автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность стеновых панелей с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил

На правах рукописи

ш

Шкутов Александр Сергеевич

ПРОЧНОСТЬ СТЕНОВЫХ ПАНЕЛЕЙ С ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ОТВЕРСТИЯМИ ПРИ СОВМЕСТНОМ ДЕЙСТВИИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СИЛ

Специальность 05 23 01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ООЗ 1В7"750

003167750

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный

университет архитектуры и строительства»

Научный руководитель - Заслуж деятель науки и техники РФ,

член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор Баранова Тамара Ивановна Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Люпаев Борис Михайлович кандидат технических наук Куликов Иван Михайлович

Ведущая организация - Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона им А А Гвоздева НИИЖБ, г Москва

Защита состоится «15» мая 2008 г в Д час на заседании диссертационного совета ДМ 212 18401 в Пензенском государственном университете архитектуры и строительства по адресу 440028, Пенза, ул Г Титова, д 28, корп 1, конференц-зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенского государственного университета архитектуры и строительства

Автореферат размещен на официальном сайте университета WEB www gasa penza com ru

Автореферат разослан «15 » апреля 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета ДМ 212 18401

В.А. Худяков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. В научно-исследовательском Центре системного исследования железобетонных конструкций Пензенского государственного университета архитектуры и строительства (ПГУАС) под руководством д т н, проф ТИ Барановой реализуется Комплексная программа экспериментально-теоретических исследований стен различных зданий и сооружений Выполнен очередной этап программы, посвященный изучению сопротивления стеновых панелей с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил Ответственным исполнителем указанного этапа являлся автор данной диссертации, которая выполнена в рамках комплексной программы К одной из основных задач исследований относится развитие нормативной экспериментальной базы стеновых панелей с технологическими отверстиями В настоящее время она находится в неудовлетворительном состоянии

Основу системного подхода к исследованиям железобетонных стен составляет преемственность рабочих программ, поэтому программа диссертации является продолжением исследований, проведенных в университетах Кембриджа Ноттингема (Англия) С одной стороны, эти исследования имеют высокий научно-технический уровень, с другой - диапазон изменения изученных факторов носит незавершенный характер Следовательно, продолжение развития единой нормативной экспериментальной базы стен и стеновых конструкций с предварительной систематизацией результатов проведенных физических экспериментов является актуальной задачей.

Таким образом, диссертация является очередной научной работой, посвященной факторному анализу и системному изучению сопротивления железобетонных стеновых панелей с технологическими отверстиями Стеновые панели являются основными элементами конструктивной схемы многоэтажных зданий Они образуют единую пространственную перекрестно-стеновую систему, состоящую из продольных и поперечных несущих стен, объединенных между собой и с перекрытиями Такие здания имеют часто расположенные поперечные стены, одну или две внутренние стены и несущие наружные стены, тем самым создаются условия для расширения области их применения и роста этажности Опыт возведения крупнопанельных зданий выявляет высокую эффективность их строительства даже в сейсмических районах Многочисленные стыки стен локализуют значительную часть деформаций пространственной несущей системы здания и одновременно выполняют роль зон нелинейного сопротивления и пластического деформирования как стен, так и здания в целом Использование стеновых заполнений в каркасных зданиях также значительно повышает их жесткость и является эффективным Таким образом, стены являются наиболее ответственными несущими конструкциями, имеют массовое распространение в строительстве, их стоимость достигает 6570% от стоимости всего здания

Практика строительства и исследования стеновых конструкций показала, что наиболее опасным видом их разрушения является разрушение среза в

расчетных зонах бетона Отсутствие полноценных строительных Норм проектирования нового поколения, а также отсутствие совершенных методов расчета прочности стен в действующих Нормах (СНиП 2.03.01-84) не позволяют описывать возможные схемы разрушения стеновых панелей

В результате возникают проблемы при их проектировании Как выход из положения в практике проектирования используются приближенный метод расчета прочности стен, в основе которого лежит балочная аналогия и метод расчета прочности наклонных сечений Кроме того, следует обратить внимание на то, что в настоящее время в практике проектирования широко используются компьютерные технологии, программные комплексы ПК, применяются нелинейные диаграммы соотношений напряжений и деформаций На пути развития этих технологий и диаграммных методов расчета существует ряд препятствий, к которым относится отсутствие нормативной экспериментальной базы, обосновывающей результаты расчета и обеспечивающей безопасность конструкций Проблемы при проектировании стен требуют срочного решения и развития экспериментальной базы

В настоящий период реализации в нашей стране приоритетных национальных проектов, в том числе проекта «Доступное и комфортное жилье», в области строительства особое значение приобретает совершенствование конструктивных решений и методов расчета стен Процесс совершенствования строительных конструкций также осложняется отсутствием в нашей стране полноценных новых Норм, регламентирующих их проектирование и позволяющих в условиях интенсивно развивающейся рыночной экономики обеспечить повышение качества, долговечности и безопасности зданий и сооружений на стадии проектирования

Следовательно, тема диссертации, посвященная разработке нового нормативного метода расчета прочности железобетонных стен и развитию экспериментальной базы, является актуальной Цель и задачи исследований

Для реализации системного исследования стен в единую систему приведены результаты физического эксперимента, проведенного автором, и результаты, полученные зарубежными учеными

Цель диссертации заключается в развитии теории сопротивления стеновых панелей с технологическими отверстиями на основе факторных исследований, разработке метода расчета прочности и конструирования железобетонных стен с проемами на основе моделирования сопротивления стен, разработке новой методологии построения расчетных моделей указанных стен Для выполнения указанной цели ставились следующие задачи

• провести анализ результатов ранее выполненных исследований железобетонных стен при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил, дать оценку уровня исследования сопротивления стен, имеющих технологические отверстия,

• разработать программу исследования стеновых панелей, включающую в себя основные факторы, к которым относятся схемы нагружения,

формы очертания и размеры технологических отверстий,

• выполнить физический эксперимент и сделать анализ результатов экспериментальных исследований, предусмотренных программой,

• развить теорию сопротивления стеновых панелей с технологическими отверстиями при изменении основных факторов,

• разработать расчетные схемы и провести численный эксперимент для получения более полной информации о характере напряженно-деформированного состояния стеновых панелей с технологическими отверстиями на основе программного комплекса Лира 9 2 при изменении исследуемых факторов,

• провести анализ полученных результатов и сформулировать экспериментально-теоретические основы сопротивления стен с отверстиями при изменении изученных факторов,

• разработать методологию построения каркасно-стержневых моделей КСМ-о сопротивления стен с технологическими отверстиями и их модификаций при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил,

• разработать расчетные зависимости для определения прочности стен с технологическими отверстиями на основе полученных моделей при действии вертикальной и горизонтальной нагрузок

Автор защищает.

• Результаты аналитических исследований железобетонных стен при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил

• Выявленные проблемы проектирования стеновых панелей с технологическими отверстиями

• Выявленный характер напряженно - деформированного состояния стен с технологическими отверстиями при изменении основных факторов с оценкой локальных зон концентрации, расположенных над угловыми зонами технологических отверстий

• Оценку характера образования трещин и схем разрушения в бетоне стеновых панелей при изменении основных факторов Классификации трещин и схем разрушения

• Закономерности изменения разрушающих усилий и усилий образования трещин в стеновых панелях при изменении основных факторов

• Методологию построения расчетных каркасно-стержневых моделей стен с технологическими отверстиями

• Аналоговые расчетные стержневые модели АСМ и каркасно-стержневые модели АКМ-п стен с технологическими отверстиями при изменении основных факторов

• Расчетные зависимости для определения прочности стен, разработанные на основе выявленных предельных состояний в элементах каркасно-стержневых моделей стен с технологическими отверстиями

• Оценку предлагаемого метода расчета стен с технологическими отверстиями

Научную новизну работы составляют:

• полученные экспериментально-теоретические основы сопротивления стен с технологическими отверстиями при изменении основных факторов,

• особенности характера напряженно-деформированного состояния стен с технологическими отверстиями при изменении основных факторов,

• закономерности изменения разрушающих усилий и усилий образования трещин при изменении основных факторов,

• новые аналоговые стержневые АСМ каркасные модели АКМ стен с технологическими отверстиями и их модификации при изменении основных факторов,

• разработанный метод расчета прочности стен с технологическими отверстиями прямоугольного и овального очертания при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил и развитии диапазона основных факторов

Практическое значение диссертационной работы заключается в разработке Сводов Правил по расчету и конструированию несущих железобетонных стен на основе проведенных исследований. Материал Сводов Правил рассмотрен и одобрен на совместном заседании Бюро Отделения Строительных Наук и Ученого Совета Отделения Строительных Наук Российской Академии Архитектуры и Строительных Наук (Протокол № 2/5 от 27 03 08, выписка из протокола прилагается в диссертации) Метод расчета стен, сечение которых ослаблено наличием технологических отверстий, использован в разработке проектов усиления поврежденных стен при реконструкции и восстановлении зданий в Пензенском регионе (здание Церкви Казанской Божьей Матери, п Мокшан, Собор Вознесения Христа, г Кузнецк, здание Законодательного собрания, г Пенза, здание гостиничного комплекса Интурист, г Пенза) Кроме того - в учебном процессе Пензенского государственного университета архитектуры и строительства по дисциплинам «Железобетонные конструкции», «Реконструкция зданий и сооружений» и спецкурсах

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на научно-технических семинарах кафедры "Строительные конструкции", на научно-технических конференциях, которые проходили в Пензенском государственном университете архитектуры и строительства, а также на международных конференциях РААСН, НИИЖБ ( Москва) и на заседании Бюро и Ученого Совета Отделения Строительных наук РААСН

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 статей, в том числе 1 статья - в журнале, входящем в перечень ВАК

Объем и структура диссертации Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов и указателя использованной литературы Текст изложен на 200 страницах, проиллюстрирован 90 рисунками и 10 таблицами В указателе литературы содержится 105 отечественных и переводных

источников

Работа выполнена на кафедре "Строительные конструкции" Пензенского государственного университета архитектуры и строительства в рамках научной программы Российской Академии Архитектуры и Строительных Наук «Разработка теории и технологии зданий и сооружений, эффективных строительных материалов, конструкций, технологий, инженерного оборудования, обеспечение безопасности», «Развитие механики строительных конструкций с учетом реальных физико-механических, реологических свойств материалов, износа и повреждения, обеспечение прочности зданий и сооружений» под руководством заслуженного деятеля науки и техники Российской Федерации, члена-корреспондента РААСН, доктора технических наук, профессора Барановой Т И

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Исследованию стен в нашей стране посвящено сравнительно небольшое количество научных работ Наиболее известными исследованиями, проведенными в последние десятилетия, являются работы следующих авторов Я M Айзенберг, M M Акуленко, А В Александров, Г H Ашкинадзе, В Д Аграновский, Д В Артюшин, Т И Баранова, В M Бондаренко, В С Бориев, Б H Волынский, И В Бубуек, Р Р Васильев, Е Г Валь, А А Гвоздев, В H Горнов, П Ф Дроздов, Ю А Дыховичный, В К Егупов, А С Залесов, А В Забегаев, X А Зиганьшин, Ю В Измайлов, В Г Имас, H И Карпенко, В И Колчунов, А Ф Кирпий, А С Калманюк, В А Клевцов, П И Кривошеев, С M Крылов, В И Коноводченко, Е А Король, И M Куликов, Р А Кулиев, Л С Ляхович, H H Ласьков, Л Л Лемыш, П Г Лобозин, В И Лишак, В И Липский, Л Е Линович, Р Л Маэлян, Д Р Маэлян, В А Максименко, H Г Матков, И Е Милейковский, В В Михайлов, H В Морозов, Л Д Мартынов, Л Л Паныпин, П Л Пастернак, Д M Подольский, С В Поляков, A M Проценко, А Р Ржаницын, А С Семченков, О Г Смирнов, Т В Скрипник, M Е Соколов, Б С Соколов, Ю M Стругацкий, В И Травуш, В В Ханджи, Ю H Хромец, Ю В Чиненков, Е А Чистяков, H H Шапошников и др

Еще меньшее количество работ проведено по исследованию стен с технологическими отверстиями за рубежом

За рубежом наиболее известными являются исследования следующих авторов IM Hanson, F К Kong, Т Paulau, H W Rassel, P J Robms, G R Sharp, A Singh, A Stevens, T R Tassios и др

В связи с тем, что программа данной диссертации является развитием программы исследований стеновых панелей с технологическими отверстиями, разработанной в университете Ноттингема, результаты испытаний автором диссертации систематизированы Согласно программе университета Ноттингема, испытано 28 крупногабаритных образцов стеновых панелей с размерами LxBxH 1500x100x750 мм Отверстия расположены симметрично относительно вертикальной грани стеновой панели Высота технологических отверстий принималась постоянной величиной, равной hOT=150 мм Внешняя грань расположена на расстоянии 1/3L относительно вертикальной грани

стеновой панели Точка пересечения осей симметрии находится на горизонтальной оси симметрии Длина отверстия изменялась в следующей последовательности Е,от=65-120-180-225-270 мм Армирование образцов осуществлялось продольной арматурой, расположенной вдоль нижней и боковых граней стеновой панели Испытания проводились в силовой раме при нагружении двумя сосредоточенными вертикальными силами, симметрично расположенными относительно вертикальной оси В развитие указанных испытаний разработана программа исследований диссертации (рис 1)

Первая глава имеет обзорно-аналитический характер В ней оценивается накопленный опыт отечественных и зарубежных экспериментально-теоретических исследований стен и стеновых конструкций Главное внимание уделяется развитию исследования стен с технологическими отверстиями и проемами Дана высокая оценка системному подходу к исследованиям Выявлена актуальность развития экспериментальной теории сопротивления стен на основе последовательного изучения влияния многочисленных факторов, определяющих прочность и деформативность стен Обоснована необходимость развития экспериментальной нормативной базы стеновых конструкций для оценки результатов расчета на стадии проектирования и обеспечения безопасности стеновых конструкций при эксплуатации зданий и сооружений

Анализ существующих методов расчета показал, что их основными недостатками являются разрозненность, отсутствие единого метода расчета, а также их приближенный и чаще эмпирический характер оценки прочности, трещинообразования и жесткости несущих систем зданий и особенно стеновых конструкций Наиболее прогрессивным методом расчета прочности и деформативности в период развития компьютерных инновационных технологий является диаграммный метод, позволяюший в большей степени описывать упругопластическую работу материала конструкций Другим научно обоснованным подходом к развитию методов расчета стеновых конструкций является использование расчетных аналоговых стержневых и каркасных моделей, хорошо описывающих напряженное состояние стен Наиболее развитой научной школой исследования и разработки методов расчета на основе аналогового моделирования является Научный Центр системного исследования железобетонных конструкций Пензенского государственного университета архитектуры и строительства

Наиболее крупными исследованиями стеновых конструкций и стен в нашей стране являются исследования ЦНИИЭПжилища (проведенные под руководством Г,Н Ашкинадзе г Москва) совместно с НТУ Греция (Афины) Испытания проводились при действии знакопеременных поперечных сил и сейсмических нагрузках

Особо следует выделить испытания стен, ослабленных технологическими отверстиями, проведенные в университете Нотгингема (Англия) Программа данной диссертации, по сути, является продолжением программ, реализованных в университете Ноттингем и носит экспериментально-факторный характер Схема программы приведена на рис 1 В нее включено два вида

экспериментальных исследований - физический и численный эксперименты. В качестве исследуемых выбраны три фактора - схема нагружения, виды очертаний технологических отверстий, а также фактор влияния длины технологического отверстия

Вторая глава. Программа проведения физического эксперимента разработана на основе анализа испытаний стеновых панелей, ослабленных технологическими отверстиями, выполненных университетом Ноттингема Она включает в себя исследования факторов, влияющих на прочность стен - схемы нагружения и размеры технологических отверстий.

Первый фактор представляет собой совместность действия вертикальных и горизонтальных сил при широком изменении диапазона вертикальной силы, которая поочередно принимается равной Р,=0 25 Р1га,, Р,=0 5 ^ ^=0 75 Рим Величина РК5, представляет собой разрушающую вертикальную силу, полученную при аналогичных испытаниях, ранее проведенных в университете Ноттингема. Величина силы при проведении эксперимента поэтапно увеличивалась до разрушающей величины Для соблюдения преемственности программ испытаний габаритные размеры стеновых панелей, геометрические характеристики, форма и место расположения технологических отверстий принимались аналогичными размерам и другим показателям образцов стен, испытанных в университете Ноттингем, на дейетвие вертикальных сил Испытано три серии болыпегабаритных образцов стеновых панелей в количестве 6 штук Класс бетона образцов стеновых панелей принят В20. Армирование осуществлялось продольной арматурой, расположенной вдоль нижней и боковых граней стеновой панели

Нагружение производилось вертикальной и горизонтальной силами, передаваемыми через грузовые площадки. Испытания проводились в силовой, раме, схема которой показана на рис 2 Деформация бетона и арматуры замерялась тензодатчиками и индикаторами часового типа.

Рис 2 Схема силовой установки испытания образцов стен с отверстиями 1- металлическая рама, гидравлические домкраты,

3-испытываемый образец,

4- жесткий штамп, 5- опорные катки

Глава 3. Получены следующие результаты. Выявлен характер изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) стен с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил Общей характеристикой изменений НДС является увеличение напряжений в бетоне над опорной площадкой, наиболее удаленной от сечения приложения горизонтальной силы, и снижение напряжений в зоне бетона, расположенной над второй опорой Величина разрушающей силы уменьшается пропорционально росту вертикальной силы (рис 3, а, б).

Аналитический обзор

Экспериментальные исследования

Фото силовой установки

Конструктивная схема

♦ Физический эксперимент

Исследуемые факторы

Схема погружения

Р=0.25Ри, Р«0.5Ри. Р«0.75Ри

Размеры технологического отверстия 1_от=225мм, Ызт=г270мм

жэтазйжппвйв

методов расчета

Численный эксперимент , «Расчетные схемы ,

Исследуемые факторы

» Схема нагружения

при Оии*. Ftл*t, <2«0

Р«0.25Ри, Р«0.5Ри, Р=0.75Ри

Форма очертания технологического отверстия овальное очертание, прямоугольное очертание Размеры технологического отверст ид^--«^ И» 1лг»225мм,

Результаты физического зкс!

Рис. 1.

А

Рис.3. Фото испытанных образцов стен. Характер образования трещин: а- стеновая панель с технологическими отверстиями Ь01,,=225 мм; б- стеновая панель с технологическими отверстиями ЬОТ11=270 мм.

В стеновых панелях, нагружаемых только вертикальной силой Р,е51, напряженное состояние имеет симметричный характер относительно вертикальной оси симметрии. При нагружении только горизонтальной силой (^ея напряженное состояние стеновой панели становится кососимметричным. При нагружении совместно действующими горизонтальной силой С>|е51 и поочередно сопутствующими вертикальными силами F1.F2.F3 напряженное состояние носит асимметричный характер. Установлены закономерности трещинообразования и проведена следующая классификация трещин. При нагрузке, равной (0,35-0,4) <3,ея, в угловых зонах технологических отверстий образуются короткие трещины Т-к, их траектории имеют ломано - наклонное очертание. Наклонная часть соответствует началу трещин, т.е. вершинам углов отверстий. Ширина раскрытия и длина трещин незначительны. Причиной их образования являются концентрация главных напряжений в угловых зонах отверстий. При повышении нагрузки рост трещин прекращается. Следующими по очередности образования являются граничные трещины Т-г, выделяющие наиболее нагруженные зоны, в которых концентрируются главные сжимающие напряжения. В стеновых панелях с отверстиями эти зоны располагаются между грузовыми и опорными площадками вертикальных и горизонтальных сил и соответствующими угловыми отверстиями см. рис.3 а, б. Образование трещин Т-г соответствует нагрузке, равной (0,55-0,75) К третьему классу относятся два вида разрушающих трещин. Первым видом является серия мелких параллельных коротких трещин £Т„, характеризующих раздавливание сжатой зоны бетона. Ко второму виду относятся магистральные трещины диагонального направления ТсгсЬ1; эти трещины характеризуют срез сжатого бетона. Их характер иллюстрирует фото испытанных панелей см. рис.3 а, б.

Схемы разрушения предопределяются образованием трещин. Выявлено два вида разрушения стеновых панелей. Проведена классификация схем разрушений. Разрушения первого вида характеризуются образованием серии мелких трещин в наклонных зонах бетона. Такое разрушение классифицируется как разрушение в результате действия главных сжимающих напряжений, равных уДь, и сопровождается отслоением бетона по поверхности наклонных наиболее нагруженных полос бетона см. рис.3 а, б. Разрушения второго вида характеризуются выстрелообразным появлением диагональной трещины среза

Т-т в сжатых полосах бетона. Испытанные стеновые панели показаны на рис.3 а, б.

Закономерности изменения разрушающих усилий при изменении изучаемых факторов - схемы нагружения и длины отверстий. Построены графики зависимостей опытных разрушающих сил (¡»¡ем от величины совместно действующих сил Р,=(0.25-0.5-0.75) Р,кь а также графики закономерностей изменения <3,е5, при изменении длины отверстий Ьот=225мм и Ьот=270мм (рис.4; 5 а, б, в). Анализ показывает - величина разрушающих усилий снижается с ростом вертикальных сил. Характер закономерностей снижения С?1к, не зависит от величины вертикальных сил и длины технологических отверстий. При увеличении вертикальной силы Р]=0,25РЦ разрушающая сила 0»1е5, снижается в 1,12 раза. При увеличении вертикальной силы Р|=0,5Ри разрушающая сила <31ет снижается в 1,1 раза. При увеличении вертикальной силы Р]=0,75Ри разрушающая сила снижается в 1,15 раза. При увеличении длины отверстия разрушающая сила снижается при р!=0,25р,е51 в 1,2 раза, при Р2=0,5РГе5г - в 1,1 раза, при Р3=0,75Р,е5| - в 1,2 раза.

Оценка закономерностей снижения разрушающей силы при увеличении длины отверстий. Интенсивность снижения разрушающих сил Р,ея при увеличении вертикальной силы Р1е5, имеет две точки перелома в сторону уменьшения прочности при вертикальной нагрузке Р;=200 кН и Р—300 кН (рис.4; 5 а, б, в). Рост горизонтальных сил приводит к неравномерному нагружению опорных зон бетона. Степень снижения главных сжимающих напряжений а> над разгружаемой опорой достигает уровня исчезновения зон концентрации напряжений При этом характер сопротивления стен при действии

поперечных (срезающих) усилий не изменяется.

Рис.4. График зависимости опытных величин разрушающих горизонтальных усилий (,)1{... и сопутствующих вертикальных усилий Р^ ¡-стеновые панели без отверстий; ■ 2-стеновые панели с технологическими отверстиями Ц„=225 мм; 3- стеновые панели с технологическими отверстиями Ц1ТН=270 мм;

опыты автора • - опыты ПГУАС опыты Ноттингем

сопутствующих Рь Р2', Р? вертикальных усилий (в) при нагружении только вертикальной нагрузкой Г,, и совместно действующих горизонтальных разрушающих и сопутствующих р2; р3 нагрузок (б)

Четвертая глава. В соответствии с программой исследований проведен численный эксперимент Рассчитано 60 стеновых панелей с различными расчетными схемами Расчетные схемы изменялись в зависимости от изменения схем нагружений - от нагружения вертикальной нагрузкой Р к нагружению горизонтальной нагрузкой <5 и далее к совместному нагружению вертикальной Р и горизонтальной () нагрузками Кроме того, в расчет включены такие факторы, как удлинение и форма очертания технологических отверстий

Выявлено, что наличие технологических отверстий прямоугольного и овального очертания не изменяет принципиального характера напряженного состояния стеновых панелей При этом определяющую роль в сопротивлении стеновых панелей играют главные напряжения Их численное значение выше величин нормальных напряжений в 3-4 раза, касательных - в 1 5 раза

Характер распределения главных напряжений по полю стеновых панелей зависит от схемы их нагружения При действии горизонтальной, а также вертикальной нагрузок траектории главных максимальных напряжений концентрируются в наклонных полосах бетона, расположенных между грузовыми и опорными площадками (рис 6,7)

Технологические отверстия препятствуют свободному расположению траекторий максимальных главных напряжений и раздваивают траектории напряжений по направлению оптекаемости отверстий При этом изменяются углы наклона главных напряжений и создаются локальные зоны концентрации траекторий главных напряжений в угловых зонах технологических отверстий Величина напряжений при этом возрастает в 6-6 5 раз Изменяется общий вид сжатых наклонных зон Они становятся овалообразными

Установлено, что изменение очертаний технологических отверстий при переходе от отверстий прямоугольного очертания к овальным отверстиям не приводит к принципиальному изменению характера напряженного состояния стеновых панелей Отличительными особенностями при этом следует считать снижение численного значения главных напряжений в три раза и изменение характера траекторий напряжений в зоне их концентрации (рис 6,7,8) Они становятся более плавными, следовательно, возникают условия, повышающие трещиностойкость бетона в локальных угловых зонах концентрации напряжении

Увеличение габаритной длины технологических отверстий в сторону вертикальной оси стеновых панелей приводит к снижению углов наклона главных напряжений на 5° в результате увеличения усилия воздействия на рабочую наклонную полосу бетона Прочность стеновой панели снижается пропорционально уменьшению угла наклона главных напряжений Анализ распределения касательных напряжений показывает, что их численные значения гораздо выше величин нормальных растягивающих напряжений, зоны концентрации максимальных касательных напряжений совпадают с зонами концентрации главных напряжений Эти участки следует считать опасными, т е расчетными зонами бетона (рис 9) Напряженное состояние стеновых панелей не соответствует напряженному состоянию балочных конструкций В отличие от

изгибаемых элементов в стеновых панелях отсутствует единая линия нулевых значений нормальных напряжений, т.е. нейтральная ось. В значительной мере различается характер распределения сжимающих и растягивающих напряжений, имеет место разрозненный характер распределения сжатых и растянутых зон бетона. Большую роль играет сближение зон местного действия сил с зонами локальной концентрации напряжений и зонами максимальных растягивающих напряжений. Имеет место многообразный характер взаимовлияния напряжений в системе их разрозненного расположения по полю стены. При совместном действии вертикальных и горизонтальных сил происходит наложение полей главных напряжений, точнее, наложение каркасных систем, состоящих из наклонных сжатых и горизонтальных (вертикальных) растянутых участков бетона. В результате образуется единая каркасная несущая система, соответствующая совместному действию вертикальных и горизонтальных сил. Кроме сжатых наклонных зон бетона в каркасную систему входит горизонтально растянутая зона бетона при действии вертикальной нагрузки, либо горизонтальная и вертикальная зоны при совместном действии вертикальных и горизонтальных нагрузок. При изменении внешней нагрузки происходит модификация напряженного состояния панелей единой каркасной системы.

^ «Г

ТШ1

Рис.6 Схема напряженно-деформированного состояния стеновых панелей Линии главных напряжений С| при действии горизонтальных сил (С)^,)

Рис.7 Схема напряженно-деформированного состояния стеновых панелей. Линии главных напряжений 0| при действии вертикальных сил (РШ51)

Рис.8 Схема напряженно -деформированного состояния стеновых панелей Линии главных напряжений С| при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил

Рис.9 Схема напряженно-деформированного состояния стеновых панелей. Линии касательных напряжений Т] при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил

Глава 5. Разработка методов расчета прочности стеновых панелей с технологическими отверстиями прямоугольного и овального очертания при совместном действия вертикальных и горизонтальных сил. Методология построения расчетных моделей.

В данной главе использована методология построения расчетных стержневых и каркасных моделей, предложенная профессором Т.И. Барановой. Она базируется на принципе копирования физической работы стеновых панелей. Для осуществления этого принципа проведена схематизация характера напряженного состояния стеновых панелей. Обоснована идея, которая заключается в том, что решающую роль в обеспечении прочности стеновых панелей играют главные напряжения. Выделены зоны максимальных главных сжимающих напряжений, ослабленных наличием отверстий (рис.10). Характерно, что траектории главных сжимающих напряжений концентрируются в пределах диагонально расположенной, условно говоря, каркасной несущей системы с максимальными сжимающими напряжениями. Данная система образуется наложением полей напряжений от действия вертикальных и горизонтальных сил. Отличительной особенностью напряженно-деформированного состояния стеновых панелей является наличие зон концентрации главных напряжений б угловых зонах отверстий.

Упрочняющую роль выполняют зоны местных напряжений под грузовыми и опорными площадками (сг1т ). Следующей особенностью является отсутствие зон с максимальными растягивающими напряжениями. Значительной по размерам является зона малых напряжений гг„,.п (рис. 10). Отверстия раздваивают наклонный поток траектории главных сжимающих напряжений. В среднем угол наклона главных напряжений трижды изменяется в сторону выполаживания, т.е. уменьшения угла наклона главных напряжений. Выделены основные элементы каркасной системы. К ним относятся наклонные участки (полосы) бетона, расположенные между опорными и грузовыми площадками и зонами концентрации напряжений в угловых зонах отверстий. Ключевые точки определяются на пересечении осей действия сил по низу и по верху панелей. Ключевые точки стержневых моделей в зоне концентрации напряжений над вершинами углов отверстий следует принимать в центре тяжести эпюр концентрации напряжений.

д ^ у,,,, я Рис. 10. Схема расположения зон

I / / '** максимальных и минимальных напряжений: ЯшЩШгЯЙ&ЗШ; <гАвю - максимальные главные сжимающие напряжения;

о~Ьюа - минимальные главные сжимающие напряжения;

су,,,,, - максимальные местные напряжения; сгЬ1тп - минимальные главные растягивающие напряжения;

- максимальные сжимающие напряжения в зонах концентрации.

Для решения вопроса оценки правильности выбора угла наклона главных напряжений в условиях многократного изменения по диагональному направлению стеновых панелей, а также для оценки формирования каркасной несушей системы проведены исследования напряженно-деформированного состояния стеновых панелей

Для этого использована теория плоского одноосного напряженного состояния профессора ГА Гениева Суть теории заключается в решении дифференциального уравнения равновесия плоской задачи путем введения дополнительного условия параболического типа, которая намного проще системы уравнений элептического типа теории упругости Дополнительным является условие равенства нулю минимальных растягивающих напряжений, которое приводит к одноосному напряженному состоянию, которое реализуется в направлении траектории главных сжимающих напряжений На основании дифференциальной зависимости между функциями и гг,, по характеристики {х) определяется векторное поле направлений траекторий главных сжимающих напряжений Решение задачи рассматривается в диссертации Введением функции угла наклона а = а(ху) траектории максимального главного напряжения а, к оси л- на основании соотношения (5 1) получены расчетные уравнения

2т 2 ст^а <&2а= -- =--------, те (5 1)

<?«= (5 2)

Таким образом, направления характерных линий в каждой точке сплошной среды совпадают с направлениями траекторий главных сжимающих напряжений На основе полученных зависимостей построена схема траекторий главных напряжений в стеновых панелях с технологическими отверстиями (рис 11), сделан вывод, что пересечения траекторий главных сжимающих напряжений под грузовой и опорной площадками действия горизонтального усилия С? образуют наклонную полосу диагонального направления в стеновых панелях сплошного сечения, ослабленных технологическими отверстиями Угол наклона траекторий главных напряжений изменяется от /.а = 90°до ¿а = 120°

а- стеновая панель сплошного сечения

б- стеновая панель с технологическими отверстиями

Совершенствование метода расчета стеновых панелей с технологическими отверстиями. Построение аналоговых стержневых моделей АСМ стеновых панелей с технологическими отверстиями. Принципиальный подход к построению включает в себя определение ключевых точек аналоговых моделей, далее - углов наклона продольных осей симметрии несущих элементов стержневых и каркасных моделей, определяющих прочность стеновых панелей с отверстиями, ширину сечений наклонных несущих сжатых полос бетона, а также класс бетона сжатых полос и класс арматуры растянутых поясов При этом за основу принимается опыт построения моделей стен сплошного сечения и стен с отверстиями при действии вертикальных и горизонтальных сил

Ключевые точки моделей принимаются расположенными в центре тяжести грузовых и опорных площадок, формирующих наклонные сжатые полосы бетона, а также центры тяжести эпюр сжимающих напряжений в расчетных полосах, в угловых зонах концентрации напряжений технологических отверстий Модифицированная стержневая модель стеновых панелей с отверстиями образуется путем соединения ключевых точек (рис 12) Стержневая модель носит кососимметричный характер и позволяет определять увеличивающиеся или уменьшающиеся усилия в расчетных стержнях в соответствии с ростом внешних сил

Рис 12 Расчетная стержневая, модель с технологическими отверстиями С,- углы наклона расчетных стержней, S,- сжимающие усилия в наклонных стержнях, Т,- растягивающие усилия в арматурном поясе

Назначение стержневых моделей заключается в определении усилий 8, и Т, в расчетных стержнях, имитирующих сжатые зоны бетона и растянутые арматурные пояса стеновых панелей с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил

Определение усилий ,дг,. в элементах моделей

производится по зависимостям (5 3)-(5 10)

' ,_а_.(53) г,./- ±-2-

зтво, '80 о чо,

С 51ПЙ-С05$ tgвl

эт^-совй* tgв¡

5„ = : - ± •

-(5 4),

С "Р — С '-'л, ~

Д Гро, =

sm<9, ctg9,-cos6, -cosé' + smé' ctgd,

sm6>, ctgd, -eosв,

■ (5 7), s;f = sc

sin#,-cosé1, tg6t

(5 6), "(5 8),

SZ cose, -St

COS, в.-

^ -(5 = Í

eos ft,-57 cosí?

COS0.;

45 10)

Построение аналоговых каркасных моделей АКМ стен с технологическими отверстиями. Каркасная модель представляет собой несущую систему исследуемых панелей Ее назначение заключается в определении наиболее нагруженных зон бетона и далее - обеспечении расчета их прочности стеновых панелей с малогабаритными отверстиями Аналоговая модель АКМо позволяет обеспечить безопасность исследуемых стен Она показана на (рис 13) Такая модель реализуется при разрушении расчетных полос бетона в результате действия сжимающих усилий

При разрушении сжатых полос бетона в результате диагонального среза построена расчетная каркасная модель среза АКМ», (рис 14) Эта модель позволяет производить расчет сжатых полос на срез по диагональному сечению Полная схема модели AKM0t приведена в диссертации

Предельное состояние расчетных сечений АКМо,. и АКМ0 . При разрушении стеновых панелей в результате сжатия бетонных полос предельным состоянием расчетных сечений является достижение сжимающих напряжений величин расчетных предельных значений ybRb (рис И) При разрушении полос бетона в результате среза предельным состоянием следует считать достижение касательными напряжениями величин расчетных предельных значений уыЯы

Оценка напряженного состояния зон концентрации сжимающих напряжений в угловых участках бетона над технологическими отверстиями. Разрушение стеновых панелей по причине концентрации напряжений в угловых зонах отверстий не происходит Поэтому предельным состоянием указанных зон является образование наклонно-ломанных коротких трещин Предельным состоянием в момент появления трещин является достижение растягивающими напряжениями аы, действующими в поперечном сечении относительно длины направления трещин, предельных величин уыКЬп (рис 14) Оценка выявленного напряженного состояния согласуется с трещинообразованием в бетоне зоны местной концентрации напряжений и фактически обосновывает принцип построения расчетных моделей АСМ, АКМ0, АКМо, АМогс который касается введения шарниров в узлы сопряжения стержневых элементов аналоговых моделей

Предельным состоянием растянутых зон следует считать достижение растягивающими напряжениями в продольной арматуре предельных величин y,R,, при условии, что в бетоне рассматриваемого сечения образовалась трещина Однако в проведенных испытаниях такого состояния не наступало в связи с влиянием принятых схем испытаний панелей, исключающих появление высоких растягивающих напряжений

Расчетные зависимости прочности стеновых панелей с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил. Расчет прочности при раздавливании сжатой наклонной полосы производится по расчетной полосе, расположенной под и над проемом по зависимостям (5 11), (5 12)

F<yb ув Rb lbl b-(9), F<y0 ув Rb /и b - (5 11),

-т,

Т

Рис. 13. Фрагмент аналоговой модели прочности стеновых панелей с технологическими отверстиями при разрушении сжатых полос бетона и нагружении вертикальной и горизонтальной силами. Схемы предельного состояния сжатых полос бетона и арматурного пояса.

т

Рис. 14. Фрагмент аналоговой модели прочности стеновых панелей с технологическими отверстиями при

разрушении в результате среза сжатых полос бетона и нагружении вертикальной и горизонтальной силами. Схемы предельного состояния при срезе диагональных сечений сжатых полос бетона.

где 1Ы - ширина расчетной наклонной сжатой полосы бетона. ■

Расчет прочности сжатой наклонной полосы при срезе производится по расчетной полосе, расположенной под и над проемом по зависимостям (5.12), (5.13)

Г^Ув-ГьГ.

въ

■к

■ Кь,

■ Л.,

■ 4,

■со$0г -зтв,

(5.12)

(5.13)

где уд - коэффициент, корректирующий углы наклона стержневых элементов расчетной модели СМ;

Аьд - суммарные площади диагональных сечений среза, и определяется по формуле

АЬТ=\3-1,ГЬ. ' (5.14)

Расчет прочности по растянутому арматурному поясу производится по формуле (5.15)

Г < Г,.-■ 4 ' > (5Л5)

Условие трещи нообразования в бетоне зон концентрации напряжений в угловых участках отверстий стеновых панелей имеет вид:

Г«:£0.3г* А ' (5.16) .

где ¿т - длина угловой трещины.

Оценка предлагаемых методов расчета стеновых панелей с технологическими отверстиями. Совершенствование методов расчета указанных стеновых панелей осуществлялось на основе моделирования сопротивления и базировалось на физическом и численном экспериментах. В

рассматриваемой работе новое развитие получили аналоговые модели стен с технологическими отверстиями сформирована нормативная экспериментальная база, увеличено количество изучаемых факторов и расширен диапазон их изменения Исследования панелей с отверстиями овальною очертания проведены впервые В таких панелях усилия трещиностойкости зон местной концентрации напряжений увеличиваются в три раза по сравнению с панелями, имеющими отверстия прямоугольного очертания Осуществлено развитие экспериментальной теории сопротивления указанных стеновых панелей Главным преимуществом разработанных методов расчета является их способность хорошо описывать физическую работу и характер напряженного состояния стеновых панелей с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил

Для оценки предлагаемых методов расчета построены графики расчетных зависимостей, по результатам проведено сопоставление расчетных и опытных

величин рис 15

Q

НА.

Рис 15 Графики сопоставления методов расчета прочности стеновых панелей с технологическими отверстиями и опытных величин 1

нормативный метод расчета СНиП 2 03 0184* {75]

2- нормативный метод расчета СНиП 2 03 01 -84* [72]

3- предлагаемый автором метод расчета а) -среза сжатых полос, б) - сжатых наклонных полос

4- опытные величины

5- метод расчета стен сплошного сечения, на основе аналоговых моделей (АСМ и АКСМ) разработанный в университете ПГУАС

Предлагаемый метод расчета хорошо описывает закономерности изменения разрушающих усилий при изменении исследуемых факторов-схем нагружения и увеличении длины технологических отверстий Среднее отклонение опытных и расчетных величин составляет Qtes/Qcaic = 1 15 Расчетные зависимости прочности стен сплошного сечения завышают расчетную прочность в 2 раза, но хорошо описывают закономерность изменения разрушающих сил Сделан вывод о том, что этот метод является прогрессивным При оценке прочности используется принцип моделирования, что является основой совершенствования метода расчета стен с технологическими отверстиями Расчетные зависимости Норм проектирования СНиП 2 03 01-84* не описывают фактическую схему разрушения, носят приближенный характер и не учитывают наличие отверстий Указанный метод базируется на балочных аналогиях, работа которых не соответствующих характеру сопротивления стен Среднее отклонение опытных и расчетных величин Qtes/Qcaic=2

Основные выводы

• Анализ накопленного опыта экспериментальных исследований и существующих методов расчета выявил, что в практике проектирования отсутствуют методы расчета прочности стеновых панелей с технологическими отверстиями Нормы проектирования СНиП 2 03 01-84* при расчете стен используют балочные аналогии, не описывающие физический характер стен, не реагирующие на изменение основных факторов, не учитывающие наличие технологических отверстий и не имеющие экспериментального обоснования Совершенствование метода расчета стен необходимо осуществлять на основе физического и численного эксперимента с использованием системного подхода и преемственности программ исследований стен

• Систематизированы результаты экспериментальных исследований стен и стеновых конструкций, проведенных в нашей стране и за рубежом Наиболее крупные исследования проведены в университетах Ноттингема и Кембриджа (Англия) Осуществлен системный подход и реализован принцип преемственности программ исследований данной диссертации и указанных зарубежных исследований Создана экспериментальная база для совершенствования метод расчета стеновых панелей, ослабленных технологическими отверстиями В качестве основы совершенствования методов расчета выбран наиболее прогрессивный метод моделирования сопротивления стен

• Усовершенствована методология построения стержневых и каркасных моделей Введен принцип копирования характера сопротивления стеновых конструкций, а также ограничена область моделирование стен Моделирование сопротивления осуществляется для тех конструкций, в которых определяющую роль играют главные напряжения Исследуемые стеновые панели отвечают указанным требованиям Оценка влияния главных напряжений производится на основе теорий плоского одноосного напряженного состояния профессора Г А Гениева

• Наличие технологических отверстий ослабляет рабочие сечения и трансформирует траектории главных напряжений, которые играют определяющую роль в сопротивлении стен, создают новые локальные зоны концентрации напряжений, в результате чего изменяется характер сопротивления стеновых панелей и снижается их прочность

• Испытание стеновых панелей выявило влияние схем нагружения на величину разрушающей силы При совместном действии вертикальных и горизонтальных сил вертикальная сила поочередно изменялась и принималась равной Р,=(0 25-0 5-0 75) Рйй при этом величина разрушающей горизонтальной силы уменьшается соответственно в 1 13,1 2,1 5 раза

• Увеличение длины технологического отверстия в 1 2 раза от Ьот=225 мм до ЬОТ=270 мм приводит к снижению прочности расчетных сжатых полос бетона в результате изменения углов их наклона Снижение прочности стеновых панелей происходит пропорционально снижению угла наклона сжатых полос бетона

• Выявлено два вида разрушений стеновых панелей с технологическими отверстиями Произведена классификация схем разрушения К первому классу относится разрушение стеновых панелей в результате сжатия наклонных расчетных полос бетона Ко второму классу отнесены разрушения в результате среза наклонных сжатых полос бетона

• Проведена классификация трещин в бетоне исследуемых стеновых панелей К первому классу отнесены граничные трещины Т-г, выделяющие наклонные полосы бетона, в пределах которых концентрируются траектории главных напряжений Ко второму классу относятся серии мелких параллельных трещин £Т-в, которые характеризуют разрушение бетона наклонной полосы в результате сжатия К третьему классу относятся диагональные трещины Т, расположенные в наклонных сжатых полосах бетона, которые характеризуют разрушение сжатых полос бетона в результате среза Особенностью классификации трещин в стеновых панелях с технологическими отверстиями являются короткие трещины Т-к, образующиеся в бетоне в зоне концентрации напряжений над угловыми зонами отверстий Их особенностью является раннее образование и раннее прекращение их роста как по длине, так и по ширине

» Построение расчетных аналоговых стержневых моделей стен с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил осуществляется путем использования опыта моделирования стен сплошного сечения и стен с малогабаритными отверстиями при действии вертикальных сил Новым подходом к моделированию является введение двух новых ключевых точек, соответствующих схеме нагружения панелей совместно действующими вертикальными и горизонтальными силами Эти ключевые точки располагаются в центре эпюр главных напряжений, расположенных над вершинами углов технологических отверстий, те в зоне концентрации главных сжимающих напряжений а: Именно в этих зонах происходит резкое искривление траектории главных напряжений О]

• Построение расчетных каркасно-стрежневых моделей АКМ0, АКМ0т стен с технологическими отверстиями осуществляется на основе использования известных моделей прочности стен сплошного сечения Основным отличием построения каркасно-стержневых моделей является моделирование нового направления траектории главных напряжений с изломом в зоне размещения отверстий Траектории имеют более плавное очертание в стеновых панелях с овалообразными отверстиями Особенность построения моделей заключается в необходимости учета раздвоения концентрированного потока траекторий главных сжимающих напряжений в зоне размещения отверстий В этом случае сжатые наклонные полосы бетона, расположенные между грузовыми и опорными площадками, приобретают овалообразное очертание В результате количество расчетных сжатых полос бетона удваивается

• Функциональное назначение стержневых моделей АСМ0 заключается в том, что на их основе определяются усилия

• Определение усилий, действующих в стержневой модели АСМ, производится по правилам строительной механики при условии шарнирного

соединения стержневых элементов в узлах На основе аналоговых каркасных моделей АКМо и AKMoi получены расчетные зависимости для определения прочности сжатых полос При разрушении стеновых панелей в результате сжатия бетонных наклонных полос, предельным состоянием расчетных сечений является достижение сжимающими напряжениями расчетных предельных значений yhRt При разрушении стеновых панелей в результате среза сжатых наклонных полос бетона предельным состоянием расчетных сечений следует считать достижение касательными напряжениями величин расчетных предельных значений уыЯы

• Предлагаемый метод расчета хорошо описывает закономерности изменения разрушающих усилий при изменении основных факторов - схем нагружения и увеличения длины отверстий Достоинством разработанного метода расчета является использование принципа моделирования сопротивления стеновых панелей с технологическими отверстиями Усовершенствованы аналоговые стержневые АСМ0, AKM0t и АКМ0, и каркасные модели Совершенствование указанных моделей осуществлялось на основе результатов исследований, проведенных автором Предлагаемый метод расчета повышает расчетную прочность, позволяет снизить расход материалов Расчетные величины хорошо согласуются с опытными, среднее отклонение составляет

Ftest/F calc"~115

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих

работах-

1 Шкутов А С Экспериментальное исследование прочности деформативности и трещиностойкости моделей стеновых панелей [Текст] // Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов Материалы IV международной научно-техническои конференции -Волгоград, ВГАСУ, 2005 - с 59-62

2 Шкутов А С Экспериментальное исследование прочности деформативности и трещиностойкости моделей стеновых панелей с неполным симметричным опиранием по трем сторонам без бокового обжатия [Текст] //Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии Материалы VI международной научно-технической конференции - Тула. ТУЛГУ, 2005 - с 74-75

3 Шкутов, А С Сопротивление балок стенок при сложных схемах нагружения [Текст] / Шкутов А С Багдоев С Г // Эффективные строительные конструкции теория и практика Материалы IV международной научно-технической конференции - Пенза ПГУАС, 2005 -с 245-248

4 Шкутов А С Экспериментальное исследование стен при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил [Текст] // Эффективные строительные конструкции теория и практика Материалы IV международной научно-технической конференции - Пенза ПГУАС, 2005 - с 248-251

5 Шкутов А С Эффективность использования стеклопластиковой арматуры в стеновых ограждающих констр\ кциях зданий и сооружений [Текст]// Эффективные строительные конструкции теория и практика Материалы V международной научно-технической конференции - Пенза, ПГУАС 2006 -с 71-78

6 Шклтов А С Экспериментальное исследование характера разрушения сген проемами [Текст] // Устойчивое развитие городов и новации жилишно-комм} нального комплекса Материалы пятой межд> народной научно-технической конференции - Москва, МИКХиС том 2, 2007 - с 152-155

7 Баранова Т И Обеспечение безопасности зданий и стеновых конструкций [Текст] /Баранова Т И. Шкутов АС// Актуальные проблемы современного строительства Магериалы международной научно-технической конференции -Пенза, ПГУАС часть! 2007 - с47-50

8 Шкутов. АС Преимущество использования стеклопластиковойарматуры в стеновых панелях [Текст]// Актуальные проблемы современного строительства Материалы международной научно-технической конференции - Пенза, ПГУ АС часть 1, 2007 - с 349-352

9 Баранова. ТИ Основы теории сопротивления стеновых панелей с отверстиями при действии горизонтальных сил [Текст]/ Баранова Т И, Шкутов АС// Журнал Региональная архитектура и строительство №1 (2) - Пенза, ПГУАС, 2007 -с 4-17

10 Баранова ТИ Характер сопротивления и оценка прочности стеновых панелей с отверстиями прямоугольного и овального очертания на основе каркасно-стержневых моделей [Текст] /Баранова ТИ Шкутов АС// Журнал ACADEMIA архитектура и строительство №3 - Москва, 2007 - с 69-75

11 Баранова Т И Сборно-монолитные каркасные жилые дома [Текст]/ Баранова ТИ Сильванович ТГ, Болдырева О В Шкутов А СИ Тезисы докладов научно-практической конференции посвящежтой 15-и летию РААСН Москва 2007 -с 153-154

12 Баранова Т И Новый нормативный метод расчета и его эффективность при проектировании стеновых панелей [Текст]/ Баранова ТИ Шкутов АС// Тезисы докладов к всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи Москва 2007 - с 71

Шкутов Александр Сергеевич Прочность стеновых панеяей с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил. 05 23 01 - Строительные конструкции, здания и сооружения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано к печати 14 04 08 г Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Печать на ризографе Уч изд 1 уел печ л Тираж 100 экз Заказ № . Бесплатно

Издательство Пензенского государственного университета архитектуры и строительства Отпечатано в цехе оперативной полиграфии ПГУАС 440028, г Пенза, ул Г Титова, 28

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Аналитический обзор исследования сопротивления стеновых панелей. Проблемы проектирования.

1.1. Отечественный опыт исследования железобетонных стеновых панелей с технологическими отверстиями.

1.1.1 Программы и результаты экспериментальных исследований стен

1.1.2. Конструктивное решение исследуемых стен.

1.1.3. Анализ экспериментальных исследований.

1.2. Зарубежный опыт исследований железобетонных стеновых панелей: с технологическими отверстиями.

1.2.1. Программа и результаты экспериментальных исследований.

1.2.2. Конструктивные решения образцов стеновых панелей.

1.2.3. Методы расчета и расчетные схемы стеновых панелей.

1.3. Анализ результатов испытания стеновых панелей с отверстиями.

1.3.1. Оценка программ и результатов исследований.

1.3.2. Оценка конструктивных решений стен.

1.3.3. Оценка используемых методов расчета.

1.4. Проблемы проектирования несущих стен. Цель и задачи исследований стеновых панелей.

Глава 2. Экспериментальные исследования стен с технологическими отверстиями.

2.1. Программа экспериментальных исследований стеновых панелей с технологическими отверстиями. при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил.

2.2. Проектирование опытных образцов стеновых панелей.

2.2.1. Проектирование опытных образцов стеновых панелей, испытываемых автором при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил.

2.2.2. Систематизация опытных образцов стеновых панелей, испытанных в университете Ноттингем (Англия).

2.3. Физико-механические характеристики материалов - бетона и арматуры -опытных образцов.

2.4. Производство эксперимента. Методика испытаний.

2.4.1. Силовая установка.

2.4.2. Схема расстановки измерительных приборов и тензорезисторов.

2.4.3. Методика испытаний.

Глава 3. Анализ результатов экспериментальных исследований стеновых панелей с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил.

3.1. Характер образования и развития трещин в бетоне стеновых панелей.

3.2. Схемы разрушения стеновых панелей с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил.

3.3. Влияние исследуемых факторов на характер сопротивления стеновых панелей с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил.

3.3.1. Закономерности изменения разрушающих усилий при изменении схем нагружения стеновых панелей с технологическими отверстиями.

3.3.2. Закономерности изменения разрушающих усилий при изменении длины технологических отверстий стеновых панелей.

3.3.3. Характер изменения напряженно-деформированного состояния стеновых панелей при изменении исследуемых факторов.

3.4. Эпюры напряжений (деформаций) в характерных сечениях исследуемых стеновых панелях.

3.5. Анализ результатов испытаний стеновых панелей с технологическими отверстиями.

3.5.1. Оценка особенностей напряженно - деформированного состояния стеновых панелей с технологическими отверстиями.

3.5.2. Классификация трещин и схем разрушения стеновых панелей с технологическими отверстиями.

3.6. Оценка закономерностей изменения разрушающих усилий в результате изменения основных факторов. Усилие образования трещин. Разрушающие усилия.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Исследование напряженно-деформированного состояния стеновых панелей с технологическими отверстиями численным методом на основе пк лира.

4.1. Программа исследований стеновых панелей численным методом.

4.2. Расчетные схемы, методика расчета.

4.3. Основные исследуемые факторы.

4.4. Результаты расчета.

4.5. Анализ результатов расчета.

4.6. Стеновые панели с технологическими отверстиями прямоугольного и овального очертания LOTB=225 мм.

4.6.1 Стеновые панели с технологическими отверстиями прямоугольного и овального очертания при действии горизонтальных сил LOTB=225 мм.

4.6.2.Стеновые панели с технологическими отверстиями прямоугольного и овального очертания при действии вертикальных сил L0TB—225 мм.:.

4.6.3. Стеновые панели с технологическими отверстиями прямоугольного и овального очертания при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил LOXB=225 мм.

4.6.4. Стеновые панели без отверстий при действии горизонтальных сил.

4.7. Стеновые панели с технологическими отверстиями прямоугольного и овального очертания LOTB=270 мм.

4.7.1. Стеновые панели с технологическими отверстиями прямоугольного и овального очертания при действии горизонтальных сил LOtb=270 мм.

4.7.2. Стеновые панели с технологическими отверстиями прямоугольного и овального очертания при действии вертикальных сил Ьота=270 мм.

4.7.3. Стеновые панели с технологическими отверстиями прямоугольного и овального очертания при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил LOTB=270 мм.

Выводы по главе 4.

Глава5. Разработка методов расчёта прочности стеновых панелей с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил на основе аналоговых моделей.

5.1 Совершенствование технологии построения расчётных стержневых и каркасных аналоговых моделей АСМ-о и АКМ-о стеновых панелей с технологическими отверстиями.

5.2 Оценка напряжённого состояния стеновых панелей с технологическими отверстиями при действии вертикальных и горизонтальных сил на основе теории плоского одноосного напряжённого состояния (ТПОНС) профессора

Г.А. Гениева.

5.3. Построение аналоговых стержневых моделей стеновых панелей с технологическими отверстиями.

5.3.1. Определение расчетных элементов, ключевых точек и углов наклона стержневых элементов расчетной модели. Построение моделей.

5.3.2. Расчет усилий в аналоговых стержневых моделях (АСМ-о) стеновых панелей с технологическими, отверстиями.

5.4. Построение аналоговых каркасных расчетных моделей прочности стеновых панелей с технологическими отверстиями.

5.5. Метод расчета прочности сжатых наклонных полос бетона аналоговых каркасных моделей АКМ-о и АКМ-от стеновых панелей с технологическими отверстиями.

5.5.1. Определение расчетных сечений сжатых полос бетона аналоговых моделей АКМ-о и АКМ-от.

5.5.2. Схемы предельных усилий в расчетных полосах бетона аналоговых каркасных моделей стеновых панелей.

5.5.3. Условия прочности наклонных сжатых полос бетона аналоговых каркасных моделей стеновых панелей.

5.6 Оценка прочности локальной концентрации напряжений в бетоне угловых зон технологических отверстий стеновых панелей.

5.6.1. Построение стержневых моделей зон локальной концентрации главных напряжений.

5.6.2. Расчетные зависимости трещиностойкости бетона угловых зон технологических отверстий.

5.7. Оценка разработанного метода расчета прочности стеновых панелей с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил.

5.8. Принципы эффективного армирования перемычек над технологическими отверстиями стеновых панелей.

Выводы по главе 5.

В научно-исследовательском Центре системного исследования железобетонных конструкций Пензенского государственного университета архитектуры и строительства (ПГУАС) под руководством профессора, д.т.н., Т.И. Барановой реализуется Комплексная программа экспериментально теоретических исследований стен различных зданий и сооружений. Выполнен очередной раздел программы, посвященный изучению сопротивления стеновых панелей с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил. Ответственным исполнителем указанного раздела является автор данной диссертации. К основной задаче исследований относится развитие нормативной экспериментальной базы стен и стеновых конструкций. В настоящее время экспериментальная база находится в неудовлетворительном состоянии. Она исчисляется единичными разрозненными испытаниями, необъединенными в единую базу. Основу системного подхода к исследованиям железобетонных конструкций Центра составляет преемственность рабочих программ. Каждая последующая программа является предыдущей. В- данной диссертации рабочая программа предусматривает изучение характера сопротивления указанных стеновых панелей при качественном и количественном росте основных факторов, диапазон изменения которых увеличивается по сравнению с предыдущими исследованиями, проведенными в университете Ноттингем (Англия). Программа этих исследований с одной стороны имеет высокий научно-технический уровень, с другой стороны диапазон изменения изученных в университете Ноттингем факторов носит незавершенный характер. Следовательно, целесообразно продолжить развитие развития единой нормативной экспериментальной базы стен и стеновых конструкций с предварительной систематизацией результатов проведенных физических экспериментов.

Актуальность работы. Данная диссертация является очередной научной работой, посвященной факторному анализу и системному изучению сопротивления железобетонных стеновых панелей с технологическими отверстиями. Стеновые панели являются основными элементами конструктивной схемы многоэтажных зданий. Они образуют единую пространственную перекрестно - стеновую систему состоящих из продольных и поперечных несущих стен, объедененных между собой и с перекрытиями. Такие здания имеют часто расположенные поперечные стены, одну или две внутренние стены и несущие наружные стены. Тем самым создаются условия для расширения области их применения и роста этажности. Опыт возведения крупнопанельных зданий выявляет высокую эффективность их строительства даже в сейсмических районах. Многочисленные стыки стен локализуют значительную часть деформаций пространственной несущей системы здания и одновременно являются зонами нелинейного сопротивления и пластического деформирования, как стен, так и зданий в целом. Использование стеновых заполнений в каркасных зданиях также значительно повышает их жесткость и является эффективным. Таким образом, стены являются наиболее ответственными несущими конструкциями, имеют массовое распространение в строительстве, их стоимость достигает 65-70% стоимости всего здания.

Практика строительства и исследования стеновых конструкций показала, что наиболее опасным видом их разрушения является разрушение от сдвига, в результате действия поперечных сил. Отсутствие строительных Норм проектирования нового поколения, а . также отсутствие совершенных методов расчета прочности стен в устаревших Нормах СНиП 2.03.01-84, не позволяет описывать возможные схемы разрушения стеновых панелей. В результате возникают проблемы при их проектировании. Как выход из положения в практике проектирования используется приближенный метод расчета прочности стен, в основе которого лежит балочная аналогия, метод расчета прочности наклонного сечения. Кроме того следует обратить внимание на тот факт, что в настоящее время в практике проектирования широко используются компьютерные технологии, программные комплексы ПК расчета стеновых конструкций, применяются нелинейные диаграммы соотношений напряжений и деформаций на пути развития компьютерных технологий и диаграммных методов расчета существует препятствие к которому относится отсутствие нормативной экспериментальной базы, обосновывающей результаты расчета и обеспечивающий безопасность конструкций. Еще в более жестких условиях, в условиях полного отсутствия методов расчета прочности стеновых панелей с технологическими отверстиями. Таким образом, появляются новые проблемы проектирования стен, требующие срочного решения и развития экспериментальной базы.

В настоящий период реализации в нашей стране приоритетных национальных проектов, в том числе проекта - «Доступное и комфортное жилье» в области строительства особое значение приобретает совершенствование конструктивных решений и методов расчета стен на стадии их проектирования. Процесс совершенствования строительных конструкций также осложняется отсутствием в нашей стране новых Норм их проектирования, позволяющих в условиях рыночной экономики, интенсивно развивающейся в настоящее время обеспечить повышение качества, долговечности и безопасности зданий и сооружений на стадии проектирования.

Следовательно, диссертация посвященная разработке нового нормативного метода расчета прочности и развитию экспериментальной базы является актуальной.

Цель и задачи исследований

Для продолжения системного исследования стен и стеновых конструкций программа, данной диссертации построена на развитие предыдущих исследований [94]. В единую систему приведены результаты физического эксперимента, проведенные автором и результаты, полученные зарубежными учеными [94].

Цель и задачи исследований

Для реализации системного исследования планируется привести в единую систему результаты физического эксперимента, проведенного автором, и результаты, полученные зарубежными учеными.

Цель диссертации заключается в развитии теории сопротивления стеновых панелей с технологическими отверстиями на основе факторных исследований; в разработке метода расчета прочности и конструирования железобетонных стен с проемами на основе моделирования их сопротивления; и в разработке новой методологии построения расчетных моделей указанных.

Для выполнения указанной цели ставились следующие задачи:

• провести анализ результатов ранее выполненных исследований железобетонных стен при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил, дать оценку уровня исследования сопротивления стен, имеющих технологические отверстия;

• разработать программу исследования стеновых панелей, включающую в себя основные факторы, к которым относятся схемы нагружения, формы очертания и размеры технологических отверстий;

• выполнить физический эксперимент и сделать анализ результатов экспериментальных исследований, предусмотренных программой;

• развить теорию сопротивления стеновых панелей с технологическими отверстиями при изменении основных факторов;

• разработать расчетные схемы и провести численный эксперимент для получения более полной информации о характере напряженно-деформированного состояния стеновых панелей с технологическими отверстиями на основе программного комплекса Лира 9.2 при изменении исследуемых факторов;

• провести анализ полученных результатов и сформулировать экспериментально-теоретические основы сопротивления стен с отверстиями при изменении изученных факторов;

• разработать методологию построения каркасно-стержневых моделей КСМ-о сопротивления стен с технологическими, отверстиями и их модификаций при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил;

• разработать расчетные зависимости для определения прочности стен с технологическими отверстиями на основе полученных моделей при действии вертикальной и горизонтальной нагрузок.

Автор защищает:

• Результаты аналитических исследований стеновых панелей при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил.

• Выявленные проблемы проектирования стеновых панелей с технологическими отверстиями.

• Выявленный характер напряженно - деформированного состояния стен с технологическими отверстиями при изменении основных факторов с оценкой локальных зон'концентрации главных напряжений, расположенных над угловыми зонами технологических отверстий.

• Оценку характера образования трещин и схем разрушения в бетоне стеновых панелей при изменении основных факторов. Классификации трещин и схем разрушения.

• Закономерности изменения разрушающих усилий и усилий образования трещин в стеновых панелях при изменении основных факторов.

• Методологию построения расчетных каркасно-стержневых моделей стен с технологическими отверстиями.

• Аналоговые расчетные стержневые модели АСМ-о и каркасно-стержневые модели АКМ-о стен с технологическими отверстиями при изменении основных факторов.

• Расчетные зависимости для определения прочности стен, разработанные на основе выявленных предельных состояний в элементах каркасно-стержневых моделей стен с технологическими отверстиями.

• Оценку предлагаемого метода расчета стен с технологическими отверстиями.

Научную новизну работы составляют:

• полученные экспериментально-теоретические основы сопротивления стен с технологическими отверстиями при изменении основных факторов;

• особенности характера напряженно-деформированного состояния стен с технологическими отверстиями при изменении основных факторов;

• закономерности изменения разрушающих усилий и усилий образования трещин при изменении основных факторов;

• новые аналоговые стержневые АСМ каркасные модели АКМ стен с технологическими отверстиями и их модификации при изменении основных факторов;

• разработанный метод расчета прочности стен с технологическими отверстиями прямоугольного и овального очертания при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил и развитии диапазона основных факторов.

Практическое значение диссертационной работы заключается в разработке Сводов Правил по расчету и конструированию несущих железобетонных стен на основе проведенных исследований. Материал Сводов Правил рассмотрен и одобрен на совместном заседании Бюро Отделения Строительных Наук и Ученого Совета Отделения Строительных Наук Российской Академии Архитектуры и Строительных Наук (Протокол № 2/5 от 27.03.08, выписка из протокола прилагается в диссертации). Метод расчета стен, сечение которых ослаблено наличием технологических отверстий, использован в разработке проектов усиления поврежденных стен при реконструкции и восстановлении зданий в Пензенском регионе (здание Церкви Казанской Божьей Матери, п. Мокшан; Собор Вознесения Христа, г. Кузнецк; здание Законодательного собрания, г. Пенза; здание гостиничного комплекса Интурист, г. Пенза). Кроме того результаты исследований использованы - в учебном процессе Пензенского государственного университета архитектуры и строительства по дисциплинам «Железобетонные конструкции», «Реконструкция зданий и сооружений» и спецкурсах.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на научно-технических семинарах кафедры "Строительные конструкции", на научно-технических конференциях, которые проходили в Пензенском государственном университете архитектуры и строительства, а также на международных конференциях РААСН, НИИЖБ ( Москва) и на заседании Бюро и Ученого Совета Отделения Строительных наук РААСН.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 статей, в том числе 1 статья - в журнале, входящем в. перечень ВАК.

Объем и структура диссертации Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов и указателя использованной литературы. Текст изложен на 220 страницах, проиллюстрирован 90 рисунками и 10 таблицами. В* указателе литературы содержится^ 105 отечественных и переводных источников.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

• Анализ накопленного опыта экспериментальных исследований и методов расчета стен показал,.что в практике проектирования отсутствуют методы расчета стен, учитывающие наличие технологических отверстий. Выявлено, что экспериментальные исследования носят единичный бессистемный характер. Сделан вывод о необходимости совершенствования методов расчета и развития экспериментальной базы. При этом наиболее перспективным направлением совершенствования методов расчета является разработка аналоговых моделей сопротивления стен. Развитие экспериментальной базы наиболее эффективно осуществлять на основе системного подхода к испытаниям и преемственности программ факторного исследования стен.

• Систематизированы результаты экспериментальных исследований стен и стеновых конструкций, проведенных в нашей стране и за рубежом. Сделан вывод, что наиболее крупные исследования проведены в университетах Ноттингема и Кембриджа (Англия). Осуществлен системный подход и реализован принцип преемственности программ исследований данной диссертации и указанных зарубежных исследований. Создана научная экспериментальная база для совершенствования метода расчета стеновых панелей, ослабленных технологическими отверстиями, тем самым обеспеченно развитие экспериментальной теории сопротивления стен.

• Усовершенствована методология построения стержневых и каркасных моделей. Введен принцип копирования характера сопротивления стеновых конструкций, обоснованы принципы применения метода моделирования стен. Сделан вывод, что моделирование характера сопротивления следует осуществлять для тех конструкций, в которых определяющую роль играют главные напряжения. Исследуемые стеновые панели отвечают указанным требованиям. Оценку правомочности и влияния главных напряжений рекомендуется производить на основе теории плоского одноосного напряженного состояния профессора Г. А. Гениева.

201

• Наличие технологических отверстий ослабляет рабочие сечения и трансформирует траектории главных напряжений, которые играют определяющую роль в сопротивлении стен, создают новые локальные зоны концентрации напряжений, в результате чего значительно изменяется^ характер сопротивления стеновых панелей, их прочность снижается в 1.2-1.3 раза.

• Испытание стеновых панелей выявило влияние схем нагружения на величину разрушающей силы. При совместном действии вертикальных и горизонтальных сил вертикальная сила поочередно изменялась и принималась равной Fj=(0.25-0.5-0.75) Ftest, при этом величина разрушающей горизонтальной силы Qtcst уменьшается соответственно в 1.13; 1.2; 1.5 раза.

• Увеличение длины технологического отверстия в 1.2 раза от Lqj 223 мм до LOT=270 мм приводит к снижению прочности расчетных сжатых полос бетона в результате изменения1 углов' их наклона. Снижение прочности стеновых панелей происходит в пределах 1.2-1.3 раза.

• Выявлены схемы разрушений стеновых панелей с технологическими отверстиями. Произведена классификация', схем разрушениям К первому классу относится разрушение стеновых панелей в результате сжатия наклонных расчетных полос бетона. Ко второму классу отнесены разрушения в результате среза наклонных сжатых полос бетона.

• Проведена классификация трещин в бетоне исследуемых стеновых панелей. К первому классу отнесены граничные трещины Т-г, выделяющие наклонные полосы бетона, в пределах которых концентрируются траектории главных напряжений. Ко второму классу относятся серии мелких параллельных трещин £Т-в, которые характеризуют разрушение бетона наклонной полосы в результате сжатия. К третьему классу относятся диагональные трещины Ttj расположенные в наклонных сжатых полосах бетона, которые характеризуют разрушение сжатых полос бетона в результате среза. Особенностью классификации трещин в стеновых панелях с технологическими отверстиями являются короткие трещины Т-к, образующиеся в бетоне в зоне концентрации напряжений над угловыми зонами отверстий. Их особенностью является раннее образование и раннее прекращение их роста как по длине, так и по ширине.

• Построение расчетных аналоговых стержневых моделей стен с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил осуществляется путем использования опыта моделирования стен сплошного сечения и стен с малогабаритными отверстиями при действии вертикальных сил. Новым подходом к моделированию является введение двух новых ключевых точек, соответствующих схеме нагружения панелей совместно действующими вертикальными и горизонтальными силами. Эти ключевые точки располагаются в центре эпюр главных напряжений, расположенных над вершинами углов технологических отверстий, т.е. в зоне концентрации главных сжимающих напряжений aj. Именно в этих зонах происходит резкое искривление траектории главных напряжений О].

• Построение расчетных каркасно-стрежневых моделей АКМ0, АКМот стен с технологическими отверстиями осуществляется на основе использования известных моделей прочности стен сплошного сечения. Основным отличием построения каркасно-стержневых моделей является моделирование нового направления траектории главных напряжений с изломом в зоне размещения отверстий. Траектории имеют более плавное очертание в стеновых панелях с овалообразными отверстиями. Особенность построения1 моделей заключается в необходимости учета раздвоения концентрированного потока траекторий главных сжимающих напряжений в зоне размещения отверстий. В этом случае сжатые наклонные полосы бетона, расположенные между грузовыми и опорными площадками, приобретают овалообразное очертание. В результате количество расчетных сжатых полос бетона удваивается.

• Фактор совместного действия вертикальных и горизонтальных сил значительно изменяет характер напряженного состояния сил за счет перераспределения: главных напряжений. Увеличиваются концентрация и величины главных напряжений: в зоне опорных грузовых площадок пропорционально снижению вертикальных сил. НДС носит кососимметричный характер.

• Функциональное назначение стержневых моделей АСМ-о заключается в том, что именно они образуют расчетную схему для выполнения статического расчета, т.е. определение усилий действующих в стеновых панелях.

• В порядке совершенствования^ методологии построения аналоговых моделей стеновых панелей с отверстиями вводится' понятие внутренней условно несущей каркасной системы, образующийся объединением зон концентрации главных напряжений в некую систему.

• Определение усилий, действующих в стержневой модели АСМ, производится по правилам строительной механики при условии; шарнирного соединения* стержневых элементов в узлах. На основе аналоговых каркасных моделей АКМ0 и AKMot получены; расчетные зависимости для определения-прочности сжатых полос. При разрушении стеновых: панелей? в > результате: сжатия бетонных наклонных полос, предельным состоянием расчетных: сечений является достижение сжимающими напряжениями расчетных предельных значений ybRb. При разрушении стеновых панелей в результате среза, сжатых наклонных полос бетона предельным состоянием расчетных сечений следует считать достижение касательными напряжениями величин расчетных предельных значений: ybtRbl.

• Усовершенствована методология построения расчетных аналоговых моделей АСМ-о, АКМ-0т , АКМ-о, АКМ-0к, копирующих физическою работу исследуемых стеновых панелей;

• Анализ результатов стеновых панелей с технологическими отверстиями проведенный в университете Кембридж (Англия)* перемычки которых, армированы часто расположенными наклонными хомутами позволяет сделать вывод, что наиболее эффективными являются хомуты,

204 расположенные под углом 30°. В этом случае указанные хомуты оказывают максимальное сопротивление развитию поперечных деформаций в бетоне расчетных полос. Прочность стеновых панелей многократно (в пять раз) увеличивается.

• Предлагаемый метод расчета хорошо описывает закономерности изменения разрушающих усилий при изменении основных факторов - схем нагружения и увеличения длины отверстий. Достоинством разработанного метода расчета является использование принципа моделирования сопротивления стеновых панелей с технологическими отверстиями. Усовершенствованы аналоговые стержневые АСМ-о, АКМ-от , АКМ-о, и каркасные модели. Совершенствование указанных моделей осуществлялось на основе результатов исследований, проведенных автором. Предлагаемый метод расчета повышает расчетную прочность, позволяет снизить расход материалов. Расчетные величины хорошо согласуются с опытными, среднее отклонение составляет Ftest/Fcaic=1.15.

1. Аграновский В.Д. О расчете прочности железобетонных перемычек стен на поперечную силу Текст. // Монолитное домостроение. М.: ЦНИИЭП жилища, 1982. с.51-57.

2. Аграновский В.Д. Экспериментальные исследования перемычек бескаркасных зданий при перекосе Текст. / Аграновский В.Д., Лишак В.И., Соколов М.Е. // Монолитное домостроение. М.: ЦНИИЭП жилища, 1979. с.12-28.

3. Альтшуллер Е.М. О дальнейшем развитии и совершенствовании монолитного домостроения Текст. / Альтшуллер Е.М., Цирик Я.И. // Бетон и железобетон 1984. № 8.

4. Ашкинадзе Г. Н. Сейсмостойкость железобетонных стен бескаркасных зданий Текст. // Прочность, трещиностойкость и деформативность стен крупнопанельных и монолитных зданий: Тезисы докладов всесоюзной научно-технической конференции. Пенза, 1990, с.6-7

5. Ашкинадзе Г.Н. Исследование работы бескаркасных сборно-монолитных сейсмостойких зданий на натурном фрагменте Текст. / Ашкинадзе Г.Н., Мартынова Л.Д. // Монолитное домостроение. М. ЦНИИЭП жилища, 1982.

6. Ашкинадзе Г. Н. Железобетонные стены сейсмостойких зданий Текст. / Ашкинадзе Г. Н:, Соколов М. Е., Мартынова Л.Д. и др. // Исследования и основы проектирования. Совместное издание СССР" Греция: - М.: Стройиздат, 1988.-504 с.

7. Баранова Т.И. Прочность стен при совместном действии вертикальных и горизонтальных нагрузок Текст. / Баранова Т.И., Ашкинадзе Г.Н., Багдоев206

8. С.Г., Ласьков Н.Н. // Межвузовский сборник научных трудов Казанский ИСИ. Казань, 1991. - с. 9-15.

9. Баранова Т.И. Совершенствование нормативного метода расчета стен из мелкозернистого бетона Текст. / Баранова Т.И., Ласьков Н.Н., Васильев P.P. // Информационный листок № 290-97. Пенза, 1997.

10. Баранова Т.И. Метод расчета стен на основе каркасно-стержневой модели из мелкозернистого бетона Текст. / Баранова Т.И., Ласьков Н.Н., Васильев P.P. // Информационный листок № 293-97. Пенза, 1997.

11. Баранова Т.И. Сопротивление железобетонных стен с проемамиотверстиями при действии поперечных сил Текст. / Баранова Т.И., Ласьков Н.Н., Васильев P.P. // Вестник отделения;строительных наук РААСН. 19941998, выи. 2. Москва, 1999.

12. Баранова. Т.И. Моделирование работы стен с отверстиями и проемами Текст. / Баранова Т.И;, Ласьков Т-Ш., Васильев P.P. // Вестник Волжского регионального отделения РААСН, вып. 4. Нижний Новгород, 2000;

13. Баранова Т.И. Проблемы проектирования стен, с проемами Текст. / Баранова Т.И., Ласьков Н.Н., Васильев P.P. // Сборник научных статей Международной научно-технической конференции по строительству. Кипр, 2000.

14. Барков Ю.В. Экспериментальные исследования монолитных зданий при испытании крупномасштабной модели Текст. / Барков Ю.В., Глина Ю.В. //

15. Исследования работы конструкций жилых зданий. М. ЦНИИЭПжилища, •1974.

16. Бубуек В'. М. Исследование напряженно-деформированного состояния стен монолитных зданий МКЭ Текст. / Бубуек В. М., Оссученко К. А. // Строительная механика и расчет сооружений. 1990 №4 с. 57 62

17. Бубуек И. В. Исследование напряженно-деформированного состояния МКЭ Текст. // Строительная механика и расчет сооружений 1990 №4 с. 57 -62

18. Бидный Г. Г. Расчет железобетонных конструкций при сложном нагружении МКЭ Текст. / Бидный Г. Г., Клованич С. Ф., Осадченко К. А. // Строительная механика и расчет сооружений. 1986 №5 с. 22

19. Валь Е.Г. Исследование работы 16-этажного монолитного бескаркасного жилого дома при воздействии горизонтальных нагрузок Текст. // Работа конструкций жилых зданий из крупноразмерных элементов. М. Стройиздат, 1974.

20. Васильев P.P. Сопротивление железобетонных стен с проемами и отверстиями при действии поперечных сил Текст. // Материалы XXX научно-технической конференции. Пенза, 1999.

21. Временные указания по проектированию'и строительству монолитных и сборно-монолитных зданий повышенной этажности в Молдавской ССР Текст.: РСН 13-77 Кишинев: Тимпул, 1977.

22. Гвоздев А.А. Новое о- прочности железобетона Текст. / Гвоздев А.А., Дмитриев С.А., Крылов G.M. и др. // М. Стройиздат, 1977.

23. Гвоздев А.А. Силы зацепления в наклонной трещине Текст. / Гвоздев А.А., Залесов А.С.,'Титов И.А. / Бетон и железобетон. 1975. № 7.

24. Гениев Г.А. Теория пластичности бетона и железобетона Текст. / Гениев Г.А.,Кисюк В.Н., Тюпин Г.А. // М. Стройиздат, 1974.

25. Глина Ю. В. Современное представление о прочности и деформативности монолитных несущих стен на основе отечественных и зарубежных исследований Текст. // Энергетическое строительство 1991 №9 с. 11 — 15

26. Измаилов Ю. В. Расчет стен бескаркасных зданий при разрушении по наклонному сечению Текст. // Строительная механика и расчет сооружений 1990 №4 с. 91-96

27. Измайлов Ю. В. Сейсмостойкость монолитных зданий Текст. // Кишинев. 1989

28. Измайлов Ю. В. Теоретические и экспериментальные исследования железобетонных стен бескаркасных зданий при динамических нагрузках Текст. // Развитие методов расчета на сейсмостойкость: Сб. научн. тр. / ЦНИИСК.-М. 1987. с. 106-107

29. Измайлов Ю.В. Сейсмостойкость монолитных зданий в Кишеневе при землетрясении 1986 г Текст. / Измайлов Ю.В., Кирпий А.Ф. и др. // Жилищное строительство. №8.

30. Инструкция по проектированию конструкций панельных жилых зданий Текст. // ВСН 32-77. М. Стройиздат, 1978. - 177 с.

31. Карпенко Н. И; Теория деформированного железобетона с трещинами Текст. ИМ. Стройиздат, 1976-204с.

32. Кодекс-образец. ЕКБ-ФИП для норм по железобетонным конструкциям, том II. (перевод на русский язык) Текст. // М. НИИЖБ, 1984.

33. Коноводченко В.И. Несущая способность перлитобетонных панелей при перекосе Текст. / Коноводченко В.И., Черкашин А.В., Подгорный В.А. //

34. Тезисы докладов всесоюзного совещания «Проектирование и строительство сейсмостойких зданий и сооружений», г. Фрунзе. М., 1971.

35. Кулиев Р.А. Прочность и деформации бетонных и легкобетонных панелей при загружении их в своей плоскости Текст.: автореф. дисс. канд. техн. наук Кулиев Р. А. Москва, 1969.

36. Куликов И.М. Совершенствование несущий систему многоэтажных крупнопанельных зданий Текст.: автореф. дисс. канд. техн. наук Куликов И.М.- Пенза, 2002.

37. Ласьков Н.Н. Установка для испытания фрагментов стен на действие вертикальной и горизонтальной нагрузок Текст. / Ласьков Н.Н., Баранова Т.И. // Информ.листок №191-85 / Пензенский ЦНТИ. Пенза. 1985.

38. Лишак В.И. Рекомендации по конструированию и расчету несущихсистем бескаркасных зданий. Научно-техническое сотрудничество с зарубежными странами Текст. / Лишак В.И., Соколов М.Е., Кавыршин М. и др. // М. ЦНИИЭПжилища, 1982.

39. Мартынова Л.Д. Испытания вертикальных сопряжений монолитных стен на воздействие сил сдвига Текст. / Мартынова Л.Д., Мартынова Н.Г., Адулаева Н.П. // Работа конструкций жилых зданий из, крупноразмерных элементов. Мс. ЦНИИЭПжилища, 1986. - с.34-41.

40. Нудель Г. В. Стеновые панели повышенной прочности Текст. / Нудель Г. В., Микрюков В. А., Филипов Б. П., Муромский К. П. // Ограждающие конструкции. Сб. тр. / РПИ Ленпромтсройпроект. Л - 1989 - с. 97 - 106

41. Поляков С. В. Сейсмостойкие конструкции зданий Текст. // М., высшая, школа., 1983. 306 с.71*.Работа конструкций жилых зданий из крупноразмерных элементов Текст. // Сб. научн. тр. /ЦНИИЭП жилища. М. 1981

42. Рекомендации по проектированию конструкций бескаркасных монолитных зданий Текст. // М. ЦНИИЭПжилища, 1976.

43. Рекомендации по расчету и конструированию монолитных и панельных стен жилых зданий для сейсмических районов Текст. // М. ЦНИИЭПжилища, 1985.

44. Розенберг М. Я. Прочность легкобетонных элементов монолитных стен при плоском напряженном состоянии Текст. / Розенберг М. Я., Загродский П. Ю; // Бетон и железобетон 1992г. - №11 с. 26 - 28

45. Республиканские строительные нормы. Строительство монолитных зданий в сейсмических районах Молдавской ССР Текст.: РСН 13-87. Кишинев: Тимпул, 1988 108с.

46. Руководство по проектированию конструкций и технологии возведения бескаркасных монолитных зданий Текст. // М. Стройиздат, 1982.

47. Смирнов С. Б. Расчет прочности железобетонных стен диафрагм методом однородных полей Текст. / Смирнов С. Б., Залесов А. С., Ордобаев Б. С. // Бетон и железобетон 1991 №6 с. 22 24

48. Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования Текст.: СНиП 2.03.01-84*, М. Стройиздат, 1976.- 79 с.

49. Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования Текст.: СНиПП-7-81, М. Стройиздат, 1981.

50. Соколов М.Е. Прочность и трещиностойкость железобетонных перемычек панельных стен при действии поперечных сил Текст. / Соколов М.Е., Аграновский В. Д. // Бетон и железобетон. 1971. №11. с.22-24.

51. Соколов М.Е. Работа перемычек в системе бескаркасного здания Текст. / Соколов М.Е., Глина Ю.В. // Монолитное домостроение. М.: ЦНИИЭПжилища, 1982. с.38-55

52. Титов И.А. Исследование напряженно-деформированного состояния* железобетонных элементов в зоне действия поперечных сил Текст. // Автореф. дисс. канд. техн. наук. М. 1975.

53. Шапиро Г.А. Вибрационные испытания зданий Текст. / Шапиро Г.А., Симон Ю.А., Ашкинадзе Г.Н. и др. // М. Стройиздат, 1972.

54. Шеина С.Г. Прочность и трещиностойкость наклонных сечений железобетонных элементов при совместном действии продольных сжимающих и поперечных сил Текст.: автореф. дисс. канд. техн. наук. ШеинаСГ. Киев. КИСИ; 1984.

55. Alexander С. М. Cyclic Load Test on Shear Wall Panels Text. / Alexander C. M., Heidberecht A. C., Tso W. К. // Proc. V WCEE. - Rome, 1973.

56. Barda F. Shear Strenght of Low Rise Walls With Boundary Elements Text. / Barda F., Hanson J. V., Colrey W. G. // Reinforced Structures in Seismic Zones. Publication SP-53. - Detroit: ACI, 1977

57. Cardenas A. E. Strength of Low Rise Structural Walls Text. / Cardenas A. E., Russel H. G., Corley W. G. // Reinforced Concrete Structures Subjected to Wind and Earthquake Forces. Publication SP-63. - Detroit: ACI, 1980

58. Kong F.K. Shear strength of lightweight reinforced concrete deep beams with web openings Text. / Kong F.K and Sharp G.R. // The Structural Engineer. Vol. 51, No. 8/ August 1973. pp.267-275

59. Mau S .T. Shear Desidn and Analysis of Low-Rise Structural Walls Text. / Mau S .Т., Hsu Т. Т. C. // ACI Journal. 1986. - V. 83. №2

60. Paulau T. Coupling Beams of Reinforced Concrete Shear Walls Text. //

61. Journal of the Structural Division ASCE, vol.97, ST3, Mar. 1971, pp.843-862.

62. Paulau T. Simulated Seismic Loading of Spandrel Beams Text. // Journal of the Structural Division ASCE, vol.97, ST9, Sept. 1971, pp.2407-2419.

63. Paulau T. Ductility of Reinforced Concrete Shear-walls for Seismic Areas Text. // Reinforced Concrete Structures Subjected to Wind and Earthquake Forces. Publication SP-53. Detroit: ACI, 1977

64. Paulau T. Horizontal Construction Joints in Cast in Place Reinforced Concrete Text. / Paulau Т., Park R., Phillips M. N. // Shear in Reinforced Concrete. Publication SP-42. Detroit: ACI, 1974

65. Paulau T. Ductility in Earthquake Resisting Squar Shear-walls Text. / Paulau Т., Priestley M., Sygne A. // ACI Journal. 1982. - V.79 - №4

66. Tassios T. R. Walls under Cyclic Action Anyited Stete of Art Report Text. / Tassios T. R., Vasonry, Infill and R. C. // CIB Symposium on Wall Structures -Warsaw: 1984

67. Vecchio F. I. The Modified Compression-Field Theory for Reinforced Concrete Elements Subjected to Shear Text. / Vecchio F. I., Collins M. P. // ACI Journal. 1986.-V. 83 №2

68. Wierzbicki S. Warunki pracy nadproza zelbetowego w scianie usztywniajacej Text. // Institut techniki budowlanej. Warszawa, 1978, 184S.