автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Расчет и исследование железобетонных конструкций при сложных деформациях

Го сударстве нный научно- исследовательский институт строительных конструкций

^ • ' УДК 624.012.45

•ОТ - ТИМОФЕЕВ НИКОЛАЙ ИВАНОВИЧ

РАСЧЕТ И ИССЛЕДОВАНИЕ-1ЕЛЕ30БЕТ0ННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ СЛОЕНЫХ ДЕФОРМАЦИЯХ

05.23.01- Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание, ученой степени доктора технических наук

Кие в -19 9.8

Диссертация есть рукопись

Работа выполнена в .Украинской зональном научно-исследовательском и проектной институте по граяданско^у строительству (КиевЗНШЭП)

Официальные оппоненты:

доктор .технических наук, профессор ЕЛ. Бабич С УГЛВХ) доктор технических наук, профессор A.c., Дехтярь С УАИ)

доктор технических наук, профессор A.JI. Шагин С ХГТУСА) t

Ведущая-организация: Полтавский государственный технический

университет,.г. Полтава.

Защита состоится " - 1998 г. в " " часов на заседа-

нии специализированного ученого совета Д 01.14.01 Научно-исследовательского института сроительных конструкций (НИЙСК) по адресу: 252037, Киев- 37, ул. И. Нлиненко, 5/2.

С диссертацией 110ано ознакомиться в библиотеке Научно-исследовательского института строительных конструкций по адресу: 252037, Киев- 37,"ул. И. Клименко, 5/2.

Автореферат разослан: " " Ученый секретарь

специализированного ученого совета Кандидат технических наук, с.н.с.

1998 г.

Н.Г. ШЬЕНКОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ "I

Актуальность проблемы. Большинство железобетонных конструкций работают при слозных деформациях. Несмотря на имеющийся.-.опыт проектирования конструкций при слонных деформациях, вопросы их расчета в научно-технической литературе освещены недостаточно. 2то прежде всего объясняется больший разнообразием специфических задач, ветре-

ъ

чающихся при проектировании, и отсутствием достаточно надеиных теоретико-экспериментальных исследований различных сложных деформа-

ций. Круг этих задач довольно широк: комплексное-исследование образования и раскрытия трещин, предельных дефориаций~и усилий с учетом их перераспределения; разработка новых методов расчета элементов, подвергнутых стесненному кручению, кручению с чистый, косым и поперечным изгибом, кручению со снатием или растяжением, определение схем, и углов наклона трещин разрушения. Проблема сложного деформирования считается наиболее актуальной и поэтому постоянно включается в "Планы важнейших научно-исследовательских работ по бетону и железобетону".составляемые координационными советами научно-исследовательских институтов и вузов.

Цель работы: разработать методы расчета элементов нелезобетонных конструкций, подвергнутых кручению с продольной или поперечной силой: по трещиностойкости, дефориативности и прочности, с использованием результатов экспериментальных исследований. Разработать пример деформационного расчета.

Автор защищает:

- р„е.; ш е-н и е проблемы,- •• расчета трещиностойкости, дефориативности и прочности скручиваемых элементов конструкций из тяжелых и легких бетонов на основе теоретико-экспериментальных обобщений;

- инженерные не то д . л расчета по определению:моментов образования трещин и подбора оптимальных сечений, деформаций на арматуре, бетоне вдоль .трех осей, прогибов.кривизн, углов поворота, углов сдвига, углов закручивания, углов наклона трещин разрушения,

высоты сжатой зоны бетона и доверительных интервалов основных характеристик;

- предложения по уточнении ^(требований норм: о величине > ■-1апряжений--.в.. ежатой арматуре о целесообразности ввода коэффициента 400 Ша на основании формулы автора;

- рациональные методы расчета и проектирования тонкостенных балок, проекции трещин разрушения которых не образуют прямых линий при развертке граней;

- результаты испытаний на кручение, кручение с одновременный сжатием или растяжением дискретно и дисперсно армированных цилиндров, фрагментов анкеров и свай • ' » на кручение, кручение о чистым и поперечным изгибом обычных и предварительно напряженных балок из тяжелых и легких бетонов, на стесненное кручение опор двутавровых сечений, колонн прямоугольных сечений, на изгиб

и кручение, кручение с косым изгибом тонкостенных мостовых балок, кручение и срез с учетом перераспределения усилий двухпролетных балок тавровых сечений с различным расположением полок в пролетах и на опорах; кручение и срез с учетом перераспределения усилий криволинейных брусьев, натурных балок, контурных ригелей, прогонов, широкополочных плит типа 2Т и их ребер;

- в табличной форме результаты сравнений опытных характеристик с расчетными данными по формулам автора, других авторов, а также по фор

мулам СНиП 2.03.01-84.

Научную новизну работы составляют:

- предпосылки. - - по расчету трещиностойкости, деформативности и прочности элементов, соответствующие опыту при сложных деформациях;

- новые критерии прочности, новые данные о влиянии на прочность и дефорнативность форм и геометрических размеров образцов, вида и проч ности бетонов, арматуры, отношения величин Т ; л/ /Т , А, /А . предварительного напряжения , стесненности сечений;

- новые элементы теории железобетона: Кьчдог; ^ьп^^г , К- ; Е I ^Ыь ; (коэффициент сцепления);

- новые механизмы (схемы) разрушений разнотипных конструкций в широких диапазонах величин Т /Г1Ъ, Д/ / Т от 0 до ;

- новые конструкции зданий, новые способы испытаний пространственных систем, новые способы защиты зданий от динамических нагрузок;

.- научный расчетно- экспериментально- статистический банк данных по расчету и испытанно более 200 различных конструкций из тяжелых, легких дисперсно и дискретно армированных бетонов.

Практическая значимость, предлагаемые методы в практике проектирования используются при расчетах аелезобетонных изделий, а предлагаемые методы испытаний при оценке качества конструкций в производственных условиях, что приводит к снижению трудозатрат. Результаты экспериментов по слмнонапряаенному состоянию сечений образцов дополняют научно-информационный банк данных и используются при составлении новых норм проектирования-:-

Внедрение. Результаты проведенных исследований внедрены в нормативные документы. Некоторые пуннзы Руководства по проектированию... 1977 г. составлены с учетом и на основании исследований автора.

В народное хозяйство результаты опытов внедрены также в виде создания новых устройств, стендов, способов испытаний конструкций, в виде новых типов элементов зданий (авторские свидетельства & : 376318,1004792,1067397,1145266,1163189,1182121,1730384,1747620, 2025034, патент Украины 9760А). Расчеты фундаментов сейсмостойких здания учтены Комиссией по разработке указаний по проектированию и строительству зданий и сооружений в северных районах Армении, пострадавших от землетрясения (письмо Госкомархитектуры £ 4-33 от 19.01.1989 г.).

Расчетные методики автора внедрены и дали значительных экономический эффект з АО "Ниевпроект" при проектировании зданий детских са-

дов.школ, автоматических телефонных станций; использованы в КиевЗ-НИИЭП при проектировании и возведении крупных зданий,как,например, гостиницы "Интурист".павильона "Мелиорация и водное хозяйство"на ВДНХ Украины,"Салона мебели"; использованы в институте "Укрмясомол-проме" при проектировании и возведении Харьковского мясо-молочного комплекса, транспортной галереи Кишеневского мясокомбината,при проектировании и возведении мясоконсервного завода в Мальге-Вондо- в Эфиопии); использованы в институте "Гипромедпроме" при проектировании элементов конструкций составного цеха Туйыазинского завода медицинского стекла в Башкирии, производственного корпуса Ленин т градского завода медицинских полимеров; использованы в институте "ГосавтотрансНИИпроект" при подборе сечений аелезобетонных конструкций автозавода в с.Шевченко Черкасской обл. .автовокзала в г.Ярем-ча,опытного завода нестандартного оборудования в г.Ужгороде, при подборе сечений крайних колонн здания автовокзала в г.Умани, авторемонтного завода в г.Первомайске; использованы в институте "Киев-метропроект" при расчете элементов конструкций отстойных пролетов метрополитена на станции "Лесная", вестибюлей, платформы павильонов входов станций Оболонского участка; использованы при армировании различных конструкций в институте "Гипроград", а также при составлении. программных комплексов систем автоматизация проектных работ на ЭВМ,Материалы диссертации часто используются аспирантами, а такке в учебных курсах вузов и институтов повышения квалификации.

Научно-техническая 'проблема диссертации была увязана с планами основных НИР ряда организаций: ЛатвНИИстроительства (г.Рига) по теме 3 21/И-Ю-Б, госрегистрация Л 730 16709, 1976; НИИС11 (г.Киев) по теме 3 1/01.14, госрегистрация да 76074961, 1977; КиевЗНИИЗП по теме .6 45н/87, госрегистрация .1 0170060596, 1987.Работы автора по дисс-ертации-'Сейсмостойкое здание" и "Структурное сборно-монолитное здание и способ монтана" ,как лучшие работы на Республиканских конкурсах Украинским республиканским правлением НТО стройиндустрии,

в 1985, 1987 гг. были награждены Почетными грамотами.

Апробация. Работа автора докладывалась и обсуждалась на: Всесоюзном координационном совещании по проблеме'."Легкие бетоны и конструкции из них" ,з 1562; ХХУН,ХХУ1ДХ1Х,ХХХ научных конференциях Ленинградского .иняенерно-строительного института,в Ленинграде, в 1969-1972; Всесоюзной конференции по теоретическим основам расчета строительных конструкций, в Москве, в 1970; Ш Всесоизном совещании по основаниям, фундаментам и механике грунтов, в Киеве, в 1971; Всесоюзной конференции по применению математических методов и ЭВМ проектированию базы сельской строительной индустрии в Гяпросельстройиндустрии", в Калинине , в 1970; семинаре кафедры Инженерных конструкций Ленинградского политехнического, института, в Ленинграде, в 1971; Ш Всесоюзной конференции по статике и динамике прад^&аяствешшх конструкций и Республиканского координационного совещания по покрытиям типа оболочек, в Киеве, 1971; ХХ1У конференции Полтавского инаенерно-строительного института, в Полгаве, в 1972; объединенном заседении кафедр Железобетонных конструкций и Строительной механики Вильнюсского инженерна -строительного института, в Вильнисе, в 1974; Всесовзной конференции "Дисперсно-армированные бетоны л конструкции из них", в Риге, в 1975; Всесоюзной конференции по развитию методов расчета конструкций по предельным состояниям", в Москве, в 1975; секции архитектурно-строительной кибернетики НТС КиевЗНИИЭП, в Киеве, 1979; секции Иент- . ральной лаборатории теорий.железобетона 5 I НЙИ2Б , з Москве, з -1980 ; семинере кафедры Еелезобетонных и ..■ каменных конструкций Киевского инженерно-строительного института, в Киеве, в 1991; научном семинаре по строительной, механике деформируемого твердого тела при Киевском инаенерно-строительноц институте, в Киеве, в 1992, 1993 ; специализированном Совете по строительным конструк-

циям при Одесской государственной академии строительства и архитектуры, в Одессе, в 1994; семинаре кафедры

железобетонных конструкций гХарькозсю^гб- инленерно-огроительного. ститута, в Харькове,..в•• . • . .

Технико-экономическая зффективность. В конце диссертации прилагается ориентировочный расчет (выполненный Лабораторией экономики НШЕБ) годового экономического эффекта, получаемого народным хозяйством от внедрения результатов научных разработок автора. Эффективность в цепах _1?£7 г.определена а размере 5,1 млн.руб. и в экономии арматурной етали в размере 43,4 тыс.кН.

Объем работы. Диссертация состоит из краткого введения (как главы), шести глав, выводов по главам,обобщенных выводов и излокена на 197 страницах текста (кроме оглавления, 41 таблицы, 123 рисунков, 102 библ.указателя и 10 справок по внедрению); общий объем - 349 -с. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ~~

Состояние проблемы. Во введении обоснована актуальность проблемы, состав ее научной новизны и "практической значимости. Указываются объекты внедрения и технико-экономическая эффективность научных разработок; сформулированы принятые предпосылки, а такге общая объединяю--щая идея для решаемых задач в диссертации.

В главе 2 изложено современное состояние проблемы исследования. Дан краткий анализ наиболее существенных работ по рассматриваемой теме. Отмечается, что данному исследованию предшествовала серия работ в области кручения бетонных образцов. Отмечаются первые работы Баха,Графа, Мерша, Рауша,Залигера, Столярова... Позднее в печати публикуются сообщения об исследованиях нелезобетонных элементов.подвергнутых кручению. За рубеном расчет железобетонных элементов, подвергнутых изгибу с кручением в основном производится по эмпирическим формулам. Достаточно напомнить нормы Франции, Германии, Австралии, а такие опыты Нилендера,Ноуэна,Хэмфриса, Зиа, Леонгарда, Миамото,

Нихаэску, Хиросси, Хэлла, Унгера, Фишера,Скудры, Иалмейстера.

В СНГ создалось несколько направлений в области расчетов по прочности конструкций, подвергнутых изгибу с кручением. Расчет по суще-

ствующим нормам СНиП 2.03.0I.-84 осуществляется как проверочный .При всех известных (в той числе соотнопениях усилий кручения к изгибу) величинах проверяется усилие?воспринимаемое сечением и сравнивается с внешним крутящим моментом. При этом Еысота сжатой зоны* принимается как при расчете на чистый изгиб (формулы 29,93 СНиП);не учитывается сопротивление бетона растяжении мегду трещинами.

Значительным шагом вперед з изучении теории кручения являются работы: А.А.Гвоздева, В.Н.Байкова, Н.Н.Лессиг, Н.И.Карпенко, Ю.В. Чиненкова, П.С.Торяника, И. л .Лялина, П. Ф. Вахненко , Л.В.Фалеева, Л.К. Руллэ, Г.И.Бердичевского , Э.Г.Елагина, АЛ.Кузьменко,А.С.салесова, А. Я.Баразикова,..посвященные исследованию изгиба с кручением балок.

Основные положения теории деформирования яэлезобе тона с трещинами Н.И.Карпенко-заключаются в том, что з момент поязления трещин действие потока касательных сил, л которому приведено действие крутящего момента перемещается на уровень поперечной и продольной арматуры; деформации элемента зависят от деформаций арматуры, полос бетона меяду трещинами, скатол зоны бетона; из равновесия расчетного элемента определяются средние деформации, по которым определяются углы сдвига, углы закручивания, кривизны.

Излагаются исследования прочности предварительно напрятанных элементов .подвергнутых кручению с чистым и с поперечным изгибом, проведенные автором вре1962 году. Получены условия прочности по двум схема а разруления.Изучено напряженное состояние сдатой зоны элемента при изгибе с кручением. Если напрягаемая арматура к моменту исчерпания прочности продолжает оставаться растянутой, то усилия в ней, напротив увеличивают напряжения з бетоне саатой зоны. Как известно , для тяпелах бетонов предельными считаются деформации 0,002, при этом бьи найден модуль упругости стали (30ХГ2С), разный 0,193.

Ю6 ППа. 7стапоиено , что: R ' = Е = 0.002.0 .IS3.I06 = 386 йПа и

if* 5

-екоцендована формула: - 3 g s - ¿^ ( .5; ■

Согласно СНиП для напрягаемой арматуры, расположенной в сяатой

зоне, напряжение принимается равный:С^с= 400- . Включению

в СНий величины 400 МПа по этой формуле сопутствовали исследования автора диссертации. Изучено влияние напряжения6^<сгна прочность сяа-той зоны бетона, а, следовательно, на прочность балки в целом. Найдена теоретическая' величина напряжения арматуре в момент разрушения из условия, что раскрытие трещин по высоте сечения пропорционально расстоянию от нейтральной оси. Ширина раскрытия трещины пропорциональна_деформациям арматуры. Опыты показали, что если при чистой изгибе большая часть сечения растянутой зоны не учитывается в расчете, то при изгибе с кручением сопротивление разрушению оказывают наклонные полосы нейду спиральными трещинами. Поэтому, с увеличением влияния крутящего момента предпосылка СНиП "сопротивление бетона растяжению принимается равным нулю" становится неточной.

В главе. 3 излагается теория расчета скручиваемых элементов.повергнутых с продольной или поперечной силой.

Трещинообразование. При рассмотрении предельного состояния были приняты предпосылки: I) материал бетона принимается упруговязкоплас-тичйшг . разрушение которого совпадает с нарушением его сплошности; 2) учитывается работа растянутого бетона при изгибе с кручением и кручении с продольной силой; 3) до образования трещин бетон рассматривается как изотропный, а после образования- как анизотропный материал; 4) для различных классов бетонов вводятся нормативные сопротивления бетонных цилиндров кручению; 5) для определения касательных напряжений в бетоне справедливы формулы упругопластичес-кого кручения. На основании этих предпосылок, проверенных на опытах для определения крутящих моментов, соответствующих появлению первой трещины, используют формулы.

Кручение. ¿Г <Г-И^ог } (1)

(2) сз;

(■О

-Кручение с продольной силой Tc=Rb„.w + ■

Раскрытие трещш. Для определения раскрытия трещин при кручении предлагаются зависимости

crcz

-(K-r) ZbtXf>/4SB. ;

t-

Изгиб с кручением.

Главное растягивающее напряжение в бетоне при изгибе предварительно напряженного элемента мозно определить по формуле

Переменная- величина Ц/ момент сопротивления сечения находится

таким образом. Согласно прямоугольно-треугольной эпюре, напряжения

в крайнем растянутом волокне бетона равны <C=Mcrc/^[/|/r<;¿.Однако, за счет предварительного напряжения величина б"'уменьшается на

на величину • В момент трецинообразования напрякения

на растянутой грани равны сумме = ^ь'-»- • Подставляя зна-

чение суммы б формулу (7) при Hi = Тсгс / М сгс , имеем

/Т ^т Wfj. Rb-tn-s;^ ^Wp Л*. n (3)

(ТсГс)-ТсГ£^/^ р--«WW -о-

Решая квадратное уравнение (8), находим

Тсгс "^RbtV^pl 1

(9)

где

j j

4

3 этих йормулах:|Д/ - пластический момент сопротивления при юэу-чении с изгибом; момент сопротивления сечения по растянутой

грани. Коэффициент ^ (новый элемент теории), который учитывает пластическую работу бетона при изгиба с кручением находим из формулы (8) (10)

01 мча ям, что при 6^" = С6!/!/ ) получается лучшее совпадение с ъ

экспериментом, чем при 6^".=,-6". Однако следует признать, что пред-

посылки чистого изгиба в стадии 1а для изгиба с кручением неточны,

а поэтому автором использован метод обратного уточнения значения

согласно которому опытный крутящий момент приравнивался к теорети-

ческому моменту и по формуле (10) вновь определялся параметр У ^

Для различных вечений, . для сравнения приведены величины у ,

найденные по методу автора и по формулам СНиП. Величины по СНиП

значительно превышает опытные величины (по изгибу с кручением).

Угли наклонов:¿4. ¿^¿^терецин разрушения к поперечным осям элементов определяются соответственно по формулам

Деформации. При этой исходим из предпосылок: I) в стержнях арматуры учитывается как нормальные , так и касательные (вдоль осей У- > V ) ,íTSy напряжения (нагельный эффект); 2) в сложно-напрязен-ной напряасния во всех стержнях, пересекаемых трещиной разрушения достигают пределов текучести раньше , где К $ I), чем при

изгибе ( растянении, сжатии), а в напрягаемой сжатой арматуре - величины ^ ; 3) деформационные расчетные модели неразрезных балок с прямолинейной или криволинейной осями в плане, принимаются в виде жестких дисков (5 = сл), соединенных з местах воздействия максимальных моментов упруго-податливкыи связями ($= У(к s))- арматурой, воспринимаемой усилия растяжения, сдвига, кручения.

До образования тредин принимается упругая стадия. Для балки найдена величина псогиба 4- , с учетом язгибной и киутильной жесткос-

' с

тей; получены формулы для определения углов закручивания сечений.

После образования трещин. Вводятся новые элементы теории- секущие модули деформаций полосок бетона вдоль и поперек спиральных

ТреЩИЙ KÚEb i ¡W fЬУи/fi ; Е,Г ■, (12)

где по результатам опытов вризато: 0 = I при Т" =-0,2; iJ = 0,8.' при Т /М =0,8; промежуточные значения принимаются по интерполяции.

При анизотропии армированной пластины дня глазных деформаций получены вырадения ^

¿mi &Sbm-bEjím(Sí^SbiD^Smytj^intC ^tmtj ;

^rnc~(^(>nfcSs¿mt j^Sbrr¡( fjbmtj~(yíhmt ^ib^ibrucjEít, me Esími) .

•Обработка и анализ многочисленных опытов автора показала, что средние деформации бетона при кручении на уровне продольной арматуры вдоль осей х ,У; tнояно апроксимирозать функциями пластической теории малых дзаггемаций с (l с li } <г,, ■ , ir->

« (j.3 )

■где M^/E^.tz)-

Углы сдвига соответственно горизонтальных и вертикальных граней равны

-¿^ + — ¿t jsinj- cos*- j

(Ю

= ¿z ^tyj- rSyt^J.- £t I S£n<j-

Относительные углы закручивания граней прямоугольника и трубы(рис.5/ равны , $ у г л ^еу j) . (15)

+ М- '

Если пролеты двухпролетной балки внецентренно загружены силами, величину кривизны при изгибе с кручением монно представить в виде Ср^Л) М Г> , -р „ I Mt-ob, ,

-¡г ^Nlt.pbiBrn-Ho^Bt ; ГрШ ?iür- (16) ' **) * t

40

Связи неиду опорными и пролетными моментами и углами поворотов выранаются зависимостью

где

Выявлено два подхода к расчету балок, подвергнутых изгибу с кручением. Для расчета деформаций балки из условно эквивалентного изотропного материала при обозначениях Ц = \ /М4. справедливы формулы: 1 = ;

-^тСВщ/Ю + Ье+Г^Н^Ь/ну, а8)

Для расчета балки из анизотропного материала в общем виде спра-

ведливы формулы для деформаций

_L fr- бгт) Ъь Brf Wt Mt & m BrJ -1 Ггй

В fit Dt D,; т * Г т — Dm 3>* £

В с«, е* О N к Cm с* ¿N

Общей объединявшей идеей всех репаемых в работе задач по расчету железобетонных конструкций,подвергнутых кручению, кручению с продольной или поперечной силой является выракение усилий и деформаций в формулах (15) через кесткостные коэффициенты, иными словами- кривизны (прогибы), углы закручивания,относительные удлинения [/г , , £ содернат параметры жесткости Ьс,])^ ,Сс в функции усилий N.

Прочность. Установлены следующие предпосылки: I) стеики-"массивы" (балки, колонны ) работают з условиях объемного налряженого состояния, а стенки трубчатых, коробчатых сечений работают з условиях плоского напряженного состояния; 2) различают б случаев: разрушение тонкостенных тавровых балок (при нистсш или косом изгибе с кручением) происходит по сквозной пронизывающей стенку трещине, не образующей в развертке прямой линии; разрушение прямоугольных, тавровых, дву-тарозых сечений происходит по пространственным сеченияц,по 1,2,3 схемам, причем: изгиб рассматривается, как растяжение- сжатие противоположных фибр сечения, кручение, как растяжение- сжатие спиральных полос бетона с арматурой между наклонными трещинами; разрушение кольцевых, сплошных круглых сечений (при кручении, кручении с продольной силой) происходит скольяениен по винтовым трещинам с двумя случаями: в случае текучести растянутой арматуры, когда ^¡у —Уб'чу-, в случае разрушения полос бетона между спиральными трещинами от сна-тия или растяжения с кручением, когда -У/ ,при этом со-

противление спиральных полос бетона между трещинами принимается ра-внши , элементы теоршО; секущие - модули упругости

полос бетонов вдоль и поперек спиральных трещин равными ^ьи, ^мъ ■ Во всех случаях разрушений гипотеза плоских сечений не приемлема. На примере деформирования малого элемента, выделенного из некоторой конструкции, рассматривается напряженное состояние в общем виде. Вводится принцип направленного размазывания армирования, с направляющими косинусами.

Для трубчатых сечений, подвергнутых кручению или кручению с про-

дольной силой (когда на контуре по оси г напряжения равны нулюб^ = Т = 0) осуществлен переход от пространственной задачи к плоскому напряженному состоянию, т.е."массивы" сечений (1>7Ь ) постепенно переходят в "стенки". В связи с этим кубические инварианты известные из теории пластичности можно выразить в виде квадратичных, отдельно по бетону.отдельно по арматуре

Т„„) (го)

(¿ту-ЫС*™-***)

Кручение.Приводится, как пример,решения плоской задачи при алгоритмизации расчета на ЭВМ трубы при кручении. Вводится система из 8 уравнений. Предполагается, что трещины раскрываются под углом 45° и что за окружностью радиуса Га касательные напряжения з бетоне до-сигавт предельных величин. Если же радиус рассматривать как параметр, то устранение 8 неизвестных приводит к системе 2 уранений с двумя неизвестными. Зти уравнения р (¿50 , = й ; ¿{> ( = 0. ионно представить ввиде двух семейств кривых А и Б, пересекающихся в точках х. Следовательно, проблема расчета железобетонной трубы при кручении состоит в .определении для ряда значений г"0 геомеметри-ческих мест точек для х , где касательные напряжения в бетоне достигают предельных величин. Зная деформации продольные и по окружности в арматурах, мояно вычислить остальные б неизвестных. Расчет производится методом итераций.

Кручение с продольной силой. Из квадратичных инвариантов при-Г

-Г

X получаются основные условия по бетону, по арматуре

(к I * + - к,,*, л*) (к I, % - б-^ т{) - Т^ о

Из формулы (21) при 0; ^ = ^/тг(£г-г*)', 1,5"Г/У(КЭ-г*)

(21) (22)

имеем:

1.5 Г

Т(И3~Г3}

Определяя из формул (21-22) значения 'С и подставляя их в формулу пластического кручения, получаем универсальные условия прочности элеиента по бетону Т^ , по арматуре Т5

ть = ^» ^^ Г*,У ■ (2°

С-другой стороны, вырезая из стенки полой сваи призму так, чтобы' наклонная грань прошла по трещине, а другие грани под углом о*-и проектируя все усилия на о си , У , имеем:

^ : (2б) Основные условия прочности имееат вид

Т -Ь * * -V А - ^ а (27)

I

4 СУ <а Т . (28)

В формулах обозначено: Зв =5у = Т/г7~ГС;Г ^ ; /А, •

Из формул (27-28) исключая значение угла^ и принимая для стадии разрушения Л = Я = * лл*' материала железобетонного цилиндра, а ' у

подвергнутого кручению с растяжением условие прочности

У л V

При одновременной текучести (стали и бетона) стадию разрушения железобетонного цилиндра при кручении с продольной силой могсно представить в виде .

(^^^(КцгГ/^У ~ (01)

(29)

• " 16

Для сплошных-круглых сечений условие текучести, выракенное через

Т ,»Г можно представить в виде.

___(32)

Сопротивление полос бетона на с:;атие с кручением между спиральными трещинами эмпирически моено выразить ; /—-.

КЬ5 =К , (33)

а нормативное сопротивление армированных полос бетона на растяжение с кручением ыеяду спиральными трещинами (новые элементы теории) рав:

"!. (3 4)

в

Изгиб с кручением. Условия прочности в расчетном предельной соси янии (при наличии напрягаемой и ненапрягаемой арматуры), имеют вид --сг. 1 (35)

(36)

с«2

С51 (38)

ГДе ^'¡р, 1\|5' / - равнодействующие усилий соответственно

в напрягаемой и ненапрягаемой растянутой, сжатой арматуре и в хомут; ...После образования трещин сплошное сечение бруса работает подобно

полому, в котором "поток" касательных сил равномерно циркулирует по

периферийным полосовым зонам. Нормальные и касательные напряжения

от , 7 в продольной арматуре (площадью ), расположенной у

сторона У = Ь/2 и -(площадью/!^), расположенной у стороны /хЬ/2 соответственно определяются <гя = ; - Г/2 г, /¡^ ;

* (37)

Используя условие Губера-Генки-1!изеса .формулы модно привести к виду:

<Чх = о>5-ТС„/М, С39)

где .

Эмпирический подход. Предлагаются различные усовершенствования методов расчета. Из опытов было устаношшна^более 55 расчетных формул, высоко оцененных на практике в Киевпроекте.

Прямоугольные сечения.Дан упрощенный . расчет пелезобетонных элементов по I и 2 схемам разрушения, основанный на вводе следующих обозначений, при этом возникает возмокность составления программ дт ЭВ11. По яыевдимся значениям площадей арматур определяются крутящие моменты, и,наоборот, по крутящим моментам определяются площади арматур.

05/(1-2 ,

; ^ ;

М + ^/Н,)8- ' ^ ГЙ^

Для сечений тонкостенных аирокополочных мостовых балок, подвергну-

тых косому изгибу с кручением ;г сжатой зоны в виде трапеции, получены расчетные "формулы для определения моментов М „Т.

I <У 1

Расчет по поперечной силе. По результатам испытаний прдваритель-

но напряженных образцов, подвергнутых чистому и поперечному изгибу с кручением (при различных соотноаениях между величинами Т/^).,

установлены зависимости: для балок из тяжелых бетонов для балок из легких бетонов

Jl.^Wb^W6 ; с«)

для дзухпролетных криволинейных в плане балок из тяжелых бетонов

Во избежания преждевременного раскрытия трещин и для выбора достаточных размероз сечений предлагаются критерии расчета:

lí + fr/Z^or) . (2х)

При ^t сгс obi ^W-fc-é °'5, критерий "а" при 0,5&ltft¡(r<iOb.s /Mtél, критерий "б"

и графически представлены поверхности взаимодействия усилий (рис.4) Получена зависимость для определения прочности сечения при изгибе с кручением (рис.2,3)

т= н„ Mt4b![(Rbn,<r' ^ о-ед^ jSvv|;6)

где прочность сжатой зоны бетона равна ( К- - кубиковая прочность)

По опытным значениям прочностей: на растяжение восьмерок, на саа-тие кубов, на кручение цилиндров в трехмерной системе координат получено выражение для нормативного сопротивления бетона кручению (новый элемент теории)________

(45)

Прочность кольцевого сечения (с радиусами К , с )• При кручении условие равновесия выразим в виде элементарных работ

cU=df\^ + dAJcirt d ASLrc/Ab , (49)

где работа, затрачиваемая' на преодоление сцепления продольн-

ой'арматуры с бетоном; dAiaf.e/ASu <c(l\b- работа, затрачиваемая на преодоление сопротивления соответственно поперечной, продольной арматуры (нагельный эффект), спиральных полос бетона- сжатий при закручивании на угол cji)" •

Элементарные работы можно зцразить

¿lAsL^MsiSiit^d*- ; Го^Г+fr,-

(52)

(53)

(50)

(54)

спил-

К

где |\ ^ - работа, затрачиваемая на преодслгще сопротивления альных пслос бзтона растядениз.

Распределение крутящих моментов неаду бетоном и арматурами мои-но зыразить:т^= ^ ^ С^Д,. ^

Ть = + £ Го^-л-Кьп-эшг^ ■ 0б)

К (57)

Ты; = 2т Г}с ^ ^ь <г2 Г Г 2Сг К-^ь п-ь- . ^

С0ПР°'г:1Вление бетона срезу; е - полупериметр сечения продольной арматуры; ¿Г- толдина стенки трубы. Остальные обозначения- общеизвестные.

ОПЫТЫ . Суммированный подход теоретических решений задач не замыкается изложенным. Получение и уточнение окончательных решений возможно лишь с учетом экспериментальных данных.

Опыты над конструкциями, загрухаемыми последовательно возрастающей пространственной нагрузкой до их разрушения привели к установлению и контролю, как и при числом изгибе, 1,11,Ш стадий.

Опыты проводились с целью исследования трещиностойкости: определе ления моментов трещинообразования, ширины раскрытия трещин, места их появления и закрытия, углов наклона; с целью исследования дефор-мативности: определения кривизн, прогибов, углов сдвига граней, углов закручивания, деформаций на бетоне и на арматуре; с целью исследования прочности: определения опытных предельных и разрушающих усилий,схем (механизмов) разрушения, проверки предлагаемых методов расчета.

В главе 4 приведены исследования трещиностойкости, деформативнос-ти, прочности элементов, подвергнутых кручению во взаимодействии с продольной силой.

Шифр.С. При испытании фрагментов свай и анкеров опытные величины крутящих моментовТСГ£.,д трещинообразования определялись по нагрузке , соответствующей появлению первой трещины, а расчетные величины"]«;,.,.^ крутящих моментов трещинообразования определялись по формулам (I)-(4).Сопоставлены опытные иоментыТ^ 0|,5 с расчегнымиТСг<.10ь . Для свай, испытанных на кручение со сжатием, расчетный крутящий момент Тс1 определялся по формуле (27) при опытном коэффициенте =0,54 0,6. При нахоадении напряжений в спиральной арматурев по формуле (26) коэффициент Яр определялся по эмпирической зависимости

* в 51 0.4/Ст од; . (60 )

Сходимость величин Т0ь* сТ^установлена в пределах 6...17 %.

Шифр К. При испытании фрагментов колонн прямоугольных сечений в _ветзтикальном положении тщательно измерялись деформации. По формулам

(14) найдены средние расчетные величины углов сдвига ^ и

углов закручивания -9"^. Расчетные и опытные величины углов сдвига и углов закручивания приведены в таблицах. Отмечается совпадение между величинаниТсгс, d Т<Гс „bj2 пределах 39 % в обе стороны.

В главе 5 изложены исследования прочности и деформаций элементов конструкций , подвергнутых кручению во взаимодействии с поперечной силой. _

Шифр ЯИ-А,Б,В.Влияние отношения Тна прочность, а также влияние различного напряженного состояния сжатой зоны- на схему излома и на величину разрушающих усилий изучалось на 12 образцах II серии. Размеры балок: 150x250x3000 мм.Конструкции испытаны при отношении T/Mt . равном 0,1;0,2;0,4. Абсолютные величины углов закручивания при разрушении образцов оказались в пределах: испытанных приТ / = ОД от 1°до I°I0' ; приТ/ц^ = 0,2 от 1°5о' до 2°20 ;приТ /*\ = 0,4 от 2° до 2°So' на метр длины балки. По результатам этих исследований И.И.Улицкий писал-..."на основе предельного равновесия автором получены расчетные формулы,согласующиеся с опытными данными"-(Реферативный журнал "Механика", ЗВ407, 1965).

Шифр£Б. 9 ненапряженных балок с размерами 100x150x1000 ми испытаны (при Т /N1 = 0,5-1,0) на изгиб с кручением. В зоне действия двух моментов достижение предела текучести в растянутой арматуре наблюдалось при усилиях, равных 95-99 % от разрушающих. Предельные величины M^jf ^п, As* изгибающих и Tu кРУТЯ1ИИх моментов по формулам (39) согласуются с опытными величинами. Неточность расчета составляет 9,3 % (рис.б).

Шифр КИП-А,В. Из 10 балок Ш серии по натяжению арматуры были составлены две группы: а именно: А.^,= 605-615; = 440-540; В. 636-650;6^= 630-656 ИПа. Ш- серия была армирована сталью А.-1У (3QX -Г2С).Приводятся результаты испытаний и сравнение их с расчетными по

формулам (35)-(38) по I, 2 схемам разрушения как с учетом, так и без учёта сжатой арматуры, а также по формулам чистого изгиба прщ( = 2а^.

Шифр БР. На поперечный изгиб с кручением с учетом просранствен-ной работы испытано 10 двухпролетных балок ростверка. Установлено, что если пролетные моменты Мурата участках длиной 60 см еще не для всех балок превысили опорные М gup^t, то на участках длиной 30 см повсюду зафиксировано, чтоМ^_оЬ7М$ир,ок£. т-е- имеет место перераспределение усилий. Установлены три стадии работы неразрезных балок,подвергнутых поперечному изгибу с кручением: I-упругая (без трещин); II-упругопластическая (появление трещин, перераспределение усилий, нарушение сцепления арматуры с бетоном, расчет по формулам (18) ; Ш- стадия,а)яластическая, образование пластического шарнира, потеря лишних связей; б)-ш1астическая, превращение конструкции в геометрически изменяемую систему.

Шифр КБ. Описаны исследования II балок с круговой осью в плане (Г'« 1000 мм; ^ = 191°). До бразования трещин максимальные величины прогибов, составляющие (1/254-1/416) С или (I/460-1/650)Ь имели двухпролетные балки,испытанные равномерно распределенной в пролетах нагрузкой. Получено условие опасного наклонного сечения балок при

различных схемах испытаний. _

В главе 6 изложены исследования трещиностойкости, деформативнос-ти и прочности конструкций из легких бетонов, подвергнутых кручению во взаимодействии с продольной или с поперечной силой.

Шифры КИП-К; К-К. В 1У серии испытано 12 предварительно напряжен» ных керамзитобетонных балок, из них 9 на поперечный изгиб с кручением, 3- на чистое кручение. Контролируемое напряжение в арматуре равнялось= е-5'р= 515-550 Ша. Образцы.испытаны при = 0,1;

0,21 0_^ь_Долучены опытные величины коэффициентов которые определены по средним^" I и максимальным б"' значениям напряжений (рис

5 ,P!t: S, И7<>х

При помощи теоремы Лапласа и плотности вероятности распределения Стьюдента £ (-t) установлены пределы для величин средних X всех испытанных образцов. Найдены границы доверительных интервалов при«£_ = 0,99 для полученных параметров; определены коэффициенты Сивариации.

Сравнение опытных величин моментов трещинообразозания Тсгг.о^с

расчетными*|' ОГ( Та по Формулам (I), (2), (3), (4) для свай ниже _ _ . .

■ шифр : Кручение Кручение 1- сжатие Кручение + растяжение_

Отношения. -1С-4* С-7* С-1 С-2 С-3 С-5 С-6 _2С-3 ЗС-9 4С-10__

Тсгоо^/Гсгс,^1,0 IД5 1,02 0,59 0,78 0,95 1,11 0,89 1,07 0,89 Тсгс'о^/Та 0,94 1,02 0,97 0,94 0,88 0,96 0,92 1,11 1,03 0,98

Формулы пригодны для определения величин-моментов трещинообразо-вания с коэффициентами увеличения 1,03 - 1,12.

Сравнение опытных величин деформаций арматуры и полос бетона между наклонными трещинами с расчетными по формулам (13х) величинами, (как для коробчатых сечений, , мм/м; град., Ша) балок - ^/БК

'¿уоЬ; £г,.6г ¿г.4 ^^^ aL0ís О-'ьп _

¿"БК-3 2,98 2,78 1,57 1,43 3,70 4,10 4,60 4,53 46 18 5БК-4 2,90 2,83 1,60 1,43 3,40 3,60 4,45 4,51 45' 19 _$"БК-6 2,94 2,66 1,71 1,43 3,80 5,20 4,20 4,98 45 18 Расчетные величины деформаций удовлетворительно согласуются с опытными величинами деформаций, измеренных по .. . направлениям .

Сравнение опытных величин У углов сдвига, 10"^ углов закручи~\. вания с расчетными величинами, при Т = 1200 Нм, в 150 см защемле -ния от низа колонн

Шифр \ ^cy.oU s - Ю"

к-з 15,7 14,0 2,9 2,7 130 130

К-4 28,4 24,3 5,1 4,8 190 184

К-7 16,3 14,7 2 о 2,4 105 101

Расче тные величины i 10 (рад пан) по сор: .¡удам (14),(15)

согласуются с опытными величинами ofcy >' •

Сравнение опытных величинТ1ь5 крутящих моментов с расчетными Т^ , по формулам (24) ,(25), (27), (28),(60)

Шифр кНм _свай

С-1 5,65 5,98

С-2 5,70 5,13

С-7х 5,56 6,5

2С-8 7,6 7,23

кН ^ МП а Град.: Рад, м МПа

.тТ |ЗоИ ^

1,46 0,94 369 41 756 0,76 31

1,63 1,11 375 40 760 0,76 33

- — 0,86 363 . ~45 832 0,83 30

0,29 1,05 ,550 . 50 722 . 0,72 42,5

Расчетные величины Т^ согласуются с опытными величинами крутящих моментов.

Величины коэффициентов У для определения 1/У -/-1У

р/. ''

Гго1

различных сечений

Сечения балок

1.Прямоугольное:а) напряженное, приТ/М^0,2 при 0,2 АТ /м^ 0,4

б) ненапряженное: при Т /^¿0,4

при 0,4^Т 0,8

при 0,8 <Т 1,2

2. Тавровое, с полкой,расположенной в сжатой зоне

3. То ае, расположенной в растянуто?. зоне

при Ц/Ь ^ 2; < 0, 2

4. Тавровое.тонкостенное, с полкой:

при ^ 0,8; 0,2

5. Двутавровое, при у

/ь- Ц/ь £ г

6. Типа 2Т, при Л ¿20

7. Кольцевое, при 2-0,4 Э/О , I), /{, ^ 2

8. Круглое, при 2-0,4 3),/^) ; ~ О Из таблицы видно,что величины /по формуле

текомендашям СНиП 2.03.01-84.

СНиП (10) Оорма _

1,75 1,60

1,75 1,40

1,75 1,70

1,75 1,30

1,75 1,00

О □

1,75 1,50 Ь

и

ж

1,50 1,20

1,75 1,10

1,75 1,40

- Г, 30

1.78 1,60

: 2,00 1,80 ^^ (Б^) (10) меньше, чем по

т I,

Т?

Влияние формы образца на сопротивление бетона (В25) скручиванию при Км.юг'-Т/« ЬоГ , в Ша

'Сечения !Прямоугольник!Квадрат' Двутавр

3,4

"1 3,2 | з"о"

Тавр 1 Круг 'Кольцо ~2~9~~ 2~7~] 1~8~

Соотношение параметров р -с!^*]^^-^ ; > ^сс.

соответственно, в %, мм, Ша, мм

'Кручение с продольной силой Поперечный изгиб Г Кручение с попе; речной силой Ширина |раскрытия трещин

! ! 6«) Л* ЭаЗ 5 и/ , при Т* 200 - __ : 6 01 ,при | 5*/, при Ту/200; т//300 (1сг с

1,4 ; 100 0,9 | 150

1 0,6 I 200

0,8 ! 100 : 0,6 ■ 150 0,6 I 250 I

50 100 200

75 100

100 150 250

0,2 0,3 0,4

В главе 7 впервые описаны экономические способы испытания конструкций при сложных загружениях, подкрепленные авторскими свидельства-ми. Способ испытания стержневых конструкций- рамных узлов многоэтажных зданий реализован на устройстве, позволяющим развивать как статические, так и динамические нагрузки.На примере фрагментов..простенков сейсмостойких зданий реализован способ испытания плоскостных конструкций. Разработан новый способ испытания железобетонных плит перекрытий при различных (10 схемам) опираниях кромок.

При рассмотрении пространственных сооружений разработаны способы испытания опор, колонн на кручение, изгиб в двух плоскостях, о тоновых пз.н6лс ¿1 на изгиб с кручением.Разработан способ испытания ядродиафрагмовой конструкции многоэтажного здания. Разработан способ испытания фундаментов сейсмостойких зданий. Разработаны новые оригинальные конструкции^ виде пространственных структур для многоэтажных зданий;в виде пакета с раскрывающимися кручением при монтаже стенками в объемный блок ; новая конструкция стеновой панели с утеплителем в виде пнезмотермозкладыша.

Рис.1. К определению прогиба балки при изгибе с кручением . (формулы 16)

э-Д

Рис. 2. Механизм разрушения балки при изгибе с кручением (формула 46

Апроксимация параметров р (Н| ); £-ф(

1,0 1,2 МЫ/М+,о

Рис.4. Поверхности взаимодействия усший > Д.

Рис.3. Распределения Гаусса для балок из -тяаелых и----легких бетонов

■Sac.5. Развитие углов закручивания фрагментов свая:—опыт; ---- расчет (15)

Рис.6. Напряжения з растянутой арматуре балок5Е, SEX:---

опыт,-расчет (39); цифрами отмечены моменты трещинообразования

(на стержне 2 датчика)

5.45 5-75 5.0 5.0'%-у

ТУГ 5.0 6.0

КНМ 75 по

1,5

треш / киг - к- »

о И.9" ,9

(Г 1 ТЮ-Т ' - чакс срс0.

<1, ш £ Г5-;—^У пип 077-

0 иг

2.0

5.0

¿,.0 б'ду-10 нпа

/0 -1.0

Щ кип 2Ь

20

/

Г 7

кип-л -0.1

Растяжение

/О Сух

п, 15 КНЦ тз Г2

■у* /__

П / V кип- к-о. 1 1

3\/ % 1

И / г Т2 - паке ■ ТО - пин. Ч

1/ % -х-С 1

Г б

10

2.0 б'дх'Ю МПа

Рис.7. Напряжения в продольной ((Г^) и поперечной С^) арматуре балок КИП-К-0,1(0,2кк, 0,4ХХ)

г\: СП

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ОБОБЩЕННЫЕ ВЫВОДЫ

Детальные выводы о результатах проведенных исследований изложены в соответствующих глазах, из которых основными являются следующие.

1. Решена проблема синтеза и получена новая научная совокупность экспериментально-теоретических данных по треииностойкости, деформа-тизности и прочности конструкций при различных силовых воздействиях, соотношениях между ними о: влиянии предварительного напряжения, растянутого бетона между трещинами, характере распределения краевых деформаций бетона сжатой зоны при изгибе с кручением; при этом изгиб вызывает увеличение Т , а кручение уменьшает величину 1\Л{;, при котором появляется первая' трещина, а з целом- уменьшает прочность при из -гибе.

Предлагаются новые научные результаты о: углах наклона и границ длин проекций трещин разрушения, кривизнах, прогибах, углах поворота сечений, углах закручивания, углах сдвига, деформаций на арматуре, бетоне вдоль трех осей, доверительных интервалах прочностных характеристик, механизмах (схемах) разрушения. Для выбора высоты сжатой зоны и прочности бетона балок при изгибе с кручением, предлагаются расчетные формулы, зависящие от совместного воздействия усилий:."[>]{•

2. Установлен ряд новых элементов теории железобетона: нормативное сопротивление (цилиндрическая прочность) бетона кручению; нормативное сопротивление полос армированного бетона при кручении с сжатием , кручении с растяжением, коэффициент, характеризующий упруго-пластическую работу бетона при изгибе с крученкам^. секущие модули деформаций полос бетона вдоль и поперек трещин; коэффициент сцепления ар-натуры с бетоном: ; Е ь^ I (£//д ^

3. Разработаны теоретико-экспериментальные методы расчета железобетонных элементов и конструкций" по трещиностойкости, деформатизно-сти и прочности с учетом их пространственной работы.

Проведено сравнение результатов по предлагаемым методам расчета с опытными результатами, а также по формулам других авторов, которое

выявило правомочность предлагаемых автором решений.

5. 3 процессе эксериаентов установлены три стадии работы неразрезных балок, подвергнутых поперечному изгибу с кручением: I - упругая (без трещин), II- упруго-пластическая (появление трещин, перераспределение усилий, нарушение сцепления арматуры с бетоном, расчет по формулам (18); Ш- стадия: а) пластическая, образование пластического

шарнира, потеря лишних связей; б) пластическая,.превращение конструкции в геометрически изменяемую систему.

6. Во избежание преждевременного раскрытия трещин и выбора достаточных размеров сечений скручиваемых элементов, предлагаются новые критерии расчета и поверхности взаимодействия усилий ОД^ДлТ.

7. Установлено влияние формы образца на сопротивление бетона (В25)

ет прямоугольное сечение- 3,4 МПа, наименьшее- кольцевое сечение-1,8.

8. Впервые установлены соотношения между параметрами (Sw; М = .

J SM o'Sia)

fcx ;acre соответственно, в мм, %, ИПа, мм) железобетонных элементов, подвергнутых кручению с продольной силой, поперечному изгибу, кручению с поперечной силой. Эта задача не принадлежит к числу простейших.

9. Установлено, что конструкции из легких бетонов, работающих в условиях слонных сопротивлений обладают менее низкими значениями секу-цих модулей упругости-ЕЬ1_, Еь с коэффициентом, равным uJ =]|(/ь1./Уь)3 •

где соответственно У, , V, - плотности (в кг/м3) легкого, тяжелого бе-иЬ1 ь

тонов; при этом, при одних и тех же усилиях у них углы закручивания в 1,5 раза больше, чем у конструкций из тяжелых бетонов. Допускаемый_ угол закручивания для конструкций I категории долзен быть не более 1° на метр длины элемента.

10. Б результате статистической обработки и анализа банка данных

для расчетных и опытных параметров установлены доверительные интервалы, а пределах которых расчеты по предлагаемым формулам следует считать надежно достоверными; при этом установлена зависимость между

tor-

Наибольшее сопротивление скручиванию оказыва-

Ь^в виде Е; 3,7Яь°п'6^Где Е - в т/см2; кг/см2.

11. Предлагаются новые способы испытания железобетонных конструкций при действии на них продольной системы внешних сил. Разработаны совершенно новые виды оригинальных железобетонных конструкций с экономическими параметрами, внедряемых в строительстве.

12. Автором проведены многочисленные обследования и освидетельствования зданий и конструкций. Установлено , что контурные балки в многоэтажных каркасных зданиях с односторонним приложением нагрузок, рассчитанные на изгиб с кручением по существующим нормам ( методу предельного разновесия в плоском сечении) задолго до исчерпания прочности имеют величины деформаций и ширину раскрытия трещин (а такие расчеты нормы с учетом кручения не содержат) превышающие в три-четыре

раза- допустимые и находятся з аварийном состоянии.

Предлагаемые методы расчета поззоляют произвести перерасчет конструкций и выполнить мероприятия по их усилению. Многие формулы в диссертации получены на основании замеров необходимых з расчетах параметров непосредственно на натурных образцах после их испытаний до разрушения и не подлежат сотеяив.

13. На основе решений большого количества задач сложного сопротивления железобетона, разработаны рекомендации по расчету предельных состояний в стадии разрушения, которые включены в " Руководство по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона", М.: Стройиздат, 1977, 288 с.

14. Научные результаты разработок в ценах (наиболее стабильных) 1987 г. внедрены з народное хозяйство Украины с общим годовым экономическим эффектом- 5,1 млн.руб. с экономией арматурной стали- 43,4 тыс.кН (экономический эффект подсчитан специалистами в лаборатории Экономики НИИЕБ).

Содержание диссертации изложено в 55 работах, в том числе в следующих: МОНОГРАФИЯ

I, Тимофеез Н.М. Расчет железобетонных конструкций при сложных деформациях.- Киев: Буд1вельник, 1585.- 126 с.

СТАТЬИ В НАУЧНЫХ ИЗДАНИЯХ

2.Тимофеев Н.И. Экономичный метод расчета предварительно напряженных сЗалок, работавших на сложное силовое воздействие/ Промышленно-экономический бюллетень Средне-Волжского Совнархоза. Куйбышев.-1962, 16,- С.60-61.

. 3.Тимофеев Н.И. Исследования предварительно напряженных бетонных и керамзитобетонных балок, работающих на кручение-, изгиб, поперечную силу/ Известия вузов. Строительство и архитектура.- Новосибирск,-

1964,- I 6.- С.14-23.

4.Тимофеев Н.И. Исследования предварительно напряженных бетонных и керамзитобетонных балок, работающих на кручение, изгиб, поперечную силу/ Известия вузов. Строительство'и архитектура,- Новосибирск,-

1965, £ 7.- С.38-46.

5.Тимофеев Н.И. Исследования предварительно напряженных бялок, пол-верженных "совместному действию поперечной сшш,~изгибающего и крутящего моментов/ Ученые записки Мордовского госуниверситета.- Строительные конструкции и строительная механика.- Саранск,- 1968. Вып. 65.-С. 124-130.

6.Тимофеев Н.И. Экспериментальные исследования изгибаемых железобетонных балок при кручении/ Труды Калининского политехнического института,- 1969. Вып. У(ХУШ).- С. 30-39 .

7.Тимофеев Н.И. Исследование железобетонных стоек, работающих на кручение, изгиб и попегечкус силу/ Известия вузов. Строительство и архитектура,- Новосибирск,- 1970, 2 I.- С.9-15.

с.Тимофеев Н.И. Исследование пространственной работы железобетонных неразрезных перекрестных балок/ Сборник докладов ХХУШ научной конференции Ленинградского янзенерно-строительксго института. Инженерные конструкции,- 1970.- С.86-89.- ЛИСИ.

9.Тимофеев Н.И. Исследования железобетонных тавровых балок, работавших на изгиб при стесненном кручении/ Известия вузов. Строительство и архитектура,- Новосибирск,- 1970, 16.- С.29-36.

Ю.Тимойеев Н.И. Исследование работы криволинейных в плане двухпро-летнкх железобетонных балок/ Известия вузов. Строительство и архитектура,- Новосибирск,- 1971, 5 5.- С. 36-43.

Н.Тимофеев Н.И. Исследование и расчет железобетонных фундаментов глубокого заложения при сложном аопротивлении/ Основания, фундаменты и механика грунтов.- Киев, Буд:вельник,- 1971.- С. 423-424.

12.Тимофеев Н.И. Исследование работы неразрезных железобетонных балок с учетом кручения/ Известия вузов. Строительство и архитектура.-Новосибирск,- 1971, £ 7.- С.13-20.

13.Тимофеев Н.И. Некоторые результаты исследований железобетонных стоек, работающих на кручение и поперечный изгиб/ Труды Калининского политехнического института. Калинин,- 1971.Вып.Х1(ХХ1У).- С.97-103.

14.Тимофеев Н.И. Исследование работы железобетонных тавровых балок, подвергнутых кручению и изгибу/ Труды Калининского политехнического института.- Калинин.- 1971.- Вып.XI (ХХ1У).- С. 92-97.

15.Тимофеев Н.И. О работе железобетонных опор при стесненном кручении/ Исследования железобетонных конструкций на естественных псрист-ых-заполнителях.- АНИИСИ-, Ереван,- 1972.- Вып.20.- С.62-65.

16.Тимофеев Н.И. Исследование пространственной работы железобетонных колонн вантовых покрытий/ Оболочки в строительстве,- Киев, Буд;-вельник,- 1975.- с. 74-77. —

17.Тимофеев Н.И. Аппроксимация трещин разрушения армированных скручиваемых цилиндров/ Дисперсно-армированные бетоны и конструкции из них.- Рига, ЛИНТИ,- 1975.-С. 113-120.

18.Тимофеев Н.И. К определению прочности железобетонных цилиндров, подвергнутых коучению с продольной силой/ Конструкции и материалы в строительстве,- Рига, Звайгзне.- 1974.- Вып.У.- С.7-17.

19.Тимофеев Н.И. Исследование прочности и деформаций железобетонных элементов, подвергнутых стесненному кручению и изгибу/ Конструкции и материалы в'строительстве.- Рига, Ззайгзне.- 1976.Вып.У.С.18-30

SO. Apse A., Timofe jeus N. Musdiens ffeliniectbal-progrestuus

buumaterialus. / Magtbu audzinasanas darba zinajniska drganizagija

profesional i tehniskajas magtbu iestades. Repubukaniskais magtbu

metodiskais kabinets. Riga, 1975.-C. 44-49.

21.Тимофеев Н.И. Исследование прочности и деформаций элементов железобетонных конструкций, подвергнутых изгибу с"кручением/ Конструкции и материалы в строительстве.-• Рига,Звайгзне.- 1978.- Вып.У1.-

С. 105-115.

22.Тимофеев Н.И. Испытание предварительно напряженных железобетонных ¡Ьерм пролетами 18 и 24 и/ Конструкции и материалы в строительстве. -*>Рига, Звайгзне.- 1978.- Вип.У1.- С. II5-I25.

23.Тимофеев Н.И. Прочность и деформация херанзитобетонных плит и ба-балок перекрытий / Строительные материаты и конструкции. Буд;.вельник. -Киев,- 1978*, S I.- С.38-39.

247Тимо(Ьеев M.I. Впроваджувати керамзитобетонн; конструкт-;/ С;льс-ке-буд^вництво. Буд; зельник.- Кигв,- 1978, & 12.- С. 13-14.

25Лииофеев Н.И. Исследование прочности и деформаций железобетонных цилиндров, подвергнутых кручении зо взаимодействии с продольной силой/ Сопротивление материалов и теория сооружений. Буд; вельник.-Киез.- 1980.- Вып. 36.- С*. 90-106.

26. Тимофее в Н.И., Кравец В. А. Статические испытания блок-контейнеров для строительства мобильных жиякх зданий/ Сборник трудов Киев -ЗНИКЭП. Конструкции жилых и общественных зданий.- Киев,1980.С.84-91.

27.Тимофеев н.И. Деформации фрагментов сейсмостойких стен/ Труды КиевЗНИИЭП. Эффективные*конструкции гражданских зданий.-_Киов,-1982.- С. 54-60.

28.Тямофеез Н.И. Исследование работы железобетонных эксцентрично нагруженных тонкостенных тавровых бачок/ Сопротивление материаюз и теория сооружений. Буд;зельник.- Ккез,- 1982.- Быя.40.- С. 135-142.

29.Тимофеев Н.И. К расчету сборных блок-контейнеров, составленных из трансвзрсально-анизотрошшх пластин/ Сопротивление материалов и теория сооружений.- Киев, Буд;зельник,- 1982.- Вып.41.-С.103-П0.

30.Тимофеев Н.И. Прочность и перераспределение усилий железобетонных баток при изгибе"с кручением/" Сопротивление материалов и теория сооружений.*Буд;вельник,- Киев,- 1983.- Вып.43.- С. 100-103.

31.Тимофеев Н.И.,Макаренко С.К. Экспериментальное исследование фрагментов стен при действии сжимающих и сдзигающих усилий/ Известия вузов. Строительство и архитектура.- Новосибирск, 1984, 5 4.-С.5-9.

32.Барашиков А.Я., Тимофеев Н.И. К расчету железобетонных цилиндр^' ов при плоском напряженном состоянии/ Сопротивление материалов и теория сооружений. Буд;вельник.- Киез,- 1985.- Вып.46.- С. 92-98.

33.Тимофеев Н.И. , Коренвк А.Г. Эййективные конструкции жилых зданий/ Труды КиевЗНИИЭП. Эффективные'конструкции гражданских зданий.-Киев,- 1985.- С. 90-95.

34.Тимофеев Н.И., Коренюк А.Г. Расчет напряжений железобетонной неразрезной балки-, подвергнутой поперечному изгибу с кручением/ Изв-естия'вузов. Строительство и архитектура.- Новосибирск,- 1985.- & Ю- - С. 120-124.

35.Тимофеев Н.И., Коренюк А.Г. Расчет деформаций железобетонной неразрезной балки, подвергнутой поперечному изгибу с кручением/ Известия вузов. Строительство иархитектура.- Новосибирск,- 1986, 5 3.-

С. 8-14.

36.Тимофеев Н.И., Коренюк А.Г. Фундамент сейсмостойкого зданая/Тр-уды КиевЗЙИИЭП/Конструкции гражданских зданий в сложных условиях строительства.- Киев,- 1986.- С.86-94.

37.Тимофеев Н.И., Макаренко С.К. Исследование прочности фрагментов стен, усиленных рубашками из торкрет-бетона/ Сопротивление материалов и теория сооружений. Будiвельник.- Киев,- 1987.-Вып.50.-С.62-66.

38.Тимофеев Н.И., Коренюк А.Г. К расчету фундамента сейсмостойкого здания/ Известия вузов.Строительство архитектура.-Новосибирск.-I9S7, Ж II.- С.27-30.

39.Тимофеев Н.И. К расчету пространственной задачи статики с при-

менением второй характеристики упругого основания/ Известия вузов. Ст роительство и архитектура.- Новосибирск.- 1990. £ I.- С. 19- 23.

40.Ливинский A.M. .Тимофеев Н.Й.,Семко Ю.Н. Результаты анализа конструкций ограждений жилых зданий/ Строительное производство.- НИИСП.-Киев.- 1996.- Вып.36,- С.52-58.

41 .Ливинский А.И. .Барапиков А.Я. .Тимофеев H.I4. .Омельченко A.A. Энергосбережение и вторичная застройка малоэтажных зданий. Строительное производство.- НШСП.- Киев.- 1997.- Вып.38. .

42.Барашиков А.Я., Тимофеев Н.И. К новому расчету прочности сжатой зоны железобетонных балок/ Строительное производство.- НШСП. - Киев.-1997.- Вып.38.

АВТОРСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА

43.A.c. £ 976318, G Ol М 5/00. Устройство для испытания строитель^ ных конструкций/ Тимофеев Н.И., Москалев З.И. , Волга B.C. 6 с. Бш.

£ 43.- 1982. _

44.A.c. £ 1067397, G ОI>/3/00- Установка для испытания строительных плит/ Тимофеев H.Ii. Доренюк А.Г., Волга B.C.- В с. Бш. % 2,1984.

45.A.c..'s II45266, & 01 а 19/00. Способ испытания строительных конструкций/ Тимобеев Н.И.Доренюк А.Г.- 1984.- 6 с.-Бил.2 10.- 1985.

"46.A.c. £ 1б04792, &0I М 5/00, 3/22. Устройство для испытания кие стообразных строительных конструкций/ Тимошеев Н.И. , Москалев З.И., Волга B.C.- 1982.- 7 с. Бея. & 10, 1983. *

47.A.C.J II63I89, G Ol У 19/00. Стенд для испытания строительных конструкций/ Тимофеев Н.И., Коренюк А.Г., Волга B.C., Москалев В.К.-1985.- 5 с.- Бич. £ 23.

.48.A.c. В II82I2I, Е 02 Д 27/34, Е 04 Н 9/02. Сейсмостойкое здание/ Барашикоз А.Я.,Тимофеев Н.И., Коренюк А.Г..Волга B.C.-5 с.Бш.36,1985

49.А.с. £ 1730384, Е 04 В 1/74,1/76. Пиевмотермовкладш для наружной стеновой панели/ Тимофеев Н.И., Белоус D.M., Москалев В.К.,Семко E.H.- 1992.- 7 с. Бея. £ 16.

50.A.c. £ 1747620. Е 04 В 1/348. Многоэтажное здание/ Тимофеев Н.И Белоус D.H.- 1992.- 8 е.- Бюл. is 26.

ПАТЕНТЫ

51.PS. & 202S034, Е 04 В 1/343- Пакет- жилище/ Тимофеев Н.И., Бара-шиков А.Я., Семко D.H.- I9S5.- b с. Бвд. 5 5..

52.Укра1НИ, J 9760А.- С 04 В 24/00,43/00. Бетонна сум!ш/ Тимофеев М.1.,Эюб'н Г.К.,Семко D.M., Л1в!нський О.М.- 1996.- 4 е.- Бел. Js 3.

53.Укра!ни, £ Г0758А, С Ol U 19/00,3/00,5/00. Cnoclö випробування плити на перекритт1 та пристрой для його зд1йснення/ Тимофеев M.I., Семко D.M.. Коляков M.I., Л1в!нський О.М.- 1996.- Бш. £ 4.

54.Укра(ни, £ I3948A. Е 04 С 2/34, В 1/74,1/76. К'шнатний екран- уте пливач зовн'чпньой ст'ни/ Тимофеев Ii.I..ЗаобIн Г.К. , Л*1В1НСЬкий О.И. , Семко D.M., Доройеев B.C.- 1996.- Бш. .5 2.

55.Укра'ни, £ I4880A, Е 02 Д 31/08,27/34.27/44.- Cnociö гафния ко-ливань споруд та пписти1й для його реал^зацм/ Тимофеев У.I.,Коляков '1.1. . Семко D.U., Л'|в1нський 0.IL- 1997.

56.Укра!ни, £ Г4921А, Е 04 С 2/34, В 1/74.- Cnociö енергозбереже-ння у-яерекритт! та пристрой для його реал!заци / Злоб1н Г.К., Тимофеев M.I., Л^эшський 0.1!., Семко D.M.- 1997.

57.Укра!ни, £ I4922A, С 01 М 19/00, 5/00. Cnociö випробування сейс-мост1йких будинк!в та пмстр1 й для його зд!йснення/ Тимофеев I.I.I., Коляков M.I. , Семко Ю.1.Г., Л1в1нський О.М.- 1997.

58.Укра1ни (р'ипення про видачу патенту) £ 96124597, 6 Е 04 3 1/66.-Cnociö зоереження пам'яток арх^тектури малоповерхових буд^вель/ Л1в1н-ський О Л.,Тимофеев M.I. .Барашиков А.Я.- 1997.

59.РФ (решение на выдачу патента) £ 96II4440, С 01 М 19/00. Cnocoö испытания углов сейсмостойких зданий и устройство для его реализации/ Ливинский A.M., Тимофеев Н.И. ,. Галанин ЮЛ*, Куракин Д.В.- 1997.

60.Укра1ни, Je 2I310A, Е 21 Д 11/00, 5/00.- Cnociö захоронения саркофагу та пристр!й для його зд!йснення/ Тимофеев M.I.', -Л^в^нськии О.М., Родионцев А.Б.- 1997 .

АННОТАЦИИ

Тимофеев М.1. Розрахунок 1 досл5дження зал! зобетонних конструкц! й при складних деформац!ях. Дисертац!я (рукопис) на здобуття наукового ступеня доктора техн!чних наук за фахоы: 05.23.01- буд!вельн1 конструкции буд1вл1 та споруди. Науково-досл!дний 1нститут буд!вельних конструкций, Ки1в, 1998.

Робота висв!тлюе розвитку теорП' складного оп!ру зал! зобетонних конструкций ! синтезу досл!дних значениям, добутих анализом.

Пропонуються нов1 науков!" раауяыати про: кути нахилу I границь дов-кин проекций тр!щин руйнування, кривизни, прогину, кути повороту пере-р!з!в, кути закручування, кути зсуву, деформац!!' на арматур!, бетон! впродовн трьох осей, дов!рч! !нтервали м!цн!сних характеристик, меха-н!заи (схеми) руйнувань.

У в!пов!дност1 постановлено!) метою розроблен! теоретично- экспери-

ментальн! методи розрахунку залч зобетонних елемент!в конструкц1й з тр-I щиност: йкост! , деформац; йн) ст! ! М|ЦНОст! з урахуванняа !х просторо-во! роботи.

РекомендацП введен! в "Руководство по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона".'Д.: Стройиздат.- 1977.- 288 с.

Ключов! слова: розрахунки, згин, кручення, поздован! сили, досл!д-ження, зал! зобетонн! конструкцП , тр! щиност! йк! сть, деформац! йн! сть, _м!_цн!сть, результати, рекомендацП , упровадження.

Тимофеев Н.И. Расчет и исследование железобетонных конструкций при сложных деформациях. Диссертация (рукопись) на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности: 05.23.01- строительные конструкции, здания и сооружения. Научно-исследовательский институт строительных конструкций. Киев, 1998.

Работа посвящена развитию теории сложного сопротивления железобетонных конструкций и синтезу опытных значений, добытых анализом.

Предлагаются новые научные результаты о: углах наклона и границ длин проекций трещин разрушения, кризизнах, прогибах, углах поворота сечений, углах закручивания, углах сдвига, деформациях на арматуре, бетоне вдоль трех осей, доверительных интерзалах параметров, схемах (механизмах) разрушения. .

В соответствии с поставленной целью, разработаны теоретико- экспериментальные методы расчета железобетонных элементов и конструкций по трещиностойкости, деформативности и прочности, с учетом их пространственной работы.

Рекомендации включены в "Руководство по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона", М.: Стройиздат, 1977.- 288 с.

Ключевые слова: расчеты, изгиб, кручение, продольные силы, исследования, железобетонные конструкции, трещиностойкость, деформатив-ность, результаты, рекомендации, внедрения.

Tnrafsev N. I. Calculation and investigation for ferro-concret by complicfted of deTormatios. A thesis in manuscript form to search far academic degree or doctor of engineering science on profession 05.23.D1 - building structures, buildings and edifices. Scientific-investion institute building structures, Kiev, 1SS8.

The dissertation deals with the development of universal , methods for solution problems of finding out the state of strain and stress under static loading. On based the synthesis of experimental and theoretical information and has offered analysis of reinforced concrete. Contains scientific results of investigations with different types of strained stressed state elements deformation: rotating, torsion, shear, deflected, stress reinforcement, crack breaking, arrangements breaking.

According to the above aim the theoretical and experimental methods of analysis of reinforced concrete elements and constructions for resistance to fractures, stress-strain behaviour and strength taking into consideration their spatial work. The recommendations are included into "Manual on design of preliminary stressed reinforced concrete contractions made from heavy concrete". M.: ,

Stroyisdat, 1977, 28S p.

Key entrie: colculation, investigation, reinforced concrete constructions, bending, torsion, strength, deformation, results, realization.