автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Расчет перекрытий реконструируемых зданий методом дискретных связей

□или"-- ^ На правах рукописи

ДОЛГОВА ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА

РАСЧЕТ ПЕРЕКРЫТИЙ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ МЕТОДОМ ДИСКРЕТЙЫХ СВЯЗЕЙ

Специальность 05.23 01 -Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007

003069249

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском и проектно-экспериментальном институте промышленных зданий и сооружений ОАО «ЦНИИпромзданий»

Научный руководитель - доктор технических наук,

Мамин Александр Николаевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Назаренко Виталий Григорьевич

- кандидат технических наук, профессор Сазыкин Игорь Александрович

Ведущая организация - Московский научно-исследовательский

институт типологии и экспериментального проектирования (МНИИТЭП)

Защита состоится «23» мая 2007 г в 1400 ч на заседании диссертационного совета Д 303 013.01 при Центральном научно-исследовательском и проектно-экспериментальном институте промышленных зданий и сооружений по адресу 127238, г Москва, Дмитровское шоссе, д 46, корп 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан «20» апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Никифорова О П

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Реконструкция зданий и сооружений в последнее время занимает значительную часть в общем объеме строительных работ, что обусловлено, с одной стороны, физическим и моральным износом существующих зданий, с другой - их техническим перевооружением и перепрофилированием

В реконструируемых зданиях выполнение проектных работ имеет определенную специфику, связанную с необходимостью учитывать выявленные при обследовании особенности существующих конструктивных элементов Проектное решение должно предусматривать минимальные габариты и массу применяемых элементов, обеспечивать возможность выполнения работ в стесненных условиях В аварийных зданиях, кроме того, очень важно обеспечить минимальные сроки проектирования

Жесткие требования к эффективности проектных работ вызывают повышенные требования к методам выполнения расчетов Используемые расчетные модели должны максимально подробно и дифференцированно учитывать жесткостные характеристики сборных элементов и швов между ними с учетом выявленных дефектов при обследовании, позволяя при этом выполнять расчеты с возможно меньшими трудоёмкостью и затратами машинного времени

Одной из самых ответственных и сложных несущих подсистем зданий являются плитно-балочные перекрытия, и разработка их усиления или замены, как правило, составляет существенный процент от общего объема проектирования

Наиболее распространенным материалом перекрытий является железобетон, который максимально отвечает комплексу эксплуатационных и конструктивных требований к перекрытиям Поскольку железобетон -композитный материал со сложными деформационными характеристиками, при проектировании железобетонных конструкций к расчетным моделям предъявляются дополнительные требования, заключающиеся в возможности учета в них нелинейности деформирования материала, а также существующих и прогнозируемых трещин

В многоэтажных зданиях перекрытия играют важную роль в обеспечении пространственной жесткости сооружения, поэтому метод их расчета должен быть универсальным, позволяющим рассчитывать отдельные элементы и всю несущую систему здания без изменения расчетной схемы независимо от характера воздействий и стадии напряженно-деформированного состояния, с учетом исходной и возникающей от нелинейного деформирования анизотропии конструктивных элементов

На сегодняшний день наиболее универсальным и применяемым в

практике проектирования является метод конечных элементов (МКЭ) Он приспособлен для расчетов сложных пространственных систем, однако принятая в методе расчетная модель имеет ряд принципиальных ограничений, снижающих возможности использования МКЭ для корректного моделирования несущих конструкций, в частности, перекрытий Так, обязательным условиям применения плоскостных конечных элементов (к э) является их однородность, а жесткостные параметры, характеризующие различные виды деформаций, взаимосвязаны В связи с этим создание расчетных схем, в которых с необходимой подробностью учтены конструктивные особенности и дефекты железобетонных перекрытий, становится чрезвычайно трудоемкой, а часто и практически невыполнимой задачей

В качестве альтернативы МКЭ в ОАО «ЦНИИпромзданий» разрабатывается метод дискретных связей (МДС), расчетная модель которого, наряду с универсальностью, обладает дополнительными возможностями, позволяющими описывать напряженно-деформируемое состояние железобетонных конструкций с учетом всех перечисленных выше требований Разработаны основные положения метода, достаточно подробно, на примерах вертикальных диафрагм, описано его применение при расчетах плоскостных конструктивных элементов, деформируемых в своей плоскости

Вместе с тем, для обеспечения возможности практического применения МДС при решении актуальной проблемы - эффективного проектирования железобетонных перекрытий в реконструируемых зданиях - потребовалось проведение дополнительных теоретических и экспериментальных исследований

Целью диссертации являлась разработка практического метода расчета железобетонных перекрытий в реконструируемых зданиях на основе развития и экспериментальной проверки МДС

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи

- предложена методика и разработан алгоритм учета влияния поперечного деформирования материалов в расчетных моделях изгибаемых пластин по МДС,

- отработаны пути учета физической нелинейности деформирования материалов в стержневых и плоскостных элементах перекрытий,

- разработаны алгоритмы учета физической нелинейности изгибаемых элементов с помощью обобщенной диаграммы деформирования,

- на основании численных экспериментов подтверждены разработанные автором теоретические положения, показана сравнимая с МКЭ точность результатов расчетов сплошных пластин,

- для характерных случаев проектирования перекрытий в реконструируемых зданий разработаны и апробированы рекомендуемые расчетные схемы,

- даны рекомендации и созданы программы для практического

использованию метода при расчетах железобетонных перскрьиии, Научную новизну работы составляют

1 Разработанный и экспериментально подтвержденный способ учоа коэффициента Пуассона при описании ианряжепно-дсформиропаипо1 о состояния (н д с) из! ибаемых пластин по расчепюй модели МДС

2 Выявленная и математически описанная взаимосвязь жес простых характеристик дискретных связей (дс) при кручении элемент» конструкции во взаимно перпендикулярных направлениях

3 Способы учета физической нелинейности деформирования злеменюв перекрытий при расчетах по МДС

4 Мешдика проведения и результаты численных экснсримспюв и их сопоставление с аналогичными величинами, полученными при расчешх по МКЭ и при испытаниях натурных конструкции

5 Рекомендации по назначению жесткосшых характсрисшк дс для моделирования отдельных элементов и узлов перекрышй, а 1акжс общие принципы составления расчетных схем для расчет по МДС сборных железобетонных перекрытий

Практическое значение. Применение полученных в рабо1е результатов предоставляет возможность более эффекшвно использоваи> МДС при определении ндс изгибаемых железобеюпныхэлемстоп

Показанная в работе возможность описания плоскими д с анизотропных элементов сложного поперечною сечения позволяем при моделировании перекрытий значительно упросшп, расчешыс схемы, не снижая подробности и полноты описания в них факюров, влияющих на корректность расчетов

Способы учета физической нелинейности, предложенные в рамках расчетной модели МДС, достаточно универсальны и могу! бы и. использованы в других численных методах расчета

Разработанные рекомендации, а также профаммпос обеспечение, созданное для реализации разработанных алгоршмов и нропсрсипое при решении тестовых и практических задач, могу1 бы и, использованы в практике проектирования при расчешх как усиливаемых, 1ак и вновь возводимых перекрытий

Выполненный при помощи разработанных положений анализ ндс конструктивных элементов позволил принять рациональные проектные решения для усиливаемых и вновь возводимых перекрытий » реконструируемых зданиях, а методика проведенного анализа можс! 6i.iiг. рекомендована к применению при проектировании анал01ичиых конструкций для повышения их эффективности и экономичное 1 и

Достоверность научных резульгаюв, полученных в рабою, обеспечивается применением в разработанных алюришах общепришпых методов сопротивления материалов, сфошельной механики, юории упругости, способов расчета железобетонных конструкций и подтверждена при численных экспериментах достаточным совпадением резулыаюв

расчетов с соответствующими значениями, вычисленными другими методами или полученными в результате испытаний натурных конструкций

На защиту выносятся:

- способ учета поперечного деформирования материалов при расчете изгибаемых пластин по МДС,

- методика и алгоритмы составления расчетных моделей элементов перекрытий с учетом физической нелинейности деформирования материалов,

- результаты анализа данных, полученных при проведении численных экспериментов,

- практические рекомендации и реализующее их программное обеспечение для расчета с помощью МДС элементов усиливаемых и вновь возводимых перекрытий в реконструируемых зданиях

Внедрение результатов диссертации осуществлено при расчетах и проектировании реконструируемых административных зданий в Москве по адресам ул Соломенной сторожки, д 14, ул Шаболовка, д 37, корп 2, ул Мясницкая, д 8

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались на

- тринадцатой Международной школе-семинаре «Новые информационные технологии», Судак, 2005г,

- второй Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон - пути их развития», Москва, 2005 г ,

четырнадцатой Международной школе-семинаре «Новые информационные технологии», Судак, 2006г

Основные положения диссертации опубликованы в 7 научных статьях, в том числе 1 публикация в рецензируемом издании

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы - всего 143 страницы машинописного текста, в том числе 7 таблиц и 46 рисунков

Введение содержит обоснование актуальности темы диссертации, постановку цели и задач исследования, отражение научной новизны и практической значимости работы, а также обоснование достоверности полученных результатов

В первой главе рассматривается роль перекрытий в составе зданий, методы их расчета, способы учета особенностей деформирования железобетона, формулируются направления совершенствования методики расчета

Функции, выполняемые перекрытиями в составе несущей системы, зависят от конструктивных особенностей здания В малоэтажных развитых в плане стеновых зданиях их роль ограничивается восприятием и передачей на вертикальные подсистемы полезной нагрузки Н д с конструкций в этом случае характеризуется деформированием элементов из плоскости перекрытия, главным образом, изгибом и кручением В

многоэтажных и каркаошх зданиях перекрытия, являясь важной составной частью пространственной несущей системы, помимо восприятия полезной нагрузки, перераспределяют усилия между вертикальными подсистемами. Диски перекрытий в целом и их отдельные элементы подвергаются всем видам деформаций: изгибно-сдвиговым в плоскости и из плоскости диска, растяжению-сжатию и кручению.

Благодаря работам Айзенберга Я.М., Байкова ВН., Бедова А.И., Бондаренкб R.M., Васильева А.П., Володина Н.М,, Гвоздева А.А,, Головина Н.Г., Гранева В.В., Додонова М.И., Дроздова П.Ф., Дыховичного (O.A., Егупона В.К., Залесова A.C., Калманка A.C., Карпенко H.H., Клевиова В, А., Кодыша Э.Н., Косицы на Б. А., Кривошеева П.И., Крылова С.М., Л ишака В,И., Назаренко ВТ., Паньшина Л.Л., Подольского Д.М., Полякова C.B., Расторгуева Б.С., Ржаницына А.Р., Семченкова A.C., Сенина Н.И., Сигалова Э.Е., Складнева H.H., Сно В.В., Стругацкого Ю.М., Травуша В.И., Треки.га H.H., Ханджи В.В., Хромца Ю.Н., Шагина П.П. и др. накоплено большое количество экспериментально-теоретических данных по сопротивлению перекрытий различным видам. Однако в практических расчетах, из-за сложностей их математического описания в единой расчетной модели, многие из этих данных учитываются обобщенно или не учитываются вовсе.

Расчеты перекрытий и их элементов выполняются, как правило, по дискретной модели МКЭ, На сегодняшний день ои является наиболее универсальным, апробированным и программно обеспеченным методом. Вместе с тем, применение МКЭ часто затруднено заложенными в его расчетную модель ограничениями.

Расчетная модель МДС предоставляет большие, по сравнению с МКЭ, возможности при проведении расчетов сложных конструкций. Модель предусматривает представление конструкции в виде узловых точек, объединенных в единую систему с помощью дискретных связей (д.с.) (рис. 1 ),

Рис.1 Расчетная модель метода дискретных связей изгибаемой пластины

s

Образовавшаяся система решается методом перемещений путем условною введения н узловые точки жестких опорных связей (ж о с), задания им единичных смещений, составления и решения системы канонических уравнений, кошрая в матричной форме имеет вид

|/í|*{f/} {/'}, (1) где |Я| - мафица жсспсосш размером Nu * Nu, {Р} - вектор обобщенных внешних узловых сил, {!/}- искомый вектор обобщенных узловых перемещений Каждый элемеш матрицы Щ, равен реакции в к-ой ж о с от единичною перемещения но j-му направлению и зависит от жесткостных характерно1ик заменяемых д с участков конструкции

Ълаюдаря oicyicnmio в модели требований по однородности свойств материалов в пределах дс и предусмотренной возможности взаимно независимо описывав жеспсосшые характерисгики различных параметров пде, МДС нредоствляе! нроекшровщи1су заметные, по сравнению с МКЗ, прсимущесша при соствлении расчетных схем

Уче1 специфических особенностей железобешна - нелинейности деформирования и образования трещин - в дискретных расчетных моделях ооущес1вляе1ся с помощью итераций при различных зависимостях «ст-е» для беюна и apMaiypr.1 Поскольку количество итераций в сложных с1ашчсски неопределимых системах практически не зависит от заложенных в paenei форм кривой деформирования материалов, для итерационных расчеюв на ЭВМ наиболее рационально использование эксперимстальпых диш рамм «ст-е», которые наиболее полно отражают характериежки беюна и арма1уры

Показано, чю приня1ые при разрабоше МДС упрощенные формулы учет коэффициент Пуассона для деформируемых из плоскости пластин пуждаютея в уючнепии, поскольку в отдельных случаях приводят к не i очное i ям в определении смещений до 20% Кроме того, нредусмо1 репная в МДС оршшзация итерационных процессов с помощью послойной дискрешзации сечений многократно увеличивает время выполнения компьютерных расчеюв, поэтому весьма ак1уальна разработка способа учеia физической нелинейности с использованием обобщенных диа1рамм деформирования, комплексно учитывающих жесткостные парамефы >лемспюв консфукции

Во шорой uiauc рассмаiривагочся проблемы, возникающие при проскшровании перекрьпий в реконструируемых зданиях, а также пути решения иекоюрых из них

Общая задача проектирования разработка легких и эффективных консфукции нредсывляетея еще более актуальной в реконструируемых зданиях, 1дс стесненные условия часю определяют дополнительные фебовапия к конструкциям и меюдам выполнения работ

Простировапис перекрытий реконсфуируемых зданий может решать следующие задачи усиление существующих консфукции, их полная или

частичная замена и возведение новых дополнительных перекрытий при избыточной высоте этажа Независимо от поставленных задач должны быть обеспечены эффективные конструктивные решения, гарантирующие требуемые эксплуатационные качества перекрытий при минимальной массе и габаритах используемых элементов, а также возможность выполнения работ в стесненных условиях Усиление и замена перекрытий должно осуществляться в габаритах существующей конструкции, а при устройстве дополнительных перекрытий очень важно обеспечить их минимальную высоту

При разработке конструкций усиления существующих перекрытий следует, по возможности, обеспечивать совместную работу усиливающих элементов с имеющимися конструкциями, предусматривая для этого специальные конструктивные мероприятия

Среди существующих способов усиления перекрытий (рис 2) наиболее эффективным является изменение статической схемы конструкций за счет создания неразрезности, частичного защемления на опорах, уменьшения расчетных пролетов и т д Рекомендуется разрабатывать комплексные конструктивные решения, при которых один и тот же элемент усиления выполняет несколько функций Например, показанная на рис 2 б конструкция подвески одновременно решает проблему недостаточного опирания плит и уменьшает их пролет, а металлическая балка (рис 2 в) одновременно усиливает ребра и полку плиты

В расчетных схемах перекрытий реконструируемых зданий необходимо, наряду с конструктивными особенностями элементов и узлов сопряжений, учитывать факторы, выявленные по результатам технического обследования и оказывающие влияние на жесткостные параметры несущих конструкций

Определение н д с перекрытий рекомендуется осуществлять с использованием дискретных расчетных моделей, как наиболее универсальных и позволяющих применяя единый подход моделировать самые разнообразные конструкции При использовании стандартных программ МКЭ для достижения необходимой подробности описания конструкции требуется увеличение частоты разбивки и, зачастую, введение в расчетную схему дополнительных элементов, иногда искажающих искомую картину н д с Так, попытка моделирования плоскостными к э простейшей железобетонной балки при учете нелинейности деформирования бетона приводит к исключению из расчетной схемы всего растянутого бетона (рис 3 а) Для сохранения работоспособности конструкции в расчетную схему балки необходимо вводить дополнительные элементы, обеспечивающие связь сжатого бетона с арматурой (рис 3 б), которые при большой высоте балки приведут к заметным погрешностям

а)

б)

^ усшщвлетя тгона

Рис. 2. Примеры повышения несущей способности перекрытий: а)восстановление или увеличение сечений элементов; б) применение комплексного усиления; в)подведение новых конструкций и элементов; г) полная замена перекрытий

усиление сжатом юны

МОНй.ТШНЫЙ слой бетона

арматура усиления

усиливаемая ли ля

ддге-шоннэя оздшка

усиление растянутой зоны

дополнительная рабочая арматура

СТсрЖШ! арматуры

жслсэо6сто!Л1ая балка

железобетон

исключенная зона бетона

дополнительные стержневые

элементы

13ис. 3. Расчет железобетонной балки по МДС с учетом физической нелинейности', а) * общий вид балки; б) - расположение дополнительных

элементов

В многоэтажных реконструируемых зданиях расчетные схемы должны одновременно отражать как сопротивление элементов перекрытий полезной нагрузке, так и деформирование перекрытий в целом в составе несущей системы. Применение в этом случае метода конечных элементов приводит к чрезмерно громоздким расчетным схемам, создание которых для сложных зданий практически неосуществимо.

В третьей главе отражены теоретические разработки по уточнению расчетной модели МДС для изгибаемых пластин, а также по развитию метода применительно к практическим расчетам перекрытий и их элементов.

Изложены общие принципы построения расчетной модели, основные положения, предпосылки и допущения, способы определения жесткостных характеристик дискретных связей и формирования матрицы системы канонических уравнений при расчетах перекрытий.

Подробно разобраны предложенные автором диссертации алгоритмы учета влияния поперечного деформирования и физической нелинейности материалов на н.д.с, пластин при их деформировании из своей плоскости.

Проанализировано деформированное состояние Д. с. при ее изгибе вокруг оси У (Рис. 4.а). Показано, что поперечные деформации, образующиеся при взаимном повороте узлов на угол (3р-(3,, приводят в отдельно взятой связи к повороту боковых граней на угол а(у)=± Ул*|Д*([Зр-(Рис. 4.6), а в результате взаимодействия с соседними участками пластины возникают нормальные напряжения ау[ и ау,з {рис. 4.в), приводящие к изгибу д.с. вокруг оси X.

Рис. 4. Напряженно-деформированное состояние дискретной связи при изгибе: а) - общий вид деформирования связи; б) - поперечное сечение; в) -пространственные эпюры поперечных напряжений сту по боковым граням

связей при piP~l

Из теории упругости известно, что для деформирования пластины по показанной на рис. 4.а цилиндрической поверхности, необходимо, чтобы по ее боковым граням действовали равномерно распределенные моменты in* (рис. 5), величина которых связана с вертикальными смещениями w соотношением;

\ (2) Шх *(b«+M=- D * n*cfw/dx2i -J

откуда следует, что

тх=ц* шу*(Ь,,,+Ь ¡,з)/(Ь(,2+Ьв4) = Ц* МьрКЪщ+Ъ^)* (3)

а изгибная жесткость д.с при изгибе вокруг оси У определится как;

п^Е^^л/а^о-м3)), №

где: Е/рХ- модуль деформирования материала связи по направлению оси X;

~ момент инерции поперечного сечения при изгибе связи в плоскости

хг;

I-1,2 - длина связи по оси X.

На рис. 5 представлено деформирование фрагмента расчетной схемы МДС, включающего /-тый и окружающие его узлы при Р,= 1.

Рис.5 Деформирование фрагмента расчетной схемы МДС при единичном повороте ¿-го узла вокруг оси У Учет поперечного деформирования приводит к возникновению дополнительных элементов матрицы жесткости [К.|. Учитывая, что эти элементы характеризуют показанные на рис.. 5 опорные реакции, приведен алгоритм их определения с использованием формул (3), (4). Для узлов /Ли / получено:

~ 1^(3*/. 1,3* 1-2) ~ тг/Ь, 2~

= Ь^2+Ъ,.4>/(Ь^+Ь,.4>, (5)

остальные дополнительные элементы матрицы определяются аналогично.

Разработано два пути учета физической нелинейности: с помощью дополнительной дискретизации поперечных сечений и с использованием обобщённых диаграмм деформирования.

Дополнительная дискретизация предусматривает условную разбивку поперечного сечения д.с. на п плоских слоев. Показано, что для слоистых сечений жесткостные характеристики, соответственно, при растяжении-сжатии, сдвиге вдоль оси 7. и изгибе вокруг оси X определяются по выражениям - эксцентриситет_)-го слоя):

8свг Ьд р'^Ру+Ип/еД (6)

]=1 ]-1

При использование обобщенной диаграммы для достижения заметного упрощения алгоритма расчета предложено вместо диаграммы деформирования каждого слоя «о-е» использовать диаграмму деформирования всего изгибаемого элемента «М-р»

Для облегчения определения жесткостных характеристик дс при кручении получена формула их определения через соответствующие характеристики связей, ортогональных рассматриваемым Ч,-р=(1/Я,|*(Ь,,1+Ь1,з)/(Ь12+Ь,,4)*(Ь1,1/Ь12)+

+1/яр,,*(Ьр 1+Ьр,з)/(Ьр,2+ Ьр,4)*(Ь, ,/Ьр,4)Г' (7)

Четвертая глава посвящена численным экспериментам, выполненным для доказательства верности принятых теоретических предпосылок и правильности их реализации в разработанных алгоритмах В ходе экспериментов также оценена точность и сходимость расчетов по МДС, показаны более широкие, по сравнению с МКЭ, возможности рассматриваемого метода при составлении расчетных схем перекрытий

Приведены тестовые расчеты, связанные с деформированием плоскостных элементов из своей плоскости

На первом этапе рассмотрены отдельные однородные пластины при различных сочетаниях деформаций изгиба и кручения, плиты сплошного сечения, разделенные пластическими шарнирами, а также конструкция типа плиты 2Т, образованная располагаемыми во взаимно-перпендикулярных плоскостях и сопряженными по граням пластинами

Показано, что точность и сходимость расчетов по разработанной методике не уступает, а часто и превосходит, аналогичные показатели расчетов по МКЭ

Так, на рис 7 показаны графики сходимости результатов определения вертикальных смещений середины квадратной в плане, равномерно нагруженной вертикальной нагрузкой и шарнирно опертой по четырем сторонам горизонтальной плиты Рассмотрены различные соотношения толщины плиты (1) к ее пролету (Ь) Коэффициент Пуассона р.=0,2 Для расчетов по МДС наблюдается стабильная и быстрая сходимость при всех рассмотренных соотношениях, в отличие от расчетов по ПК Лира, где точность приемлема только при 1/Ь<0,1

На рис 8 представлены эпюры перемещений в поперечных сечениях плиты типа 2Т при различной частоте разбивки

При исследовании н д с однородных пластин, разделенных цилиндрическими шарнирами, показано, что расчеты по МДС сравнимы по точности с расчетами по МКЭ, но для моделирования цилиндрических шарниров не требуют введения в расчетную схему дополнительных узлов

На втором этапе рассчитана ячейка перекрытия, образованная пустотными плитами, соединенными по боковым граням

цилиндрическими шарнирами

Корректное моделирование такой конструкции используемыми в МКЭ плоскостными к э неосуществимо, поскольку для них невозможно

подобрать параметры, которые одновременно соответствуют изгибной и крутильной жесткостям пустотной плиты Используемые же в МДС плоскостные д с допускают независимое назначение жесткостных характеристик при изгибе и кручении, поэтому моделирование ячейки из пустотных плит выполнялось при аналогичной сплошным плитам расчетной схеме

О 5 1» 20 25

Частота разбивки (количество узлов вдоль осей х и у)

-о— (1) - Расчет по МДС, 1=0,05а -•— (3) - Расчет по МДС, 1=0,2а -ж— (5) - Расчет по МДС 1=0,4а о- - (7) - Расчет по М1СгоРЕ 1=0,05а

(9) - Расчет по М1СгоРЕ 1=0 2а ж (И) - Расчет по МюгоРЕ, 1=0,4а о- -(13)- Расчет по ПК "Лира" 1=0,05а ■ ■»- (15)- Расчет по ПК "Лира" 1=0,2а

—л— (2) - Расчет по МДС t=0 la —О— (4) - Расчет по МДС, t=0,3a

х - (б) - Расчет по MicroFE, t=0 Ola

- - л - (8) - Расчет по MicroFE t=0 1 а

- о (10) - Расчет по MicroFE, t=0,3a

- х- - (12) - Расчет по ПК "Лира" t=0,01a

- -л- - (14) - Расчет по ПК "Лира" t=0,la

Рис 7 Прогибы в середине шарнирно опертой по четырем сторонам равномерно нагруженной квадратной плиты толщиной I со стороной а

PukHklllLll. ТОЧКИ I 2 3 7 6

Л 1,

У i л и в м е т о ч к к

Т^Т

Т^П"

Рис 8 Поперечное сечение (а) и эпюры нормальных напряжений в плите типа 2Т в середине пролета (б)

Результаты расчета близки к эталонному решению, полученному аналитически (рис 9)

На третьем этапе численных экспериментов выполнялись расчеты с учетом физической нелинейности деформирования железобетонных конструкций, а результаты сравнивались с данными натурных испытаний

Рис 9 Результаты расчета ячейки перекрытия из пустотных плит В пятой главе представлены примеры практического применения МДС при проектировании перекрытий в реконструируемых зданиях, даны общие рекомендации по применению метода и описание программных средств обеспечения расчетов на ПЭВМ

Рассмотрены примеры, иллюстрирующие различные задачи, решаемые при проектировании перекрытий реконструируемых зданий В здании Арбитражного суда по адресу ул Соломенной сторожки, д 14 разработано комплексное усиление плит, предусматривающее одновременное увеличение площади опирания и уменьшение пролета (см рис 2 б) В корпусах Всероссийской Государственной телерадиокомпании, расположенных на ул Шаболовка, д 37, корп 2 и Мясницкая, д 8, запроектировано, соответственно, усиление монолитной балки путем увеличения сечения рабочей арматуры (см рис 2 а) и устройство дополнительного перекрытия (см рис 2г)

При проектировании дополнительного перекрытия расчетным путем было учтено частичное защемление балок в кирпичные стены На рис 10 показаны расчетное сечение балки и эпюры распределения нормальных напряжений в бетоне и металле по поперечному сечению балок при нагрузках, близких к предельным значениям

Разработанные на основании исследований основные принципы построения расчетных схем представлены в форме практических рекомендаций, которые предназначены для использования как при

совершенствования программного обеспечения, так и при математическом моделировании конструкций перекрытия с помогныо существующих программ.

а)

ПЯЛрЯФК!1[|ЯЯ СМЯК Л|>М<ПУ|>1,Г, К.1И»Г ЫПмрММКШ II С моя К ЬстОТКЧ кТУы1

Рис, 10. Фрагмент дополнительного перекрытия в здании по ул.Мясницкая, д.8: а) расчетная схема; б) эпюры напряжений по поперечному сечению балок при нагрузках близких к предельным значениям Результаты теоретических исследований доведены ДО »фактического применения путем создания отдельных блоков и подпрограмм, которыми дополнен созданный ранее пакет программ для автоматизированного расчета конструкций по МДС. С помощью дополненного пакета выполнены псе приведенные в диссертации расчеты тестовых примеров и реальных конструкций.

Экономическая эффективность работы заключается в том, что применение разработанного метода при проектировании перекрытий в

реконструируемых зданиях позволяет детальнее, по сравнению с другими методами, анализировать н д с конструкций, что дает возможность применять более эффективные конструктивные решения Так, в здании по ул Соломенная сторожка расчетным путем было проанализировано влияние выявленных при обследовании дефектов на несущую способность большого количества плит, что позволило выбрать оптимальную конструкцию подвески (см рис 2 б) При проектировании дополнительного перекрытия в здании по ул Мясницкая, д 8 уточненный расчет с учетом нелинейности деформирования и частичного защемления балок позволил уменьшить сечение швеллеров, применяемых в качестве жесткой арматуры Экономия металла при этом составила 3,4 кг на 1м2 перекрытия

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В диссертации на основе анализа современных требований к расчетным моделям обоснована целесообразность применения метода дискретных связей (МДС), осуществлено уточнение и развитие теоретических положений метода, выполнена их экспериментальная проверка, проведена адаптация метода для практических расчетов железобетонных перекрытий

По результатам выполненных исследований сформулированы следующие выводы

1 Развиваемый в работе МДС в большей степени отвечает требованиям к расчетным моделям перекрытий в реконструируемых зданиях, чем наиболее распространенный на сегодняшний день МКЭ Расчетная модель МДС, благодаря отсутствию в ней требований по однородности свойств материалов в пределах дискретных связей, более полно и дифференцированно учитывает как общие конструктивные особенности железобетонных перекрытий, так и выявленные при обследованиях дефекты и повреждения Предусмотренная моделью возможность взаимно независимо описывать различные жесткостные характеристики дискретных связей позволяет, пользуясь одной расчетной схемой, анализировать напряженно-деформированное состояние как отдельных элементов, так и несущей системы здания в целом

2 Разработанная в рамках уточнения МДС методика учета поперечного деформирования материалов изгибаемых пластин основывается на введении дополнительных элементов в матрицу канонических уравнений вместо применяемых ранее при определении жесткостных характеристик обобщенных коэффициентов Такой подход более строго описывает напряженно деформированное состояние изгибаемых пластин и позволил добиться повышения точности расчетов при различных соотношениях изгиба и кручения в пластинах Так, при определении перемещений для чистого кручения тонких пластин с применением обобщающих коэффициентов, расхождения с

аналитическими решениями достигали 20%, а с использованием новой методики расхождения практически отсутствуют

3 Предложенные в развитие МДС алгоритмы учета физической нелинейности в стержневых и плокостных элементах без процедуры послойного суммирования, а также с помощью обобщенных диаграмм, позволяют, без ущерба для точности расчетов, значительно упростить программирование и сократить время выполнения вычислений Так, при расчете отдельной многопустотной плиты скорость выполнения каждого шага итераций возрастает в 3,8 раза, а для достижения расхождения с окончательным решением менее 1% требуемое количество шагов уменьшается в 1,5 раза Разработанный способ определения крутильной жесткости для сложных конструкций упрощает определение жесткостных характеристик дискретных связей для ортотропных элементов с непрямоугольным сечением

4 Численными экспериментами доказано, что точность и сходимость расчетов, выполненных по МДС с использованием уточненных методик, для однородных пластин не уступает, а часто превосходит точность и сходимость расчетов по МКЭ Проведенные эксперименты показали, что при расчетах по МДС

■ результаты определения перемещений при чистом кручении пластин практически не зависят от частоты разбивки и отличаются от аналитического решения менее чем на 0,003 %,

■ результаты определения перемещений в середине шарнирно опертых по контуру толстых изгибаемых пластин отличаются от аналитического решения менее, чем на 0,08% и более точны, чем определенные методом конечных элементов по ПК Лира 9 2,

■ расхождения с эталонными решениями прогибов в середине пролета широких пластин, в том числе разделенных на полосы пластическими шарнирами, составляет 0,28-0,6% Моделирование по МДС цилиндрических шарниров в расчетных схемах сборных перекрытий может осуществляться без введения в схему дополнительных узлов,

■ многопустотные плиты в составе ячейки перекрытия могут моделироваться плоскостными дискретными связями, что экспериментально подтверждено удовлетворительным совпадением результатов расчетов тестовых примеров ячейки перекрытий при полосовой нагрузке с аналитическими решениями Расхождение полученных при этом прогибов для наиболее нагруженной плиты составило 0,87%

5 Результаты расчетов элементов железобетонных конструкций, выполненные с учетом физической нелинейности, в том числе при использовании обобщенных диаграмм деформирования пустотных плит, удовлетворительно совпадают с результатами натурных испытаний Так, расчетные и экспериментальные значения разрушающей нагрузки и прогибов середины плиты перед разрушением отличаются, соответственно,

па 2,9 и 11,5%

6 Разработанные рекомендации и программное обеспечение апробированы при проектировании трех объектов в г Москве и позволяют выполнять практические расчеты перекрытий в реконструируемых зданиях

7 Экономическая эффективность работы заключается в гом, что применение ее результатов при проектировании реконструируемых зданий позволяет создавать более рациональные конструкции перекрытий за счет уточнения расчетов, достигаемого более полным и корректным учетом факторов, влияющих на напряженно деформированное состояние конструкций

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 Э Н Кодыш, Л Н Мамин, Т В Долгова Расчетная модель для проектирования несущих систем и элементов - Жилищное строительство, 2003, №11 - с 9-15

2 Г) II Кодыш, А II Мамин, Т В Долгова Метод дискретных свя}ей и его преимущества при проектировании несущих систем сборных железобетонных зданий Сб научных статей - XIII Международная школа-семинар «Новые информационные технологии» М МГИЭМ, 2005, с 115116

3 'Г В Долгова Дискретная модель метода сосредоточенных деформаций для расчета при проектировании и реконструкции многоэтажных зданий - Прикладная геометрия, инженерная графика, компышеримй дизайн, 2005, №2 - с 21-25

4 ТВ Долюва, К В Кобзарь Развитие и применение метода дискретных связей при проектировании и реконструкции многоэтажных зданий. Сб научных статей - XIV Международная школа-семинар «Новые информационные технологии» М МИЭМ, 2006, с 159-160

5 ЭН Кодыш, АII Мамин, К В Кобзарь, Т В Долгова, А А Демешьев Расчет железобетонных конструкций методом дискретных связей - Научные труды II Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон - пути их развития» Том 2, с 445-451,М, 2005

6 М Ю Куприков, О С Долгов, Т В Долгова Основы инженерного моделирования в системе геометрического моделирования Unigraphics Учебное пособие/ Под ред МЮ Куприкова - М Изд-во МАИ, 2006 -96 с ил

7 А Н Мамин, Т В Долгова Расчет плоскостных железобетонных элементов реконструируемых зданий методом дискретных связей -Научные труды Международной научно-практической конференции «Основные тенденции развития архитектурно-строительного комплекса в XXI в» Орел, ОрслГАУ, 2007 -с 335

Тираж 100 экз Заказ №715

Отпечатано в ФГУП ЦПП

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Перекрытия многоэтажных зданий, их классификация и 11 конструктивные особенности

1.1.1. Перекрытия как составные части несущей 11 системы многоэтажного здания

1.1.2. Классификация перекрытий 13 1.2 Методы расчета перекрытий

1.2.1. Основные расчетные модели, их развитие и область 17 применения

1.2.2. Расчет перекрытий методом конечных элементов, 19 применение программных комплексов.

1.2.3. Развитие метода дискретных связей

1.2.4. Учет нелинейности деформирования в дискретных 26 моделях

Выводы по главе

2. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА 32 ПЕРЕКРЫТИЙ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ

2.1. Восстановление и усиление существующих перекрытий

2.1.1. Восстановление или увеличение сечений 34 элементов

2.1.2. Изменение конструктивной схемы

2.1.3. Подведение новых конструкций и элементов

2.2. Возведение новых перекрытий

2.3. Особенности формирования расчетных схем перекрытий 43 реконструируемых зданий

Выводы по главе

3. РАЗВИТИЕ МЕТОДА ДИСКРЕТНЫХ СВЯЗЕЙ ДЛЯ 48 ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЕРЕКРЫТИЙ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ

3.1. Основные положения МДС применительно к расчету 48 перекрытий

3.2. Учет влияния поперечного деформирования материала 52 при расчете перекрытий

3.2.1. Поперечные деформации, возникающие в 52 отдельной дискретной связи при изгибе из плоскости, и их влияние на форму серединной поверхности связи и ее сопротивление изгибу.

3.2.2. Учет поперечных деформаций при составлении 58 матрицы канонических уравнений для изгибаемых пластин

3.3. Учет физической нелинейности при расчете перекрытий

3.3.1. Элементы перекрытий, рассчитываемые по 62 балочной схеме

3.3.2. Элементы изгибаемых пластин

3.3.3. Обобщенная диаграмма

3.4. бенни моделирования плиторных перекрытий. 74 Взаимязь жкных характерик д при деформировании во взаимно перпендикулярных направлениях

Выводы по главе

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ И 80 СХОДИМОСТИ РАЗРАБОТАННЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

4.1. Проведение тестовых расчетов пластин при их упругом 81 деформировании из своей плоскости

4.1.1. Изгиб и кручение отдельных изотропных пластин

4.1.2. Совместное деформирование пластин, 86 расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях

4.1.3. Изгиб и кручение пустотных плит, соединенных 87 пластическими шарнирами

4.2. Расчеты железобетонных элементов перекрытий с учетом 90 физической нелинейности деформирования. Сравнение результатов с данными натурных испытаний.

4.2.1. Расчет многопустотной плиты с послойной 90 дискретизацией сечения и с использованием обобщенной диаграммы «М-р»

4.2.2. Расчет фрагмента железобетонного перекрытия, 100 включающего узел сопряжения ригеля с колонной в рамном каркасе

Выводы по главе

5. ПРИМЕНЕНИЕ МДС ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

5.1. Разработка комплексного усиления плит перекрытий

5.2. Расчеты монолитной балки перекрытия при ее усилении 105 путем добавления растянутой арматуры.

5.3. Проектирование и расчет нового перекрытия в 107 существующем здании

5.3.1. Общее описание принятой конструкции

5.3.2. Расчетная нагрузка на перекрытие. Этапы 109 выполнения расчетов. Расчетные схемы.

5.3.3. Результаты расчетов и их сравнение с результатами 112 расчета по МКЭ, реализуемому программным комплексом Лира 9.

5.4. Программное обеспечение по реализации разработанных 117 положений для автоматизированного расчета перекрытий

Реконструкция зданий и сооружений в последнее время занимает значительную часть в общем объеме строительных работ, что обусловлено, с одной стороны, физическим и моральным износом существующих зданий, с другой - их техническим перевооружением и перепрофилированием.

В реконструируемых зданиях выполнение проектных работ имеет определенную специфику, связанную с необходимостью учитывать выявленные при обследовании особенности существующих конструктивных элементов. Проектное решение должно предусматривать минимальные габариты и массу применяемых элементов, обеспечивать возможность выполнения работ в стесненных условиях. В аварийных зданиях, кроме того, очень важно обеспечить минимальные сроки проектирования.

Жесткие требования к эффективности проектных работ вызывают повышенные требования к методам выполнения расчетов. Используемые расчетные модели должны максимально подробно и дифференцированно учитывать жесткостные характеристики сборных элементов и швов между ними с учетом выявленных при обследовании дефектов, позволяя при этом выполнять расчеты с возможно меньшими трудоёмкостью и затратами машинного времени.

Одной из самых ответственных и сложных несущих подсистем зданий являются плитно-балочные перекрытия, и разработка их усиления или замены, как правило, составляет существенный процент от общего объема проектирования.

Наиболее распространенным материалом перекрытий является железобетон, который максимально отвечает комплексу эксплуатационных и конструктивных требований к перекрытиям. Поскольку железобетон -композитный материал со сложными деформационными характеристиками, при проектировании железобетонных конструкций к расчетным моделям предъявляются дополнительные требования, заключающиеся в возможности учета в них нелинейности деформирования материала, а также существующих и прогнозируемых трещин.

В многоэтажных зданиях перекрытия играют важную роль в обеспечении пространственной жесткости сооружения, поэтому метод их расчета должен быть универсальным, позволяющим рассчитывать отдельные элементы и всю несущую систему здания без изменения расчетной схемы независимо от характера воздействий и стадии напряженно-деформированного состояния, с учетом исходной и возникающей от нелинейного деформирования анизотропии конструктивных элементов.

На сегодняшний день наиболее универсальным и применяемым в практике проектирования является метод конечных элементов (МКЭ). Он приспособлен для расчетов сложных пространственных систем, однако принятая в методе расчетная модель имеет ряд принципиальных ограничений, снижающих возможности использования МКЭ для корректного моделирования несущих конструкций, в частности, перекрытий. Так, обязательным условиям применения плоскостных конечных элементов (к.э.) является их однородность, а жесткостные параметры, характеризующие различные виды деформаций, взаимосвязаны. В связи с этим создание расчетных схем, в которых с необходимой подробностью учтены конструктивные особенности и дефекты железобетонных перекрытий, становится чрезвычайно трудоемкой, а часто и практически невыполнимой задачей.

В качестве альтернативы МКЭ в ОАО «ЦНИИпромзданий» разрабатывается метод дискретных связей (МДС), расчетная модель которого, наряду с универсальностью, обладает дополнительными возможностями, позволяющими описывать напряженно-деформируемое состояние железобетонных конструкций с учетом всех перечисленных выше требований. Разработаны основные положения метода, достаточно подробно, на примерах вертикальных диафрагм, описано его применение при расчетах плоскостных конструктивных элементов, деформируемых в своей плоскости.

Вместе с тем, для обеспечения возможности практического применения МДС при решении актуальной проблемы - эффективного проектирования железобетонных перекрытий в реконструируемых зданиях - потребовалось проведение дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.

Целью диссертации являлась разработка практического метода расчета железобетонных перекрытий в реконструируемых зданиях на основе развития и экспериментальной проверки МДС.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- предложена методика и разработан алгоритм учета влияния поперечного деформирования материалов в расчетных моделях изгибаемых пластин по МДС;

- отработаны пути учета физической нелинейности деформирования материалов в стержневых и плоскостных элементах перекрытий;

- разработаны алгоритмы учета физической нелинейности изгибаемых элементов с помощью обобщенной диаграммы деформирования;

- на основании численных экспериментов подтверждены разработанные автором теоретические положения, показана сравнимая с МКЭ точность результатов расчетов сплошных пластин;

- для характерных случаев проектирования перекрытий в реконструируемых зданий разработаны и апробированы рекомендуемые расчетные схемы;

- даны рекомендации и созданы программы для практического использованию метода при расчетах железобетонных перекрытий;

Научную новизну работы составляют:

1. Разработанный и экспериментально подтвержденный способ учета коэффициента Пуассона при описании напряженно-деформированного состояния (н.д.с.) изгибаемых пластин по расчетной модели МДС.

2. Выявленная и математически описанная взаимосвязь жесткостных характеристик дискретных связей (д.с.) при кручении элементов конструкции во взаимно перпендикулярных направлениях.

3. Способы учета физической нелинейности деформирования элементов перекрытий при расчетах по МДС.

4. Методика проведения и результаты численных экспериментов и их сопоставление с аналогичными величинами, полученными аналитически при расчетах по МКЭ и при испытаниях натурных конструкций.

5. Рекомендации по назначению жесткостных характеристик д.с. для моделирования отдельных элементов и узлов перекрытий, а также общие принципы составления расчетных схем для расчета по МДС сборных железобетонных перекрытий.

Практическое значение. Применение полученных в работе результатов предоставляет возможность более эффективно использовать МДС при определении н.д.с. изгибаемых железобетонных элементов.

Показанная в работе возможность описания плоскими д.с. анизотропных элементов сложного поперечного сечения позволяет при моделировании перекрытий значительно упростить расчетные схемы, не снижая подробности и полноты описания в них факторов, влияющих на корректность расчетов.

Способы учета физической нелинейности, предложенные в рамках расчетной модели МДС, достаточно универсальны и могут быть использованы в других численных методах расчета.

Разработанные рекомендации, а также программное обеспечение, созданное для реализации разработанных алгоритмов и проверенное при решении тестовых и практических задач, могут быть использованы в практике проектирования при расчетах как усиливаемых, так и вновь возводимых перекрытий.

Выполненный при помощи разработанных положений анализ н.д.с. конструктивных элементов позволил принять рациональные проектные решения для усиливаемых и добавляемых перекрытий в реконструируемых зданиях, а методика проведенного анализа может быть рекомендована к применению при проектировании аналогичных конструкций для повышения их эффективности и экономичности.

Достоверность научных результатов, полученных в работе, обеспечивается применением в разработанных алгоритмах общепринятых методов сопротивления материалов, строительной механики, теории упругости, способов расчета железобетонных конструкций и подтверждена при численных экспериментах достаточным совпадением результатов расчетов с соответствующими значениями, вычисленными другими методами или полученными в результате испытаний натурных конструкций.

Внедрение результатов диссертации осуществлено при расчетах и проектировании реконструируемых административных зданий в Москве по адресам ул. Соломенной сторожки, д. 14, ул. Шаболовка, д. 37, корп.2, ул. Мясницкая, д.8.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы - всего 143 страницы машинописного текста, в том числе 7 таблиц и 46 рисунков.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В диссертации на основе анализа современных требований к расчетным моделям обоснована целесообразность применения метода дискретных связей (МДС), осуществлено уточнение и развитие теоретических положений метода, выполнена их экспериментальная проверка, проведена адаптация метода для практических расчетов железобетонных перекрытий.

По результатам выполненных исследований сформулированы следующие выводы:

1. Развиваемый в работе МДС в большей степени отвечает требованиям к расчетным моделям перекрытий в реконструируемых зданиях, чем наиболее распространенный на сегодняшний день МКЭ. Расчетная модель МДС, благодаря отсутствию в ней требований по однородности свойств материалов в пределах дискретных связей, более полно и дифференцированно учитывает как общие конструктивные особенности железобетонных перекрытий, так и выявленные при обследованиях дефекты и повреждения. Предусмотренная моделью возможность взаимно независимо описывать различные жесткостные характеристики дискретных связей позволяет, пользуясь одной расчетной схемой, анализировать напряженно-деформированное состояние как отдельных элементов, так и несущей системы здания в целом.

2. Разработанная в рамках уточнения МДС методика учета поперечного деформирования материалов изгибаемых пластин основывается на введении дополнительных элементов в матрицу канонических уравнений вместо применяемых ранее при определении жесткостных характеристик обобщенных коэффициентов. Такой подход более строго описывает напряженно деформированное состояние изгибаемых пластин и позволил добиться повышения точности расчетов при различных соотношениях изгиба и кручения в пластинах. Так, при определении перемещений для чистого кручения тонких пластин с применением обобщающих коэффициентов, расхождения с аналитическими решениями достигали 20%, а с использованием новой методики расхождения практически отсутствуют.

3. Предложенные в развитие МДС алгоритмы учета физической нелинейности в стержневых и плоскостных элементах без процедуры послойного суммирования, а также с помощью обобщенных диаграмм, позволяют, без ущерба для точности расчетов, значительно упростить программирование и сократить время выполнения вычислений. Так, при расчете отдельной многопустотной плиты скорость выполнения каждого шага итераций возрастает в 3,8 раза, а для достижения расхождения с окончательным решением менее 1% требуемое количество шагов уменьшается в 1,5 раза. Разработанный способ определения крутильной жесткости для сложных конструкций упрощает определение жесткостных характеристик дискретных связей для ортотропных элементов с непрямоугольным сечением.

4. Численными экспериментами доказано, что точность и сходимость расчетов, выполненных по МДС с использованием уточненных методик, для однородных пластин не уступает, а часто превосходит точность и сходимость расчетов по МКЭ. Проведенные эксперименты показали, что при расчетах по МДС: результаты определения перемещений при чистом кручении пластин практически не зависят от частоты разбивки и отличаются от аналитического решения менее чем на 0,003 %; результаты определения перемещений в середине шарнирно опертых по контуру толстых изгибаемых пластин отличаются от аналитического решения менее, чем на 0,08% и более точны, чем определенные методом конечных элементов по ПК Лира 9.2; расхождения с эталонными решениями прогибов в середине пролета широких пластин, в том числе разделенных на полосы пластическими шарнирами, составляет 0,28-0,6%. Моделирование по МДС цилиндрических шарниров в расчетных схемах сборных перекрытий может осуществляться без введения в схему дополнительных узлов; многопустотные плиты в составе ячейки перекрытия могут моделироваться плоскостными дискретными связями, что экспериментально подтверждено удовлетворительным совпадением результатов расчетов тестовых примеров ячейки перекрытий при полосовой нагрузке с аналитическими решениями. Расхождение полученных при этом прогибов для наиболее нагруженной плиты составило 0,87%.

5. Результаты расчетов элементов железобетонных конструкций, выполненные с учетом физической нелинейности, в том числе при использовании обобщенных диаграмм деформирования пустотных плит, удовлетворительно совпадают с результатами натурных испытаний. Так, расчетные и экспериментальные значения разрушающей нагрузки и прогибов середины плиты перед разрушением отличаются, соответственно, на 2,9 и 11,5%.

6. Разработанные рекомендации и программное обеспечение апробированы при проектировании трех объектов в г. Москве и позволяют выполнять практические расчеты перекрытий в реконструируемых зданиях.

7. Экономическая эффективность работы заключается в том, что применение ее результатов при проектировании реконструируемых зданий позволяет создавать более рациональные конструкции перекрытий за счет уточнения расчетов, достигаемого более полным и корректным учетом факторов, влияющих на напряженно деформированное состояние конструкций.

130

1. Александров А.В., Лащенков Б.Я., Шапошников Н.Н. Строительная механика. Тонкостенные пространственные системы. М.:Стройиздат, 1983.-488 с.

2. Антонов К.К., Артемьев В.П., Байков В.Н. и др. Проектирование железобетонных конструкций. М., Стройиздат, 1966.

3. Арзуманян К.М., Айвазов Р.Л., Крамарь В.Г. О совместной работе многопустотных панелей в перекрытии при неравномерном нагружении. В кн. Повышение эффективности и качества бетона и железобетона. Ереван, Айстан,1983.

4. Байков В.Н., Горбатов С.В., Димитров З.А. Построение зависимости между напряжениями и деформациями сжатого бетона по системе нормируемых показателей. Изв. ВУЗов. Строительство и архитектура, №6,1977, с.15-18.

5. Байков В.Н. Расчет сборного панельного перекрытия на местную продольную линейно-сосредоточенную нагрузку. В кн. Проектирование железобетонных конструкций. - М., Стройиздат, 1966.

6. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. И доп. М., Стройиздат, 1976, 783 с.

7. Бедов А.И., Сапрыкин В.Ф. Обследование и реконструкция железобетонных и каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений. М., АСВ, 1995г.

8. Бедов А.И., Чистяков В.А. Учет совместной работы железобетонных панелей в составе дисков покрытий и перекрытий. Строительство и архитектура. Инженерно-теоретические основы строительства. ВНИИС Госстроя СССР, серия 10, вып. 6, М., 1984.

9. Бондаренко В.М., Бондаренко С.В. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. М.: Стройиздат, 1982.-287с.

10. Ю.Бондаренко В. М. Некоторые вопросы нелинейной теориижелезобетона. Харьков, 1968.11 .Бондаренко В.М., Санжаровский Р.С., Усиление железобетонных конструкций при реконструкции зданий.- Москва, Стройиздат, 1990. С.352.

11. Вайнберг Д.В., Вайнберг Е.Д. Расчет пластин. Киев: Буд1вельник, 1970. - 436 с.

12. Варвак П.Н., Рябов А.Ф. Справочник по теории упругости. Киев, Буд1вельник, 1971.- с.

13. Гуща Ю.П., Лемыш Л.Л. Расчет деформаций конструкций на всех стадиях при кратковременном и длительном нагружениях.- Бетон и железобетон. -1985, № 11.

14. Давыдов В.А. Исследование сопротивления изгибу с кручением многопустотных железобетонных плит перекрытий. Автореф. дис. канд. техн. наук. Киев, 1983.

15. Додонов М.И., Дроздова И.П. Сопротивление перекрытий скручиванию при повороте в плане многоэтажных каркасных зданий. Строительная механика и расчет сооружений, 1982, №4.

16. Додонов М.И., Каландарбеков Н. Экспериментальное исследование моделей дисков перекрытий многоэтажных зданий. Экспресс-информация. Раздел: Строительство и архитектура, сер. 8, вып. 8. - М., 1984, с.5-8.

17. Додонов М.И., Мамин А.Н. Жесткостные характеристики комплексных швов при расчете железобетонных пластин по методу сосредоточенных деформаций. / МИСИ., Деп. в ВНИИИС № 4600 Москва ,1985.-8 с.

18. Додонов М.И., Мамин А.Н. Расчет плосконапяженного состояния железобетонных конструкций методом сосредоточенных деформацийпри заданных смещениях опор / ССХИ, Деп. в ВНИИ НТПИ № 11247, вып. №2 Москва, 1992. -8 с.

19. Додонов М.И. Развитие и применение метода сосредоточенных деформаций к расчету премных диафрагм многоэтажных зданий. -"Строительная механика и расчет сооружений", №4,1984 с.65-69.

20. Додонов М.И., Шериф М.Х. Расчет безбалочных точечно-опертых перекрытий методом сосредоточенных деформаций. /Жилищное строительство. 1987. - №3, с.24-25.

21. Долгова Т.В. Дискретная модель метода сосредоточенных деформаций для расчета при проектировании и реконструкции многоэтажных зданий. Прикладная геометрия, инженерная графика, компьютерный дизайн, 2005, №2.-с.21-25.

22. Долгова Т.В., Кобзарь К.В. Развитие и применение метода дискретных связей при проектировании и реконструкции многоэтажных зданий. Сб. научных статей XIV Международная школа-семинар «Новые информационные технологии». М.: МИЭМ, 2006, с.159-160.

23. Доннел Л.Г. Балки, пластины и оболочки. М.:Наука, 1982. - 568 с.

24. Дроздов П.Ф., Додонов М.И., Паньшин Л.Л., Саруханян Р.Л. Проектирование и расчет многоэтажных гражданских зданий и их элементов. М.: Стройиздат, 1986, 35с.

25. Дроздов П.Ф. Конструирование и расчет несущих систем многоэтажных зданий и их элементов. Издание 2-е перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1977,223с.

26. Дроздов П.Ф., Лалл Б.Б. Влияние податливости перекрытий на пространственную работу несущей системы многоэтажного каркасно-панельного здания. Строительная механика и расчет сооружений, 1969, №6.

27. Дроздов П.Ф., Ле Тхи Хуан. Перекрытия как связи сдвига между столбами диафрагм многоэтажного бескаркасного здания. Бетон и железобетон, 1972, № 10.

28. Дроздова И.П. Экспериментально-теоретические исследования влияния кручения перекрытий на распределение усилий в многоэтажном каркасном здании.- Автореф. дисс. канд. техн. наук. М.: МИСИ, 1979.

29. Дудышкина J1.A. Дефекты несущих конструкций жилых зданий и методы их устранения. М.: Стройиздат, 1978,18с.

30. Дыховичный Ю.А. Конструирование и расчет жилых и общественных зданий повышенной этажности. М., Стройиздат, 1970, 248с.

31. Егупов В.К., Командрина Т.А., Голобородько В.Н. Пространственные расчеты зданий.- Киев.: Буд1вельник,1976.-264с.

32. Ершов М.Н., Мамин А.Н. Монолитное ребристое железобетонное перекрытие. - патент Российской Федерации на полезную модель № 36681,2004.

33. Железобетонные конструкции: Спец. курс. Учебное пособие для вузов /В. Н. Байков, П. Ф. Дроздов и др.; Под ред. В. Н. Байкова. М.:Стройиздат, 1981.- 767 с.

34. Зб.Зенкевич O.K., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и механике сплошных сред.- М.: Недра, 1974.-576с.

35. Исследование работы дисков перекрытий из многопустотных плит с измененной формой шпонок продольных ребер. Отчет ЦНИПЭИ. -Сумы, 1990.

36. Исследование предельных состояний сборных железобетонных перекрытий при работе их в своей плоскости как горизонтальных диафрагм многоэтажных каркасных зданий. Отчет МИСИ им. В.В.Куйбышева.- М., 1975. 60 с.

37. Исследование работы дисков перекрытий каркасных зданий. Отчет МНИИТЭП.- М., 1972,161с.

38. Ищук М.К. Учет работы дисков перекрытий при расчете зданий методом конечного элемента. В кн. Исследования по строительным конструкциям.- М., ЦНИИСК, 1984.

39. Карабанов Б.В. Учет геометрической нелинейности при проектировании многоэтажных каркасно-панельных зданий // Бетон и железобетон. -1980.-N11.-С. 26.

40. Карпенко Н.И. Теория деформирования железобетона с трещинами. М., Стройиздат, 1976.-208с.

41. Карпенко Н.И., Мухамедиев Т. А., Петров А.Н. Исходные и трансформированные диаграммы деформирования бетона и арматуры. -Напряженно-деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций. Сб. научных трудов НИИЖБ. Москва, НИИЖБ, 1988.

42. Карпенко Н.И. О работе железобетонных плит с трещинами. -Материалы VI конференции по бетону и железобетону. М., 1966.

43. Клевцов В.А., Баканов Б.М. Учет деформативности плит при расчете диска покрытия на горизонтальные нагрузки. Строительство и архитектура. Промышленные комплексы, здания и сооружения. ВНИИС Госстроя СССР, серия 4, вып. 10, М., 1984.

44. Кодыш Э.Н., Мамин А.Н., Долгова Т.Б. Расчетная модель для проектирования несущих систем и элементов «Жилищное строительство», №11, 2003.-С.9-15.

45. Кодыш Э.Н., Мамин А.Н. Дискретно-связевая расчетная модель многоэтажных зданий. Сб. науч. тр. МГСУ «Железобетонные конструкции зданий большой этажности», М., 2004 г. -С.46-55.

46. Кодыш Э.Н., Мамин А.Н., Кобзарь К.В. Разработка дискретно-связевой модели для расчетов плоских элементов зданий и сооружений -«Транспортное строительство», № 11,2003.-С.6-8

47. Кодыш Э.Н., Мамин А.Н. Применение метода дискретных связей для расчета железобетонных конструкций многоэтажных зданий. В сб.научных трудов «Науково-техшчш проблеми сучасного зал13обетону», Кшв, НД1БК, 2005 -С. 159-164.

48. Кодыш Э.Н. Промышленные многоэтажные здания из железобетонных конструкций. М.: ВНИИНТПИ, 1989, 84с.

49. Кодыш Э.Н., Мамин А.Н. Разработка дискретно-связевой модели для определения напряженно-деформированного состояния плоскостных конструкций «Известия высших учебных заведений. Строительство», №12,2003.-С. 13-20.

50. Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н., Вавилов О.В., Колойденко С.В. Плиты перекрытий 2Т для технологии непрерывного формования. Бетон и железобетон. - М., №6,2001г.

51. Кодыш Э.Н., Мамин А.Н. Совершенствование расчетов многоэтажных зданий методом сосредоточенных деформаций. - Промышленное и гражданское строительство, №1,2001.-С.34-37.

52. Кодыш Э.Н., Мамин А.Н., Долгова Т.В. Расчетная модель для проектирования несущих систем и элементов. Жилищное строительство, 2003, №11. - с.9-15.

53. Кодыш Э.Н., Мамин А.Н., Трекин Н.Н. Экспериментальные исследования работы связевых плит. Сб. научных трудов «Современные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта». - РГОТУПС, Москва, 1999.-С.56-59.

54. Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н. Работа связевых плит пустотных настилов. -«Проблемы строительной реконструкции и капитального ремонта зданий и сооружений на железнодорожном транспорте». С.-Петербург, ПГУПС, 1999.-С.7-8.

55. Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н. Сборные перекрытия из многопустотных плит. Материалы региональной научно-практической конференции Трансиб-99. - Новосибирск, 1999.-С.484-487.

56. Колчунов В.И. Методы расчета конструкций зданий при реконструкции. -Изв. ВУЗов, №4-5,1998,с.4-8.

57. Крамарь В.Г., Орловский Ю.И., Кунь B.J1. О совместной работе пустотных настилов пролетом 12м в составе перекрытия. Сб. ст. Исследования и вопросы совершенствования арматуры, бетона и железобетонных конструкций. - Волгоград, ВгИСИ, 1974.

58. Крылов С.М. Экспериментальные исследования работы железобетонных перекрытий многоэтажных зданий. Автореферат дисс. канд. техн. наук. -М., 1959,11с.

59. Куприков М.Ю., Долгов О.С., Долгова Т.В. «Основы инженерного моделирования в системе геометрического моделирования Unigraphics». Учебное пособие/ Под ред.М.Ю. Куприкова. М.: Изд-во МАИ, 2006.-96 е.: ил.

60. Лалл Б.Б. Исследование работы несущих систем многоэтажных зданий с учетом податливости дисков перекрытий. Автореферат дисс. канд. техн. наук. М, 1970.

61. Лишак В.И., Киреева Э.И., Саарян В.В. Совместная работа многопустотных преднапряженных плит. Бетон и железобетон, 1987,№1.

62. Мамин А.Н. Автоматизированный расчет железобетонных плосконапряженных конструкций методом сосредоточенных деформаций. В сб. науч. трудов ЦНИИпромзданий. "Совершенствование конструктивных решений многоэтажных зданий". Москва, 1992. С. 50-53.

63. Мамин А.Н., Кодыш Э.Н. Основные принципы формирования дискретно-связевой модели для расчета плоскостных конструкций / ЦНИИПромзданий М., Деп. в ВНИИ НТПИ № 11896. Библ. ук. деп. рук. №1,2003 - 9 с.

64. Мамин А.Н., Корнет Ю.Н. Сопротивление перекрытий из плит безопалубочного формования действию горизонтальной силы и крутящего момента. Бетон и железобетон, 1987, №1.

65. Мамин А.Н. Перекрытия из плит безопалубочного формования как элементы многоэтажного каркасного здания. / МИСИ., Деп. в ВНИИИС №4601 Москва,1985.-13 с.

66. Мамин А.Н. Применение метода дискретных связей при нелинейных расчетах железобетонных конструкций «Промышленное и гражданское строительство», №6, 2004. -С.27-28.

67. Мамин А.Н. Совершенствование расчетных моделей несущих систем сборных железобетонных зданий «ЕНсник Сумьского нацюнального аграрного ушверситету. Науково-методичний журнал», випуск 8, 2002. -С.106-110.

68. Мордухович И.И., Азизов Т.Н. Численное исследование совместной работы сборных плит перекрытия на вертикальные нагрузки. -Сб.научных трудов ЦНИИПЗ Совершенствование конструктивных решений многоэтажных зданий, М., 1992.

69. Паньшин JLJI. Пространственная работа несущих конструкций многоэтажных зданий. В кн.: Пространственная работа железобетонных конструкций. Сб. тр. МИСИ № 72, вып. 1, М., 1969.

70. Перельмутер А.В., Сливкер В.И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа. Киев:ВПП "Компас", 2001. - 448с.

71. Поляков С.В. Влияние жесткости перекрытий на распределение усилий между несущими вертикальными и горизонтальными конструкциями здания. Бетон и железобетон, 1968, № 8, с.42-47.

72. Попов Н.Н., Матков Н.Г., Трекин Н.Н. Деформирование бетона при сложном напряженном состоянии. Труды координационного совещания по гидротехнике. - Ленинград, Энергоиздат, 1988.-С.193-196.

73. Пособие по проектированию жилых зданий. ЦНИИЭП жилища Госкомархитектуры. Вып. 3. Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85). М.:Стройиздат, 1989. - 304с.

74. Программный комплекс для расчета пространственных конструкций на прочность, устойчивость и колебания. STARK ES, версия 2.2. М.: Недра, 2002.-317 с.

75. Программный комплекс "Лира-Windows 8.01м. Руководство пользователя. НИИАСС, Киев, 1997

76. Программный комплекс "Unigraphics NX 2.0". Руководство пользователя.

77. Проценко A.M., Савранский Б.В. Моделирование упругопластических свойств материала при анализе конструкций с помощью метода конечных элементов.-Строительная механика и расчет сооружений. №2, 1990,с. 15.

78. Рекомендации по определению прочностных и деформационных характеристик бетона при неодноосных напряженных состояниях. -Москва, НИИЖБ, 1985.-73с.

79. Ржаницын А.Р. Строительная механика. Учебное пособие для вузов. -М.:Высш. школа, 1982. 400с

80. Ротань В.Я. Ремонт и устройство перекрытий. Стройиздат, Ленинград, 1972г.

81. Санников И.В., Величко В.А., Сломонов С.В., Бимбад Г.Е., Томильцев М.Г. Монолитные перекрытия зданий и сооружений. Буд1вельник, Киев, 1991г.

82. Семенов В.А., Семенов П.Ю. Конечные элементы повышенной точности и их использование в программных комплексах MicroFE. "Жилищное строительство", №9,1998. - с. 18-22.

83. Семченков А.С. Испытание сборных перекрытий, опертых по контуру. -Бетон и железобетон, 1981, № 1, с.11-13.

84. Семченков А.С. Пространственная работа многопустотных плит безопалубочного формования. Бетон и железобетон, № 7,1987.

85. Складнев Н.Н., Бедов А.И., Чистяков В.А. Совместная работа сборных железобетонных панелей в составе дисков покрытий и перекрытий. В сб. Расчет строительных конструкций и сооружений. - МИСИ, БТИСМ. -Москва,1983, с.118-130.

86. СНиП 2.03.01-84*.Бетонные и железобетонные конструкции. /Госстрой России. М.:ГУП ЦПП, 1998. - 76 с.

87. СНиП 2.01.07-85.Нагрузки и воздействия. /Госстрой СССР. М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1987 - 36 с.

88. Сопротивление материалов. Под ред. А.Ф, Смирнова. Учебник для вузов.- М.:Высш. школа, 1975. 480с.

89. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Киев: Наук. Думка, 1988. - 736 с.

90. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластины и оболочки. -Москва, Изд. Наука, 1966.-636с.

91. ЮЗ.Трёкин Н.Н. Пространственная работа несущих элементов каркасной системы с учетом нелинейности и податливости узловых сопряжений. Диссертация на соискание ученой степени докт. техн. наук. М.: ЦНИИпромзданий, 2003,421 с.

92. Трекин Н.Н. Податливость сопряжений в сборных дисках перекрытий. -Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века.- №9,2003.- С.32-33.

93. Физдель И.А. Дефекты в конструкциях, сооружениях и методы их устранения.М., Стройиздат, 1987г.

94. Чудновский Н.Н., Селиванов В.А., Мартемьянов B.C. Исследование совместной работы элементов в сборных железобетонных покрытиях. -Бетон и железобетон, 1970, №11,с.37-39.

95. Шагин A.JL, Бондаренко Ю.В., Гончаров. Реконструкция зданий и сооружений. Учебное пособие для ВУЗов.- М.: Высшая школа, 1991.

96. Шилов Е.В., Ивасюк И.М. Прочность и деформативность межплитных швов. Бетон и железобетон, 1982, № 8, с.9-10.

97. C.Batto,H.C.Rason. Investigations on beam and stanchion connections. 2 report of the Steel Structures Research Committee Her Majestys Stationary Office. 1934,London,England.

98. Loubigbignac G., Cantin G., Touzot G. Continuous Stress Fields in Finite Element Analisis//AIAA Journal. 1977.-Vol. 15 - No 11.-P. 1645-1647

99. Pierre Lutrin, Christian Delvaux. Results de reserches sur des elements de plancher en beton precontraint pour botiments. Annales de l'institut Technique du Botiment et des Travaux Publics. № 354, 1977.

100. Prakash Desayi and S. Krishnan. Equation for the Stress-strain Curve of Concrete // J. Amer. Concr. Inst. 1964. - No 3. - Vol. 61.

101. Spancrete. Precast, prestressed hollow-core concrete planks for floors, roofs, and walls. «Spancrete, Machinery Corp. Ltd.» , Wisconsin, USA.

102. J.C.Wang, D.A.Nethercot. Ultimate Strength Analysis of Three-Dimensional Column Subassemblages with Flexible Connections. Journal of Constructional Steel Research, 1988,№ 4.-pp.235-264.

103. Sparke A.N. Investigation into the Destribution of Loads Applied to Precast Concrete Floor Slabs made up of Hollow Box Section Units. Civil Engineering and Public Works Reiew, № 726, vol.62, 1967.

104. S. Alexander, A. Cholewicki, B. Engstrom. Structural connections for prefabricated concrete structures. FIB: Commission C6:Prefabrication, 2000.

105. Turner M.J., Clough R.W., Martin H.C., Topp L.J. Steffness and Deflection Analysis of Complex Structures. J Aero? Sci.23, 1956, p. 805-823.

106. Zienkiewicz O.C. Cheung Y.K. The finite element method for analysis of elastic isotropic and orthotropic slabs. Proc. I.C.E., №28,1964.

107. ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

108. Э.Н. Кодыш, А.Н. Мамин, Т.В.Долгова. Расчетная модель для проектирования несущих систем и элементов. Жилищное строительство, 2003,№11.-с.9-15.

109. Долгова Т.В. Дискретная модель метода сосредоточенных деформаций для расчета при проектировании и реконструкции многоэтажных зданий. Прикладная геометрия, инженерная графика, компьютерный дизайн, 2005,№2.-с.21-25.

110. Т.В.Долгова, К.В. Кобзарь. Развитие и применение метода дискретных связей при проектировании и реконструкции многоэтажных зданий. Сб. научных статей XIV Международная школа-семинар «Новые информационные технологии». М.: МИЭМ, 2006, с. 159-160.

111. М.Ю.Куприков, О.С. Долгов, Т.В.Долгова «Основы инженерного моделирования в системе геометрического моделирования Unigraphics». Учебное пособие/ Под ред.М.Ю. Куприкова. М.: Изд-во МАИ, 2006.-96 е.: ил.