автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Технология применения пневмокаркасных опалубочных модульных систем с учетом влияния конструкционных соединений

Введение.

1 Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования.

1.1 Анализ опыта использования пневматических опалубок.

1.2 Материалы для пневматических опалубочных систем.

1.3 Соединения рабочей палубы пневматических конструкций, их влияние форму пневмокаркасного опалубочного модуля.

1.4 Определение основных направлений последующих исследований.

2 Экспериментальные исследования деформативных свойств конструкционных соединений рабочей палубы пневмокаркасного опалубочного модуля.

2.1 Обоснование методологических подходов исследования деформативности конструкционных соединений.

2.2 Методика экспериментальных исследований деформативных свойств конструкционного соединения.

2.3 Исследование деформативных свойств элементов рабочей палубы ПКО модуля, компенсирующих влияние конструкционных соединений.

2.4 Экспериментальная проверка методики определения деформативности конструкционных соединений с использованием плоских образцов.

3 Исследование процесса деформирования рабочей поверхности ПКО элемента с учетом влияния конструкционных соединений.

3.1 Теоретическое обоснование параметров деформированного состояния ПКО модуля, находящегося под действием внутреннего избыточного давления и эксплуатационной нагрузки.

3.2 Анализ геометрических и физико-механических характеристик элемента пневмокаркасной опалубки.

3.3 Учет влияния несоразмерности деформаций материала ПКО модуля и конструкционных соединений на его формообразование.

3.4 Экспериментально-теоретическая реализация алгоритма оценки деформативности рабочей палубы ПКО элемента и её экспериментальная проверка.

3.5 Аналитическое обоснование технических характеристик пневмокаркасных опалубочных модулей.

4 Практическое использование результатов экспериментально-теоретических исследований.

Выводы и заключения.

Актуальность темы. Одной из основных предпосылок успешного решения задач капитального строительства является его дальнейшая индустриализация на основе применения новых проектных решений, внедрения более эффективных материалов и конструкций, совершенствования технологии и организации выполнения работ.

Существующие представления о технике и технологии возведения конструкций из монолитного бетона базируется преимущественно на опыте строительства плоскостных систем. Экономическая эффективность широкого внедрения прогрессивных конструкций привела к созданию новых принципов их возведения, основанных на использовании в качестве опалубки пневматических систем из мягких материалов. Практика применения мягкооболочечных пневматических конструкций в строительстве позволила выявить их действительные преимущества, определить и наметить наиболее эффективные области применения. В настоящее время идет процесс совершенствования конструкций из мягких материалов, появляются новые технологии.

Применение пневмоопалубок позволяет в значительной мере индустриализировать возведение пространственных конструкций из монолитного железобетона. Вместе с тем, воздухоопорные опалубки имеют ряд недостатков: они выполняются целиком на все сооружение и поддерживаются в рабочем положении за счет непрерывной работы воздухоподающей системы. Высокая стоимость резинотехнических материалов, идущих на изготовление пневмоопалубки, значительные эксплуатационные затраты, связанные с поддержанием пневмоформ в проектном состоянии ограничивают область их использования.

Развитие технологии использования пневмоопалубки заключается в разработке организационно-технологических мероприятий, исключающих вышеприведенные недостатки при сохранении существующих преимуществ. Оно базируется на использовании пневмокаркасной опалубки модульного типа, как более универсальной и экономичной формующей системы. Применение опалубок такого типа способствует развитию ресурсосберегающих методов строительства как пространственных, так и плоскостных конструкций.

Широкому внедрению данных опалубочных систем препятствует недостаточность изученности вопроса формообразования мягких оболочек. В частности, отсутствие исследований о влиянии конструктивных соединений на форму напряженного пневмомодуля. Такое положение объясняется тем фактом, что все разработки, касающиеся соединений в пневматических опалубках, были посвящены исключительно воздухоопорным конструкциям, и рассматривали преимущественно их прочностные характеристики. Проведение новых исследований деформативности соединений позволит разработать рекомендации по конструированию и эксплуатации пневмокаркасных опалубочных систем.

Целью работы является разработка технологии использования пневмокаркасных опалубочных систем модульного типа для возведения монолитных пролетных конструкций с учетом влияния конструкционных соединений рабочей палубы элемента.

Для достижения поставленной цели в диссертации необходимо решить следующие задачи:

- построение теоретической модели работы ПКО модуля с учетом приложения эксплуатационной нагрузки при наличии клеепрошивного соединения и исследование влияния конструкционного соединения на форму ПКО модуля;

- разработка методики исследования деформативности клеепрошивных соединений; разработка конструктивных мероприятий, компенсирующих влияние конструкционных соединений;

- обоснование технологических режимов использования ПКО модулей для возведения пролетных конструкции с учетом наличия соединейий рабочей палубы последних;

- разработка технологии возведения пролетных конструкций с использованием пневмокаркасной модульной опалубки и внедрение её в практику строительства.

Объектом исследований является технология использования пневмокаркасной модульной опалубки при возведении пролетных конструкций из монолитного железобетона.

Предметы исследования:

- деформационные характеристики конструкционных соединений (швов) рабочей палубы пневмокаркасного модуля;

- процесс формообразования пневмокаркасных опалубочных элементов;

- технологические параметры эксплуатации пневмокаркасных модульных систем.

Теоретической и методологической основой работы являются исследования российских и зарубежных ученых в области пневматических конструкций, рекомендации ведущих исследовательских организаций страны по технологии и организации строительного производства.

Для решения поставленных задач использованы методы планирования экспериментов, статистический анализ и математическая обработка результатов при помощи ЭВМ.

Достоверность полученных результатов обеспечивается необходимым объемом экспериментальных исследований, проведенных с использованием высокоточных фотограмметрических методов получения информации, и проверкой в производственных условиях.

Научная новизна работы заключается в том, что

- разработана методика исследования деформативных свойств соединений рабочей палубы пневмокаркасных элементов, дающая возможность регламентировать геометрические характеристики пневмокаркасных опалубочных модулей, что приводит к снижению материалоёмкости их производства;

- экспериментально исследована деформативность клеепрошивных соединений при одноосном и двухосном напряженном состоянии;

- экспериментально исследовано влияние соединения на форму напряженного пневмокаркасного опалубочного модуля;

- создан механизм теоретического определения формы напряженного пневмокаркасного элемента, учитывающего влияние соединений рабочей палубы, отличающийся учетом влияния конструкционного соединения, позволяющий снижение затрат при эксплуатации пневмокаркасной опалубки;

- разработаны технологические параметры эксплуатации пневмокаркасных опалубочных систем, отличающиеся учетом влияния конструктивных особенностей их изготовления, позволяющие повысить эффективность их применения.

Основные научные результаты:

- разработана методика определения деформационных характеристик клеепрошивных соединений рабочей палубы ПКО модуля;

- получены экспериментальные зависимости относительных деформаций клеепрошивных соединений от нагрузки при двухосном растяжении;

- разработан алгоритм теоретического определения деформированного состояния ПКО модуля, учитывающий влияния конструкционных соединений и эксплуатационной нагрузки.

Практическая значимость и внедрение результатов определяется тем, что:

- предложены рекомендации по применению конструкционных мероприятий, компенсирующих влияние соединения на форму напряженного элемента при проектировании цилиндрических опалубочных модулей;

- разработанные технологические режимы эксплуатации пневмокаркасных опалубочных систем, применяемых при возведении плоскостных конструкций пролетом 6 м, и технологическая карта на устройство монолитного перекрытия подвала зданий серии Э-81-5-1-АС.О-1 при помощи пневмокаркасной модульной опалубки были внедрены в производство работ при возведении жилого дома в г. Воронеж.

Положения практической значимости подтверждены Актом внедрения результатов выполненных исследований на внедрение технологии возведения монолитных перекрытий с использованием пневмокаркасной модульной опалубки, выданным ЗАО «Центр производства и капитального строительства», г. Воронеж.

Апробация работы: Основные положения и результаты работы доложены на научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников ВГАСУ (г. Воронеж, 1999 - 2005 г.), Международной научно-технической конференции молодых ученых СПбГАСУ (Санкт-Петербург, 2004 г.).

Основное содержание диссертации опубликовано в 10 статьях.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложений. Она содержит 176 страниц машинописного текста, 86 рисунков, 31 таблицу и библиографию из 85 наименований.

5. Общие выводы

1. Разработана экспериментально математическая модель деформирования пневмокаркасного опалубочного (ПКО) модуля, отличающаяся от предыдущих учетом влияния конструкционного соединения на форму напряженного ПКО модуля. Её реализация позволяет исследование формоизменения ПКО модуля при различных сочетаниях внешних эксплуатационных воздействий.

2. Разработана оригинальная методика проведения экспериментального исследования деформативности клеепрошивных соединений, применяемых при изготовлении пневматических конструкций, позволяющая учесть и количественно оценить влияние швов на конечную форму ПКО модуля. Данная методика рассматривает напряженно-деформированное состояние образца клеепрошивного соединения, находящегося под воздействием двухосного растяжения и его сопоставлении с адекватным состоянием эталонного образца. Адекватность сопоставляемых напряженно-деформированных состояний заключается в обеспечении равенства погонных усилий в эталонном и шовном образцах с учетом большей суммарной ширины последнего и достигается за счет введения эмпирических коэффициентов к значениям экспериментальной нагрузки.

3. Разработаны и исследованы конструктивные мероприятия, компенсирующие влияние соединений рабочей палубы ПКО модуля. Исследованием установлено, что в качестве альтернативы редко применяемому компенсатору типа «контршов», который полностью исключает влияние соединения, возможно применение компенсаторов типа «фальшшов», которое снижает влияние шва на 80-85%. При этом становится возможным пропорциональное уменьшение радиуса кривизны поперечного сечения, что приведет к снижению материалоёмкости на 8-12%.

4. Разработаны технологические режимы применения ПКО модулей для возведения пролетных конструкций с учетом влияния соединений рабочей палубы, интенсивности внешних воздействий, расположения конструкционного соединения на рабочей палубе, способа опирания и геометрических характеристик поперечного сечения. Эти режимы регламентируют предельные диапазоны внутреннего избыточного давления в ПКО модуле, при которых его деформативность не превысит допустимых нормами значений.

5. Разработана и внедрена в практику строительства технология возведения пролетных плоскостных конструкций с использованием пневмокаркасной опалубки, позволяющая получить экономический эффект от её внедрения.

1. Петраков Б. И. Бетонирование конструкций с применением пневмоопалубки. JI., Стройиздат, Лен. отд. 1974.

2. Ермолов В. В. Воздухоопорные здания и сооружения — М.: Стройиздат. 1980

3. Отто Ф., Тростель Р. Пневматические строительные конструкции. Конструирование и расчет сооружений из тросов, сеток, мембран / Пер. с нем. А. А. Гогешвили.-М.: Стройиздат, 1967.

4. Возведение тонкостенных пространственных конструкций с использованием пневмоопалубки: Уч. пособ. / А. С. Арзуманов, А. Н. Василенко, М. И. Думбровский, Е. Б. Нестеренко; Воронежский инж.-строит. ин-т, Воронеж, 1990.

5. Беспалов В. В. Тонкостенные железобетонные конструкции и особенности их изготовления на пневмоопалубке. М.: Стройиздат, 1982.

6. АС 88746. СССР. МКИ Е04С 11/04. Устройство крепления надувной опалубки сводов, оболочек двоякой кривизны (А. Э. Лопатто № 400049. Заяв. 2.07.49., Опубл. в БН- 1951 - 5 с. 47.

7. Арзуманов А. С. Возведение опалубки с применением пневмоопалубки: теория и технология. Воронеж, Изд-во Воронеж, ун-та, 1990.

8. Bini D. Proce'de' pour e'riger un batiment au moyen d'un e'le'ment gonflable. - Патент Швейцарии №450685 (37e, 11/04), 30 avril 1968.

9. AC 1546590A1 МКИ E04G 11/04 Пневматическая опалубка перекрытий. / А. С. Арзуманов, Г. М. Бадьин, А. Н. Кусакин, В. В. Мозалов и др. №4424083/31-33, Заявл.: 12.05.88, Опубл.: 28.02.90 в БИ № 8.

10. Шмит, Оскар М. Опалубка для монолитного бетона. Пер. с нем. Л. М. Айгорн. Под общ. ред. Н. И. Евдокимова. -М.: Стройиздат, 1987.

11. Евдокимов Н. И., Илюшин С. Г. Современные конструкции опалубок и оснастка для возведения монолитных конструкций. / Механизация строительства -1997 №6, с. 19-25.

12. Мацкевич А. Ф. Несъемная опалубка монолитных железобетонных конструкций. -М.: Стройиздат, 1986.

13. Арзуманов А. С., Берколайко М. 3., Ткаченко А. Н. Пневматические опалубки и перспективы повышения эффективности их использования. / Изв. ВУЗов. Строительство, 1996, №6, с. 78-81.

14. Петраков Б. И. Возведение конструкций с помощью пневмоопалубок в районах Севера Д.: Стройиздат, Лен. отд., 1984.

15. Ефремов В. В., Петровнин А. М. Возведение сооружений с помощью пневмоопалубки. / Промышленное строительство, 1992, №3, с. 19-21.

16. Цейтлин А. А. Большепролетные монолитные своды, возводимые на пневмолопалубке. / Бетон и железобетон, 1993, №5, с. 14-15.

17. Пьюрифой Р. Опалубка для бетонных конструкций. / Пер. с англ. Г. С. Кулиш; Под ред. Н. И. Евдокимова. -М.: Стройиздат, 1981.

18. Руководство по проектированию опалубок и производству опалубочных работ / Центр. НИ и проект-эксперт, ин-т орг., механизации и техн. помощи строительству. М.: Стройиздат, 1983.

19. Гогешвили А. А., Чекалов JI. П. Пневматические конструкции в отечественном и зарубежном строительстве., М.: Изд. «Горизонт», 1973.

20. Исследование и опыт эксплуатации строительных конструкций из тканевых и листовых материалов. Сб. науч. тр. / ЦНИИ строит, конструкций им. В. А. Кучеренко. Под. ред. С. Б. Вознесенского. М. ЦНИИСК, 1982.

21. Пневматические строительные конструкции. Сб. ст. Под ред. В. В. Ермолова. -М.: Стройиздат, 1983.

22. Временная инструкция по проектированию, монтажу и эксплуатации воздухоопорных пневматических сооружений. СН 497-77. Утв. Гос. Ком. Совета министров СССР по делам строительства 29.07.77. №108. М.: Стройиздат, 1978.

23. Рекомендации по применению пневматических опалубок для изготовления строительных конструкций /Под общ. ред. Трущева А. Г. Свердловск: Изд. ПТО «Прогресс». ,1990.

24. Ермолов В. В., Орса Ю. Н. Проектирование воздухо-опорных зданий и сооружений: Уч. пособ. / МАРХИ, М.: МАРХИ, 1986.

25. Пневматические конструкции воздухоопорного типа. Под. общ. ред. В. В.

26. Ермолова. -М.: Стройиздат, 1973.

27. Вопросы конструирования, производства и эксплуатации резинотехнических изделий. Тезисы докладов науч. техн. конф. Сент. 1972.- Красноярск, 1972.

28. Пиновский М. Л., Полисадов С. Д., Цысс В. Г. Исследования по судовым мягким и гибгим конструкциям. Сб. науч. трудов ДВВИМУ. Владивосток, 1992, с. 51-55.

29. Цысс В. Г., Устинов В. В. Прогноз ресурса пневматических резинокордных упругих элементов на этапе проектирования. / Каучук и резина, 1988, №2, с. 29-32.

30. Лавендел Э. Э. Расчет резинотехнических изделий.- М.: Машиностроение, 1976.

31. Прикладные методы расчета изделий из высокоэластичных материалов / И. С. Дымников, Э. Э. Лавендел, А.-М. А. Павловские, М. И. Сниегс.и др. Под общ. ред. Э. Э. Лавендела Рига Зинатие, 1980.

32. Пестова И. П., Зарецкая А. В. Технология пр-ва резинотканевых надувных изделий. М.: Химия, 1981. Фельдман Г. И., Майская М. А., Горелик Б. М. Определения напряжений в РТИ методом фотоупругости. - М.: Химия, 1976.

33. Прокофьев В. М., Смирнов А. М., Шпаков В. П. Экспериментальные исследования прочности прошитых швов резинотканевых балонных конструкций. / Каучук и резина, 1986, №8, с. 34-36.

34. Метелкин А. И. Основы строительно-архитектурной фотограмметрии. -Воронеж, Изд. ВГУ, 1981.

35. Сердюков В. М. Фотограмметрия в промышленном и гражданском строительстве. М., Изд. «Недра», 1977.

36. Пневматические строительные конструкции. / Под ред. А. Б. Губенко. М.: Госстройиздат, 1963.

37. Статистические методы обработки результатов эксперимента./ Сост. Беликова

38. Н. А.; Куликова Т. Н. Самара: Самарский архит.-строит. ин-т., 1994.

39. Львовский Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул.-М.: Высш. шк., 1988.

40. Асатурян В. И. Теория планирования эксперимента. — М.: Радио и связь, 1983.

41. Красовский Г. И., Филаретов Г. Ф. Планирование эксперимента. Минск, Изд. БГУ, 1982.

42. Ковшов В. Н. Постановка инженерного эксперимента. Киев; Высш. шк., 1982.

43. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. Пер. с англ. Е. Г. Коваленко Под ред. Чл.-кор. АН СССР Н. П. Бусленко. М., Изд. «Мир», 1972.

44. Ивченко Г. И., Медведов Ю. И. Математическая статистика. Учеб. пособ. для вузов. — М.: Высш. шк., 1992.

45. Копейкин С. В. Теоретическая статистика для строителей: Учеб. пособ. -Куйбышев, Изд. КГУ, 1980.

46. Усюкин В. И. Строительная механика конструкций строительной техники. -М.: Машиностроение, 1988.

47. Шиповский И. Я., Машков А. В. Расчет сферических резинокордных оболочек с учетом нелинейного характера растяжения нитей силового каркаса. / производство и использование эластомеров, 1991, №7, с. 21-26.

48. Усюкин В. И деформации мембранных оболочек вращения. / Механика и машиностроение, 1964, №2, с. 64-68.

49. Казаков Д.А. Явление гистерезиса при деформировании образца полиэтилентерефталатной ткани с поливинилхлоридным покрытием, снабженным конструктивным соединением // Материалы 53-54-й научно-технической конференции ВГАСУ - Воронеж, 2001 - С.27-29.

50. Петровнин М. И., Вознесенский С. Б. Анализ прочностных свойств тканевыхматериалов, применяемых в пневмоконструкциях. Реф. Сб. «Общие вопросы строительства». М.: ЦНИИС, 1973.

51. Немировский Ю. В. Армированные жесткие и мягкие пневмооболочки с равной трещиностойкостью и прочностью связующего материала. / Изв. ВУЗов. Строительство, 1977, №6, с. 21-27.

52. Немировский Ю. В., Шалагинова И. Ю. Пневматические армированные оболочки в строительстве. / Изв. ВУЗов. Строительство, 1995, №12, с. 45-49.

53. Васильченко А. Г., Помозов И. М., Пономарев А. Г. Изучение напряженно-деформированного состояния мембраны с учетом вязкоупругих свойств ткани. / Проблемы прочности, 1988, №11, с.42-47.

54. Амбарцумян С. А. Общая теория анизотропных оболочек. М.: Наука, 1974.

55. Амбарцумян С. А. Равномодульная теория упругости. М.: Наука, 1982.

56. Губенко А. Б. Строительные конструкции с применением пластмасс. М.: Стройиздат, 1970.

57. Магула В. Э. Судовые мягкие емкости. JL: Судостроение, 1966.

58. Магула В. Э. Судовые эластичные конструкции. JL: Судостроение, 1978.

59. Магула В. Э. Расчеты судовых осесимметричных мягких оболочек. -Николаев: НКИ, 1978.

60. Мягкие конструкции в гидротехническом строительстве. / Б. И. Сергеев, П. М. Степанов, Б. Б. Шушаков. М.: Колос, 1984.

61. Полозов Н. П. Воздухоплавательные материалы. Изд. ВВИА им. Жуковского, 1959.

62. Шпаков В. П. Примение резиновых технических изделий в народном хозяйстве. Справ, пособ. Под ред. Д. JI. Федюкина. М.: Химия, 1986.

63. Методика расчета прочности прошивных швов пневматических конструкций при одноосном нагружении.- НИИРП, Рукопись. Загорск, 1969 г.

64. Поляков В. С., Шпаков В. П. Пневматические конструкции в строительстве. -М.: Стройиздат, 1975.

65. Шпаков В. П. Исследование прочности швов пневматических резинотканевых материалов. Сообщение лаборатории мягких опалубок. Вып. 13. ЦБНТИ1. ММФ,1970.

66. Агамиров В. А. Динамические задачи нелинейной теории оболочек. М.: Наука, 1990.

67. Думбровский, Е. Б. Нестеренко; Воронежский инж.-строит. ин-т, Воронеж, 1990.

68. Друзь И. Б. Осесимметричные меридианально напряженные мягкие емкости и оболочки. Владивосток: Изд. Дальневосточного ун-та, 1991.

69. Влияние нелинейности материала мягкой оболочки на изгиб циллиндрической пневмобалки. / Б. И. Друзь, С. А. Огай, Ю. В. Высовень, В. Н. Прудников / Сб. науч. тр. Владивосток. ДВВИМУ, 1987, с. 79-87.

70. Огай С. А., Друзь И. Б. Теория и расчет пневмопанельных конструкций. -Владивосток, Изд. Дальневосточного ун-та, 1994.

71. Друзь И. Б., Друзь Б. И. Нетрадиционные расчетные схемы для циллиндрических оболочек и пневмопанелей. Владивосток, ИНТЕРМОР (Тип. ДВГМА).- 1997.

72. Самуль В. И. Основы теории упругости и пластичности. Учеб. пособ. для студентов ВУЗов. 2-е изд., перераб. -М.: Высш. шк., 1982.

73. Филоненко М. М., Бородич В. А. и др. Курс сопротивления материалов. М.: Гос. изд. технико-теоретической литературы, 1956.

74. Арзуманов А. С. Исследование конструкций пневматической опалубки для тонкостенных железобетонных покрытий. №480 строит, конструкции / Автореферат дис-и на соиск. уч. степ. к. т. н. / Воронеж, 1969, 16с./ ВИСИ

75. Ткаченко А. Н. Технология возведения тонкостенных монолитных конструкций на пневмоопалубке в зимнее времяб спец. 05.23.08, Автореферат дис-и на соиск. уч. степ. к. т. н. / ЛИСИ. Л.: 1990.

76. Чертов В. А. Технология опалубочных работ при возведении монолитных сооружений на пневмоопалубке в условиях ветровых воздействий: спец. 05.23.08. Автореферат дис-и на соиск. уч. степ. к. т. н. / ЛИСИ, 1990.

77. Арзуманов А. А. Использование полиэтилентерефталатной ткани с поливинилхлоридным покрытием в пневмоопалубке: спец. 05.23.08. Автореферат дис-и на соиск. уч. степ. к. т. н. / МГУПС М., 1994.

78. Гришкин А. Д. Вопросы формообразования и раскроя мягких пневмокаркасных конструкций. Спец. 05.01.01. 05.23.08. Автореферат дис-и на соиск. уч. степ. к. т. н. - Киев, 1977.

79. Друзь Б. И., Непейвода В. Г. Чистый изгиб пневмобалки в закритической области при нерастяжимости оболочки. / Совершенствование конструкций изготавливаемых с применением мягких оболочек. Владивосток.: ДВВИМУ, 1986, с. 41-47.

80. Шпаков В. П. Исследование соединений пневматических конструкций. Спец. 05.23.01. Автореферат дис-и на соиск. уч. степ. к. т. н. Л, 1980.

81. Друзь И. Б Обобщенные схемы проектировочных расчетов мягкооболочечных судовых конструкций. Спец. 05.08.03. Автореферат дис-и на соиск. уч. степ. д. т. н. / ДМА Владивосток, 1996.

82. Газиева А. В. Технико-экономическое обоснование эффективности применения пневмокаркасной опалубки / Воронеж. Гос. арх.-строит. академия: Материалы 47 НТК. Воронеж, 1994. - с. 74-75.