с.

19. Л.Е.Коган Влияние образования трещин на напряженное состояние арочных плотин. Предельные состояния гидротехнических сооружений. Труды коорд. совещ. по гидрот. вып., 31. Л., Энергия, 1966. с.188-202.

20. Кучерявенко П.Ф., Минарский А.Е., Расмашн В.А.,

21. Расмагина Л.С. Влияние трещинообразования на жесткость массивных железобетонных балок.- Труды коорд. совещ. по гидрот., вып. 58. Л., 1970, с.216-224.

22. Ламкин М.С., Пащенко В.И., Трапезников Л.П. Применение теории хрупкого разрушения к определению размеров температурных трещин в элементах бетонных конструкций.- Труды коорд. совещ. по гидрот., вып. 82, 1973. Л., Энергия, с.68-73.

23. Линдес А.Г. Влияние трещинообразования на работу железобетонных балок на упругом основании.- Сб. докладов по гидрот., вып. 12. Л., Энергия, 1972, с. 219-224.

24. Линдес А.Г. Учет трещинообразования при расчете балок на упругом основании.- Изв. ВНИИГ, т. ПО, 1976, с.64-68.

25. Лемыш Л.Л. Уточненные инженерные методы расчета по раскрытию трещин и деформациям изгибаемых железобетонных элементов.- Автореф. дисс. канд. техн.наук. М., 1979, - 20 с.

26. Лолейт А.Ф. О необходимости построения формул для подбора сечений элементов железобетонных конструкций на новых принципах.- Строительная промышленность,- М., 1932, № 5, с.

27. Мальцов К.А., Минарский А.Е., Расмагина Л.С. Трещино-стойкость массивных железобетонных балок.- Труды коорд. совещ. по гидрот., вып. 82. Л., Энергия, 1973, 0.42-47.

28. Мальцов К.А., Минарский А.Е., Линдес А.Г. К расчету массивных железобетонных балок на упругом основании.- Труды коорд. совещ. по гидрот., вып. 82. Л., Энергия, 1973, с.38-42.

29. Марчукайтис Г.В. О распределении напряжений и деформаций во внецентренно-сжатых пред. напряженных элементах.-Труды ВУЗов Лит. ССР. Строительство и архитектура, 1963, № 2 с. 17-19.

30. Мурашев В.И. Трещиноустойчивость, жесткость и прочность железобетона.- М., Машстройиздат, 1950, 268 с.

31. Мулин Н.М., 1^ща Ю.П. Арматура и условия ее работы в конструкциях.- Бетон и железобетон, 1971, Л 5, с.7-10.

32. Мулин Н.М. Особенности деформаций изгибаемых элементов.- В сб.: Теория железобетона, НИИЖБ, Стройиздат, 1972,с.43-51.

33. Немировский Я.М. Пересмотр некоторых положений теории раскрытия трещин в железобетоне.- Бетон и железобетон, 1970,3, с. 15-17.

34. Немцовский Я.М. К вопросу о влиянии бетона в растянутой зоне на несущую способность железобетонных элементов.- Строительная промышленность, 1948, №8, с. 18-21.

35. Панасюк В.В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами, Киев, Наукова думка, 1968, 126 с.

36. Панасш В.В., Бережницкий Л.Т., Чубриков В.М. Оценка трещиностойкости цементного бетона по вязкости разрушения.- Бетон и железобетон, 1981, № 2, с.19-20.

37. Пащенко В.И., Трапезников Л.П. Коэффициенты интенсивности напряжений в пластинах и балках, ослабленных системой односторонних паевых трещин.- Изв. ВНИИГ, т.Ю5, 1974, с.116--126.

38. Пересыпкин E.H. Напряженно- деформированное состояние железобетонных стержневых элементов с трещинами при учете физической нелинейности материала.- Изв. ВУЗов. Строительство и архитектура, 1980, № 2, с. 9-13.

39. Пересншсин E.H. Коэффициенты интенсивности напряжений и раскрытие трещин в железобетонных элементах.- Бетон и железобетон, 1978, № 12, с. 27-29.

40. Розенблшас A.M. О трещинах, напряжениях и деформациях, образующихся в железобетонных конструкциях под силовыми воздействиями.- Автореф. дисс.доктора техн. наук, Каунас,1966,- 30 с.

41. Рокач B.C. К теории деформирования железобетона.-Бетон и железобетон, 1975, № 3, с. 13-18.

42. Рокач B.C., Чайка В.П. Процесс образования трещин в обычных и пред. напряженных железобетонных изгибаемых элементах.- В сб.: Вестник ЛПИ, Львов, 1968, J& 25, с.37-40.

43. Савин Г.Н., Панасш В.В. Развитие исследований по теории предельного равновесия хрупких тел с трещинами (обзор) П.М. т. 1У, вып. I, Наукова думка, 1968, 230 с.

44. Соколов И.Б., Соломенцева E.H. Влияние трещин на перераспределение напряжений в бетоне гидросооружений.- Труды коорд. совещ. по гидрот., вып. 58, Л., Энергия, 1970, с. 386-398.

45. Трапезников Л.П. Двухпараметрическая модель разрушениябетона при растяжении с учетом структуры и ползучести материала. Описание модели.- Изв. БНИИГ, 1979, т.128, с.193-203.

46. Трапезников Л.П. О критерии развития температурной трещины при хрупком разрушении упруго-ползучего тела.- Изв. ЕНИИГ, т. ПО, 1976, с. 80-90.

47. Фрайфельд Е.Е. Теория железобетона и его расчет.-- Харьков, 1934, 247 с.

48. Цалик A.M. К расчету железобетонных изгибаемых балоки плит с учетом трещинообразования.- В Сб.: Строительные конструкции, Будивельник, Киев, 1968, с.25-28.

49. Цейтлин С.Ю., Щукин B.C. Образование трещин при вне-центренном обжатии железобетонных элементов тавровых и двутавровых сечений.- В Сб.: Прочность и жесткость железобетонных конструкций. М., 1965, вып. 10 с. 86-89.

50. Чижик В.А. Влияние растянутой зоны бетона над трещинами на средние деформации растянутой арматуры внецентренно-сжа-тых элементов.- В Сб.: Строительные конструкции, Киев, 1972, вып. 20, с.63-65.

51. Щубик A.B. Экспериментально-теоретическое исследование гибких сжатых элементов при длительном действии нагрузки. -Авто-реф. дисс. кан.техн.наук.- М., 1973., 20 с.

52. Швецов A.B., Соколов И.Б., Соломенцева E.H., 1убарь В.Н. Исследования железобетонных конструкций гидротехнических сооружений для обоснования методики их расчета по предельным состояниям.- Изв. ВНИИГ, т. 84. Л., Энергия, 1967, с.251-267.

53. Юркша A.B., Марчукайтис Г.В. К вопросу расчета глубины верхних трещин.- В сб.: Железобетонные конструкции. Труды Вильнюсского инж. стр. ин-та, 1970, № 3, с. 68-70.

54. Ягуст В.И. Сопротивление развитию трещин в бетонных конструкциях с учетом влияния макроструктуры материала.-Автореф.дисс. канд.техн.наук.- М., 1982. 20 с.

55. Строительные нормы и правила, ч. П, гл. 21. Бетонныеи железобетонные конструкции. Нормы проектирования (СНиП П-21-75). М., Стройиздат, 1976. - 89 с.

56. Руководство по тензометрированию строительных конструкций и материалов / НИИЖБ,- М., 1971.- 313 с.

57. Инструкция по определению призменной прочности и начального модуля упругости бетонов / НИИЖБ. М., Стройиздат, 1968.48 с.

58. ГОСТ 12004-66. Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение.- М., 1966 . 13 с.6/ ЪиМоА 5. У^^п^ о/ ¿¿£¿1 ¿а^хМ^сА. сии рл^.*/

59. Мосйея. Л. Л о/г/гУ^аМ. ¿о65. Р-г&УШап, о/ еслм^^е.тЛ/ьосС ёе/ггъ.1. Анък. тго6.</0, лЪ65. УсИг^уг^ А, и^игг^ /?<£.1. Ыи1 ¿ем. ¿Ь/жл.66. /У^о Ъ,, ле. Рсп^иптов ¿V л^ 3.

60. Министерства энергетики и электрификации СССР IП

61. ГЛАВНИИПРОЕКТ ВСЕСОЮЗНЫЙ ордена Трудового Красного Знамени НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ им. Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА

62. Ученому секретарю Ученого Совета ЛПИ им.М.И.Калинина проф.В.Н.Гусеву1. ВНИИГ им. Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА195220, Ленинград, Гжатская ул., 21 Телегр.: Ленинград 220 ВНИИГ, А. Т. 122659 „Напор" Тел. 535-54-451. На №.от.