автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Пространственная работа тонкостенных элементов стен и покрытия здания из дисперсноармированного бетона

Г 1

V . >

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 624.074.4.012.45 МАТНИЯЗОВ Бакдурди Ибрагимович

ПРОСТРАБСТВЕННАЯ РАБОТА ТОНКОСТЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СТЕН И ПОКРЫТИЯ ЗДАНИЯ ИЗ Д0СПЕРСНОАРМЙРОВАННОГО БЕТОНА

(05.23.01 — Строительные конструкции, здания и сооружения)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент — 1996

Работа выполнена в лаборатории пространственных конструкций НИИЖБ Госстрой Ройсйи й на кафедре строительных конструкций Джизакского Политехнического института Министерства высшего и среднего специального образования Республики Узбекистан.

Научный руководитель — Лауреат Государственной премии

доктор технических наук, профессор В. В. Шугаев

Официальные оппоненты — Доктор технических наук,

профессор С. Р. Раззаков

— Кандидат технических наук, доцент 3. А. Абдуллаев

Ведущая организация •— Акционерное общество

«Уз.ЛИТТИ».

Защита состоится « 1996 г. в

часов на заседании специализированного совета К. 007.03.01 по защите диссертаций 'на соискание ученой степени кандидата технических наук по адресу: 700011 г. Ташкент ул. Напои, 13.

Совет направляет Вам для ознакомления данный реферат н просит Ваши отзывы и замечания в 2-х экземплярах, заверенные печатью, направить по указанному выше адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «£Л..ч> _ 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

ДА,

доц. Ш. Р. НИЗЛМОВ

051ЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Р мировой строительной практике достигнуты значительные успехи • развитии н осуществлении пространственных конструкций зданий о виде тонкостенных железобетонных оболочек.

Применяемые типы плоскостных конструкций покрытий и стен ".^пастеризуется относительно большим собственным весом и расходом патеризлоз на 1 м* перекрываемой площади. В связи с этим разработка и : нйдренив новых прогрессивных пространственных конструкций зданий, 'оэаолпющих улучшить архитектурно-планировочные решения, сократип> •асход материалов и снизить собственный вес конструкций, приобретают . включительно сажное значение.

. .ктулньность представленной работы заключается о том, что она посвящена вопросам исследования и внедрения новых видоа зданий павильонного типа, собираемых из тонкостенных железобетонных пространственных элементов, форма которых при соблюдении требований к несущей способности тесно увязывается с возможностями упрощения технологии изготовления, снижения металлоёмкости оборудования и трудоёмкости изготовления.

целью диссертационной работы является прозедение специальных экспериментально-теоретических исследований напряжённо-реформированного состояния новой конструкции здания в целом и отдельных пространственных элементов,'уточнение конструкции стыковых соединений сборных элементов стен и покрытия; разработка обоснованных рекомендаций по расчету и проектированию одноэтажных зданий папипионного тип«-, собираемых из наиболее рациональных по Форма тонкостенных железобетонных пространственных зпемешоз; сопепшенстпоааниз технологии и/ »изготовления методом погиГп -глеэоботоннмх плит нт гибкой опалубке.

Автор защищает.'

- результаты экспериментальных исследований модели фрагмента здания, собираемого из тонкостенных железобетонных элементов, в упругой стадии, после образования трещин и в стадии разрушения;

- результаты анализа действительной работы узловых соединений сборных элементов и зон оболочек, работающих в условиях растяжения, на основании эксперимента и расчета методом конечных элементов;

- предложения по расчетным моделям для приближенного расчета здания как рамы и расчета МКЭ, позволяющих достоверно оценивать НДС конструкции данного типа;

- предложения по технологии изготовления сборных элементов в виде оболочек методом погиба плоских свежеотформованных листов на гибкой опалубке.

Основныо задачи работы составляли:

- исследование напряжённо-деформированного состояния пространственной конструкции здания из тонкостенных железобетонных элементов на оснований расчетов методом конечных элементов;

- разработка расчетной модели для определения действительных значений усилий в узловых соединениях сборных элементов; экспериментальные исследования модели фрагмента здания на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок, анализ результатов, выявления схемы разрушения конструкции ; сравнение опытных и расчетных данных, • изучение зон оболочек, работающих в условии растяжения;

- разработка предложений по технологии изготовления сборных криволинейных элементов методом погиба плоских свежеотформованных плит на гибкой опалубке;

разработка рекомендаций по проектированию пространственных

конструкций зданий павильонного типа, собираемых из тонкостенных

железобетонных элементов о виде ребристых плит и оболочек.

Научная новизна работы состоит в том, что проведены экспериментально-теоретические исследования новой конструкции здания

:мпг.:-сн1!ого типа, собираемого из тонкостенных железобетонных с-пйкентоа о еидо ребристых пппт и гнутоформсвэнных панелей обслсче* , ,.. результате которых;

"олучгны гкеперименталь-ные данные о напрпжеииа-/.еформпровзнном состоянии и пространственной работе на всех стадиях ■ .гиоты под действием вертикальных ¡1 горизонтальных нагрузок;

; азработаны (.'.одели, позэслиэшш с помощь приближенного расчета и расчета 1.'.КЭ достоверно оценивать НДС конструкции данного шла, а том числе действительную работу узловых соединений сборных .'•чементса ребер и поля оболочек мееду ребрами.

Лпя изготевленил сборных тонкостенных железобетонных ^пострансто-гнных панелей-оболочек с дисперсным армированием применён ,-овыи способ изготовления, заключающийся в погибе плоского ^пежеотформоаанного бетонного листа с дисперсным армированием на :ибкой опалубке под действием собственного веса.

Практическое значение пааоты состоит в том, что в результате лвоведённых исследовании даны экспериментально обоснованные предложения по изготовлению , конструированию и расчёту отдельных тонкостенных пространственных железобетонных элементов и здания в целом , собираемом из этих элементов , которые нашли применение в рабочих чертежах здания, выполненных КТБ НИИЖБ, изготовлении комплект сборных элементов в опытном строительство.

Дпробация работы и публикации.

Результаты работы докладывались на заседании Научно-технического совещания лаборатории пространственных конструкций Ш1ИЖ5 00.10.1995г., на объединенного научного семинара 'Строительный конструкции" Джизакского Политехнического ичетитута 25.12.1995г., на гчеедании УНГИС СамГАСИ 21.05.199С на заседании научного семинара шИИТ 27.06.1936г., на заседании объединенного научного семинара при •. шизпизированном совете к.067.03.01 ТАСИ 07.07.1990г.

По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 78 наименований. Содержит 113 страниц машинописного текста, 76 рисунков и 6 таблиц.

Работа выполнена в лаборатории пространственных конструкций НИИЖБ. ГНЦ РФ "Строительство" и на кафедре строительных конструкций Джиаакского Политехнического института под руководством Лауреата Государственной премии д. т. н, профессора В.В. Шугаева.

Содержаний работы.

К зданиям павильонного типа предлагается отнести одноэтажные сооружения небольших и средних пролётов (до 24 м), стены и покрытия которых выполнены в виде изогнутых плит, складок или оболочек, выполняющих роль несущих и ограждающих конструкций без введения каких-либо дополнительных элементов в виде каркаса, обеспечивающего продольную и поперечную жесткость здания. Такие здания представляют собой классический пример сооружений многоцелевого назначения, т.к. в них могут размещаться предприятия промышленного и сельскохозяйственного профиля, а также культурно-бытового характера.

По характеру статистической работы здания павильонного типа могут быть разделены на две основные группы: сводчатые и рамно-складчатые. В рамно-складчатых конструкциях, к которым относятся исследуемые в диссертации здание, основную роль играют поперечные изгибающие моменты, особенно в местах переломов поверхности стен и покрытия. В то же время, благодаря складчатой или волнистой форме поверхности стен и покрытия в продольном направлении, сооружение в целом работгот как пространственная система, в отличие, например от .хорошо известных рамно-панельных конструкций зданий аналогичного назначения, в которых стены и покрытия решены в виде плоских ребристых плит.

В главе 1 сделан обзор конструктивных решений тонкостенных железобетонных конструкций здания пааильонного типа, технологических

приемов изготовления сборных дисперснозрмироваиных элементов и методов расчета сводчатых и рамно-складчатых типов конструкций. Современные разработки в виде тонкостенных волнистых и складчатых железобетонных сводчатых конструкций широко применялись как в зарубежной, так и в отечественной строительной практике. Здесь следует отметить разработки институтов НИИС1С (г. Киев) , Лен ЗНИИЗП, НИИЖБ и др. Рамно-складчатые конструкции из тонкостенного железобетона применялись о значительно меньшем объёме. Наиболее характерным примером указанных конструкций является здание павильонного типа пролетом 12 и., разработанное Лен. ЗНИИЗП, которое состоит из трёх-шзрнирных рам, собираемых из однотипных армоцементных панелей.

На основе анализа пространственного здания является прямоугольной в плане с размерами 12x30 (рис.1). При необходимости длина здания может быть изменена, т.к. она на связана каким-либо конструктивными ограничениями, кроме имеющихся в нормативных документах.

■ Здание рассчитано на нагрузку 3,5. К Н / м 2

Конструкция собирается из тонкостенных дисперсно-армированных элементов в виде оболочек и плоских ребристых треугольных элементов (по 2 типоразмера) /рис.2/ Пространственные элементы имеют в плане вид вытянутого четырехугольника и обращены выпуклостью внутрь здания, Распор воспринимается стальными затяжками диаметром 30 мм расположенными в уровне пола с шагом С м. Здание бескрановое, не утеплённое. При необходимости утепление здания целесообразно вы • поднять нанесением на бетонную поверхность пенополиуретана или другого аналогичного утеплителя. Фундамент под зданием по псему контуру ленточный с армированной бетонной стяжкой наверху. В зависимости от гурунтозых условий он может устраиваться сборным из типовых фундаментных блоков или монолитным в том числа о вида ростверка по буронабнзным сваям.

Сборные элементы пространственного здания разработаны с дисперсным комбинированным армированием. Дисперсное 'армкрозанио

принято d двух вариантах: стальными. фибрами равномерно распределенными по сечению или проволочными ткаными сотками ; квадратными ячейками. Коэффициент армирования принимается по объему для плоских сборных элементов - 1 % и для пространственны* гнутоформованных элементов - 1.5 %. Отличительной особенностью конструкции от известных решений является то что однотипные эпементь' стен и покрытия смещены относительно друг друга на половину ширины шага сборных элементов. Это дало возможность по новому решить наиболее напряженный стык сборных элементов-оболочек стен и покрытие: отойдя от прямой линии их сопряжения: совпадающей с местом возникновения максимальных изгибающих моментов. Кроме того, применение оболочек вогнутых внутрь здания позволяет поднять вверх сопряжение сборных элементов, что улучшает условия работы замоноличенных стыков и их водонепроницаемость.

Рассмотрены различные технологические приемы изготовления тонкостенных железобетонных сборных элементов при помощи вибропрофилирующих машин, скользящего виброштампа, вибролитья, набрызга, виброгнутья и др.Показано, что одним из перспективных направлений развития тонкостенных железобетонных пространственных конструкций является изготовление из сборных элементов , формируемых на плоскости с последующим погибом для придания им пространственной формы поверхности. В основе этой технологии изготовления лежат работы А. К. Шаншиева, И.И. Гудушаури, Г. А. Цинцадзе и др.

Широкому применению сводчатых пространственных конструкций способствовало развитие практических методов их расчета. На основе основополагающих работ В.З. Власова, П.А. Пастернака, И.Е.Милейковского многочисленные исследования в области цилиндирических сводов-оболочек и складчатых систем выполнены B.C. Бартеневым, В С Васильковым, Л.С Гильманом, В.И Колчуновым Х.Х Лаулем, Н.Н Леонтьевым, В.Д Райзером, И.Н. Слезингером, Ю.В. Чиненковым и др.

Рис.1 Зданий павильонного типа из гиутоформопанных днсперсноарыированных элементов .

1. Гнутоформованныеэлеиентыоболочки покрытия

2. Гнутоформованныа стеновые элементы оболочки;

3. Плоские ребристые стенозые панели (гпухиа); -1. тоже с оконным пролетом ;

Плоские ребристые панели покрытия.

Рис 2 Сборныо элементы здания

<0 сборный стеновой элемент оболочка П-1; б) сборный злемент-оболочка покрытия П-2; с, сборный стеновой элемент Т-1; О ' борный эпемент покрытия Т-2.*

В конце первой главы на основании анализа современного состояния рассматриваемых вопросов расчёта, проектирования и изготовления тонкостенных железобетонных сводчатых конструкций сформулированы задачи исследований.

Во пторой главе описаны экспериментальные исследования и их результаты. Напряжённо-деформированноа состояние железобетонных оболочек может быть определено путём изучения их работы на моделях, что позволяет при минимальных затратах исследовать сложные конструкции, существенно дополняет аналитические методы расчёта: позволяет оценить их достоверность.

Натурная конструкция рассматриваемого типа здания представляет собой систему жестко соединённых между собой повторяющихся однотипных пространственных секций размером 12x3 м., поэтому представлялось целесообразным моделировать но всю конструкцию, а одну секцию, состоящую из двадцати сборных элементов, в число которых входят все четыре типоразмера сборных элементов, моделирующих натурную конструкцию. Масштаб модели принят* равным 1:4 с учётом технических возможностей, позволяющих изготовить сборные элементы и собрать модель в лабораторных условиях.

• Для восприятия пик изгибающих моментов, возникающих в узлчх, необходимо обеспечить монолитность соединения между собой рёбер криволинейных стеновых и контурных элементов, соединяющих эти узлы. В этом сечении рёбра конструкции удачно расположены одно над другим, что способствует восприятию указанных моментов . Монолитность соединения ребер между собой обеспечивается сваркой закладных деталей и замоноличиванием шпоночного шва.

Одновременно с разработкой проекта модели фрагмента был выполнен её расчет методом конечного элемента /МКЭ/ на ЭВМ ЕС-1061 с использованием программного комплекса ЛИРА. Расчёт модели был выполнен для половины мебели фрагмента, отсекаемой осью симметрии У, на равномерно распределённую нагрузку на покрытие интенсивностью 3.5 кН/м 2 и собственный вес стеновых элементов.

э

Расчетная схема содержит 246 узловых точек ; 326 КЭ, в том числе 192 плоских элементсэ-оболочек.

В результате расчёта определены перемещения узловых точек расчётной схемы, величины напряжений о центральных точках оболочеч-ных зпаментоз и внутренние усилия в стержневых элементах.

Для изготовления сборных элементов модели применялся сталефибрсбетон класса В 25. Состав цементно-песчаной матрицы на 1 м3; цемент М '500-5,357 к.Н, кварцевый песок фракции 0-5 мм с насыпной плотностью 17 кН/м 3 - 15,07 кН, вода 257л., водоцементное отношение -0,48. Для приготовления сталефибробетонной смеси использована стальная волнистая фибра, изготовленная центром "Сталефибробетон" при Макеевском инженерно-строительном институте. Диаметр'фибры 0,15мм, длина 25,8 мм, временное сопротивление -2000 МПа.

Для определения физико-механических свойств бетона готовились образцы двух типов: кубы размером 10х 10x10 см. и пустотелые прйзмы 10х 10x30 см. С толщиной стенок 10мм. По результатам испытания средняя прочность бетона на сжатие к моменту испытания модели составила 38 МПа и призменная прочность -34,6 МПа. Программа испытаний предусматривала исследование напряженно-деформированного состояния модели фрагмента за пределами упругой работы, вплоть до разрушения. В связи с этим распределительное загрузочное устройство для передачи нагрузки от гидравлического домкрата на покрытие было запроектировано и изготовлено с тройным запасом прочности.

Для регистрации относительных деформаций бетона и арматур х использовались тензометрические комплекты \ТК\ и автоматизированный измеритель деформации \АИД\ . Всего в соответствующих точках модели было наклеено 400 датчиков на бетоне и 20 - на арматуре.

- Измерение перемещений характерных точек поверхности модели осуществлялось механическими приборами, для чего использовалось 30 прогибомеров системы ЦНИИСК.

Испытание модели фрагмента здания проводилось на три вида ¡.•-чу-.цния: разномерно - распределенную" нагрузку по всей1 поверхности

конструкции (собственный вес, снег), одностороннюю снеговую нагрузку и горизонтальную нагрузку, имитирующую ветровое воздействие.

В связи с тем, что программой испытания было предусмотрено довести модель до разрушения при равномерно - распределенной нагрузке по всей поверхности оболочки, в первую очередь были выполнены испытания на одностороннюю, а затем на горизонтальные нагрузки.

Испытания на равномерно - распределенную нагрузку проводились поэтапно, до разрушения.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки \Viii на высоте 2 над поверхностью земли определялось по СНиП и составило-21 4,5 Н/м3, а расчетное 303 Н/м2:

При расчете общей горизонтальной нагрузки на модель, величины нормативной и расчётной нагрузок умножались на площадь воздействия, равную 2,2 м2. В результате были получены значения общих нормативной и расчетной нагрузок, равные соответственно 470 и 670 Н. При проведении пробных нагружений было установлено, что при этих нагрузках значениям перемещений весьма малы. Поэтому при испытаниях было решено довести нагружение до 1600 Н этапами по 400 Н.

Испытание на равномерно-распределённую нагрузку по всей поверхности модели проведено в соответствии с приведённой ниже Таблицей. . . .'

ТАБЛ ИЦА

№ Этапа . Общая равномерно-распределенная нагрузка в кН/м ' Постоянная начальная нагрузка от весе распределительного устройства установленного на поверхности оболочки ее собственного веса кН/м 1 Всего по Этапам кН/м 2

0. 0 0,34+0,33 0,67

1. 0,22 , "•..; ' г= "" »'= ' 0,89

2. 0,7727 « • " = 1,442/

3. 1,3254 ' . ; ="■•*='-> 1,995

4. 1,8781 2,548

5. 2,4308 : 3,1008

6. 2.9835 г= " " = 3,6525

7. 3,47 4,1 Зв

8. 3,9324 -'.'с".-«- 4,608

9. 4,4368 5,107

/•и^чалы-ш. распределенная нафузка от веса нижних бзяск р з сп р е д у ст р с й сто а.

Соличина нафуг.еиия 4-го этапа находится на границе упругой работы .•обструкции. 2-ой этап соответствует прибкизптолыю нормативной нзгругкп, ;'-ой - .нечетной нагрузке. Последний лоред разрушением был 8-ой этап. 'Ьтвм на 9-ом этапа нагружеиня при общей наптм» 5,107 кН/м2 (с учётом собственного чеса модели и распределительного устройства), превышающей расчётную в 1,46 раза, произошло значительное раскрытие трещин и пссприятиэ конструкцией нагрузки прекратилось.

Для сравнения расчётных и экспериментальных данных в упругой "гадии работы конструкции, отвечающей расчётным предпосылкам, был ,:ыбран -1-й этап нагружения с полезной нагрузкой 1,87 кН/м2, соответствующей 0,30 от разрушающей нагрузки. Сразнение перемещений оыполиено также при нагрузке 2,98 кН/м2 (5-й этап), соответствующей нормативной. Сравнение показывает хорошее совпадение расчётных и экспериментальных данных. Максимальное значение прогиба замеренное на 8-м этапе эксперимента при полезной нагрузке 2,98 кН/мг составило 7,89 мм или 1/380 пролёта. Расчётное значение прогиба составило при этом 8,13 мм. Такое совпадение расчётных и экспериментальных данных позволяет сделать вывод о том, что при нормативной нагрузке конструкция работает ещё в упругой стадии. При указанной нагрузке наибольшее горизонтальное перемещение наблюдалось в узле 3 "(рис.3) и составило 2,8 мм (в расчё з 2,58 мм). Наибольшее горизонтальное перемещение от ветровой нагрузки увеличенной в 2,3 раза составило всего 0,33 от горизонтального перемещения при вертикальной равномерно распределённой нагрузки. На остальной части покрытия перемещения от ветровой нагрузки были направлены вверх, что благоприятно сказывается на статической работе конструкции. Сравнение опытных и расчётных величин нормальных усилий и изгибающих мементоз показывает, что в цепом экспериментальные! "|--:>\;-! усилий хорошо отвечают ' расчёту, особенно 'в наиболее

напряжённых участках модели. Наибольшие усилия сжатия наблюдаются в рёбрах стыковых элементов вблизи опорного узла 4 (рис.3).

По мере приближения к узлу 3 эпюра нормальных усилий меняет знак с минуса на плюс. Ребро 3-1 как в расчёте, так и в эксперименте, оказывается целиком растянутым, при этом полученные значения усилий указывают на то, что в рёбрах 1-3 интенсивно работает арматура сварных каркасов. Для более глубокого изучения причин возникновения значительных растягивающих усилий в ребре 3-1 рассматривали работу конструкции в виде поперечной рамы, представленной нэ рис.4,а. Рассматривая

деформированное состоянии рамы в сечении 1-1 (рис.4,б) отмечаем, что в результате прогиба вершины рамы (узел 2) на величину " <5 " сгенооой элемент повернётся вокруг опоры, при этом узел 1 переместится по горизонтали на пеличину "А,", и по вертикали (вверх) на В сечении И - И в результате того же прогиба "8 " узел 3 переместится по горизонтали на величину "Д1", а по вертикали (вниз) на Запишем две системы уравнений, связывающие искомые перемещения и геометрические параметры системы, обозначенные на рис. 4,а:

1(ь +4)* = 5мг,-д/ Ц1

'а +

4.

(2)

Путём несложных преобразований из уравнений (1) и (2) находим искомые неизвестные " "Д|"," б^", и и с их помощью вычисляем удлинение ребра 1-3 . Полученные при этом усилия достаточно близки к опытным .

Первые трещины в элементах модели были обнаружены а узле 1 (рис.3). На схеме трещин они обозначены цифрой 1. Трещины направлены вертикально и явились следствием того, что криволинейные ромбические элементы при перемещении центра помытая вниз, стремятся свернуться и разорвать горизонтальные связи в узлах 1. Аналогичная картина наблюдалась а узле 3, где вертикальные трещины образовались позднее и имели меньшее раскрытие. Эксперимент показал, что наличие и хорошая анкеревка горизон.альных связей в узлах 1 и 3 является необходимым элементом исследуемой конструкции. Вслед за образованием и развитием вертикальных трещин в узлах 1 и 3 образовались горизонтальные трещины едоль шэа замоноличивания и рёбер 1-3 в стеновом криволинейном

» ¡1

;.омбическом элементе. Эти трещины являются следствием стремления к .г; ыву соседних ромбических криволинейных элементов в покрытии и

стенах по линии их допряжения между узлами 1 и 3, причём усилия отрыва увеличиваются по мере приближения к узлу 3. Указанные усилия отрыва воспринимаются сваркой закладных деталей, расположенных в рёбрах 1-3 элементов покрытия, причём наибольшее усилие воспринимается крайней к узлу 3 закладной деталью. По мере увеличения нагрузки увеличение ширины раскрытия трещин происходило, главным образом, в узле 1.

На последнем этапе загружения при полезной нагрузке 4,437 кН/мг (5,10 кН/м2 с учётом собственного веса модели и веса распределительного устройства) трещины в узле 3 имели раскрытие свыше 2 мм. Наступило быстрое увеличение прогибов при падении нагрузки. Поскольку прогиб центра модели превысил 1/50 пролёта, максимальная достигнутая нагрузка ( 5,107 кН/м2) была принята за разрушающую. Так как при достижении предельной нагрузки нигде не было обнаружено разрушения бетона сжатой зоны, коэффициент С, на который должна умножаться расчётная нагрузка для определения величины контрольной нагрузки по прочности, следует

принимать равным 1,4 согласно припожения 3 ГОСТ 8829-85.' *В

в

проведённом эксперименте этот коэффициент оказался равным 1,46. Таким образом, результаты испытаний подтвердили, что исследуемая конструкция обладает необходимой прочностью и жёсткостью.

В третьей гпаве приведены результаты расчёта натуркий конструкции здания и предложения по корректировке чертежей. Расчёт натурной конструкции здания, также как и фрагмента, выполнен методом конечного элемента на ЕС ЭВМ с использованием ВК "ЛИРА". В основу расчётной схемы положена повторяющаяся секция здания (рис.4, а) с граничными условиями, имитирующими её работу в составе всей конструкции. Учитывая возможность несимметричных загружений здания расчёт проводился для полного пролёта конструкции. Разбивка половины секции на конечные элементы показана на рис. 4,6.

Анализ результатов статического расчёта натурной конструкции позволил определить элементы, в которых возникают максимальные растягивающие усилия и изгибающие моменты. Этим элементам присвоены порядковые номера от 1 до 8 и они показаны на рис. 4,6.

Рис 4 . К расчету натурной конструкции МКЭ

а) повторяющаяся секция здания , для которой выполнен расчет

б) разбивка половины секции на КЭ.

Проверку прочности растянутых сечений сталефибробетонных конструкций и выявление необходимости установки дополнительной стержневой арматуры выполняли как для внецентренно растянутых дисперсно армированных элементов по следующим формулам:

, (з)

если продольная сила N приложена в пределах ядра сечения. Здесь 1) - коэффициент снижения несущей способности при внецентренном растяжении, принимаемый равным 0,8. Если продольная сила N приложена между ядром сечения и наружной гранью сечения, то в условии (3) принимается равным 0,6.

Если продольная сила N приложена за пределами сечения, то:

Ме £ Я{е*• в(/>8 -х)/2+Л5к,■ Ь/г•6 -хУ* (4)

При этом высота окатой зоны х определяется по формуле:

(5)

Если полученное из расчёта по формуле (5) значение х > £ Ь . то в условии (4) подставляется значение х = К • В формулах (3-5):

е- эксцентриситет продольной силы N относительно сжатой грани сечения;

К5 , Ау- расчётное сопротивление и площадь дополнительной стержневой арматуры, расположенной по середине высоты сечения; Ь, Ь - высота и ширина сечения ; .' х - высота сжатой зоны сечения;

граничной значение относительной высоты сжатой зоны; 4 ~ расчётное сопротивление сталефибробетона растяжению.

При этом рассматривается 1-й случай исчерпания сопротивления растяжению сталефибробетона, при котором происходит обрыв части фибр и выдёргивание остальных;

расчетное сопротивление сталефибробетона сжатию. Значение расчётных сопротивлений для сталефибробетона вычислялись в

соответствии с "Рекомендациями по проектированию и изготовлению

сталефибробетонных конструкций" с введением уточнённых коэффициентов,

полученных в исследованиях Г.К.Хайдукова, И.В.Волкова и В.В.Билозира.

Расчёт показал, что при классе бетонной матрицы В 25 и металлической

фибре строганной из листа сечением 0,7х 0,5 мм с процентом фибрового

армирования/^ 1,5 %, расчетное сопротивление фибробетона растяжению

составило И^в-Ь =1,79 МПа. Во всех конечных элементах под №№ 1-8,

представленных на рис. 4 б, усилия растяжения превышали расчётное

сопротивление фибробетона растяжению . Для усиления этой зоны и

ограничения ширины раскрытия трещин в соответствии с требованиями

норм, вдоль рёбер 1-3 в панелях оболочках предусмотрена установка

дополнительной сварной сетки в виде полосы шириной 600 мм из

обыкновенной провблоки Вр-1 диаметром 4 мм с шагом от 50 до 250мм.

В четвертой главе диссертационной работы описаны организация производства опытной партии сборных элементов из сталефибробетона, подбор состава сталефибробетона заданного класса, выбор и назначение основных параметров технологического оборудования.

В соответствии с разработанным технологическим регламентом в производственном корпусе НИИЖБ было освоена технология, изготовления тонкостенных изделий из сталефибробетона и выпущена опытная партия сборных элементов для строительства здания павильонного типа в натуральную величину с размерами 12x30м. Сборные элементы изготавливали из сталефибробетона класса В25 в соответствии с рабочими чертежами, разработанными КТБ НИИЖБ. ...

Здание предназначалось для производственных нужд А.О."Агродёталь". Для формирования сборных элементов были изготовлены 4 стальных формы по одной на каждый вид изделия.

Подбор ссстаоа бетонной смеси был выполнен, применительно к цементу Белгородского заводу марки 500. В качестве заполнителя использовали песок Академического карьера с М =2,04.

Фибровая арматура - строганная из листа длиной 50 мм, сечением 0,5x0,7 мм. Объёмная концентрация фиброаой арматуры составила для ,;оитурных рёбер криволинейных элементов и плоских ребристых плат :> 1,5% для полки криволинейных элементов оболочки.

Расход цемента на кубометр батона составил 5,32 кН и песка 12,95 •И. ¡¿одоцементное "отношение разно 0,-5, суперпластификатор на применялся.

Приготовленную сталефибробетонную смесь перемешивали 6 - Э ,'.|ин н распределяли гю поверхности смазанной формы. Предварительно м форму укладывалась рабочая арматура в виде сварных каркасов (в ребра) и сеток в поле плит вдоль двух контурных рёбер.

После уплотнения бетона поверхность изделия заглаживали •мастерками, делали контрольные замеры толщины сталофибробстонного слоя в поле плит. Уложенную плоскую плиту выдерживали в форме до 30 мин., после чего осуществляли погиб отформованной плиты пугём поднятия противоположных углов формы с помощью мостового крана. Проектные размеры ширины элемента в согнутом положении фиксировали с помощью стальной затяжки из уголка и установкой подставок под борта формы, препятствующих их опусканию. Одновременно изготавливали два элемента. Площадку с элементами накрывали тепло и влагоизоляционным материалом и в образовавшуюся полость подавали горячий воздух, нагнетаемый калорифером.

Температура воздуха под плёнкой поднималась до 40-50 С. Прогрев изделия осуществлялся до тех пор, пока бетон в изделии не достигал прочности 15-16 МПа, после чего изделия распалубливали и переносили в место хранения. Те же технологические операции, за исключением погиба, применялись при изготовлении плоских треугольных ребристых плит в жёстких формах.

Па основе проведённых работ даны предложения по организации изготовления сборных элементов здания. на мобильном полигоне, суть которого заключается в отказе от централизованной поставки изделий с заводов ЖБИ и перенос их изготовления на стройплощадку с подчинением указанного производства строительной организации. Это позволяет:

-запроектировать и изготовить индивидуальные в производстве и монтаже конструкции, продиктованные графиком строительства данного объекта;

-резко сократить транспортные и складские расходы и время на перевозку готовых конструкций, а также исключить брак конструкций при пофузке, перевозке, разгрузке и складировании;

-организовать единую бригаду лроизаодителей и монтажников сборных железобетонных конструкций, предоставив ей право разумного сочетания объёмов производства и монтажа конструкций,преследуя конечную цель- сокращение сроков строительства и экономию труда

В пятой глава диссертационной работы описано внедрение результатов исследований. Экспериментальное строительство здания павильонного типа осуществлено строительным управлением . А.О. "Агродеталь" в г. Хотьково Московской области. Здание с размерами в плане 12x30 м построено по чертежам, выполненным КТБ НИИЖБ и скорректированным по результатам проведенных исследований. В результате проведенных исследований были разработаны предложений, позволяющие существенно снизить ' материалоёмкость конструкции, представленной в рабочих чертежах. Так было показано, что продольная рабочая арматура в рёбрах всех элементов, принятая по проекту в виде стержней 14 мм из стали класса А:III может быть заменена на арматуру диаметром 10 мм. Это дало возможность снизить расход стали на здание на 12,62 кН или на 15,7%. Было показано,.что высота контурных рёбер может быть уменьшена на 4 см с одновременным уменьшением размеров вутов. Сокращение высоты контурных рёбер сборных элементов позволило снизить расход бетона на здание на 6,56 м3 или на 23,6%. Уменьшение ребра на 4 см позволило установить в рёбра новые закладные детали, использовав для них швеллер № 10 вместо N3 14 по проекту. Это позволило снизить расход стали ещё на 3,62 кН ипи на 4,2%. Одновременно, снижение высоты ребра

привело к снижению расхода бетона замоноличивания швов на 2,4%. Общий расход бетона на здание составил 23м3, расход металла - 69,73 кН, в том числа 20,35 кН стальной фибры. По сравнению с аналогом (склад базы ремонтно-строительного хозяйства ЕлАЗ в г. Елабуге (Татарстан) размером 12x36 м, построенным с применением обычных плоскостных железо бетонных панельных конструкций, при строительства здания пааильонного типа из дисперсноармироаанных тонкостенных элементов сокращение расхода цемента составило 65%, стали - 35,4% и снижение трудозатрат - 32%.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ существующих типов одноэтажных зданий павильонного типа показал, что наиболее экономичным из них являются конструкции, собираемые из тонкостенных железобетонных элементов, выполняющих роль несущих и ограждающих конструкций, без введения каких-либо дополнительных деталей каркаса . Создание и учет пространственной работы конструкции позволяет существенно улучшить её статистическую работу и технико-экономические показатели .

2. На основании проведенных исследований и проектных проработок усовершенствована пространственная конструкция одноэтажного здания павильонного типа со стенами и покрытием из тонкостенных Дисперсноармированных железобетонных элементов в виде оболочек и.плоских ребристых плит.

3. Экспериментально на железобетонной модели фрагмента здания 1:4 натуральной величины исследованы НДС конструкции и пространственная работа элементов стен и покрытия . Получены данные о распределении внутренних усилий а элементах конструкции в линейной стадии работы и. за пределами упругости вплоть до разрушения. Установлена картина образования и развития „трещин" в бетоне. Экспериментально выявлено, что конструкция может сценизаться как практически линейная вплоть до нагрузки близкой к расчетной. Подтверждена необходимые жесткость и прочность конструкций.

Л. Экспериментально установлено, что повышенного внимания и контроля при строительстве требует устройство узловых сопряжений о местах соединения сборных элементов стен и покрытия с помощью сварных соединений закладных деталей , обеспечивающих надежную передачу растягивающих усилий и пространственную работу конструкции .

5. На основании результатов экспериментально-теоретических исследований предложена методика приближённого расчёта конструкции здания как рамы с определением' усилий в рёбрах в местах сопряжения элементов стен и покрытия.

6. Разработаны расчетные схемы МКЭ, с использованием которых удовлетворительно описываются НДС и пространственная работа тонкостенных элементов конструкции здания.. Даны рекомендации по составлению расчётных схем МКЭ, позволяющих учесть конструктивные особенности сборных элементов.

/.Результаты исследований , выполненных с использованием расчетной схемы МКЭ .показали близость расчетных и экспериментальных величин .характеризующих НДС конструкций в упругой стадии работы и дали возможность выявить наиболее напряженные места конструкции , требующие увеличения армирования , и элементы конструкции , в которых количество арматуры и расход бетона могут быть снижены по сравнению с начальным проектным решением.

8.Экспериментально показано .что дисперсное армирование в виде стальной фибры позволяет удачно сочетать прочностные и технологические свойства материала , что дает возможность на его основе создавать тонкостенные железобетонные элементы высокой прочности с использованием современной технологии погиба изделий в свежеотформированном виде,

9. В условиях близких к заводским отработана технология изготовления сборных криволинейных элементов стен и покрытия здания из дисперсноармированного бетона погибом свежеотформованных плит на гибких поддонах .

10. Показана экономическая целесообразность изготовления сборных элементов здания не на заводах сборного железобетона , а на мобильных полигонах, располагаемых вблизи места строительства.

11. Пространственный характер работы сборных элементов и конструкции здания в целом , подтвердившийся в результате проведенных исследований , позволяет достичь высокой экономичности и рекомендовать конструкцию здания павильонного типа , собираемую из тонкостенных дисперсноармированных элементов для применения в строительстве , в том числе в районах с сухим жарким климатом ! Результаты экспериментально-теоретических исследований нашли применение при корректировке рабочих чертежей , изготовлении комплекта изделий и экспериментального строительства здания павильонного типа со стенами и покрытием из тонких железобетонных элементов с дисперсным армированием .

Основные положения диссертационной работы

найти отражения в следующих публикациях :

1. Шугаев В.В., Матниязов Б.И., Исследование пространственной работы тонкостенных элементов стен, и покрытия здания из дисперсноармироаанного бетона .// Депонировано- в ВНИИНТПИ Госстроя-- .- №11491 выпуск 1.1994г.

2. Матниязов Б.И., Эгик цолипланган юп^а деворли ,куп максадли йигма бинолар лойихасини такомилаштириш .(ЖПИ илмий-услубий кенгашининг макрла ва тезислар туплами )Тошкент . Узбекгидрогеология ,1994й.

3. Матниязов 5.И., Юп^а деворли фазовий конструкцияларда пулатфибробатоннинг ишлатиши .(ЖПИ илмий-услубий кенгашининг мацола ва тезислар туплами )1995 йил.

4. Матниязов Б.И., Опж к;олипланадиган йигма темир бвто>. конструкцилларни к^чма попигонда таййрлаш (ЖПИ игши."'"-услубкй кенгашининг макрла ва тезислар туплами ) 1995 йил.

5. Матниязов Б.И.,Бердяев О.Б., Особенности расчета стали-фибробетонных конструкций на прочность и ширину раскрытия трещин РКП И илмий туплами ) Тошкент . Узбекгидрогеология , 1996 йиг.

С. Матниязов Б.П., Бердиев О.Б., Определение физико-механических свойств сталефибробетона (ЖПИ илмий туплами ) Тошкент Узбекгидрогеология ,1996 йил.

7. Матниязов Б.Ч., Быстровозводимое здание павильонного типа . Межвузовский сборник научных трудов . Ташкент :изд ТашИИТ .1996 г. Вып. 226/62

Матниязов Бакдурди Ибрагимович

Биноларнинг диспэрсарматураланган бетондан тайёрланган юпк.а деворли ёпма ва девор элемснтларининг фазовий ишлаши .

05.23.01- Бино ва иншоатлар (^урилиш конструкциялари мутахассислиги .

АННОТАЦИЯ

Темирбетон ^оби^ларни йигма элеменгларини унификациялашга багишланган куп сонли тажрибалар шуни курсатадики , юза шаклларини турли хил бу'лиши уни йиша унификациялашган элеыентларга булишда к.ийинчилик ту^иради .Шунингдек элементлар юзаси технологи* жих,атдан мураккаб шаклга эга б^либ , ^оби^ларни кенг фллашгз йул ^ймайдиган жиддий фаеторлардан бири йигма элементларни тайёрлаш хамда монтаж ^илишдаги технологик камчиликлардир.

Ушбу илмий ,иш югца деворли (¡обидоарни ташкил этувчи йигма элементларни' тайёрлаш технолошясини соддалаштиришга .тайёрлаш жи^озларига сарфланадиган метални тежашга ва ме^нат сарфини камайтиришга царатилган булиб , бу йигма элементлардан янги павильон типидаш биноларни жорий этишга башшланган .

Бу борада бинонинг янги конструкцияси ва ало>уИда йигма элементларини кучланиш - деформацияланиш холатпни ургануачи тажриба ва назарий тат^отлар утказилди: рационал шаклдаги йигма юл^а деворли фазовий элементлардан ташкил топган павильон тилидаги бир.^аватли биноларни );исоблашда ва пойщапашда тавсиялар 1)шпаб чи^илди ; эгиладиган 1}олипда тайёрланадиган этк темир-бетон плиталар тайёрлаш технологиям такомиплаштирипди . Тажрибалар шуни курсатадики , пулат фибралар билан дислерсарматуралаш .материални муста^камлик ва технологик хоссаларини 1$улай равишда ($уллашга имкон беради ва шу асосда муста^кам юп$а деворли темирбетон элементлар яратилади .Шу Билан биргаликда бу турдаги йигма ,юпка деворли элементларни йигма темирбетон заводларида эмас .курилиш жойига я^ин жойлашган кучма. полигонларда,тайёрлаш иртисодий жихатдан афзаллиги курсатилган .

Олиб борилган тажрибаларда тасдидоанган йигма элементлар ва бино конструкцияларининг фазовий ишлаш характери .уларни павильон типидаги биноларни барпо этишда .айни^са ^ру^-исси^ ик,лиы шароитида »¡уллашда ю^ори и^тисодий самарадорлижа оришишга имкон яратиши оницламган.

Matnijzov Bakdurdi Ibragiinovish

THE SPACE WORK OF THE WALL FINE ELEMENTS AND

THE DISPERSE REINFORCED CONCRETE BULDING COVERS.

Results of numerous research of the reinforced concrete casing assembly elements unification shows that the large of them surface from make difficult up into assembly unified element. Moreover, the elements surface, as a rule, have a sufficiently complicated unadaptable to streamlined to streamlined production from.

This work is dedicate to problems of research and introduction of the pavilion type new appearance buildings.

A serial experimental-theoretical research of new construction buildings and individual space elements stressed-deformation state was carry out.

The experiments shows that the disperse reinforcement in from of steel fibre is allowed the combine the material strength and technological propertes and to produce the high-strength fine wall reinforced concrete elements.

Results of research are confirmed the space work of the assembly elements and building constructions on the whole. There are allowed to attain the high economy and to recommend for build the pavilion type building , such will make from fine wall disperse reinforcement elements and will be use and dry not climate regions.

The economic expedient of making the building assembly elements on a mobil range naer by building is showed in the thesis.

Подписано к печать /?( '. J /.№C>r., формат G0.x81 Vie, оперативная печать, бумага Xs/ усл. и. л. 1 уч. изд. л., тираж- ЬО , закат № 6^0 Отпечатано в типогра^пг ТгшПУ, Ташкент, Вузгоролок, ул. Талабалар, 54.