автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Расчет железобетонных конструкций, работающих в условиях плоского напряженного состояния методом конечных элементов с учетом специфических свойств железобетона

3 Ж'' ■ =

ЧвяяйлнскпЯ государственный «ахчэтэсхиЗ университет

на празах рукописи

ЕгШКСВА АННА ВИТАЛЬЕВНА

РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗСБЕТОННУХ ХШЗТтцЙ, РАБОТЖЩ В УСЛОВИЯХ ПЛОСКОГО НАПРЯЖЕННОГО состояния,' 1ЛЕТОДШ КОНЕЧНЫХ ЭЯЕМЖ® С УЧЕТОМ (ШВДШЧВСШ СВОЙСТВ 1ЕЖЗОЕЕТСЙД.

05.23ЛЛ "Сгроигельнеа хснсгруищи"

Автореферат . на соискание ученой степенк кандидата гэмичоских наук .

ЧеляЗтасв 1930;

Работа выполнена в Челябинском государегзеннси технически университете t • ■

Научный руководитель .

заслуженный строитель PGCKJP, доктор технических наук,

профессор Оатул A.A.

Официальные оппоненты:

доктор технических ааук,

профессор . . " Цурашкин Г .В,

кандидат технических наук, . главный шяенер институ та "Спецкалезобе тонцроект"

доцент . .. 1 Шматков С.Б.

Ведущее предприятие - НШЕБ Госстроя СССР

/

Залита состоится " п IS90 г. в чао. -

на зааеданш специализированного совета K.053.IS.05 по присуадевго ученой степени кандидата технических наук в Челябинском государственном техническом университете по специальности 05.23.01 - строительные конструкции (454080, Челябинск, пр. им. Ленина, 76).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке .университета

' Автореферат разослан " ^ " I9S0 г.

Ученый секретарь -специаяизнрокзшого совета кащцзда? технлческях наук, доцент {

У^т

j-е^-^/ Трггулоь Г.Б,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ■

Актуатаиостъ теми, В последнее время наиболее распространенным из методов расчета строительных конструкций является ыэ-тод конечных элементов.

Расчет железобетонных конструкций связан о трудностями,которые обусловлен« наличием у железобетона специфических особенностей: пластичности бетона, тревдяообразовакля, сцепления бетона и арматуры, предварительного напряжения. В связи с этим в последнее время появилось большое число исследований, посвящен, них разработав различных методик, направленных на учет свойств железобетона при расчете его 1ЖЭ, а также и на соварыенствова-ние самого метода конечных элементов применительно к расчетам конструкций.из неге,

В данной-работе представлена методика расчета келезобетсн-;:шс конструкций, работаших в условиях плоского напряженного состояния, методом конечных алекентов с учетом специфических свойств железобетона. Фу» из ее особенностей состоит в том, что учитывается дискресаое расположение арматуры в железобетонном элементе, что-позволяет проводить подробный анализ его нап-ряяешю-деформироваяного состояния.

Целью реботн является разработка методики расчета МКЭ ае-лезобетонных конструкций, работающих в условиях плоского напряженного состояния, с учетом пластических свойств бетона,процесса прогрессирующего трешинообразовакия в ном, действительных свойств сцепления его с арматурой и создание на этой основе алгоритма и программы для автоматизированного расчета таких конструкций.

• Из доставленной цели вытекают следущие задачи и направления исследования: -I. Разработать методику расчета МКЭ железобетонных конструкций, работающих в условиях плоского яалряхзнкого состояния, которая отвечала бы следующим основаны требованиям: а) расчетная модель основана на использовании;

- плоских треугольных кояечнкх элементов (КЗ) для моделирования бетона, э том числа и на стадии трепдаосбразсзак-я;

- плоских треугольных конечных элементов для представления продольной арттуры, размещаемой в бетоне дкезрегко;

- связуюизх (податливая) элементов (СЭ) ддя моделирования сцепления бетона я арыатурн, позаслязздих учесть взаи?лные

-итадаимяп т пиадияьнои направленна и отрыв - в поперечном;

6) учитизала пластические свойства бетона, протесе прогрес сируыкего трещкнообразоваиш, свойства сцепления батона и арматуры; • . .

2. Разработать алгоритм и программу расчета железобетонных консгрукцкй на основе» яредложенной методики и стзечаюшей следую-да« требованиям;

а) гибкость к изменяемость Еиггоритма и программы, построенных па сскозе отделышх подпрограмм, каздая из которых исжет быть легко заме кэш с' дельв совершенствования заложенного в нее алгоритм;

б) ориентированность программы на использование больших ЗШ типа ЕС и персональных ЭЗМ;

з) простота и удобство программы в эксплуатации (веодэ исходной информации к чтения результатов расчета);

г) возмпудость применения программы дм расчета конструкций любой конфигурации, лвбши граничными условиями, с ослаблениями и отверстиями;

д) программа доляна слуяять как инструментом расчета железобетонных конструкций, так к инструментом "тлшшого" исследования их от начала загрукения вплоть до разрушения.

3. Дт оценки методика выполнить примеры расчета гелезобе-тоннкх элементов, на ЭВМ я сопоставление- с -оиитшмя данными, а также выполнить расчет.реальных конструкций с целью ах совершен, ствозамк и внедрения в практику строительства.

Гавкая иолврра разработанной методики расчета методом ко-нечянх элементов калезобзтонннх 1сонструкций, работающих а уело- ■ вяях пкозкого. ншгояаеыного состоянья, с учетом пластических свойств бетона, нелинейных' свойств работы контакта бетона и арматуры,' прогрессирующего треданооЗраэования, позволяющей оценить напряженно-деформированное состояние конструкция от начала загруяения при условии крзт.ковроманного ее нах'рукенкя,состоит к следующих основных положениях:

I ■ Для учета трэкянообразевания" в батона разработан специальны:! яояечяыД элемент с условаой трелияой, получены формулы вычисления еуо.шчрицц г.бсххосгя и определения напржений.

2, С учетом СЕо'кте КЭ 'бетона с условной -трещиной разработан епссоо учег'а з ггроцеосз р-зечзта конструкции прогрезсирупие-го тре'даноосрпзоааная путем прядомная дсшшашУ'лноЯ (фиктивной) яагруяки к. узлам рьучвтной схеш конструкции без трещин,что

равносильно изменению.яесткостных свойств треснувших КЗ, учитываемых' при составлении глобальной матрицы жесткости.

3. IIa основании свойств СЭ ,моделируощюс сцепление бетона и эрматурн разработан способ учета нелинейности оцепления с помотай дополнительной нагрузки, основанный на применении дкффорен-дарованного закона сцепления а том числе и для случая,когда ус-юзлал трещина "пересекла?" дискретно расположенную арматуру.

4, Разработанная методика позполяет учесть различные особенности работы железобетонных конструкций методом дополнительной нагрузки, что Дало возмояность полопшть ее в основу построен нет по одной логической схеме, и в то Ее время достаточно гибких алгоритма и программа расчета.

Практическое значение результатов таботн состоит в разработанной программе расчета ККЗ йелезобетошых конструкций,, работающих в условиях плоского напрятанного состояния, с учетом специфических особенностей железобетона. Эта.программа характеризуется следующими основннми полонекикш:

I. Программа позволяет вестя расчет жрлезобетоннгх конструкций с учетом пластических свойств бетона, податливости сцепления его с арматурой, прогрессирующего тргпишообразованЕР,предварительного напряжения арматури. Она реализует методику учета специфических особенностей s-.елезобегона методом фиктивной нагрузки, что приводит к эконогжЕ капанного времени за счет операций прямого хода при решенли системы линейных уравнений.

2» .Программа представляет codoft гибкий, легко изменяемый ko.mh.4gkc , позволяющей быстрое вмешательство в тот или иной программный блок с целью совершенствования ранее зало&Анного алгоритма;. Она состоит из отдельных подпрограмм, решающих своп определенную задачу и заме.чяе/шх при необходимости новей»

3. Программа может бь'ть использована для рабочего расчета конструкции на определенную нагрузку, а .такяе слункть икстручей-том "машинного" исследования работы конструкции от начала загру-пения до разрушения. С ее помощьт) могут (Зйть рассч::та>п: конструкции сложного очертания с нерегулярной сеткой расчетной схемы. При 'тЕсчзте конструкций с регулярной сеткой расчетной схеш облегчается подготовка исходных данных за счет ев сокращения.

4. Программа написана на язнке ФОРТРАН, ориентирована на использование ЕС ЭВМ и персональных ЭВМ типа - "Искра 1030-11''.

5. При использовании програъкы для расчета конструкций и .-ретенпя отдельякх задач мешю яолугагь' подробные сведения о гап-"

-5

ряяэнно-дефоргщрсшшшом состоянии, этих конструкций, анализ кото poro в раде случаев, как это доказано расчетами неко.торых конст рукций, приводит к более рациональному их конструированию, экономии материальных ресурсов ж получеша за счет этого- экономического эффекта.

6. Программа используется в учебном процессе, в курсовом и дишюыном-проектировании и научно-исследовательской работе студентов.

Основные положения, вынесенные на защиту:

1. В области разработка методики расчета МКЭ железобетонных конструкций:

а) плоский" треугольный конечный элемент бетона с условной трещиной ж зависимости, описывавшие его свойства;

б) способ учета прогрессирующего трешиносбразованля методом фиктивной нагрузки, определение которой основано на свойствах зтого КЭ бетона с условной трещиной;

в) способ учета податливости сцепления бетона и арматуры по поверхности их контакта методов фиктивней нагрузки, основанной на использовании дифференцированного закона сцепления,включая случай, когда условная трещина в КЗ бетона "пересекает-" дискретно расположенную в бетоне арматуру.

2. Алгоритм и программа "Элемент-I" расчета МКЭ железобетонных конструкций, работающих в условиях'плоского'напряженного состояния при кратковременном нагрухении, с учетом пластических свойств deTCti'j, прогрессирующего трепшнообразования в кем, податливости сцепления его с арматурой и предварительного напряжения арматурн.

Ахтобагшя работ а публикации. Основные результаты выполненной работы докладывались s получили одобрение на Всесоюзном координационном совещании на тему: "Трешиностойкость железобетонных конструкций" (Брест, 2-4 октября 1984 г,); на распубли-каксхизм научно-техническом-совещании на тему: "Совершенствование технологии .изготовления, методов расчета и свойств фибробе-тоышх конструкций" (Рига, 26-27 апреля 1888 г.); ка областных научно-технических конференциях на тему; "Совершенствование se- " лезобетокшх конструкций для промышленного и гражданского строительства и технологии их изготовления ка Среднем Урале" (Свердловск, 28-23 мая 1987 г. и 5-3 мая 1986 г.); на 37-43 научно-технических конференциях Челябинского политехнического институ--те (IS84-1930 т.г.) и опубликована в пяти печатных работах.

А

Внедрение. Программа "Элемент-I" была применена для расчета ряда железобетонных конструкций и их эяедюнтэв {см. описание 4 главы), что помогло дать рекомендации по их рациональному конструирования и получить экономический эффект.

Обьсц заботы. Диссертация состоит из введения,четырех глав, заключения, библиография и приложения. Общий объем работы 271с., из них 137 страниц основного текста, 28 таблиц (22 е.), 55 рисунков (49 е.), 122 наименования литературы <14 е.), 39 с. приложения.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Паевая глава посвяшаиа обзору работ по применении метода конечных элементов в расчетах железобетонных конструкций и постановке целей и задач исследования.

Поскольку метод конечных элементов является наиболее эффективным при расчете конструкций, то вопросы его реализации рассматривались Маслокяиковнм'£М.,ПостяозыиЗ.А,Алексаддровыи А. В., Морозовым Е.М., Никишкозым Г.П., Немчиновым Ю.И. Розиннм I.A., Сахаровым A.C., Синилукнм Л.П., Хархурямом И.Я. и др..зарубежными авторами: Дне. Аргирисом. 0.Зенкевичем, Р.Клафом, ,Дж. Оденом, Р.Галахером, Р.Ливси, Л .Сэгерлиндом, И.Ометом, С.Pao и ар. ': ' - • ■

Различным вопросам применения метода конечных элэментов к расчету жвлезебе'гмшьк конструкций досяящзнн работк БидногоТ.А, Андреева,0.0., Бабансва B.B.-, Зэлана Т.А,, Воронцова Г.й.,Горо-хецкого A.C., Здорекко B.C., ГребеянкаТ,И., Дашевского Е.М., Сарпанко Н.И., Карякина A.A., Козачеаского А.И., 'Лева М.И., Махагонова М.Г., Пасешняка В.З., Сэгалова AJ¡„, Сонина O.A., Яри-iá Л.А, и др.; зарубежных авторов: Сажш Ч., Крисфкща И.А,, ¡корделиса А., Района X., Сьвдана II., Щнэбрсча В. и др.

МКЭ з классической, упругой поотановкэ сводит расчет любой инструкции к рэейнио системы лнявйаис. алгебраический урачяекнй

KV= Р , (I)

:де V - матрица-столбец неизвестных перемещений узлов;

Р - матрица-столбец энолшей нагрузки;.

И - матрица жосткости всей рассчитываемой конструкции.

Существуют две грушш способов учета■специфических свойств гедазобетона. Первая группа связана с изменением на каядог.» нага !агружония или итерации ксэ£<5вд«еятов матраца КВторая - аля-12ка с измененном компонентов вектора Р . " .

Первая группа'способов требует на каждом шаге нагружешш к каздой'итерации составлять заново матрицу К и каадкй раз рэашть новую систеэд линейных уравнений.

Вторая группа позволяет при решении системы методом Гаусса исключить наиболее трудоемкую операцию приведения матрицы К к треугольному виду на каждом шаге приближений л из преобразований прямого хода оставить только те, которые связаны с вычис дением столбца свободных членов, а затем сразу выйти на обратный ход. Зто позволяет сушествешо сократить трудоемкость расчета к приводит к экономии машинного времени.

В данной работе рассматриваются вопроса, связанные с реализацией именно зтоц, второй группы способов учета нелинейных свойств кзлезобетока на различных стадиях его работы. Так, на стадии учета пластических свойств батона система (1) принимает вид:

К V = Р+ Фрв , (2)

где^&- - лектор фиктивной нагрузки, учитывающий пластические свойства батона.

На стадии учета тревднообразсвакия в бетоне система (I) ' имеет форму:

К V - р ♦ Фре * Фсгс . <3)

где ФС1С- вектор фиктивной нагрузки, учитнваший тредганообразэ-вание в батоне." *■ '

На стадии учета неликеШшх свойств сцепления бетона и арматуры разрезающая сметет уравнений CI) выглядит так

К V - Р * Фрй 4-Фсгс+ фсч , (4)

где Фщ - вектор фиктивной Нагрузки, учитывающий изменение свойств сцепления в процессе работы конструкции.

Обзор работ показал, что учёт пластических свойств бетона методом фиктивной нагрузки Фре целесообразно выполнять, по алгоритму, разработанному А.А.Карякшшы на основе деформационной теории пластичности Г.А.Гонпзва, а для учета сцепления арматуры с бегексм при ее дискретном задании лучем опираться m введение спецкагштх связуших элементов <СЭ), предложенных Скор-делиссм А., п ка дк№ерекцярозашЕиЙ закон сцепления. Исходя аз сказанного, моаао выделить дее узкий задачи исследования: способ формирования векторов фиктивной нагрузки трещинообразовация Фсг<- и нелинейноета сцепления Фец .

Вторая, главд посаящзна разработка кетодгош расчета аэлезо-йетонннх конструкций, работавших л условиях плоского напряженного состояния, МКЭ с учетом пластических свойств бетона, трешно-образоватая в нем, нелинейных свойств "сцепления бетона и аркатура.

Для описания соотношения меяду упругими шугрякениями О а пластическими £>р6 в КЭ бетона использована теория Гоннева Г.А.:

• . (5)

Здесь матрица-столбец, которая характеризует степень проявления пластических свойств бетона. Элемента этой матрицы зависят от уровня и айда напряжекно-дефоршроьанного оостонная ХЭ! ' '

дбрв.* Г,Т,ш) , (6)

где Г - интенсивность деформаций сдвига;

1 , - интенсивность касательных напряжений; (д) - функция пластичности.

Мевду напряжениями б , действующий в пределах КЭ, и его узловыми силами существузт связь:

Й - -Ь^Сб , (7)

где Ь - толшна конечного элемента; 3 - его плокадь; С - матрица связи.

•Для пластической стадии работа КЭ мояно записать:

К У , (8)

где К - упругая матрица -есткоотл бетонного КЭ; ■ V - перемещения его узлоэ;

вектор, обеспечивающий изменение упругих напряжений на величину ¿брь. .

Раскрывая бкобки, получаем:

. . (9)

Для конструкции в целом справедлива запись

КУ*ФИ- Р , . (ТО)

¡да Ф^ - вектор, учитывающий проявление пластических свойств Зетона в конечных элементах, формируемый из векторов "¿.Й^отдель--шх КЭ бетона. _

Сравнивая выражения (2) п СЮ), получаем, что искомый взкг;, гор фиктивной нагрузки, учитывающий пластичность бетона

■ %t "Ф, , . (XI)

Значение этого вектора на каздом тага нагруяешгя.конструк-. ции определяется итерационным путем. •

Для учета процесса грешяоог5разованкя в бзтояе с помощью вектора фиктивной нагрузки Фсгс был разработан КЭ бетона с условной трещиной. При атом бшш приняты следующие предпосылки:

1. Трещины в бетоне образуются при црегшешта главным растягивающим напряжением 6№t предельного сопротивления бетона растяжению Rjt •

2. Направление развития трешини перпендикулярно направлению 0wt.

3. После образования трещины напряжение в направлении, пер-леадикухярноы ее развитию, становится равным 0, т.е. бцгё= 0.

Основываясь на этих предпосылках, были получены фор^лы для определения его матрицы жесткости и напряжений (здесь не приводится): . >

6w-K6«c,0C,) , (12)

где бкй- главное сжимающее напрдаечио;

О, - угол наклона площадки, в которой действует напряжение

Если взять напряжения г КЭ без тредакн г напряжения в КЗ бетона с условной трещиной 0«t при одних к тех se. перемещениях его узлов У, то мокво соотношение между еими записать так:

бск, в + . (13)

где É5<xr матрица-столбец, которая характеризует изменение напряжений брй в КЭ sa счет образования трезшнк.

Выражение (13) аналогично выражению (5), поэтому формула для определения вектора ¿Pee, обеспечивавшего изменение напря-яешй в КЭ вследствие образования трещины, аналогична (7):

tSCi^ , (14)

а' вектор Щзе., учитывающий появление трещин во зсей конструкции, формируется из этих векторов Д^еиотдельяых КЭ.

Вектор фиктивной нагрузки ^ц , учитнзаюдий нелинейную ра. боту контакта -бетона и арматуры, вычисляется на основе матрицы жесткости СЭ и ее свойств. Ота матрица записывается так

!( = I Ку О Ко LO кх

Жесткость продольной сзяеи согласно дифференцированному закону оцепления определяется по формуле

К|« SjÁ^^^ , CI6)

?де параметры А, и зависят от класса бетона и положения рассматриваемого сечения .относительно трегаини или торца конструкта, a gw - величина ¡взаимного скотения бетона и арматуры а фодольном направлении, Sg — плодадь боковой поверхности арма-гуры на рассматриваемом участке.

Для начальной стадии расчета, когда 0, начальная se-¡ткость К* определяется так

К = SgA< . (17)

Представим матрицу жесткости СЗ Ко с нелинейными свойст-зами в виде суммы двух матриц

СЧ ,

?де U - матрица лсесткссти СЭ с постоянными свойствами; ДКсц- матрица, харантерпзуюн'ая степень изменения матрицы . вследствие проявления'нелинейных свойств контакта бетона и арматуры. Для СЭ справатазо следузздеа соотношение меаду перемещением узлов V и узловыми реакциями

Kc9V e Ro , (24)

юторое перепилен а вица

(К + лКсц)У« й+ДЙсч . (25)

хде й - матрица упругих реакций СЭ; •

матрица-столбец, характеризуется нелинейность сцепления. ' . ^ После преобразований получим , . '

А^ц = ЛКсцУ . . (26)

Компоненты вектора зависят от степени проявления нели-1вйянх свойств сцепления, их действие эквивалентно изменения гесткостяых характеристик связей СЗ, Причем в поперечном направлении СЭ работает жестко при сзатии, а при растяжении его топеречкая жесткость принята равной О.

Идя уже известным путем, что вектор Фсц •, учитываю?®"} пели-шйную работу сцепления, формируется из впкторов&^отдельных. СЭ, Далее в главе дается обшее описание алгоритма расчета коя--'

с трущей по стадиям расчета от составления расчетной схемн до анализа полученных результатов.

Б .третьей,,.гдева дано олясашэ дрограшы *Элемзнт-1", предназначенной для расчета калэзобэгошшх конструкций, работающих в условиях плоского напряженного состояния, МКЭ. В основу программа залоаен алгоритм, Езяо&енннй $ главе 2, Программа написана язнкэ ФОРТРАН в ыоейт бить рэализотна на ЖЗ ЭВМ tm. ПЖ "Искра 1030-11".

На рас. I дано струитурвоэ дерево програша "Элемент-!". Она состоит из седа програкшабяоков, которые отличаются своем функхшонашшм назначенное. Кеднй из блоков содерлит одну ют несколько подпрограмм и рэкаех1 сисю задачу. Эти блоки на рисунке обраадеш штриховой линией. Всего в программа около 1330оле-ратороз. Кроме того есгь еав дополнительный блок для вычисления магршш кйсткости КЭ с условной трещиной, ооошшй из пята подпрограмм и приблизительно ISO Qnepasopca. <

Программа состоят из управляющей программа СУДАН1]") и 23 фудашояальта поддрогрша, из которых двадцать две составлены автором яиооертсава. Нрограшга "GffiSIV предназначенная для ре-пения система ¿шиейшг адгображчеоетс уравнений, разработала Паоэшнжои В,В. В воо бвяа внесена дешь незначительные иашяе-1ша, связашше с прнэязао! к лругим шдцрограмшя.

Даяоа э даосерташш шшо »раткое описание программных бло. ков а подпрограмм ек обраоушшс, • а загем подробное описание правая аодгогозка Есходагг'данннх.

В конце глшвн дапы праыта чтения результатов расчета, а й гаигогепаи щшмер подгоговда исходной информации и выводы.' '

В ^тойрурй глппо' прэдогаалены результаты расчета некоторых авяевобатошшх конохрух-асгай .и их элементов с помощью программы иЗлсыз!р»Г', Бакс рассчагапв:/ . : • •' I. Внуирошка стевовне цошадае панели многоэтапного 1фупнопаволы:ого дания, "

5, 'Ела^форг^ешшо стажа крупвопанельного здания.

'3. бивробетошше балки.

4« Ведезобетонныа балки с яаиаквиифа жесткостннх характеристик по весок».

- 5. Дойхральпо-райгянуетй образец.

6. Узая сопряжения колондн У" ригеля каркаса одноэтакного лрокшпеняого здания.

Hps выделивши расчетов соблщалась последовательность;

Структурное дерево програшн "Элемент-!"

г' »

-ггт QmJ

I. Ввод п анализ исходной информации

ОБО

Т ¿KH 1 2, Формирование ойгаей тгридн . t . ,, местности и решение системы J PW 1 линейных уравнений I

i-» i

■ED "СЖШ

-Ш5§П

Н ТВ г з. Вычисление деформаций ■ {.

и напряжений

—I BPL I 4, Учет пластических свойств"« -i________-—______-____ J

---------------

5. Учет трещиясобраэоэания ! ------~-----------i

-I ЕС2 I S. Учет нелинейности сцеп-я i ¿TL и _"!______i________-____i

7. Бызод результатов расчета

—['ШП—-TöuT>

——Г от г 'i

—О5!?!! —GhEjJ

Штриховыми линия?® ооозпачена программные блоки Рж>. Т. " II

1. Изучение конструктивного решения исследуемого объекта.

2. Постановка задач расчета как в плане изучения напряжен-но-дафорыированяого состояния, так и з плаке изучения расчетного, аппарата, т.е. ,самой программы "Элемент-!".

3. Составление расчетных схем и подготовка исходных данных

4, Проведение расчета на ЭБЫ.

5, Анализ полученных результатов,

6, Сравнение с опытными данными.

?.Выводы по результатам расчета как по анализу напряженно-деформированного состояния конструкции, так я пс анализу использованного, расчетного аппарата.

Расчет внутренних стеновых.цокольных панелей жилых зданий серии III—121 бт выполнен но заказу ЯСНО "Челябинскграадан-строй". Согласно, техническому заданию было сделано четыре варианта расчета. В"результате расчета были получены следушке характеристики надряавано^дефорыироаавиого состояния панелей: перемещения .узлов,- относительные.деформации КЗ, нормальные, касательные и главные на^ряженья, деЗствушЕб в каждом КЗ. По результатам расчета на"ЗЩ были построена линии главных напряже- ' ний и 'эпюры норшлышхИ'поперечных сил дад наглого из четырех' вариантов."На рис. 2 даны схема работы, расчетная схема и области главных лтпряжеккй первого,варианта расчета панелей. Анализ полученных результатов.показал, что- при 'заданных нагрузках и схемах'- опиракия возможен перохид ка изготовление цокольша панелей яз.бэтока класса BIS (против В20 по проекту) без изые-"кеьия их конструкции. ■

Расчет илатфоъыекных стыков 16-этатацх жилых зданий ое-• рил 97 был выполнен-по задании этого т ПСМО» Было рассмотрено пять вариантов кояструктияного рззтекия платформенных стнксэ (см, рис, 5). Цо результатам расчета был проведен аналогичный анализ- тпрягшш^о-дефорщрованного состояния, который показал, что первые три варианта полностью отвечают предъявляемым прочное т:так требованиям, причем да-кэ в случае сникения марки расг-■ гора до KLOO против проектной М200. Четвертый и пятый вариант на удовлетворяет этим требованиям, поскольку не могут воспринять проектную нагрузку. Сделанные теоретические выводы совпали с результатам опытных данных.

Расчет фиброоетоннкх балок был проведен по заказу з/ч Б9516. Исходами данными для расчета ясслушш результата натурных яссыгаяЕй предварительно напрятанных балок. Было сдела-12

Зну'х'рзшя.» стеновая цокольная панзль УЕСЦ-5 (Вариант I)

Рис. 2

но пять вариантов расчета' (см. рис. 3). Анализ результатов расчета псиог показать эффективности фибрового армирования, а' кроив того показал, что опытные и теоретические значения нагрузок начального трешнообразования отличаются яа 2,16-13,32$, что доказывает достоверность используемого расчетного аппарата.

Расчет железобетонных балок с учетом изменения жесткостных характеристик по высоте был выполнен по заказу кафедры "Испытание сооружений" Московского кнженерно-стреительного института од. Куйбниева (сы. рис, 4).

В соответствии с заданием было рассчитано четыре варианта распределения характеристик Е&, Са , по высоте <5алки (см. рис 4). Расчетная схема для всех случаев била одна, прячем арматура учитывалась дискретно.

Из предложенных вариантов по результатам расчета был выбран наиболее близкий к опытно^. Кроме того, било сделано сопоставление результатов упругого, пластического" и расчета с учетом третинообразоьания, который доказал ¡эффективность программы.

Гак, учет пластических свойств по сравнению с упругим расчетом давал нагрузку начального трешинообразования на 29,0-47,4 % еызю, чем упругий расчет, при этом вертикальные перемещения росли на 12,6-18,5$, а горизонтальные на 18,3-25,Если ке к тому &е учитывалось треишообразование, то рост вертикальных перемешай по сравнению с упругими составил 52,4-58,4$, а горизонтальных 58,9-68,•

Чтобы проследить характер изменения напряжений в завистгости от упругого, пластического и расчета с учетом трещдаообразевания, был' сделан расчет всех четырех вариантов на одну и ту жо ' нагрузку. Для сечения, в "котором образуется трещины, он показав, что при пластическом расчете максимальные растягивающие напряжения в бетоне составляют 68,2-76,45? упругих, а сзклмаш&е в бетоне растут на' 6,6-9,0$; напряжения ке в арматуре растут на 20,430,4$. После образования трепакк снимающие напряжения в бетоне растут-ж 47,2-49,8$, а напряжения в арматуре растут в 2,7-3 раза. Для'второго сечения, при пластическом расчете максимальные растягиеаззаше напряжения составляют 71Д-7$»Э£ упругих, а максимальные сжимающие напряжения а бетоне, растут на 5,1-6,2$?; напряжения в арматуре растут на 19,4-26,8$, После образования Травкин в ьервом сечении, напряжения в бетона во втором сечении практически нэ изменяется по сравнению с пластическими, а напряжения в арматуре составляют уже 126,1-135упругих.

ЙИбрОбвТОННиб балки '•

с:

М,

Варианты:

1 - оетд'1 (з); 2 - СФБ с проволочной Лпбтюй кй), 3 - СФБ о листовой фиброй

Железобетонные балки

16); 4 ~ сэтон и СФБ о проволочной фиброй (э); 5 - ботон и СФБ з листовой фиброй (э).

Рис. 3

в)

Длатфоршнкый стык

1,2 - стеновые панели;. 3 - панели перекрытия; •4 - раствор.

3

Рис. 4

"Ж

а) конструкция балок;

б) распределение кесткостных _ п . характеристик с«,К* по высоте по вариантам расчета.

Рама каркаса одноэтажного промышленного здания

Варланы расчета:

1 - В25,М200 д=^£=2см ,$»=4см ДяО,0см;

2 - 325 0см

3 - В25,Ж00Д=№4см|е^ю!0см;

4 - В2&.1Л100 Д-Ю=4см,незап0лн9нД.^0,0см:

Рис,

I - исследувшй узел Рис. 6

Расчет центрально-растянутого образца выполнен в целях от ладкз алгоритма учега нелинейности сцепления в программа "Эле-кент-1". Он показал необходимость учета этой нелинейности при дискретном задании арматуры в конструкции и достоверность алгс ритма ее учета, залоденного в программу.

Расчет узла сопряжения колонны и ригеля одноэтажного про-жилеяного здания был выполнен на основании материалов работа по созданию облегченного каркаса ОПЗ, которая проводилась на г. федре железобетонных конструкций ЧПИ (см. рис. 6). Этот расче позволил, получить данные о напряязнно-деформированном состояли узла сопряжения, дать рекомендации по его конструированию.

По результатам диссэртыионной работы били сделаны следую ПИЗ ССЛОВНЫе ВНВОДИ! -

1. Разработанная методика расчета методом конечных эяемея тов железобетонных конструкций, работающих в условиях плоского напряженного состояния, содеркит следующие основные положения:

а) расчетная схема конструкции представляет собой созскуп несть плоских треугольных КЭ бетона или арматуры и СЭ, модели-рутэшх сцаплеяие;

б) пластические свойства бетона учитываются методом фик-ти ной нагрузка, формирование которой основано на деформационной теории пластичности Гениева Г.А. и происходит в процессе выпол нения последовательных.приближений,

в) прогрессирующее трещинообразование, наблюдаемое з процессе нагрукония, учитывается путем фиктивной нагрузки, борми-

' рсвание которой основано на свойствах треугольного конечного элемента о условной грешной;

г) учет нелинейных свойств сцепления бетона и арматуры основано тоже на метода дополнительной нагрузки, формирование которой происходит согласно дифференцированному закону сцеллания: одиенватодаго поведение СЭ,-установленных на контакте бетона и арматуры, включая и случай, когда условная треиина "пересекает' дискретно расположенную в бетоне арматуру;

д) предяококпая методика достаточно проста и поояузмла основой для разработки алгоритш а программы расчета железобетонных конструкций на Э31.1.

2. Разработанный, алгоритм и составленная по нему программа "Элемент-!" предназначены для расчета железобетонных конструкций, работающих в условиях ноского напряненксго состояния при кратковременной тагрукекил, ШЭ с учетом специфических особен-

т л

ХО -

вос-теЯ железобетона. Ока характеризуется положениями, езлсйшвен-Ы2 на третьей странице. . . . .

. ' 3. Выполненные расчета железобетонных конструкций ЖЭ о пс-мощь© программы "Элемеят-I" показали следуете з: • '

а) учет специфических особенностей работы железобетонных' конструкосий при расчете юс МКЭ помогает получить более полные ; сгедония о напряженно-деформированном состояния, что приводит * их рациональному х.онструиров'анио;

б) сопоставление опытных z теоретических результатов показало, что разработанные методика, алгоритм и программа достаточно точно описывают вапряяенно-деформироваяяоб состойниеконструв-ции, т.к. наблюдалось иг'качественное и количественное совпадение.

Положения диссертации отравены в печатных работах; \ J

1. Карякгя A.A., Ермакова A.B. Методика учета процесса тра-щияообразования при расчете келезсбетонных конструкций методов конечных элементов. - В кн. : Исследования по строительной механике и строительным конструкциям - Челябинск: ЧПК, 1985,131-133.

2. Оазул A.A., Карякия A.A., Ермакова A.B. Об учете сцепления арматура и бетона при расчете яедезобетокного образца МКЭ, - Б кн.: Исследования по строительной механике я строительным конструкциям - Челябинск: ЧПИ, 1987, с. 86-89.

3. Ермакова A3. Исследование работы яэлезсбетонкых конструкций, работающих в условиях плоского напряженного состояния, на ЭВМ: Тезисы докладов областной научно-технической конференции "СоверзгвЕСТвов&киэ железобетонных конструкций дня промыш- .ленного и гражданского строительства н технологии их изготовления на Среднем Урале" - Свердловск, IS67, с. 33-34.

4*. Ермакова A3., Зква А.Т., Соловьев Б.В., Боксборгер З.К. Влияние фибрового армирования на деформативность и трошкяостоЗ-кость изгибаемого эяемзаш с утагом слоистости конструкцииг Тезисы докладов республиканского научно-технического совещания "Фибробетон: свойства, технология^ конструкция".. - Рига: ДатШЙ строительства, 15Ш, с. 41-43.

• 5. Ермакова A3., Карякин- A.A. Исследования стеновых цокольных панелей -жмых зданий на SEM. : Тезисы докладов областной каучяс-техлЕчесгсол конференции "Совврш&нствованпз жзлвзобзтон-. аых конструкций для промыйзеняого' s гразданокого строительства. п. .'лэхяолосни их изготовления.-йа Срэднеаз Ураго", - Свердловск, / IS88, с. 13-14,