автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Совершенствование методики определения прогибов изгибаемых железобетонных конструкций с учетом трещинообразования

На правах рукописи

005013671

ПАНФИЛОВ ДЕНИС АЛЕКСАНДРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПРОГИБОВ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 МАР 26(2

Самара-2012

005013671

Работа выполнена на кафедре железобетонных и каменных конструкций Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный архитектурно - строительный университет».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент РААСН Мурашкин Геннадий Васильевич

Официальные оппоненты - Петров Алексей Николаевич

доктор технических наук, доцент, советник РААСН, заведующий кафедры архитектуры, строительных конструкций и геотехники ФГБОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет»

Филиппов Валерий Ахмеджанович

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедры городское строительство и хозяйство ФГБОУ ВПО «Тольяттинский государственный университет»

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО

«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Защита состоится "29" марта 2012 года в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.213.01 в ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно - строительный университет» по адресу:

443001,г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 194, ауд. 0407 Факс: (846)242-17-84; e-mail: sgasu@sgasu.smr.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно - строительный университет»

Автореферат разослан "29" февраля 2012 г.

Ученый секретарь /0&/А-Алпатов Вадим Юрьевич

диссертационного совета г С

к.т.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Возведение современных строительных объектов, требующих высокой надежности и ответственности, таких как - высотные, зрелищные или олимпийские спортивные объекты - предполагает использование самых современных строительных материалов, технологий возведения, а также методик оценки реальной работы строительных конструкций. Для железобетонных конструкций таких сооружений в мировой строительной индустрии, наряду с обычными (В20-40) и высокопрочными (В50-В60) бетонами, используют бетоны сверхвысокой прочности (В70-В200) с улучшенными физико-химическими свойствами.

За последнее десятилетие предприятия отечественной стройиндустрии освоили серийный выпуск современных подвижных бетонных смесей сверхвысокой прочности (В60-В120) и успешно используют их на практике. Применение высокопрочного бетона позволяет уменьшать поперечное сечение конструкций, но при этом неизбежно уменьшается жесткость и увеличивается деформативность конструкции. Во многих конструкциях деформации, а не прочностные свойства являются определяющим фактором. Тем самым контроль и прогнозирование деформаций, в частности, прогибов, является важным аспектом при расчетах и проектировании современных зданий и сооружений.

Отсутствие нормативной базы и исследований бетонов сверхвысокой прочности накладывает определенные ограничения на повсеместное использование этих бетонов при проектировании, а также на оценку реального напряженно-деформированного состояния таких конструкций. Проведенные исследования показывают, что при всем многообразии представленного на российском строительном рынке программного обеспечения по расчету железобетонных конструкций, в т.ч. прогибов, их возможности ограниченны. Например, большинство из них используют только стандартные расчетные характеристики бетона до класса В60.

Таким образом, совершенствование методики расчета прогибов изгибаемых железобетонных элементов, изготовленных из бетонов, в т.ч. сверхвысокой прочности, является актуальной задачей, что также определяет новизну и общую концепцию диссертационного исследования.

Особая благодарность за ценные научные рекомендации и помощь выражается научному консультанту доценту кафедры ЖБК СГАСУ, к.т.н. Мураш-кину Василию Геннадьевичу.

Целью диссертационного исследования является совершенствование методики определения прогибов изгибаемых железобетонных конструкций с учетом трещинообразования на основе применения нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры.

Для осуществления поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Анализ методик расчета прогибов и влияющих на прогибы факторов, представленных в отечественных и зарубежных источниках.

2. Совершенствование методики расчета прогиба, возникающего при эксплуатационных кратковременных нагрузках в статически определимых изгибаемых железобетонных элементах с учетом трещинообразования и нелинейного деформирования бетона и арматуры.

3. Разработка конечно-элементной модели изгибаемой железобетонной балки с дискретными трещинами и армированием в соответствии с проектом опытных образцов.

4. Выполнение и анализ численного эксперимента по расчету прогибов конечно-элементной модели в программном комплексе «Лира 9.4».

5. Проведение экспериментальных исследований изгибаемых железобетонных образцов с различными геометрическими и физическими параметрами:

- нормально и переармированных сечений элементов;

изготовленных из бетона обычной и сверхвысокой прочности; армированных с использованием традиционных (А-Ш) и современных высокопрочных (А500) классов арматуры.

6. Анализ и сопоставление результатов натурных испытаний изгибаемых железобетонных элементов и образцов, описанных в научных трудах отечественных и зарубежных ученых, с результатами расчета по предложенной авторской методике, а также методикам отечественных и зарубежных нормативных документов.

7. Разработка рекомендаций по расчету прогиба конструкций, с учетом трещинообразования, с использованием нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры для конструкций, изготовленных из бетонов обычной, высокой и сверхвысокой прочности при кратковременном загруже-нии.

Объект исследования - статически определимые железобетонные балки с зоной чистого изгиба при кратковременном нагружении.

Предмет исследования - прогибы, трещиностойкость и напряженно-деформированное состояние изгибаемых железобетонных балок.

Научная новизна. Получены следующие научные результаты:

1. Предложена методика определения кривизны в сечении с трещиной и в середине бетонного блока между трещинами с использованием нелинейных свойств бетона и арматуры, позволяющая более точно определять параметры напряженно-деформированного состояния рассматриваемого элемента.

2. Предложена синусоидальная функция распределения кривизны по длине статически определимого изгибаемого железобетонного элемента в зоне дискретного образования трещин.

3. Разработаны алгоритмы автоматизированного расчета кривизны, относительной деформации, высоты сжатой и растянутой зон бетона в сечении с трещиной и в середине бетонного блока между трещинами, глубины развития трещины, момента образования трещин, расстояния между трещи-

нами и прогиба в статически определимых изгибаемых железобетонных элементах при кратковременном загружении.

4. Получены экспериментальные значения прогибов статически определимых изгибаемых железобетонных элементов, изготовленных из бетона сверхвысокой прочности (В90).

5. Проанализированы результаты испытаний 27 серий изгибаемых железобетонных образцов, проведенных отечественными и зарубежными учеными, с широким диапазоном прочностных характеристик бетона (В15-В145), расчетным пролетом 1,3-3,8м, степенью армирования 0,5-6,8%.

Практическое значение результатов исследований:

1. Предложена методика расчета прогибов, позволяющая более точно оценивать прогибы изгибаемых железобетонных элементов при кратковременной нагрузке в сравнении с существующими отечественными и зарубежными методиками.

2. Разработаны расчетные алгоритмы, реализованные в программном комплексе «МаЛСАБ 14», позволяющие использовать усовершенствованную методику расчета прогибов при проектировании и обследовании изгибаемых железобетонных элементов.

Автор выносит на защиту:

1. Усовершенствованную методику определения прогибов изгибаемых железобетонных конструкций с учетом трещинообразования с применением нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры;

2. Результаты собственных экспериментальных исследований прогибов шести серий изгибаемых железобетонных элементов, выполненных из бетона обычной (В25-В30) и сверхвысокой прочности (В90);

3. Сравнительный анализ авторских, отечественных и зарубежных экспериментальных исследований прогибов 27 серий изгибаемых железобетонных образцов с результатами расчета по предложенной методике.

Достоверность полученных результатов подтверждается применением классических методов строительной механики в области деформации изгибаемых железобетонных элементов под нагрузкой, использованием сертифицированных расчетных программ и современного аттестованного измерительного оборудования, значительным объемом авторских экспериментальных исследований и обработанных экспериментальных данных других ученых.

Результаты исследований внедрены:

- в ООО НТЦ РААСН «ВолгаАкадемЦентр» для использования при проектировании (в частности, железобетонных конструкций стадиона «Строитель» в г. Тольятти);

- в экспериментальных исследованиях при выполнении государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации, согласно заявке 7.5796.2011, в НИЛ ЖБК СГАСУ по теме: «Моделирование деформационных свойств высокопрочного бетона (класса до В200), в том числе твердеющего под давлением (БТД), с учетом фактора времени, для расчета и проектирования»;

в учебном процессе СГАСУ при проведении учебных занятий с включением в рабочую программу по курсу "Железобетонные и каменные конструкции" для факультета "Промышленное и гражданское строительство".

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на 65-68-й всероссийских научно-технических конференциях СГАСУ (Самара, 2006-2011), Всероссийской научно-практической конференции «Вопросы проектирования и расчета зданий и сооружений» (Махачкала, 2011), II и III международных симпозиумах «Проблемы современного бетона и железобетона» (Минск, 2009 и 2011).

Публикации. Основные положения диссертационного исследования опубликованы в 16 печатных работах, в их числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, двух приложений и библиографического списка. Общий объем диссертации: 160 страниц, в т.ч. 43 таблицы, 101 рисунок и библиографический список из 156 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, показана научная новизна, дана общая характеристика работы.

В первой главе проведен анализ существующих диаграмм деформирования бетона, работающего на сжатие и растяжение, рассмотрены предложения ученых по описанию диаграммы деформирования арматуры, описаны методики определения расстояния между трещинами, представлены существующие методики определения кривизны, приведенного момента инерции и прогибов изгибаемых статически определимых железобетонных элементов при кратковременном загружении.

Учет нелинейных свойств бетона позволяет раскрыть физические процессы и наиболее точно отразить напряженно-деформированное состояние железобетонных конструкций. Современная база отечественных и зарубежных нормативных документов учитывает влияние нелинейных свойств бетона при расчете железобетонных конструкций с помощью нелинейной деформационной модели, основанной на диаграммах деформирования бетона.

Использование деформационной модели можно встретить в работах В.Н. Байкова, С.Х. Байрамукова, В.М. Бондаренко, A.C. Залесова, В.И. Колчунова, В.П. Крамского, Л.Р. Маиляна, Н.С. Михайловой, Т.А. Мухаметдиева, Е.К. Нурмаганбетова, Е.Г. Пахомовой, E.H. Пересыпкина, В.Н. Пимочкина, Ю.В. Починка, Г.К. Рубена, Е.А. Чистякова и др.

Предложения по совершенствованию методов расчета прогибов изгибаемых железобетонных элементов описываются в работах A.JI. Балушкина, B.C. Верещагина, A.C. Залесова, Э.Н. Кодыша, Л.Л. Лемыша, И.К. Никитина, А.И. Валового, П.И. Герба, Н.С. Михайловой, D. Е. Branson и др.

Аналитическое описание диаграмм деформирования бетона регламентируется нормативными документами России (СП 52-101-2003), Европы (Euro-

Code 2), Индии (IS-456-2000), Китая (GB50010-2002), Бразилии (ABNT NBR 6118 - 2003), Японии (JSCE-2007), Украины (ДБН В.2.6-98:2009), Белоруссии (СНБ 5.03.01-02).

Предложения по учету криволинейной эпюры напряжений сжатой зоны бетона в явном виде можно также встретить в работах В.Н. Байкова, С.Х. Бай-рамукова, А.Н. Бамбуры, В.М. Бондаренко, Е.И. Иващенко, Н.И. Карпенко, JI.P. Маиляна, Г.В. Мурашкина, H.H. Попова, С.И. Рогового, О.М. Клюка, Р.И. Пахомова, М.М. Attard and P.A. Mendis, Michael A. Caldarone, D. Kent, E. Hognestad, C.Shi, Y.Mo, F.J. Vecchio и M.P. Collins,E. Thorenfeldt, S.P. Shah, W.J. Weiss и др.

Аналитическое описание диаграмм деформирования арматуры предложено в работах В.М. Бондаренко и В.И. Колчунова, Н.И Карпенко, Ю.В. Починка, P. Wang, S. Shah и A. Naaman, A. Esmaeily и Y. Xiao, G. Serhan and Frank J. Vecchio, F. Mast Robert, M. Dawood, H. Sami и P. Zia., а также нормативными документов России (СП 52-101-2003) и Европы (EuroCode 2).

Методики расчета расстояний между трещинами описываются в работах Т.И. Астровой, О.Я. Берга, Н.И. Карпенко, И.И. Лучко, Г.А. Молодченко, JI.A. Мукминева, В.А. Никитина и Г.И. Пирожкова, Э.Г. Портера, В.А. Клевцова и Г.Н. Бердичевского, М.М. Холмянского, М. Chi, A. Kirstein, R. Ian Gilbert, D. Stanculescu, a также в нормативных документах России (СП 52-101-2003), Белоруссии (СНБ 5.03.01-02) и Европы (EuroCode 2).

Описание методик определения кривизны, приведенного момента инерции и прогибов изгибаемых статически определимых железобетонных элементов представлено нормативными документами СССР и России (НиТУ 12355, СНиП II-B. 1-62*, СНиП П-21-75, СНиП 2.03.01-84* и пособие к СНиП 2.03.01-84*, СП 52-101-2003 и пособие к СП 52-101-2003), Белоруссии (СНБ 5.03.01-02), Европы (EuroCode 2) и США (ACI318М-08, ACI435R-95).

Во второй главе предложена методика проведения теоретических исследований и численного эксперимента и представлены алгоритмы автоматизированного расчета кривизны, относительной деформации, высоты сжатой и растянутой зон бетона в сечении с трещиной и в середине бетонного блока между трещинами, глубины развития трещины, момента образования трещин, расстояния между трещинами и прогиба для статически определимого изгибаемого железобетонного элемента при кратковременном загружении, реализованные в программном комплексе «MathCAD 14».

Расчетная модель представлена в виде шарнирно опертой однопролетной балки, загруженной двумя сосредоточенными силами, приложенными на расстоянии 1/3 пролета. При определении изменения кривизны по длине элемента выделяются два характерных участка: участок I без трещин и участок II с трещинами в зоне чистого изгиба (рисунок 1).

Распределение кривизны на участке I принимается по линейному закону.

Кривизна на границе левой и правой трещин принимается одинаковой -R, в середине между трещинами - Rn.

Ал 4-е Хя

! «

Рисунок 1 - Схема расположения расчетных участков

Рисунок 2 - К расчету кривизны изгибаемых элементов

Кривизна в любом сечении, согласно СП 52-101-2003, определяется по формуле (1) как отношение относительной деформации сжатого бетона к высоте сжатого бетона (рисунок 2):

О)

где п - индекс, характеризующий I и II участки.

Значения £/, и к в сечении с трещиной определяются в результате решения системы уравнений (2) исходя из условия равновесия системы, записанной в следующем виде:

Г^+Л^-Л^-Л^о,

К • + Кс ■ {К - «*) - г2 - м„ = о, (2)

где Ыь- усилие в сжатом бетоне; А'х - усилие в сжатой арматуре; N. - усилие в растянутой арматуре; Л^, - усилие в растянутом бетоне; М„ - внешний изгибающий момент; Ап - рабочая высота сечения элемента; а, и а2 - защитные слои соответственно растянутой и сжатой арматуры; 21 и 2? - плечи пары сил.

Ми,

и

Ч СчЧ

V

.-V

н.о

-Ы

з:

в^ь.

N.

Рисунок 3 - Схема внутренних усилий изгибаемого элемента

В вычислительном комплексе «МаЛСАБ 14» система уравнений (2), с учетом функций нелинейной зависимости напряжений от деформаций, записана в следующей форме:

* г , N

Ъ

ь

о

I'

о

+ Л

к

Ь

О

ІСГ.І —-Х

■Ь-сІу -/

-к)

■А. +

^\к-а2)

■Ь-ск

ґ к

Ь

о

— х

■ Х-СІХ

■X

■сіх

•(к-а2)

V О г

+ И0-к

(3)

Ы^-Уь.*-

М^т-У -УФ

л V » )

-ми= о,

Ы^-У -¿У

о V « / ,

где (Уь (еьх) - напряжение в сжатом бетоне; иы (еыу) - напряжение в растянутом бетоне; //е^ - напряжение в растянутой арматуре; /1Г (е5С) - напряжение в

сжатой арматуре; еЬх = —- текущее значение относительной деформации в

* к

сжатом бетоне; - текущее значение относительной деформации в

растянутом бетоне; є5С = --{к-а2)- текущее значение относительной дефор-

к

мации в сжатой арматуре; е, -~у\К~к)- текущее значение относительной

деформации в растянутой арматуре; ем предельное значение относительной деформации сжатого бетона; вьи - предельное значение относительной деформации растянутого бетона; х - текущая высота сжатой зоны бетона; у - текущая высота растянутой зоны бетона; к - высота сжатой зоны бетона; ? - высота растянутой зоны бетона; Я - полная высота сечения; Ъ - ширина сечения; а] и а2 - толщина защитного слоя бетона растянутой и сжатой арматуры соответственно; А3 и АК—площадь соответственно растянутой и сжатой арматуры.

Значения еЬц и кц для определения кривизны Яп в поперечном сечении середины бетонного блока между трещинами определяются в результате решения той же системы уравнений (2), с введением условия, что значения относительных деформаций растянутого бетона не превышают предельных (при Пыг Оье)- Исходя из этих граничных условий в блоке между трещинами не возникнет новых трещин.

В алгоритме расчета прогибов использовалось фактическое расстояние между трещинами Ь3 экспериментальных образцов. В случае отсутствия этих данных при проектировании рекомендуется использовать методику ЕигоСос1е2, которая наиболее достоверно оценивает расстояние между трещинами, что в результате исследований подтверждается в таблице 2.

Функция изменения кривизны в зоне чистого изгиба по длине элемента из учета фактического (или расчетного значения) расположения трещин принимается синусоидального вида по формуле:

Р(х)=К К,,--5т

-2л л 2•л■ т

■ - +

I, 2 л

(4,

График изменения кривизны по длине элемента в зоне чистого изгиба представлен на рисунке 4.

0.011бк-ж-х-ж--Л

Р(я) 8.8187x10"

6.0381x10

0.46 0.6 0.74

ш

Рисунок 4 - График изменения кривизны по длине элемента в зоне чистого изгиба Функция изменения кривизны в зоне без трещин описывается линейным законом. Таким образом, общая зависимость распределения кривизны вдоль балки примет вид, представленный на рисунке 5.

.0.019.

ТИС)

О.Ой

0.016 0.012

4x10"

Рисунок 5 - Эпюра изменения кривизны по длине элемента

Для расчета общего прогиба конструкции по общим правилам строительной механики находятся эпюры изменения момента М) и поперечной силы СЬ от единичной нагрузки, а также момента Мх и поперечной силы С)х от внешней нагрузки.

Величина общего прогиба включает прогиб, обусловленный деформациями изгиба РМтах и сдвига Р(Зтах.

Общий прогиб конструкции равен: ^ = РМтах + FQпax .

Согласно СП52-101-2003, прогиб РМшах, обусловленный деформацией изгиба, находится по формуле (5), а по формуле (6) - прогиб Р<Зтах, обусловленный деформацией сдвига.

Штх =

/го¡)-Мг(у)<к, Ми>Мсгс(£ьг)

0

1

(5)

1.0

9-/„

6,00-аоо

Ь-Н 3

Ш(у)сЬ, М„>Мсгс{еЬг)

' Еь -Ь-Н

М»

аМ-ЙМЛ, М„ <Мсгс(еЬг ),

(6)

где 1геС1сп- приведенный момент инерции сечения; Еь - модуль упругости бетона; Мсгс(еы) - значение момента образования трещины.

В качестве оценки достоверности разработанной методики был проведен численный эксперимент в нелинейной постановке на конечно-элементных моделях экспериментальных образцов, изготовленных из бетона обычной прочности (В25, В30) в программном комплексе «Лира 9.4». При построении модели использовались следующие типы конечных элементов: тип 10 - универсальный пространственный стержневой КЭ для моделирования арматуры, тип 44, 244 - универсальный четырехугольный КЭ оболочки для моделирования бетона.

Рисунок 7 - Эпюра

исследуемой балки

? і &_Е.

Рисунок 8 - Эпюра напряжения Рисунок 9 - Эпюра напряжения бетона

бетона в сечении с трещиной в середине блока между трещинами

Показанные эпюры напряжений в бетоне отражают физическую картину напряженного состояния бетона в указанных сечениях и соответствуют напряженно-деформированному состоянию исследуемого образца при натурных испытаниях.

В третьей главе выполнены экспериментальные исследования шести серий изгибаемых железобетонных балок по три балки в каждой серии. Серии 1-3 выполнены из обычного бетона (В25 и ВЗО), серии 4-6 выполнены из высокопрочного бетона НРС (В90). Схема армирования исследуемых образцов представлена на рисунке 10.

Исходные характеристики исследуемых образцов и физические характеристики материалов показаны в таблице 1.

В качестве расчетной схемы при испытании изгибаемых образцов принята схема шарнирно-опертой однопролетной балки, загруженной двумя сосредоточенными силами, приложенными на расстоянии 1/3 пролета. Для изучения напряженно-деформированного состояния элемента в зоне чистого изгиба по высоте сечения на поверхность бетона и арматуры наклеивались тензомет-рические датчики омического сопротивления. Для фиксирования прогиба в середине пролета балки и под опорами предусмотрена установка трех индикаторов часового типа КИ с ценой деления измерений 0,01 мм.

распределения напряжений в бетоне

06-1 -06-5

2І_

90хЄ«540

50x10=500

420 1550

Об-6

450

00x6=540

50x10=500

06-1.06-2,06-3

201 С)

. 120

8 1012

06-4,06-5 3

06-6

2010,

101« 1020

, 120

2010

. 2012 201 в

Рисунок 10 - Схема армирования опытных образцов

Загружение исследуемых образцов выполнялось ступенями с помощью гидравлического пресса ГРМ-1. Величина ступени загружения принималась равной 0.05-0.1 от ожидаемой разрушающей нагрузки.

Таблица 1 - Исходные характеристики исследуемых образцов

Геометрические Соотношение Прочность бетона при сжатии, МПа

характеристики, м Армирование армирования, %

Маркировка образца расчетный пролет высота сечения 1 ширина сечения арматура растяжения арматура сжатия арматура растяжения арматура сжатия Иьп

061.1-1.3 1.2 0.22 0.12 1012 1010 0.428 0.296 18.49

062.1-2.3 1.2 0.22 0.12 1016 1010 0.761 0.296 21.74

063.1-3.3 1.2 0.22 0.12 1020 1010 1.189 0.296 21.74

064.1-4.3 1.2 0.22 0.12 2012 2010 0.85 0.592 64.1

065.1-5.3 1.2 0.22 0.12 2016 2010 1.522 0.592 64.1

066.1-6.3 1.2 0.12 0.22 2025 - 3.71 - 64.1

Сводные таблицы отклонения расстояния между трещинами, а также ширины раскрытия трещин от экспериментальных данных представлены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2 - Сводная таблица отклонения теоретических значений расстояния между трещинами от экспериментальных данных

Маркировка образца Отклонение значения расстояния между трещинами по указанной методике от экспериментального значения, %

СНБ СП АСІ ЕС

061.1-1.3 -57,0 -181,7 -92,3 13,4

062.1-2.3 -55,2 -244,8 -68,1 12,1

063.1-3.3 -3,5 -181,7 3,5 38,7

064.1-4.3 -81,1 -288,9 -56,7 2,2

065.1-5.3 -27,1 -145,8 8,4 29,0

066.1-6.3 40,5 -197,6 36,9 23,8

Таблица 3 - Сводная таблица отклонения теоретических значений

ширины раскрытия трещин от экспериментальных данных

Маркировка образца Отклонение значения ширины раскрытия трещин по указанной методике от экспериментального значения, %

СНиП СНБ СП АСІ ЕС

061.1-1.3 -65,0 -86,2 45,5 -23,6 *

062.1-2.3 30,8 33,6 38,3 47,2 20,3

063.1-3.3 28,4 35,8 13,9 40,0 21,1

064.1-4.3 -0,3 5,6 -17,5 30,6 -19,4

065.1-5.3 -8,2 -7,3 * 9,1 *

066.1-6.3 ** -18,9 -50,0 17,8 34,4

Примечание. Символом «*» обозначены результаты расчета, имеющие отклонения от опытных значений более 100 %.

Символом «**» обозначены результаты расчета, при которых данная методика неприменима в силу её ограничения (процент армирования сечения не должен превышать 3.5 %)

Графики зависимости прогиба конструкции от доли предельного усилия представлены на рисунках 11-16.

4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00

л

/

/

/

А ІГ

г -!

0.00 0.50 0.83 1.00 Г/Ги

■♦»Эксперимент. данные ■#"Авторская методика —♦—СП 52-101-2003 — Пособие к СП 52-101-2003 -в—СНиП 2.03.01-84

-Пособие к СНиП 2.03.01-84

-ЕигоСоае 2

—*—АС1 435К-95

Рисунок 11 - График зависимости общего прогиба от Р/Ти для Об 1.1 -1.3

^мм

4.50

4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00

м

>

яр* - ■ ■ л

Тл

і УЛ

І 'А

1 шг

к /

/

0.00 0.57 0.86 1.00 Р/Ри

►«Экспериментальные данные »»Авторская методика >—СП 52-101-2003

— Пособие к СП 52-101-2003

— СНиП 2.03.01-84

г- Пособие к СНиП 2.03.01-84 I—ЕигоСос1е

— АС1 435И-95

0.00

0.43

0.71 1.00 Я/Ри

Экспериментальные данные ■Авторская методика СП 52-101-2003 Пособие к СП 52-101-2003 СНиП 2.03.01-84 Пособие к СНиП 2.03.01-84 ЕигоСоЬе АС1 43511-95

Рисунок 12 - График зависимости общего прогиба от Р/Ри для 062.1-2.3

0.00 0.63 0.88 1.00 Р/Яи

♦-Экспериментальные данные ««»Авторская методика -•—СП 52-101-2003

-Пособие к СЛ 52-101-2003

СНиП 2.03.01-84 Пособие к СНиП 2.03.01-84 ЕигоСойе АС1 435Р1-95

Рисунок 13 - График зависимости общего прогиба от Р/Ри для 063.1 -3.3

Рисунок 14 - График зависимости общего прогиба от Р/Ри для Об4.1-4.3

0.00

0.50 0.79 Р/Ги

•Экспериментальные данные •Авторская методика СП 52-101-2003 Пособие к СП 52-101-2003 СНиП 2.03.01-84 Пособие к СНиП 2.03.01-84 ЕигоСо(1е АС1 435R-95

1.00

0.00 0.53 0.80 F/Fu

•■^"Экспериментальные данные «■»"Авторская методика -•-СП 52-101-2003 —»—Пособие к СП 52-101-2003 —¥—СНиП 2.03.01-84

Пособие к СНиП 2.03.01-84 И EuroCode —+-ACI435R-95

1.00

Рисунок 15 - График зависимости общего прогиба от F/Fu для 065.1-5.3

Рисунок 16 - График зависимости общего прогиба от F/Fu для 066.1 -6.3

В четвертой главе представлены результаты собственных исследований, а также экспериментальные данные, полученные другими учеными. Проведен сравнительный анализ предложенной методики расчета прогибов с методиками отечественных и зарубежных нормативных документов.

Для сопоставления результатов экспериментальных исследований были использованы результаты испытаний прогибов изгибаемых железобетонных балок, представленные в работах В.М. Бондаренко и C.B. Бондаренко, А.И. Валового и П.И. Герба, Ванус Дахи Сулеймана, Н.Ф. Давыдова и О.М. Дон-ченко, Г.В. Мурашкина, В.Б. Филатова и Ю.В. Жильцова, A.A. Пищулева, М. A. Rashid и М. A. Mansur, Sato R. et al. Shuaib H. Ahmad и R. Barker., Shuaib H. Ahmad и J. Batts.

В качестве оценки сходимости результатов по предлагаемой методике с методиками нормативных документов рассматривались: СП 52-101-2003, пособие к СП 52-101-2003, СНиП 2.03.01-84*, пособие к СНиП 2.03.01-84*, Eurocode 2, а также АСІ 318М-08 и АСІ 435R-95.

Сводные результаты отклонений прогибов рассматриваемых экспериментальных серий по различным методикам представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Сводная таблица результатов исследования

Отклонение прогиба по указанной методике

от экспериментального значения, %

Маркировка серии Разработанная методика СП 52-101-2003 Пособие к СП 52-101-2003 СНиП 2.03.01-84 Пособие к СНиП 2.03.01-84 АСІ 435R-95 Eurocode 2

Об 1.1-1.3 -4.72 40.84 28.81 25.08 28.81 -15.47 -6.9

06 2.1-2.3 -5.47 35.53 24.53 15.52 35.43 -19.52 -9.75

06 3.1-3.3 -6.97 30.81 24.06 18.86 29.13 -28.49 -14.29

06 4.1-4.3 -5.62 20.98 -28.57 8.82 29.22 -19.46 -12.91

06 5.1-5.3 -6.19 23.91 6.41 17.46 34.98 -21.69 -8.52

06 6.1-6.3 -2.87 -0.81 -25.81 -15.83 -25.81 -33.40 1.32

БК 7.38 31.91 20.13 18.73 22.99 -15.12 -4.54

ОБ 1.1,1.2 3.48 44.42 -13.72 8.58 13.97 -15.17 3.82

ОБ 2.1, 2.2. 2.79 -1.41 -3.77 -14.23 -12.40 -36.90 -14.21

Б-І-1 -5.76 43.94 8.51 1.98 16.20 - -1.33

Б-ІІ-1 -3.38 4.39 -5.12 -12.10 -4.42 - -15.03

С211 2.33 3.94 -20.14 -8.91 -1.43 -31.58 -14.18

С311 -8.83 -11.71 -29.03 -18.11 -10.06 -38.68 -19.89

С411 -4.85 -4.07 -22.15 -9.48 -2.03 -33.74 -12.54

С511 -5.12 -13.53 -28.35 -14.95 -8.00 -38.55 -16.44

D211 3.48 11.64 -18.79 -4.05 2.65 -28.18 -7.51

Е211 2.33 12.26 -19.48 -5.70 -0.88 -29.34 -9.91

V-01-10WB 7.95 - 27.16 13.19 28.13 13.35 17.97

V-01-10DB -7.23 - 0.51 -2.14 10.92 -1.80 2.68

V-01-13WB -4.34 - 15.30 6.55 19.25 -5.43 8.98

V-01-16WB -6.45 - 19.67 6.50 16.46 -10.51 7.90

V-01-16DB -5.24 - 10.10 1.87 11.84 -13.93 4.38

Б-1-1 9.7 41.53 19.26 9.05 17.49 -15.45 -10.67

И-1-0 9.47 -18.97 -23.21 -34.70 -28.83 -48.11 -36.85

Б1-Бп 5.31 -15.44 -24.97 -24.92 1.02 -45.60 -34.66

Б2-Бп -2.85 -4.0 -8.93 -16.38 -7.56 -44.71 -27.44

БЗ-Бп -8.99 -12.16 -19.69 -16.24 6.96 -47.35 -36.86

LR5-19 -4.56 28.58 -20.70 -26.34 -18.81 -22.24 -24.02

LR8-22 -4.62 32.15 -22.19 -22.27 -10.49 -21.35 -19.41

LR 11-24 -1.69 34.87 -21.61 -15.82 -5.20 -19.06 -13.15

LJ-6-16 5.91 37.01 -5.64 -13.76 -1.25 -13.05 -8.10

LJ-7-31 -10.19 32.85 -11.73 -12.12 4.67 -15.99 -4.20

LJ-8-44 -2.71 21.81 -13.96 -12.28 7.33 -18.73 -2.53

Выводы и рекомендации

1. Предложенная методика позволяет определять прогибы изгибаемых элементов с учетом трещинообразования на основе применения нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры для железобетонных конструкций из обычного и высокопрочного бетона с различным диапазоном армирования.

2. Численный эксперимент расчета прогибов изгибаемых железобетонных конечно-элементных моделей с учетом трещинообразования, реализованный в программном комплексе «Лира 9.4», подтвердил адекватность выбранной функции распределения кривизны вдоль балки и возможность применения предложенной методики в автоматизированных комплексах.

3. Разработанные алгоритмы, реализованные в программном комплексе «МаЛСАВ 14», позволяют автоматизированно выполнять расчеты:

• кривизны в бетоне;

• относительных деформаций бетона и арматуры;

• высоты сжатой и растянутой зоны бетона;

• глубины развития трещины;

• момента образования трещин;

• расстояния между трещинами;

• прогиба.

4. Анализ результатов испытаний отечественных и зарубежных ученых с широким диапазоном прочностных характеристик бетона (В15-В146) и степенью армирования от 0.5 до 6.8% показал наилучшую сходимость результатов расчета по предложенной методике.

5. Проведенные автором экспериментальные исследования изгибаемых железобетонных образцов с прочностью бетона до В90 подтвердили возможность применения предложенной методики и показали лучшую сходимость определения прогибов в сравнении с другими, существующими в нормативных материалах.

6. Предложенная методика имеет хорошую сходимость с экспериментальными данными и может быть использована в отечественных нормативных документах.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

- Издания, рекомендованные ВАК РФ

1. Панфилов, Д.А. Усовершенствованная методика расчета общих прогибов изгибаемых железобетонных элементов с учетом дискретного трещинообразования, применительно к обычным и высокопрочным бетонам [Текст]/ Д. А. Панфилов, В.Г. Мурашкин // Строительство и реконструкция/ ГУУНПК,- Орел, 2011,- №6. - С.30-42.

2. Панфилов Д.А, Экспериментальные исследования прогибов изгибаемых железобетонных элементов, изготовленных из обычных и высокопрочных бетонов [Текст]/ Д.А. Панфилов // Бетон и железобетон. - М., 2011. -№6.-С. 8-12.

- Сборники материалов международных конференций

3. Панфилов, Д.А. Подбор продольной рабочей арматуры изгибаемых железобетонных элементов по трещиностойкости с использованием нелинейной деформационной модели [Текст]/ Д.А. Панфилов, Г.В. Мурашкин, H.A. Бородачев // Проблемы современного бетона и железобетона: материалы II Междунар. симп./ БелНИИС. - Минск, 2009. - 4.1. - С. 337-342.

4. Панфилов, Д.А. Расчет и сопоставление общего прогиба изгибаемых железобетонных элементов по различных методикам и расчетно-вычислительным комплексам [Текст]/ Д.А. Панфилов, H.A. Бородачев// Проблемы современного бетона и железобетона: материалы III Междунар. симп./ БелНИИС. - Минск, 2011. - Т. 1. -С. 275-287.

- Сборники материалов всероссийских конференций и научных трудов:

5. Панфилов, Д.А. Расчет прочности и трещиностойкости железобетонных элементов на действие изгибающего момента по новым нормативных документам [Текст] / Д.А. Панфилов // Студенческая наука: Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды: тез. докл. 25-й юбилейной межвуз. студ. науч.-техн. конф. по итогам НИР студентов в 2005 г. / Самарск. гос. арх.-строит. ун-т. - Самара, 2006.-С. 269-270.

6. Панфилов, Д.А. Расчет статически неопределимых железобетонных балок по стадии эксплуатации [Текст]/ Д.А. Панфилов // Студенческая наука: Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды: тез. докл. 26-й межвуз. студ. науч.-техн. конф. по итогам НИР студентов в 2006 г./ Самарск.гос. арх.-строит. ун-т. - Самара, 2007. - С.172-173.

7. Панфилов, Д.А. Расчет сечений изгибаемых железобетонных элементов по стадии эксплуатации [Текст]/ Д.А. Панфилов // Общественные, естественные и технические науки: тез. докл. XXXIII Самарской обл. студ. науч. конф./Самарск. гос. аэрокос. ун-т - Самара, 2007. - 4.1. - С. 222.

8. Бородачев, H.A. Исследование особенностей напряженно-деформированного состояния изгибаемого железобетонного элемента прямоугольного профиля без предварительного напряжения в случае применения арматуры повышенной прочности [Текст]/ H.A. Бородачев, Д.А. Панфилов // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика: материалы 65-й Всерос. науч.-техн. конф. по итогам НИР в 2007 г./ Самарск. гос. арх.-строит. ун-т. - Самара, 2008. - С. 441-442.

9. Мурашкин, Г.В. Определение момента образования трещин и кривизны изгибаемого железобетонного элемента на основе нелинейной деформационный модели [Текст]/ Г.В. Мурашкин, Д.А. Панфилов // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика: материалы 66-й Всерос. науч.-техн. конф. по итогам НИР в 2008 г. / Самарск. гос. арх.-строит. ун-т. - Самара, 2009. - Ч. II. - С. 166.

10. Панфилов, Д.А. Современное состояние методик расчета по определению расстояния между трещинами изгибаемого железобетонного элемента [Текст]/ Д.А. Панфилов // Традиция и инновации в строительстве и ар-

хитектуре: материалы 67-й Всерос. науч.-техн. конф. по итогам НИР в 2009 г./ Самарск. гос. арх.-строит. ун-т - Самара, 2010. - С. 694-698.

11. Мурашкин, Г.В. Учет особенностей железобетона при расчетах на исключение прогрессирующего разрушения [Текст]/ Г.В. Мурашкин, В.Г. Мурашкин, А.И. Пятница, Д.А. Панфилов // Вестник отделения строительных наук/ Российская Академия архитектуры и строительных наук - М.-Орел-Курск, 2011.-№15.-С.127-130.

12. Мурашкин, Г.В. Описание диаграмм деформирования бетона в отечественных и зарубежных нормах [Текст]/ Г.В. Мурашкин, В.Г. Мурашкин, Д.А. Панфилов // Вестник Волжского регионального отделения: сб. науч. тр./ Нижегород. гос. арх.-строит. ун-т. - Н. Новгород, 2011 - Вып.14. - С. 144-150.

13. Панфилов, Д.А. Определение общего прогиба изгибаемых железобетонных элементов с учетом дискретного трещинообразования на основе нелинейной деформационной модели [Текст]/ Д.А. Панфилов // Традиция и инновации в строительстве и архитектуре: материалы 68-й Всерос. научно-технической конференции по итогам НИР 2010 г. / Самарск. гос. арх.-строит. ун-т - Самара, 2011. - С. 858-859.

14. Панфилов, Д.А. Исследование напряженно-деформированного состояния изгибаемых железобетонных элементов, выполненных из бетона класса В90 [Текст]/ Д.А. Панфилов // Традиция и инновации в строительстве и архитектуре: материалы 68-й Всерос. науч.-техн. конф. по итогам НИР в 2010 г./ Самарск. гос. арх.-строит. ун-т - Самара, 2011. - С. 859-860.

15. Панфилов, Д.А. Исследование деформативности изгибаемых железобетонных конструкций изготовленных из обычного и высокопрочного бетона [Текст]/ Д.А. Панфилов // Вопросы проектирования и расчета зданий и сооружений: материалы Всерос. науч.-практ. конф./ДГТУ - Махачкала, 2011. -С.57-65.

16. Мурашкин Г.В. Обзор методик расчета ширины раскрытия трещин изгибаемых железобетонных элементов в отечественных и зарубежных нормативных документах [Текст]/ Г.В. Мурашкин, Д.А. Панфилов, В.Г. Мурашкин // Наука: 21 век/ СГТУ,- Саратов, 2011 — №3.- С.57-65.

61 12-5/2201

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Самарский государственный архитектурно-строительный университет»

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОГИБОВ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Панфилов Денис Александрович

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РААСН Мурашкин Г.В.

Самара - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение..............................................................................................................................................5

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.................................................................... 11

1.1 Предпосылки использования нелинейной деформационной модели при расчете изгибаемых железобетонных конструкций по деформациям..............................................................................................................................................11

1.2 История возникновения и совершенствования высокопрочных бетонов............................................................... 12

1.3 Описание существующих диаграмм деформирования бетона

на сжатие.................................................................................. 13

1.4 Предложения по учету работы растянутого бетона и описание диаграмм деформирования бетона на растяжение.................. 25

1.5 Описание существующих диаграмм деформирования стали... 26

1.6 Обзор современного состояния методик расчета расстояния между трещинами....................................................................... 35

1.7 Об определении прогиба изгибаемой железобетонной конструкции.............................................................................. 39

1.8 Выводы по главе 1. Цели и задачи исследований................. 50

ГЛАВА 2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.................................................................... 53

2.1 Моделирование нелинейных свойств бетона и арматуры в программном комплексе «МаЛСАО 14».......................................... 53

2.1.1 Описание диаграмм деформирования бетона сжатия............ 54

2.1.2 Описание диаграмм деформирования бетона растяжения...... 56

2.1.3 Описание диаграмм деформирования арматуры.................. 57

2.2 Описание методики расчета прогибов изгибаемых железобетонных элементов при кратковременном загружении............... 59

2.3 Численное моделирование экспериментальных образцов в программном комплексе «Лира 9.4»................................................ 66

2.4 Выводы по главе 2....................................................... 72

Глава 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОГИБОВ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ОБРАЗЦОВ ПРИ ЗАГРУЖЕНИИ КРАТКОВРЕМЕННОЙ НАГРУЗКОЙ............ 74

3.1 Изготовление экспериментальных изгибаемых железобетонных балок....................................................................................... 74

3.2 Изготовление и испытание контрольных образцов для определения прочностных и деформативных характеристик материалов

- бетона и арматуры.................................................................... 78

3.2.1 Испытание контрольных образцов бетона........................... 81

3.2.2 Испытание контрольных образцов рабочей арматуры............ 84

3.3 Методика проведения испытаний экспериментальных изгибаемых железобетонных балок................................................. 88

3.4 Испытание экспериментальных балок................................. 93

3.5 Обработка результатов экспериментальных данных и анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований............. 98

3.6 Выводы по главе 3........................................................... 112

ГЛАВА 4 СОПОСТАВЛЕНИЕ ПРЕДЛОЖЕННОЙ

МЕТОДИКИ С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ИССЛЕДОВАНИЯМИ ДРУГИХ АВТОРОВ.................................. 113

4.1 Сопоставление результатов расчета прогибов по авторской методике с экспериментальными исследованиями В.М. Бондаренко и C.B. Бондаренко....................................................................... 114

4.2 Сопоставление результатов расчета прогибов по авторской методике с экспериментальными исследованиями Давыдова Н.Ф. и ДонченкоО.М........................................................................... 116

4.3 Сопоставление результатов расчета прогибов по авторской методике с экспериментальными исследованиями А.И. Валового и П.И. Герба....................................................................................... 118

4.4 Сопоставление результатов расчета прогибов по авторской

методике с экспериментальными исследованиями Ванус Дахи Сулеймана................................................................................. 120

4.5 Сопоставление результатов расчета прогибов по авторской методике с экспериментальными исследованиями Г.В. Мурашкина, В.Б. Филатова и Ю.В Жильцова............................................................. 122

4.6 Сопоставление результатов расчета прогибов по авторской методике с экспериментальными исследованиями A.A. Пигцулева......... 125

4.7 Сопоставление результатов расчета прогибов по авторской методике с экспериментальными исследованиями М. A. Rashid and

M. A. Mansur............................................................................. 127

4.8 Сопоставление результатов расчета прогибов по авторской методике с экспериментальными исследованиями Sato R. et al............... 130

4.9 Сопоставление результатов расчета прогибов по авторской методике с экспериментальными исследованиями Shuaib H. Ahmad и R. Barker....................................................................................... 133

4.10 Сопоставление результатов расчета прогибов по авторской методике с экспериментальными исследованиями Shuaib H. Ahmad и J. Batís.................................................................................................................. 136

Выводы по диссертации......................................................... 140

Библиографический список..................................................... 141

Приложение 1. Акт вис,,рения ФБГО У ВПО «СГАСУ»................. 158

Приложение 2. Акт внедрения ООО НТЦ «ВолгаАкадемЦентр»................................................................ 159

ВВЕДЕНИЕ

Возведение современных строительных объектов, требующих высокой надежности и ответственности, таких как высотные, зрелищные или олимпийские спортивные объекты - предполагает использование самых современных строительных материалов, технологий возведения, а также методик оценки реальной работы строительных конструкций! Для железобетонных конструкций таких сооружений в мировой строительной индустрии, наряду с обычными (В20-40) и высокопрочными (В50-В60) бетонами, используют бетоны сверхвысокой прочности (В70-В200) с улучшенными физико-химическими свойствами.

За последнее десятилетие предприятия отечественной стройиндустрии освоили серийный выпуск современных подвижных бетонных смесей сверхвысокой прочности (В60-В120) и успешно применяют их на практике. Использование высокопрочного бетона позволяет уменьшать поперечное сечение. конструкций, но при этом неизбежно уменьшается жесткость и увеличивается деформативность конструкции. Во многих конструкциях деформации, а не прочностные свойства являются определяющим фактором. Тем самым контроль и прогнозирование деформаций, в частности прогибов, является: важным аспектом при расчетах и проектировании современных

I ' ;

зданий й сооружений.

Отсутствие нормативной базы и исследований бетонов сверхвысокой прочности накладывает определенные ограничения на их повсеместное использование при проектировании, а также при оценке реального напряженно-деформированного состояния таких конструкций. Проведенные исследования показывают, что при всем многообразии представленного на российском строительном рынке программного обеспечения по расчету железобетонных конструкций, в т. ч. прогибов, их возможности ограниченны. Например, большинство из них используют только стандартные расчетные характеристики бетона до класса В60. Таким образом, совершенствование методики расчета прогибов изгибаемых железобетонных элементов, изготовленных из бетонов, в

т. ч. сверхвыссршэй ' прочности, является актуальной задачей, что также определяет нови«ну;Ж: общую концепцию диссертационного исследования.

Цель и задали'исследования. Целью диссертационной работы является совершенствование' методики определения прогибов изгибаемых железобетонных» вакшнструкций с учетом трещинообразования на основе применения нелинрйных диаграмм деформирования бетона и арматуры.

Для осущшщшения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

•л

1. Анализяйрйнципов методик расчета прогибов и влияющих на прогибы факторов, представленных в отечественных и зарубежных источниках.

2. Совершенствование методики расчета прогиба, возникающего при

' ' <

эксплуатационимщсжратковременных нагрузках в статически определимых изгибаемых жедашбетонных элементах с учетом трещинообразования и нелинейного деформирования бетона и арматуры.

3. Разрабойкажонечно-элементной модели изгибаемой железобетонной балки с дискретжеши трещинами и армированием в соответствии с проектом опытных образцов.

4. Выполнение и анализ численного эксперимента по расчету прогибов модели на программном комплексе ЛИРА 9.4.

5. Проведшие экспериментальных исследований изгибаемых железобетонными образцов с различными геометрическими и физическими параметрами:

- нормально и переармированных сечений элементов;

- выполцшшых из бетона обычной и сверхвысокой прочности;

- армироМшных с использованием традиционных (А-Ш) и современных высокопрочных (А-500) классов арматуры.

6. Аналивдасопоставление результатов натурных испытаний изгибаемых железобетонных щлементов и образцов, описанных в научных трудах отечественных тзарубежных ученых, с результатами расчета по разработанной

авторской методике, а эчтакже методикам отечественных и зарубежных нормативных документов. . .

7. Разработка рекомендаций по расчету общего прогиба конструкций с учетом трещинообразовдаия, с использованием нелинейных диаграмм деформирования бетонаайн ¡арматуры для конструкций, изготовленных из бетонов обычной, высокрЬи сверхвысокой прочности при кратковременном загружении.

Научная новизншедВ результате диссертационного исследования получены следующие научные результаты:

Предложена методика! определения кривизны в сечении с трещиной и в середине бетонного блокаимежду трещинами, с использованием нелинейных свойств бетона и арматурами позволяющая более точно определить параметры напряженно-деформированного состояния рассматриваемого элемента.

Предложена синусоидальная функция распределения кривизны по длине статически определимого, шзгибаемого железобетонного элемента в зоне дискретного образования трещин.

Разработаны алгоритмы автоматизированного расчета кривизны, относительной деформации;; высоты сжатой и растянутой зон бетона в сечении с трещиной и в середине бетонного блока между трещинами, глубины развития трещины, момента обрашжания трещин, расстояния между трещинами и прогиба в статически определимых изгибаемых железобетонных элементах при кратковременном загружении.

Получены экспериментальные значения прогибов статически определимых изгибаемых железобетонных элементов, изготовленных из бетона сверхвысокой прочности (В90).

Проанализированызп-результаты испытаний 27 серий изгибаемых железобетонных образцов,: : проведенных отечественными и зарубежными учеными, с широким диапазоном прочностных характеристик бетона (В15-В145), расчетным пролетом 1,3-3,8 м, степенью армирования 0,5-6,8 %.

Практическое значение результатов исследований.

1, Предложена методика расчета прогибов, позволяющая более точно оценивать прогибы изгибаемых железобетонных элементов при кратковременной нагрузке в сравнении с существующими отечественными и зарубежными методиками. -

2.0 Разработаны расчетные программы, реализованные в программном комплексе «МаШСАБ 14», позволяющие использовать усовершенствованную методику расчета прогибов при проектировании и обследовании изгибаемых железобетонных элементов.

Автор выносит на защиту:

1д: Усовершенствованную методику определения прогибов изгибаемых железобетонных конструкций с учетом трещинообразования с применением нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры.

2б Результаты собственных экспериментальных исследований прогибов 6 серий, изгибаемых железобетонных элементов, выполненных из бетона обычней (В25-В30) и сверх высокой прочности (В90).

3. . Сравнительный анализ авторских, отечественных и зарубежных экспериментальных исследований прогибов 27 серий' изгибаемых железобетонных образцов с результатами расчета по авторской методике.

Достоверность полученных результатов подтверждается применением классических методов строительной механики в области деформации изгибаемых железобетонных элементов под нагрузкой, использованием сертифицированных расчетных программ и современного аттестованного измерительного оборудования, значительным объемом авторских экспериментальных исследований и обработанных экспериментальных данных других ученых.

Результаты исследований внедрены:

-г!; в ООО НТЦ РААСН «ВолгаАкадемЦентр» для использования при проектировании (в частности, железобетонных конструкций стадиона «Строитель» в г. Тольятти);

— в экспериментальных исследованиях при выполнении государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации, согласно заявке 7.5796.2011, в НИЛ ЖБК СГАСУ по теме: «Моделирование деформационных свойств высокопрочного бетона (класса до В200), в том числе твердеющего под давлением (БТД), с учетом фактора времени, для расчета и проектирования»;

- в учебном процессе СГАСУ при проведении учебных занятий с включением в рабочую программу по курсу "Железобетонные и каменные конструкции" для факультета "Промышленное и гражданское строительство".

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 65-68-й всероссийских научно-технических конференциях СГАСУ (Самара, 20062011гг.), Всероссийской научно-практической конференции «Вопросы проектирования и расчета зданий и сооружений» (Махачкала, 2011г.), II и III международных симпозиумах «Проблемы современного бетона и железобетона» (Минск, 2009 и 2011гг.).

Публикации. Основные положения диссертационного исследования опубликованы в 16 печатных работах, в их числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка и двух приложений. Общий объем диссертации: 160 страниц текста, в т.ч. 43 таблицы, 101 рисунок и библиографического списка из 156 наименований.

В первой главе проведен анализ существующих диаграмм деформирования бетона, работающего на сжатие и растяжение, рассмотрены предложения ученых по описанию диаграммы деформирования арматуры, описаны методики расчета расстояния между трещинами, представлены существующие методики описания кривизны, приведенного момента инерции и прогибов изгибаемых статически определимых железобетонных элементов при кратковременном загружении.

Во второй главе представлены методики проведения теоретических и экспериментальных исследований, а также представлены алгоритмы автоматизированного расчета кривизны, относительной деформации, высоты сжатой и растянутой зон бетона в сечении с трещиной и в середине блока между трещинами, глубины развития трещины, момента образования трещин, расстояния между трещинами и, в конечном итоге, определения самого прогиба для статически определимого изгибаемого железобетонного элемента, при кратковременном загружении. Разработанные алгоритмы реализованы в программном комплексе «MathCAD 14».

В третьей главе рассматриваются экспериментальные исследования шести серий изгибаемых железобетонных балок по три балки в каждой серии, проведен анализ и сопоставление результатов теоретических расчетов по авторской методике и методикам нормативных документов с полученными экспериментальными данными.

В четвертой главе представлены результаты исследовании, полученные отечественными и зарубежными учеными, проведен сравнительный анализ авторской методики расчета прогибов с методиками отечественных и зарубежных нормативных документов. Для сопоставления были использованы результаты испытаний прогибов изгибаемых железобетонных балок, описанных в работах В.М. Бондаренко и C.B. Бондаренко [18], А.И. Валового и П.И. Герба [20-22], Ванус Дахи Сулеймана [23], Н.Ф. Давыдова и О.М. Донченко [32], Г.В. Мурашкина, В.Б. Филатова и Ю.В. Жильцова [67], A.A. Пищулева [81], Rashid M. A. and Mansur M. A. [142], Sato R. et al [143], Shuaib H. Ahmad и R. Barker [146], Shuaib H. Ahmad и J. Batís [147].

В качестве оценки сходимости результатов по предлагаемой методике с методиками нормативных документов рассматривались: СП 52-101-2003 [101], пособие к СП 52-101-2003 [85], СНиП 2.03.01-84* [96], пособие к СНиП 2.03.01-84* [84], Eurocode 2 [131], ACI 318М-08 [114] и AGI 435R-95[115].

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Предпосылки использования нелинейной деформационной модели при расчете изгибаемых железобетонных конструкций по деформациям

Особое значение расчет по деформациям приобрел в связи с широким применением в строительстве сборных железобетонных конструкций. При проектировании и изготовлении �