автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Расчет железобетонных стержневых конструкций при усилении

ЛЕНИНГРАДСКИЙ 0РД31А ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЩИИ И ОРДЕНА ТРЭДОВОГО КРАШОГО ЗНАМЕНИ Ш1ЖЗ12Ш0-СТР01ТГЕШШЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

СКОШШОВ Александр Владимирович

ЭДК 624.072»2:69.059

РАСЧЕТ МШЗОБгГШНЫХ СГЕРШЕВЫХ КОНСТРУКЦИЯ ПРИ УСИЛЕНИИ

. Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции,

здания и сооружения

Автореферат ! диссертации на сшсианиз ученой Степени кандидата технических наук

■ Ленинград 19 9 1

Работа выполнена в Ленинградском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Краснело Знамени инженерно-строительном институте

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Шоршнев Г.Н.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Соколов И.Б, - кандидат технических наук, доцент

Ромаичук В.Э, •

Ведущая организация - Да1ПРОМСГРСШ1Р021ГГ

I,

Защита состоится " 1991 г. в /3 час. -^О мин,

на ааседании специализированного Совета К.063.31.ОГ в Ленинградском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Зни-нени инженерно-строительном институте по'адресу: 1ЭООС5, Ленинград, 2-я Красноармейская ул., дом № 4, о Ленинском зале,

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментадьмой библиотека института.

Автореферат разослан »10" ¿реЁ^а^ 19Э1 г.

УчанкЯ секретарь спецнализнровантг.) Совета

канд^ДО технических но)*, аолент* В.Й.Ычрмоь

"Г"7 ОБЩ ХАРАКТЕРИСТИКА" РАБОТЫ

' Актуальность работы. В "Основных.направлениях экономического й.социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 РгоДа"-|намечено до 50Й общего объема капитальных вложений направить на реконструкцию и модернизацию производства.

Техническое перевооружение производства ведет к изменению технологических процессов и часто связано с ростом эксплуатационных нагрузок, что приводит к необходимости усиления строительных конструкций. Кроме того, часто возникает необходимость а усилении несущих конструкций вследствие ошибок, допущенных при их проектирований, или дефектов, возникающих в процессе изготовления, транспортировки, монтажа и эксплуатации конструкций.

На десятой Всесоюзной конференции по бетону и железобетону (Казань»Х988 г.) заострялось внимание на актуальности и важности экономии ресурсов в народном хозяйстве за счет реконструкции зда- . ний и сооружений. Подчеркивалось, что совершенствование теории расчета с широким использованием ЭВМ сократит затраты труда проектировщиков при сохранении физического смысла и возможности поэчап-/

ного контроля расчета. В ряда докладов сделан акцент на развитие-методов расчета конструкций, основанных на применении в явном виде диаграмм деформирования Материалов, Между тем в настоящее время ощущается явный недостаток теоретических исследования связанных с проблемой усиления.

Работа выполнялась в соответствии с госбюджетной НИР по теме 2 "Исследование железобетонных конструкций зданий и сооружений, разработка методов'их расчета и способов усиления при реконструкции".

Цель работы разработка шгодоь расчета усиленных плоских железобетонных стерхневых конструкций типа рам, ферм и балок.

Автор защищает:

- итерационный метод деформационного упругопластического расчета стертневых железобетонных конструкций, усиливаемых под нагрузкой, который позволяет производить поверочные расчеты и проследить за напряганно-деформированным состоянием (НДС) стержневой конструкции до усиления, в процессе усиления и в хода нагруже-ния после усиления;

- алгоритм и программу расчьта элементов усиления стержневых железобетонных' конструкций типа ферм, балок и рам;:

- метод определения оптимального усилия в затяжке при усилении ' низшего пояса предварительно напряженных железобетонных раскосных ферм;

*

- результаты анализа особенностей работы усиливаемых железобетонных конструкций; ' '

- результаты собственных экспериментальных исследований работы усиленных келезобетонных стержневых конструкций;

- рекомендации по проектировании и расчету системы усиления существующих железобетонных стерхневых конструкций.

Научную новизну работы составляют:

- обций подход к расчету плоских железобетонных конструкций при различных способах их усиления. В его основу положено представление расчетной схемы конструкции и'элементов усиленна в виде коыбтшравонной старшевой ^системы. Предложено при составлении

о

' расчетной схемы усиливаемой конструкции вводить условные Сф.чк-тнакыэ) консади, что позволяет рассчитывать балки и рами, усиленные затгаосами в вндэ епренгеля, как стеркневыэ г.оибинирэван-сискаш;

- рлзраС^гмсьгЯ деформационный, упруго.тд^стичэский, итерационный ыст.\д расч-та вглеэоЗетсшпгх стергневых конструкций, усилнвээ-

г.гд нагр)ак?Й ийнапрягаэьглш и на.*,рдгас«ас: затяжками, рас-

- 3 -

порками или цепями; "

- возможность определения оптимального усилия в горизонтальной затяжке усиления раскосных железобетонных ферм, в'зависимости от типа затяжки, характера НДС нижнего пояса фермы перед усилением, в процессе усиления, при последующей эксплуатации и в случае возможного обрыва предварительно напряженной арматуры в низшем поясе;

- экспериментальные исследования работы усиливаемых железобетонных конструкция, которые позволили оценить достоверность разработанных методов расчета; ■

Практическое значение работы.

Разработанная методика позволяет производить расчет различных усиленных многократно статически неопределимых железобетонных стержневых конструкций по единому алгоритму.' _ ' ■

Представленные в диссертации результаты, могут быть использованы при научных исследованиях,' проектирований и расчете усиливаемых железобетонных стержневых конструкций., > Разработанные алгоритм и программа позволяют повыбить достоверность расчетов усиленных многократно статически неопределимых железобетонных стераневызс конструкций.

При усилении нижнего пояса предварительно напряженных желе-, зобетонных раскосных ферм 'предложен инженерный метод расчета для оценки НДС конструкции в стадии усиления, последующей еа эксплуатации, а также в случае обрыва предварительно напряженной арматуры в одной из панелей нижнего пояса. " •

Внедрение результатов. Основные, результаты диссертационной работы внедрены в тресте "Ленннградитамрой" при проектировании конструкций усиления железобетонных (*ерм покрытия на асфальтобетонном. заводе № 2 г.Ленинграда и на предприятий НШ "Домен" -г.-Ленинграда, где было произведено усшгениэ ригэлей сборного железо-

т £ -

бетонного перекрытия в производственно*! корпусе.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на 42-й, 45-й научных конференциях профессорско-преподавательского состава ЛИСИ (Ленинград, 1965, 1988 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, изложенных на 90 страницах машинописного текста, иллюстрированных 13 таблицами и 26 рисунками, основных итогов работы, списка литературы и прилеганий. ■

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

■ *

Во Iведении обосновывается выбор теш и ее актуальность, дана обцая характеристика работы.

В первой главе рассмотрены основные приемы усиления железобетонных стеркневых конструкций, представлен краткий обзор и анализ основных направлений исследования НДС железобетонных стержней, отмечены особенности работы и расчета усиленных железобетонных стеркневых конструкций, сформулированы задачи исследования.

Усиление железобетонных конструкций производится, в основном, при реконструкции зданий в случае увеличения нагрузки, при наличии дефектов, которые возникают в процессе изготовления, транспорт»« * роакн, мзьтажа и эксплуатации железобетонных конструкций. Усиле-

о

представляет собой комплекс мероприятий, направлен^'*, а'коночном итсто, на повыаешю кесуцей способности,жесткости, тродн-нгртгКксгети железобетонных конструкции н увеличэние их! долговеч-кгст;!. Принципы усмеккя сводятся к кэшнешш конструктивной схо-ш с:^рукснил а г,5дом иди его частей, а тыжс ); усиязиию отдельных

ЗЬ?ггди .к рясч?»» жвл?5пЛггг-нга.*« ггиструэ^я.** расгиат-

«вались в работах Бондаренко В.Ы., Неребцова V.J.., Хликенхо S.Е., [итвинова И.М., Лозового D.H., Лоссье А., Мизернюка В.Н., Онуфриа-а Н.М., Поповича B.C., Пинадаяна В.В., Рыбакова Ю.Д., Санжаровско-'о P.C., Спрэтина Г.И., Стреляева М.И., Стрункина А.Д.» Хило Э.Р., 1арова И.Ф. и других авторов.

Известно, что при проектировании разгружающих и заменяющих конструкций, дополнительных жестких и упругих опор, прэдналряжен-1ых затяжек, распорок и цепей усиления возникают сложности при их 1асчетз, особенно при расчете элементов усиления многократно ета-ически неопределимых железобетонных конструкций. Среди исследова-'елей отсутствует единое мнение q величине предварительного напря-:ения в затяжках при усилении железобетонных конструкций.

Проведенный анализ-существующих методов расчета и. особенностей работы усиленных железобетонных стержневых конструкций, а так-й современных методов расчета многократно статически неопределима железобетонных конструкций показывает, что для д&тьнейзого со~'. юршенствования методов расчета элементов усиления стэретевых же- , гезобетонных конструкций необходимо:

I. Разработать единую иетодику расчета стерашевых иэлезобе- ' 'ошшх конструкций, усиливаемых под нагрузкой посредством установ-си дополнительных жестких-или упругих опор, а также путей измене-мя напряженного состояния конструкций с помощью предварительного тпряжения различного рода затяжек, рэслороя и т.п., учитывая при ¡том:

- пластические свойства материалов;

■ деформации конструкции в процессе эксплуатации и усиления;

- имеющиеся дефекты в элементах конструкции;

• напряжзнноо состояние конструкции перед усилением;

- уровень предварительного напряжения затяжек, распорок :i т.н.;

- возможность обрыва предварительно напряженной .арматуры в усилк-

- б -

ваемой конструкции вследствие коррозии.

2. Разработать алгоритм л программу для расчета стержневых железобетонных конструкций при усилении, которые позволяли бы проводить поверочные рг-очеты и оценить работу элементов усиленной ке-леэобетонной конструкции в стадии усиления, а также в ходе последующего нагружения и эксплуатации, и в случае возможного обрыва в ней предварительно напряженной арматуры.

3. Определить оптималь"ое усилие в затянка, усиливаемой раскосной железобетонной фермы, в зависимости от типа затяхки и характера НДС низшего пояса перед усилением.

4. Произвести экспериментальные исследования при усилении

железобетонной рамы шпренгелькой затяакой, а также оценить резуль-

■ в

гаты численного расчета усиления азлезобетонных стеркневых конструкций путем сравнения с результатами исследований, выполненных автором и другими исследователями.

Во второй главе разработана методика, алгоритм и программа расчета стеркневых железобетонных конструкций при усилении.

' При проектировании элементов усиления в виде разгрукащих и заманящ'их конструкций, дополнительных жестких и упругих опор, предварительно напряженных затяжек, распорок и цепей усиления, определение усилий затруднительно, особенно при расчете усиленных многократно статически неопределимых железобетонных конструкций. В разработанных ранее р.-кошидациях по расчету элементов усиления статически неопределим« сисгеы авторы ограничиваются ссшкой н то, что ¡мечгт необходимо производить, используя методы строительной нехлники.

Рсасмлтрив^мая задача расчета системы успения стеркневсй *«нгтгу>гаии лядлэтоя £иэ;'.ч?ска, гогм.зтрх-1^сгп и конструктивно-не-р1?:г<.чь<е тргада иг дин?«ной задячя дрет«точнэ сложно и Сыт». т"яьк^ с испгдьзгваиигм ¿)ВУ. Псгт^му при

разработке методики расчета системы усиления стержневых железобетонных конструкций использованы численные метода, в связи с тем, что только они позволяют учесть указанные выие нелинейные факторы. Для решения задачи расчета стержневых железобетонных конструкций при усилении приняты предпосылки, обычные для технической теории изгиба армированных стержней:

- справедлива гипотеза плоских сечений;

- используется гипотеза о нелинейно-упругом материале;

- деформации сдвига от поперечных сил, ввиду их малости, не учитываются;

- арматура работает совместно с бетоном. Относительные деформации арматуры и бетона в соответствующих точках при заданной нагрузке равны иетэду собой;

- диаграмма напряжения-деформации для высокопрочной стали подчиняется закону Гуна.

Кроме того, считаются также справедливыми следующие допущения:

- диаграмма напряжения-деформации для бетона аппроксимируется кусочно-линейной зависимостью, имеющей нисходящие участки при сжатии и растяжении; .

- для описания закона деформирования арматуры из мягкой стали при-• нята диаграмма идеализироранного упруго-пластического материала;

- в случее, если загянка убиления проектируется а виде впрснгеля, усиливающего один или несколько элементов желззоботониоН конструкции, то при составлении расчетной схемы предполагается в местах закрепления и перегиба затяжки вводить условные консоли.

Последнее допущение позволяет сформировать расчетную схечу усиливаемой железобетонной конструкции совместно с элементами усиления а веде рамной системы и учесть воздействие на железобетонные элементы предварительно напряженной затяжки в местах ее закрзп-

ления и перегиба в виде сосредоточенных моментов, продольных и поперечных сил,

Предлагается для расчета усиления использовать ызтод последо. рательных нагрукзний как наиболее полно отвечающий последователь-кости работы железобетонной конструкции, усиленной под нагрузкой, йтот метод позволяет анализировать изменения НДС усиливаемой конструкции на концом этапе ее работы. Кроме того, для повышения точности расчета нагрузку, действующую на каждом этапе, рекомендуется разбивать на несколько ступеней. Для умен тент погрешности, возникающей при расчете методом последовательных нагрукэиий, ка каждой ступени нагрукашш используется метод последовательного уточнения хзсткостей. При расчете все стержни усиливаемой конструкции и элементы усиления предлагается разбивать по длине на /I участков. Жзсткости в пределах длины этих элементарных участхоа с расчетной модели приняты постоянными и определяются в среднем се-чеши.

Для определения НДС сечений усиливаемой конструкции и элементов усиления испольсузтся уатод последовательных приближений. Сечений каждого из.участков по высоте представлено в виде совокупности слсоп бетона и арматуры, в том числе, и для элементов усиления аз жесткой арматуры. В пределах высоты' слоя распределение напряжений считается разномерным. В начале расчета предполагается, что все сечение работает >лруго, я для этого случая определяются относительные деформации и напряжения в каждом слоо бетона и ар-«итуры с учетом влияния продольной сили, иагибаи^егэ момзнтч и Vр>\-;1>пртолы :сп о начрякания.

Нг> вринвпяс зяконйр де^эрмирозанив бет?»« 'Л араа-

*урк дяя каждого слод по высоте сменил вич^елячлгсг. «'.аигукя се-

моддрЗ. Многократно п?ятаряп рисчгт и последователь м ¿тсч-няя эчч»»?«ия секуз^х модулей для бетон* и' арматуры, «а-

ходим такое решение, результата которого, незначительно отличаются от результатов предыдущего расчета, и его считаем окончательным.

В качестве критерия окончания процесса последовательных приближений принимается сравнение на смежных этапах: расчета относительных деформаций $ (для элементов, работящих в условиях близких к центральному растяжению или сжатию) или кривизны j^- с заданной величиной допустимой погрешнее!'» Jjj .

В расчете усиливаемой железобетонной стержневой конструкции обычно выделяются три характерных этапа: I) расчет конструкции на нагрузки, действующие на нее до усиления; 2) определение дополнительных усилий в стержневой конструкции при создании лредэарадгэль-ного напряжения в элементах усиления (затяжках или распорках); 3) расчет стержневой конструкции после усиления на вновь проектируемые нагрузки. ,

Кроме того, в диссертационной работе предлагается, в случав необходимости, рассмотреть еще й четвертый этап - учёт изменения НДС усиленной конструкции при возможном обрыве предварительно напряженной арматуры в одном из элементов железобетонной конструкции в стадии эксплуатации после усиления, например, вследствие коррозии.

Алгоритм расчета усиливаемой конструкции, разработанный в соответствии с указанными вше этапами, представлен а ввде блок-схемы на рис. I.

В обцем случае система канонических уравнений равновесия метода перекецэаий усиливаемой конструкции в соответствии с блок-схемой принимает вид

аРп-о, ш

где ¡{rrt(Р) - матрица жесткости ас^й системы с учетом опорных закреплений;

д - вектор неизвестных перемещений »сех узл^в а сист^--

Рис. I. БЛОК-СХЕМА РАСЧЕТА ШЗЗОБЕГСНШХ КОНСТРУКЦИЯ

при усилаш

/ Ввод исходных: данных /

Разбивка по длине каждого стержня наКучастков и переформирование всох исходных данных в соответствии с из;.:е-нившиыся количеством узлов и стершей в расчетной схеме

|Этап -ЦУ**,{:*&)

Формирование вектора грузовых реакций от нагрузок, действующих на конструкцию перед усилением д р^_

Определение жесгкостей элементов на основании упругих ха-рактзристик материалов и формирование матрицы жесткости всей системы - ___

-► Формирование системы канонически* уравнений р

_. (2), 13), (4), (5) и их решение 4_

| Определение перемещения характерной точки конструкции - ./д 1

Определение внутренних усилий в сечениях олзкентов конструкций

С^мыпрование внутрепнп. усилии, полученных ст нагрузки дР< , с усилиями полеченными от наг руаки & Рг_'

¡^ределеннс жзсткостей элементов по найденным оначзниаы внутренних усплнП и формирование матрицы жесткости всей снегош: К1Р),.Ух1;

V* 1,4 V- 3

Суммирование внутренних УСИЛИИ, ПЗЛуЧС-ИиЦХ от нагрузки дР< с дР». с .усилиям.: полеченными от нагрузки Д?з_

Определение координат уалоа с } четом дэформи-

рзвания конструкций »

Сермнро&аяие грузевэго вектора дР^гг усняиЯ, всолихлхцих при предварит? л ¡г* н2Г.рд*гнк;: алемгитта усиленна

[Зывод,

на почать

ш

Vтт

«грыпрзванпе грузового вектора ст дополнительной нагрузки,деЛст-в^щеГ: ни г.снструкцп;., г.есл: ее .силечил

^^даров^и? груеевггз векгорадр^ тт .г:ол>:гг- п^ст^нн*?. у. тг:игкно?. клгру^ки^х^ястсу^аей че усидгнну«? кчигтруяцик; при й^рцьо предварительно напряженной армдгуры

ме координат; • АРт- грузовой вектор.

На первом этапе расчета производится, по-существу, поверочный расчет конструкции, в результате чего определяется характер ее НДС, и на основании результатов анализа делается вывод о необходимости усиления. Исходя из имекхцегося опыта усиления и используя данные, опубликованные в технической литературе, принимается решение о методе усиления.

Расчетная схема железобетонной стержневой конструкции составляется с учетом проектируемых элементов усиления. Обычно это не вызывает трудностей, так как натяжные и распорные элементы конструкций усиления соединяют различные стержни или узлы усиливаемой конструкции. Однако, если затяжка усиления проектируется в виде шпренгеля, усиливающего один или несколько стершей конструкции (рис.'2), то возникают трудности при составлении'расчетной схемы. В этом случае шпрекгеяьную затяжку предлагается изображать в расчетной схеме с помощью условных консолей ,в теле ригеля. Длина консолей (позиция 4, рис. 2) назначается равной расстоянию от геометрической оси ригеля до точки закрепления металлической подкладки ( ¿{ ). Размеры поперечного сечения условных консолей и их армирование назначаются такими, чтобы их жесткости были бесконечно большими по отношению к жесткости затяжки. Длина металлической подкладки в расчетной схеме (позиция 5, рис. 2) назначается равной расстоянию от точки закрепления подкладки к ригелю до геометрической оси горизонтального участка затяжки усиления- ( ¿г Геометрические рзгмзры поперечного сечения необходимо принимать рая-

ч.

нмии фактическим размерам металлической подкладки.

В зависимости от конструктивного решения способа закрепления металлической подкладки к ригеля и затяжке, рекомендуется в расчетной сдачп изобразим? -жесткое. (узе'л. А, рис. 2) или шарнирное

аПрьи'йЛьйС'й. 3sra«W>B.

l-pymt; S-pawitaií О-зотя**»; 4-услоен»» /

v;J¿ /зюнйалй S Tí-1-о нагеля; подкладка;

с-геоь.^грйчгг.кая ось ригеля.

(узел А* рис. 2) соединение подкладки с условной консолью й затяжкой. ,

На первом этапе расчета элементы усиления отсутствуют. Рас-, •чегнан же схема сформирована с их учетом. Поэтому значения модулей упругости материала элементов усиления принимаются на несколь- , ко порядков меньше фактических. Изгибная и продольная жесткости элементов усиления получаются близкими к нулю, что практически не сказывается на распределении внутренних усилий в стержневой конструкции, но в то же время исклочает необходимость. переформирования всех исходных данных на последующих этапах расчета.

После ввода в ЗВМ исходных данных все стерясни усиливаемой конструкции и все элементы усиления разбиваются по длине на !Ъ элементарных участков и производится автоматическое переформирование всех исходных данных по составленному алгоритму в соответствии с изменившимся количеством узлов и стершей в расчетной схеме. -

Вектор грузовых реакций для каждого стержня формируется в местной системе координат и затем переводится в вектор,грузовых _ •реакций дР* всей усиливаемой конструкции в общей системе координат. В предположении упругой работы материала производится формирование матрицы жесткости каждого элементарного участка стеряневой системы в местной система координат и перевод ее в общую систему, координат. Для учета опорных закреплений в матрицу жесткости всей система к коэффициентам матрицы на главной диагонали, соответству-кхцим номерам опорных связей, прибавляются коэффициенты, характеризующие жесткости этих связей. Из матрицы жесткости всей системы К}(Р) с уч-зтом опорных закреплений и грузового вектора ¿Рй формируется система канонических уразнентЧ (I) в виде

+ &Р4**0} (2)

г,цэ Л Л ' определяется в .предположении упругой работа материала. Рожзние системы- уравнений (2) позволяет, определить перемещения

■ - 14 -

всех узлов в общей системе координат. Перемещения концевых сечений элементарных стеркней преобразовываются в местную систему координат и через них с помощью матрицы жесткости и матрицы грузовых реакций каждого элементарного стержня в местной системе координат вычисляются усилия на концах каждого элементарного стержня.

По найденным усилиям для каждого элементарного участка стержня формируется матрица его жесткости в местной системе координат с учетом нелинейных свойств материалов методом последовательного приближения и переводится в общую систему координат. Формируется матрица жесткости всей системы. Из матрицы жесткости всей системы К!(Р) с учетом пластических свойств материалов и'полученного ранее грузового вектора &Р{ составляется и реыается система канонических уравнений (2), в результате чего определяются перемещения всех узлов конструкции в общей системе координат. Вычисляются значения усилий в каждом элементарном стержне конструкции. Сравниваются значения перемещения точки А, полученные н,а данном и на предыдущем шаге расчета. Если относительная разница в значениях перемещений ^д и /д превышает допустимую, то принимается // = ^А и расчет' продолжается в указанной выше последовательности. Расчет повторяется, последовательно уточняются значения перемещений характерной точки к до тех пор, пока относительная погрешность в значениях прогиба на смежных шагах расчета нз будет превшать допустимую. На отом поверо<шый расчэт заканчивается. Вычисляются координаты всех узлов конструкции с учетом получениях перемещений, уточняются длины элементарных участков и на печать выводятся усилия в начале и конца каидого элементарного стертая и перемещения всех уз-лпв конструкции. '

На втором этап? рссчет конструкции .производится на д.?!*ствл$ усилий гт прчдаарит.'-яьнэ напрягаемых элементов ¿силэ«». Груз со с :* глгт.^г 4Р» "г Р—'"-!1'* в г/.ст:-ма •■»? уеили.4.,

[х при предварительном напряжении элементов усиления. При форми-(вании матрицы жесткости Кг(Р) всей систеш учитывается также ¡сткость смонтированных, но не напрягаемых элементов усиления.

Решая систему канонических уравнений

лРг-О, <3)

олучим в первом приближении перемещения всех узлов в общей сис-эме координат. Далее определяются перемещения концевых сечений и ычксляются усилия в каждом стержне. Полученные усилия суммируют-я с наеденными ранее на первой этапе расчета, и по ним формирует-я матрица жесткости для каждого элементарного стеркня в местной истеме координат с учетом нелинейных свойств материалов. ДальнеП-шй расчет на втором этапе соответствует последовательности перво-'о этапа. Усилия и перемещения, полученные на втором этапе расчета, ^мкруются соответственно с усилиями и перемещениями, вычисленными на первом этапе расчета для каздого элементарного стержня и узла. На печать внводятся вез необходимые параметры НДС стеркневпй систеш.

На третьем этапе производится расчет усиленной конструкции на проектируемые (возрастающие) после усиления нагрузки. Грузовой вектор & Р3 формируется от дополнительной временной нагрузки, действующе П на конструкция после ее усиления. При формировании млтр'.кд) жесткости Аз'(Р) учитываются фактические модули упругости всех элементов усиления, которые а процессе дэльнеШэго рэсчетэ будут изменяться в соответствии с принятыми законами деформироэзния. Решается система канонических уравнения

Кз[Р)-аЪ* * лРз" о . <4)

Алгоритм рчечзта д"!мого этзпз сссгбчгстзуе* пег.-.-д--' ;

в:тгьч-:сти яттрего ст'-.т. Полями«» на гр»?ь«и зг'.пе рягч??«

-16 - .

руются соответственно с усилиями и перемещениями, полученными на втором этапе расчета, и все необходимые параметры НДС выводятся на печать. Как показывает практика, предварительное напряжение элементов усиления и нагружение конструкции дополнительной времен ной нагрузкой могут осуществляться в несколько приемов. В этом случае второй и третий этапы расчета последовательно повторяются несколько.раз, в соответствии с принятой методикой усиления.

На четвертом этапе производится расчет усиленной конструкции в случае возможного обрыва в ней предварительно напряженной армат, ры. Формирование грузового вектора &Р? производится от полных постоянной и временной нагрузок, действующих на усиленную конструкцию в момент обрыва предварительно напряженной арматуры. Матрица жесткости всей системы К£{Р) формируете^ с учетом того, что площадь сечения предварительно напряженной арматуры для стержней, где предполагается обрыв постепенно уменьшается до нуля.

Решая систему канонических уравнений

о, (5)

где лРл*АРг + ДРз , получаем в первом приближении пе-

ремещения всех узлов в общей системе координат. Дальнейший ход расчета соответствует последовательности первого стана..

Следует отметить, что расчет на этом этапе необходим? произвести за несколько ступеней,, моделируя изменение НДС системы путем снижения жесткости элементов, в которых возможен обрда предварительно напряженной арматуры. Количество ступеней расчета возрастает, если возможен обрив предварительно напряженной - арматуры в нескольких элементах конструкции поочередно, в любой последовательности.

В третьей главе расчетно-теоретическим путей обоснована оптимальная величина напряжений в затяжке усиления, обусловленная типом затякки, характером НДС шкшего пояса фермы перзд усиленном,

процессе усиления и последующей эксплуатации, а также в случае ээмсганого обрыва предварительно напряженной арматуры в никнем noie. Получены зависимости для определения оптимального усилия в зтяжке, исходя из требовании расчета по несущей способности и ригодности усиленной конструкции к условиям нормальной эксплуата->ш после усиления. Для этого необходимо, чтобы'в процессе зксплу-гации усиленной конструкции напряжения э бетоне панелей нгашэго ояса фермы, при отсутствии в них трещин, перед усилением не пре-ишали Rôt, , а при наличии трещин в бетоне нижнего пояса еред усиление« фарш - рзвны пула.

Задача решена для усиления нижнего пояса двумя видами конструкции горизонтальной затяжки предварительно напряженной железобгони ofl ферьм.

В первом случае затяжка усиления ишзт надежное закрепление ■олько в опорных узлах нижнего пояса, а в промежуточных узлах за-фзплена только от провисания в процессе монтажа (рис. 3).

Получено оптимальное значение усилия, которое необходимо сосать в затяжке усиления при отсутствии трещин в бетоне нижнего *

юяса и при отсутствии признаков коррозии-предварительно напряжений арматурц в иижнац поясе ферш.

При наличии трещда в глнелях нижнего пояса перед усиленном а при отсутствии ириэиакоз коррозии предварительно налргаенной зр«;-тури в низшей поясе оптимальное усшЬю э затяжке долтнэ сао?ззлтть

2слк пргдв■эритчяьнз иапряезнмэя враатуря н'.ос-егэ полез popv» хода керроз!"?"!, !! в лрэцчесс дальн$?.чм9 эвеялуя-га^и ьозисцен ч'1 обшз, ?г o-j yc:*-vi«i 3 zar^n^ и пргцгегг у?илеи»* должно

í

Гис.З. 2хема.фермы с затяжкой усиления,имеющей надежное закрепление только з опорны-: узлах нижнего пояса: ■ •

I - $ерма; 2 - затяжка усиления; 3 - металлическая обойма.

^хпма (¡ермы с затяккоП усиления имеющей надежнее закрепление в опорных и

ПППМЙ^-ТПиНЫ-* ММ^иоп-. пгуг^Л.^ . т -у

пал;-'1'00рять условию

А/ А/- ^ </- п. U2~ i

--7-7/— ~ Pt

¿г-Hi Ki-Ki-t

ВтороП влц кэнструкции затллски усиления ферм! обеспечивает -■акрепл',ши шийкиггэо усиления в опорноч я промежуточны;-; ячк нитзюго пояса ф-^рмы (рис. 4). ß .этой случае можно создавать гпмальпоэ усилие п к.ачдоЯ панели нижнего пэпсп а зависимости от ктлчзскэро "f-HCitit->-ксзхаинчэскjpo состоянии панели и от признаков ррлякк в предварительно напряженной арматур э.

Пр» отсутствии тр*цш в бзтонз 1 —reit пшели нкшегз пияса 1,зрзд -!•; усилением отдольнсб усилив в затяхко усиления и гд.\-их отоЯ п-»в?.:и дплгмо составлять

fi/n -tti-Pc*^- Rft,sez -(Ai * 2-^Aspi).

При наличии трс-щин в ботоьэ I -той панели ни'хкего пояса рын и отсутствии в нем признаков коррозии предварительно напрл-нно1 ар.атурп

3 случае в змеиного обрыва предварительно напряженной зрма-ры нижнего пояса ферми оптимальное усилие,создаваемое в эаттске пленил в пределах I -то Я панели, где произошел обрив, должно ть

«/ . ,/. . AM* Pi .

При усилении предварительно напряженных раскосных $яри в бо-о слотных случаях, когда, например, обследованием установлена» о сцепление предварительно яапря:*-знвзЯ арьютури с бэточ-м обегле-но не в у?лах или но только в ¿-злах нижнего пояса, ;'.ти пшат ста ссгабдон/.? с-г-кн/!1. в гломгэта* фгрш, нээбходздл для рлечата

• - 20 - . . , ' . усиления таких ферм применять метод, предложенный во второй глав( с использованием ЭВМ.

Основные буквенные.обозначения величин: //г - усилие в ¿' -той панели нижнего пояса от.постоянной и временной нагрузки перед усилением; аИ/сЗ - приращение усилий в I -той панели нижнего пояса ферму до усиления вследствие увеличения внешней нагрузки в стадии дальнейшей эксплуатации после усиления; ~ длина затяжки усиления;

у а/4. ВЫк1*Л-А*р1) . к Е'-Ас -г.. . А. " **

* .. 1 \Es-AspC ' г/ /. АС ЪЬ, Ее-АС ,, }. Езв-А" .

к*;*** штщ 1Г * ил; ъ' ■е'1 ЁЩ^Щ '

£53 - модуль упругости затяжки; Аз£ - площадь поперечного сечения затяжки;. 7.6] ~ сумма длин всех панелей нижнего пояса без учета длины

¿-той панели, где произошел обрыв предварительно напряженной арматуры.,

( Все остальные обозначения приняты в соответствии со СНиП 2.03.01-84.

Четвертая глава посвящена анализу результатов эксперименталь них исследований процесса усиления стержневых железобетонных конструкций, в том числе, выполненных другими авторами.

Основная цель этих исследований состояла э проверке разработанных методов расчета усиления стержневых железобетонных конструкций при различных способах их усиления.

Экспериментальные исследования автора били посвящены усилению ригелей железобетонных рам в эксплуатируемом производственной корпусе. Усиление было обусловлено появлением нормальных трещин в

»гелях из-за перегрузки железобетонного перекрытия при попытке остановки нового оборудования. В ходе испытаний решалась задача юлучения информации о напряженно-деформированном состоянии усн-шваеыых рай на различных этапах.их работы.

Программа испытаний включала в себя: I) определение геометри-геских размеров рамы, размеров поперечных сечений ее элементов и сарактера армирования; 2) определение прочностных к деформативных сарактеристик бетона и арматуры; 3) определение действующих нагрузок; 4) усиление ригеля при действующих нагрузках; о) нагружениа ригеля дополнительной временной нагрузкой после усиления. При этом ю предложенной методике с использованием £ВЫ был произведен поверочный расчет рамы и принято решение о способе усиления, определз-:гы основные параметры напряженно-деформированного состояния усилив ваемой конструкции в процессе усиления и после нагружения ригеля дополнительной врокешой нагрузкой. Исследования были проведены на трех усиленных рамах. Осношше результаты испытаний и расчетов представлены и вида таблиц и графиков а тексте диссертации.

Расчетная схема усиливаемой раш показана из рис. 3. Опытные и теоретические величины относительных деформаций в арматура и бетоне усиливаемой конструкции, затяжках усиления, значения прогибов ригеля приведены на графиках (рис. 7,6).

¡{рома того, в четвертой главе ло предлзкешю* автором нетоди-ке произведена обработка результатов гкспериккталжо-теорс- :'лч';с-кчх иссследоочннЛ, выполненных Г. А. Леребцовш» л Г.У. Спсьгпт-а-усилении яе.тсСстз'.гйг: конструкция пр^5,гар11телы;о лалрякзн::глы зат.гжк-иа. Ло^учониая схзд;шссгь результатов расчета с рйьульгьг^-ни окспе?',мгтг'Зз годгвссг.з'!ог надежность пр>дяга*ь:1оР мт? .'дик-.!, Срл*.чж:<з •ксперкментальных ■■ *ГРо;ет>лееки« и несу»

спос.-^чг.сти иам и коделеЯ предварительно излряхени*«

^^.''¡езо^е.тонннк <**>ш покчзчло достаточную точность расчетного

УСИЛЕНИЕ

•о §

14

211У

Я

Л

7260

ъгх

Рис. 5. Расчетная схема и геометрические размеры усиленной

рамы; сечения ригеля и затяжки, цля которых определены относительные деформации в арматуре и в бетоне.

ш

ГА 50

30 20 {О

- - ' ООП . г у 4> у

чсь пени*

•

О 1 1 3 4 &

"ис. 6. График изменения опытных расчета;

ригеля. с ростом нагрузки.

ЕК^^прогибов

¿"0 О 50 №

7. Грлфчк изменения опытных и расчетных относительных деформаций в бетоне, ар::., туре ригеля и затяжки при усилении ригеля.

; " - 24 - ; ;•■ ; .'

рата - (10421)%. Бремя счета на ЭВМ ЕС-1036 составляло 1-1,5 часа.

оотовныа итоги рабош '■_•'■".

1. Разработан численный метод деформироа анрого упругопласти-ческого расчета стержневых железобетонных конструкций, усиливаемых под нагрузкой. Метод позволяет произвести поверочный расчет и оценить напряженно-деформированное состояние элементов стержневой железобетонной конструкции при ее работе до усиления, в процессе усиления, в хода ее дополнительного нагружения и в процессе последующей эксплуатации после усиления.

2. Разработанный метод является достаточно универсальным. Он дзет возможность осуществить общий подход к расчету плоских железобетонных стзргшеаых конструкций при различных методах их усиления с учетом современных достижений в области строительной механики и теории железобетона й позволяет учесть следующие факторы:

I) дефекты, имеющиеся в конструкции перед усилением; 2) пластические свойства материалов элементов усиливаемой конструкции и элементов усиления;.3) деформации элементов конструкции в процессе1 Усиления и эксплуатации; 4). уровень предварительного напряжения элементов усиления; 5) фактическое напряженное состояние элементов железобетонной конструкции, подлежащей усилению; б) возможность обрыва вследствие коррозии предварительно напряженной арматуры в одном.или нескольких элементах усиливаемой конструкции.

. 3. Введение в расчетную схему условных (фиктивных) консолей позволяет рассчитывать балки и рамы, усиленные затяжками в эиде сшрзкгеля, как стержневые комбинированные системы.

4. Разработанные по предлагаемому методу алгоритм расчета и составленная и отлаженная программа расчета элементов усиления СТерШЗВЫХ КЗЛЗЗобеТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОЗВОЛЯЮТ ПОВЫСИТЬ ТОЧНОСТЬ'-расчетов и надежность усиления статически неопределимых железобетонных конструкций.

5. Предложенный инженерный способ расчета оптимальной вели-ш усилия в затяжке усиления раскосных предварительно напряжение железобетонных ферм позволяет по довольно несложным формулам юизвести расчет, исходя из физико-механического состояния фермы ¡ред усилением к с учетом типа затяжки усиления.

6. Рекомендованы три варианта конструкции затяжки усиления в звисимссти от фактического напряженно-деформированного состояния лжнего пояса фермы перед усилением и возможности обрыва предвари-зльно напряженной арматуры нижнего пояса фермы в процессе эясплу-тации после усиления.

7. Анализом результатов расчета элементов усиления йеяеэоба-онных конструкций и.экспериментальных исследований подтоерадена риэмлемость предлагаемых методов расчета стертневых железобетон-tux конструкций, усиливаекьсс под нагрузкой.

Основное содержание диссертационной работы отражено э сведущих публикациях:

1. Шорамев Г.Н., Сконников A.B. О величине усилия в затяжке усиления предварительно напряженных железобетонных ферм при реконструкции промышленных зданий /Ленинград, инж. строит, ин-чч Л., [984. 21 с. Деп. во ШШС. 19Ö4. f 4В76.

2. Сконников A.B. Расчет усиления стержневых железс®в!гещных конструкций с учетом физической и геометрической нелинеИнзети и с использованием ЕВИ /Ленинград.инж.строит.ин-т. Л., 1269. Ш> с.

3. Парфенов В.Н., Сконников A.B. Усдлеиио жедезобатзятяс форы чзтырохватвзвымн огпренгелышыи затяжками с гюреиенней ра-

бочего сечении. - В кн.: Сэворзансгаоошгие мотздэв рваятсч-з» иге-ледсазмиз новых r-wa хале jобеганных жонетрукцай: UrM/ittcrx? vi-

Доп. во ВШ1ТЛИ. 1989, 9 10468,

wnTü'-jjcKü? ei:p;i!K трудов. Л., 17.3!, 1950, С.21-35.