автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Упруго-деформированные станы оголовков трубобетонных стояков

РГб од

1 к Д.ЗГ 1995

ПОЛТАВСКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

На правах рукопису ГІЕНЦ ВОЛОДИМИР ФЕДОТОВИЧ

НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ОГОЛОВКІВ ТРУБОБЕТОННИХ СТОЯКІВ

05.23.01 - будівельні конструкції, будови та споруда

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук

Полтава -1995

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі конструкцій із металу дерева та пластмас Полтавського технічного університету. ■

Науковий керівник доктор технічних наук,

професор Стороженко Л.І.

Офіційні опонента доктор технічних наук,

професор ФомицяЛ.М.

кандидат технічних наук, доцент Мітрофанов В.П.

Ведуча організація УкрНДІпроеістстальконструкція

(Полтавський відділ)

л оо

Захист дисертації відбудеться "Ц" липня 1995 року о ІО годині на засіданні спеціалізованої ради Д-25-01-02 по спеціальності "Будівельні конструкції, будови та споруди" при Полтавському технічному університеті за адресою:

314601, и. Полтава, Псршотравневий проспект, 24, ауд. 234

3 дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці університету.

Відгуки на автореферат просимо надсилати на ім’я вченого секретаря у двох примірниках, завірених печаткою.

Автореферат розіслано " 8 ” червня 1995 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради доктор технічних наук

Бондар В.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРАЩ

Актуальність роботи. Сучасний рівень будівельного виробництва вимагає від несучих конструкцій високої надійності в поєднанні з малою матеріаломісткістью і низькими працезатратами при виготовленні і монтажі. Цим вимогам в повній мірі відповідають конструкції із трубобетону.

За останній час в будівництві будівель і споруд на Україні і особливо за кордоном широке застосування здобувають трубобетонні конструкції. При їх використанні стальна арматура у вигляді замкнутих циліндричних профілів стає зовнішньою. У більшості випадків, оси б лив о в стиснутих елементах з малими ексцентриситетами прикладення навантаження, вона працює ефективніше, ніж стержнева. При спорудженні трубобетонннх конструкцій є можливість використати індустріальні методи виробництва безпосередньо на будівельному иайданчику. Конструкції із трубобетону найчастіше використовують в основному у випшді колон.

При відносно . малому поперечному перерізі трубобетонні конструкції порівняно з залізобетонними мають ряд переваг і за рахунок раціонального сполучення бетону і сталі при їх сумісній роботі здатні витримувати значні зусилля. Труба-обологаса таких конструкцій виконує одночасно функції як поздовжнього, так і поперечного армування, а бетон за рахунок об'ємного напруженого стану сприймає поздовжні напруження, що значно перевищують його призмову міцність. Це дозволяє інтенсивніше використовувати міцності властивості мегеріалів і приводить до суттєвої економії бетону.

На даний час досліджена робота трубобетону як несучих конструкцій, працюючих на стиск і згин в своїй основній частині. Однако дослідження, повязані з вивченням- стану оголовків

Однако дослідження, повязані з вивченням стану оголовків трубобетонних стояків прк різних способах передачі навантаження до виконання цієї роботи не проводились. Відсутність рекомендацій по розрахунку і проектуванню таких конструкцій в значній мірі стримує їх широке використання в будівництві. Таким чином задача пре дослідження оголовків трубобетонних стояків при різних способах їх підсилення і різних схемах передачі навантаження є дуже важливою та актуальною. .

Мета праці:

- розробка і виявлення найбільш ефективного тішу підсилення оголовка трубобетонних стояхш;

- експериментальне дослідження міцності і характеру втрап; несучої здатності оголовків трубобетонних стояків в залежності від їх конструктивної схеми, процента армування і схеми навантаження вісьовою силою;

- розробка методу оцінки напружено-деформованого стану і

методики визначення несучої здатності оголовків трубобетонних стояків при центральному стиску. .

Автор захищав:

- результати експериментальних досліджень напружено-деформованого стану та міцності оголовків трубобетонних стоякіг;

- метод оцінки напружено-деформованого стану оголовків;

- методику визначення несучої здатності оголовків трубобетонних стояків, які працюють на стиск; •

- результати дослідного проектування несучих конструкцій із трубобетону.

' Наукова новизна робота;

- вперше експериментально досліджена робота оголовків

трубобетонних стояків при різних способах їх підсилення і різних схемах прикладення навантаження; .

- запропонований метод оцінтси напружено-деформованого стану підсилених огодовків трубобегоннкх стояків;

- запропонована методіпса визначення несучої здатності огояовків трубобетонних стоякіз в залежності від їх конструктивної схемч і схеми прикладення навантаження.

Практичні значення роботи;

- за результатами роботи зроблені рекомендації по раціональних способах підсжіеиня оголозкіз ірубобстотших стожіг., пб можуть бути виконані в сгер:жсзтіх конструкція?; при дії вспч?с;тх навантажень, -гтакол' при дії місп-глпго паі’>ант:г;;;‘?”ня:

- на основі запропонованого метолу розроблено алгоритм і програму для оцінки їїопру'нсно-дїфор'їо^аного стану огслоінгіп грубобетоннк;' стошсіз за допомогою ПЕОМ:

- запропонована методика визначення несучої здатності ого-яозкіз трубобетонних стояків при різних способах їх підсилення і різни:; схемах передачі навантаження;

- виконано дослідне проектування і будівництво трубоб«яошдах конструкцій, З яких при передачі навантаження на конструкцію потрібно підсилення оголовка. •

Реалізація роботи. Результати досліджень використані при підсиленні стрічкових фундаментів і фундаментів під колони за допомогою трубобетонних паль з різними типами оголовків адміністративної будови ВО "Кривбасруда" і дев’ятиповерхового житлового будинку'.

Публікації. Основний зміст дисертаційної роботи опублікований в 8 друкованих роботах.

Апробація робота. Основні положення дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на наукових семінарах кафедри, обласних і міжнародних науково-технічних конференціях у м. Полтаві (1992 - 1995 p.p.), м. Суми (1994 p.). Результати роботи відображені в звіті по держбюджети# темі "Розробка методів

розрахунку, проектування і будівництва трубобетонних конструкцій на основі досліджень їх дійсної роботи."

Обсяг еихонваоїробота. Дисертація складається з вступу, п’яти глав, загальних висновків, списку літератури із 168 найменувань Г додатку. Робота викладена на 187 стор., що включають до свого складу 127 стор. основного тексту, 54 малюнка і 13 таблиць.

Дисертаційна робота виконана на кафедрі конструкцій із металу, дерева та пластмас Полтавського технічного університету під керівництвом доктора техн. наук, професора СтороженкаЛ.І. КОРОТКИЙ ЗМІСТ РОБОТИ У вступі■ обгрунтовується необхідність теоретичних та експериментальних досліджень оголовків трубобетонних стояків, актуальність, наукова новизна та практичне значення роботи.

В першій главі проведено аналіз конструкцій із трубобетону і методів їх розрахунку. Відзначені перезаги та недоліки трубобетону. Зроблено аналіз праць, присвячених дослідженню конструкцій з іншими видами побічного армування і праць, що характеризують роботу залізобетону при місцевій передачі навантаження.

На даний час відомі роботи, присвячені дослідженню особливостей напружено-деформованого стану трубобетонних конструкцій при різних способах навантаження О.М. Алперіної, Ю.В. Бондаренко, Г.А. Гамбароза, Г.А. Генієва О.О. Гвоздева, О.А. Долженко, М.Г. Добудогло, В.І. Єфіменжо, М.М. Жербіна, А.Б. Квядараса, В.М. Кебенко, 0.1. Кікіна, К. Клепеяя, Ю. Козака, С.Г. Кусябгаліева, А.Ф. Ліпатова, J1.K. Лукші, O.E. Лопатго, В.І. Маракуци, В.Ф. Мареніна, І.Г. Людковського, Г.П. Передерія, В.О. Пермякова, В.А. Росновського, P.C. Санжаровського, М.Ф. Скворцова, Л.І. Стороженка, В.М. Сурдіна, В.А. Трулля, В.М. Фонова, ЕД. Чіхладае, О.Л. Шагіна, І.С. Ярового та інших. Запропоновані ними теоретично-експериментальні залежності

. 6 дозволяють розраховувати трубобетонні елементи при статичному навантаженні.

. Різноманітність теорій, що розкривають особливості роботи трубобетону під навантаженням, можна пояснити тим, що трубобегон, на відміну від елементів, армованих іншими видами арматури, не має яскраво вираженого моменту руйнування.

На основі проведеного аналізу досліджень роботи трубобегон)' зроблено висновок, що всі дослідження проведені для середньої частини трубобетрнного елемента. На даний час залишається практично не досліджуваною робота оголовків трубобегонних стояків як лри комплексному, так і при місцевому навантаженні.

Зроблено огляд праць, в яких досліджувалась робота бетону при місцевому навантаженні і оголовків залізобетонних конструкцій Баушінгера, В.М. Баташева, О.О. Гвоздєва, Г.А. Генісва, В.ї. Гнедовського, В.І. Довгалюка, О.А. Довженко, В.Г. Кваші, В.П. Мітрофанова, К.В. Михайлова, Б.П. Філіпова, В.А. Червонобаби та інших. Проаналізувавши методи розрахунку ©головків залізобетонних конструкцій при місцевому. навантаженні було зроблено висновок, що існуюча методика СНиП 2.01.03. 81* не дозволяє врахувати всіх факторів, які характеризують роботу трубобетону. На підставі огляду формулюються задачі дослідження роботи оголовків трубобегонних елементів при центральному стиску:

1) експериментально дослідити особливості роботи під навантаженням і характер втрати несучої здатності оголовків трубобегонних зразків в залежності від їх конструктивної схеми, процента армування і схеми навантаження вісьовою силою;

2) розробити методику оцінки напружено-дсформованого стану оголовків трубобегонних стояків при центральному стиску і скласти програму розрахунку деформацій, переміщень і напружень за допомогою ПЕОМ;

3) розробити методик)' визначення несучої здатності оголовків трубобегонних стояків;

4) виконати дослідне проектування трубобегонних конструкцій, в яких при передачі навантаження на конструкцію потрібно підсилення оголовка;

Друга глава присвячена методиці проведення експеримент)' і дослідженню фізико-механічних властивостів прийнятих до виготовлення матеріалів.

Для всебічного вивчення роботи оголовків трубобегонних стояків була складена програма експерименту, яка наведена в таблиці. Програма була складена таким чином, щоб дослідити роботу оголовків трубобегонних стояків в залежності від фізико-механічних властивостей використаних матеріалів, геометричних характеристик перерізу, конструктивних особливостей і різних схем передачі навантаження на оголовок конструкції.

Для спрощення поставленої задачі були введені деякі обмеження на проведення експерименту. Досліджувались лише короткі трубобегонні елементи, в яких висота зразка приблизно дорівнювала чотирьом діаметрам, тому вплив гнучкості не враховувався.

Для оцінки впливу масштабного фактору на напружено-деформований стан досліджувались зразки із труб діаметром 102, 127 і 159 мм з товщиною стінки відповідно 5,3 і 5 мы.

Згідно плану експерименте були виготовлені дослідні зразки із трубобетону з різними способами підсилення оголовка слідуючих кострукцій: без підсилення оголовка (ТБ-11, ТБ-21, ТБ-31, ТБ-13, ТБ-23, ТБ-33, ТБ-14, ТБ-15, ТБ-16); підсилення оголовка забезпечується армуванням бетонного ядра сітками із арматурного дроту (ТБ-111, ТБ-211, ТБ-311, ТБ-231, ТБ-331); підсилення оголовка стальної труби за допомогою привареної пластини до торців труби (ТБ-112); підсилення оголовка стальної труби за допомогою труби-оболонки

Таблиця

Програма експериментальних досліджень та несуча здатність трубобетошшх елементів

Шифр серії зразків Діаметр зразка А.. мм Висота Ь, мм Товщина стінки і,, мм Характе- ристика зразка Схема передачі навантаження Несуча здатність, кН Коефіцієнти ефективності

Л Лі т

ТР-1 102 400 5 труба• — 445 — — — — —

ТР-2 159 500 3 ~ — ' 387 — — — — —

ТРгЗ 127 600 5 ~ — 730

ТБ-11 102 400 5 трубобстон на комплексний переріз 650 930 0.70 4.56 4.68 1.68

ТБ-21 127 500 3 ~ ~ 670 820 0.81 2.38 2.46 1.44

ТБ-31 159 600 5 ~ ~ 960 1410 0.68 2.44 2.38 1.39

ТБ-111 102 400 5 і ~ - 660 1030 0.64 5.50 5.39 1.87

ТБ-211 127 500 3 ~ 630 890 0.70 2.86 2.70 1.55

ТБ-311 159 600 5 ~ ~ 1210 1470 0.82 2.65 2.78 1.46

ТБ-112 102 400 5 ~ ~ 640 960 0.66 4.84 4.89 1.74

ТБ-Щ 102 600 5 ~ - 660 1030 0.64 5.50 5.39 1.87

ТБ-114 102 400 5 ~ - 470 650 0.72 2.06 1.93 1.18

ТБ-12 102 400 5 ~ на трубу 420 745 0.56 2.82 3.01 1.35

ТБ-22 127 500 3 ~ ~ 410 850 0.48 2.52 2.65 1.49

ТБ-32 159 600 5 ~ ~ 740 1380 0.54 2.33 2.33 1.37

ТБ-13 102 400 5 ~ через штамп (1ІІП=£Іа 660 1000 0.66 11.7 5.21 1.81

ТБ-23 127 500 3 ~ СІщт=СІв 710 885 0.80 15.5 2.71 1.55

ТБ-33 159 600 5 ~ ¿пгг- 1160 1480 0.78 5.85 2.69 1.47

ТБ-14 102 400 5 ~ через штамп <ІИІХ=0.65с1а 630 880 0.72 12.6 4.09 1.60

ТБ-231 127 500 3 ~ через штамп дшх=0.85с)к 660 870 0.76 6.60 2.63 1.52

ТБ-331 159 600 5 - через штамп <1ип=0.65<і4 980 1285 0.76 9.71 2.00 1.27

ТБ-15 102 400 5 ~ через пластину вдп=0.6<Ів 530 915 0.58 4.34 4.42 1.66

ТБ-16 102 400 5 ~ через пластину вІШ=0.8с1в 570 990 0.58 5.12 5.12 1.80

і

к і

ТБ-H

Тб- ■21

ТБ- ЗІ

T& -У5

Tö -23

Т5 -33

ТВ -и

Тб -■15

Т5- УS

Тб-М

Tb-2^

ТБ-3«

Tb-21-1

Tb-3Л

і3

1ТБ-42

чч

2-2

7-3

£І к -А

\Т5-Ш

Г

if

к

ТБ-12

ТВ-22

ТБ-32

4-4

5-5

6-6

Мал. 1. Конструкції дослідних зразків

(ТБ-113); підсилення оголовка стальної труби за допомогою привареної до торця пластини і ребер жорсткості в поздовжньому напрямку труби (ГБ-114); без підсилення оголовка, в яких заповнення труби бетоном в області оголовка виконано нижче торця труби на 15 мм (ГБ-12, ТБ-22, ТБ-32), (мал. 1).

Трубобетонні дослідні зразки були розділені на три групи в залежності від схеми передачі навантаження. В першу групу входили зразки, присвячені дослідженню оголовків з різними способами підсилення при передачі навантаження на комплексний переріз, до другої - при передачі навантаження на трубу, до третьої - при місцевій передачі зусилля на бетон при вісьовому завантаженні круглими і прямокутними штампами різного діаметра і ширини. При місцевому навантаженні зусилля передавалось тільки на бетон при використанні круглого штампу і частково на бетон і трубу при прямокутному штампі. ' • .

Дослідні зразки • виготовлялися на спеціалізованій базі металоконструкщй ПСУ - 38 з суцільнозварних прямошовннх труб (сталь ВСтЗсп5-2). Бетонування проводилось в промислових умовах на заводі ЗБВ - 1 м. Полтави. ; .

Для контроля фізико-механічних властивостей. бетону одночасно з виготовленням дослідних зразків виготовлялись бетонні призми і куби. Дослідження зразків проводилось на пресі ПММ - 500 в лабораторії кафедри ЗБіКК Полтавського технічного університету. Зразки досліджувались при досягненні проектної міцності бетону, але не раніше ніж через 28 діб після бетонування. Випробування трубобетонних зразків проводилось при вісьовій дії навантаження. Завантаження здійснювалось ступенями, що дорівнювали 0.1 - 0.05 від граничного навантаження. На всіх ступенях навантаження вимірювались поздовжні і поперечні деформації трубобетонних -зразків за допомогою еяехтротензорезисторів типу ПКБ 50 - 100.

Схема розміщення елекротензорезисторів передбачала дослідження деформгтивних характеристик по чотирьом перерізам на поверхні трус. В кожному перерізі було наклеїно 8 елекгротензорезисторів. Три дослідних перерізи розміщувались в області оголовка, із яких перший знаходився на ]5 мм нижче торця труби, третій розміщувався на віддалі від торця, шо дорівнювала діаметру труби, другий -посередині між першим і третім перерізом. Четвертий переріз розмішувався посередині довжини зразка. Для дублювання вимірів поздовжніх деформацій установлювались індикатори годинникового типу з ціною поділки 0.01 ми.

Третя глава дисертаційної роботи присвячена аналізу результатів експериментальних досліджень оголовків центрально-сгиснутих трубобетонних елементів. '

При проведенні експерименту фіксувалось два стани в ролі граничних по несучій здатності.

1. Досягнення значень поздовжніх деформацій, які відповідають межі плинності сталі (Л\).

2. Досягнення зразком такого стану, коли практично по всьому перерізу зразка сталь і бетон знаходяться в стані плинності і елемент деформується без приросту' діючого на нього навантаження (А',), Цей стан практично відповідає повному зруйнуванню зразка.

В таблиці для всіх випробуваних трубобетонних зразкіь наведені значення граничного стану по несучій здатності, які відповідають пунктам " 1" і "2" (значення А7, і Л'7).

Співвідношення зусиль Лг, /Л} при передачі навантаження на комплексний переріз і через круглий штамп було в межах 0.65 - 0.8. В випадках, коли навантаження передається на трубу і на комплексний переріз через прямокутний штамп співвідношення ЛГ,/Л'2 знаходиться в межах 0.48. - 0.58. Це пояснюється там, шо досягнення зусилля Аг, наступає раніше дякуючи місцевой передачі навантаження на

оболонку трубобетонного зразка. Із порівняння зусиль і jV, виходить, що при різних схемах передачі навантаження на оголовок конструкції трубобегонні елементи дуже надійні, тому що між зусиллями і Мг є суттєва різниця, а при досягненні граничного стану по несучій здатності, на відміну від залізобетону, виключено крихке руйнування.

Відомо, що в стиснутих трубобегонних елементах стальна труба перешкоджає розвитку тріщин відриву в бетоні, завдяки чому в ядрі виникає об’ємний напружений стан. Для оцінки ефективності роботи трубобегонних елементів з урахуванням об’ємного напруженого стану вибираємо два коефіцієнти. Коефіцієнт ефективності роботи бетонного ядра в трубі в області оголовка Tf (переріз 1-І, ІІ-ІІ) і в середній частині %

п— ■ п —

я, ’ Я. ’

де <гь - напруження в бетоні відповідно в області оголовка і середньої частини зразка при досягненні зразком граничного стану по несучій здатності

• -Це.-** •

°ь ~ . > "м - > »

Ні - призмова міцність бетону; Nd, - несуча здатність оголовка при визначенні коефіцієнта rj і несуча здатність трубобетонного елемента в середній частині при визначенні коефіцієнта r}і; ¿V, - несуча здатність порожньої труби; Аь - площа поперечного перерізу бетонного ядра.

Коефіцієнт ефективності елемента в цілому

»--■■У»-

Із табл. витікає, що коефіцієнти 7 і Ті, які свідчать про величину перевищення поздовжніх напружень в бетоні в порівнянні з лризмовою міцністю значно більші одиниці. Це свідчить про

складний напружено-деформований стан, в якому знаходиться бетон. Ь аналізу значення коефіцієнта т слідує, що трубобегонні зразки мають несучу здатність в 1.3 - 1.9 рази більшу, ніж елементи із звичайного залізобетону.

При вісьовому стиску великої різниці в несучій здатності огоповків не спостерігалось. Найміцнішими виявились оголовки, в яких в області передачі навантаження бетонне ядро підсилено арматурними сітками, а також зразки, в яких підсилення виконано за допомогою труби-оболонки. Досип, надійними і ефективними виявились трубобегонні оголовки, де навантаження передається тільки на бетон через круглий штамп при <1ШТ=СІВ.

Характер розвитку поздовжніх, поперечних деформацій і руйнування зразків’ залежали від способу підсилення оголовка і схеми передачі навантаження. За результатами експерименту встановлено, що для зразків без підсилення оголовка серій ТБ -11, ТБ - 21, ТБ - 31 при передачі навантаження на комплексний переріз і зразків ТБ - 12, ТБ - 22, ТБ - 32 при передачі навантаження на трубу розвиток деформацій інтенсивніше протікає' в області оголовка. Поява ліній Чернова і руйнування зразків внаслідок втрати місцевої стійкості стінки хруби з поспідуючим утворенням гофр спочатку спостерігається в області оголовка і пізніше в середній частині зразків. Для зразків без підсилення оголовків ТБ - 13, ТБ - 23, ТБ - 33, ТБ - 14 при передачі навантаження через круглий штамп деформації набагато інтенсивніше протікали в області оголовка з поспідуючим руйнуванням зразків у вигляді випинання стінки труби по всьому діаметру зразка на висоті 60 - 100 ым. Для зразків ТБ-231, ТБ-331, в яких підсилення оголовка забезпечувалось армуванням бетонного ядра сітками із арматурного дроту при завантаженні через круглий штамп розвиток деформацій в області оголовка за рахунок арматурних сіток протікає повільніше, активніше деформації

протікали в середній частині зразка (мал. 2). Першочергова поява піній Чернова і руйнування зразків в вигляді появи гофр також проходить в середньому перерізі. За рахунок цього збільшується несуча здатність трубобетонного елемента в цілому, В зразках з різними способами підсилення оголовка серій ТБ -111, ТБ -211, ТБ -ЗН.ТБ-112, ТБ-1ІЗ при передачі навантаження на комплексний переріз найінтенсивніше деформації протікали в середній частині зразка (ТБ-211, мал. 3). Першочергова поява ліній Чернова і руйнування зразків через появу гофр проходило, як і очікувалось, в середній частині і таким чином збільшилась несуча здатність зразка.

Аналіз результатів дослідів показує, що спосіб передачі навантаження на елементи перерізу і схема підсилення оголовка суттєво впливають як на роботу оголовка, так і на роботу зразка в цілому. Виявлено, що при трьохвісьовому напруженому стані вплив об’ємних сил настільки значний, що практично неможливо зруйнувати трубобетонний зразок.

В четвертій главі розглянуто напружено-деформований стан підсилених оголовків, а також методику розрахунку оголовків при центральному стиску.

В процесі експлуатації центрально-стиснутих трубобетонних елементів можуть виникати умови, за яких конструкція пращо є як в пружній, так і в пластичній стадії.

В зв’язку з тим, що за результатами експерименту підсилені оголовки мали більшу несучу здатність, ніж оголовки без підсилення, і інший характер руйнування, було вирішено розглянути оцінку напружсно-дєформеваного стану тільки для підсилених оголовків при передачі навантаження на. комплексний переріз. Крім того відомо, що досліджено напружено-деформований стан трубобетонного елемента при вісьовому стиску в середній частині, тому задачу розглядаємо тільки в області оголовка. При розв’язанні задачі в пружній стадії

Мал. 2. Характер розподілу поздовжніх (а) по висоті і поперечних (б) по перерізу деформацій зразка, серії ТБ-231 в залежності від величини навантаження

(^папЧО -Ш

420 т ЄчніЧО*

Мал. 3. Залежність поздовжніх і поперечних деформацій від величини навантаження для зразка серії ТБ-211

припущені слідуючі відомі передумови і гіпотези теорії пружності: напруження задовільняють диференційним умовам рівноваги та заданим функціям навантаження на основах; бокова поверхня вільна від напружень; на поверхні розділення різних матеріалів виконується умова рівності напружень і зміщень; на торцях елемента, виконуються умови завантаження. Також за результатами експерименту прийнято передумову про розвиток коефіцієнта поперечних деформацій в області оголовка (мал. 4), який описується рівнянням, отриманим за апроксимацією дослідних даних -

*'«=гиД^ + Яги).

де А і В - постійні; А— 0.35, В-1.52.

Значення коефіцієнта поперечної деформації в області огоповка залежить від відстанні 2 від опори зразка до перерізу, що

В

Мал. 4. Характер розподілення поперечних деформацій в області оголовка трубобетонного елемента

розглядається, і характеризується коефіцієнтом

■

де уср - відповідно коефіцієнти поперечної деформації в області оголовка і в середній частині зразка;

Розв’язання задачі побудовано як комбінація рішень по поліномах першого та другого ступеня в відповідності з теорією М.І. Мусхелішвілі, при цьому використані функції комплексної змінної та результати отримані Л.І. Стороженко стосовно трубобетону.

В результаті рішення задачі отримані формули для визначення переміщень, деформацій і напружень в бетоні і сталі в області оголовка.

В перерізі ІІ-ІІ в бетоні маємо: • .

переміщення а^-=о,(д (в,-Д)-^)г; ¿/!* =0; еа^=в,г;

деформації £[^ = а1(А1(аі-^1)~4уь); с{10' = є'1;

напруження — 2аіАі; =2а3Л,; е/У = аі{Еі -4^1^).

Тут а, -Д = 2(1 + ^)(1 -І&ьЩ; а2 - А = 2(1 + уХі ;

А=(^ь~ УЛГ2 -*?)/&> в=(аі-А){гї-т?)+(а2~Рі)ті +2Д'2;

■А=0-*-п)/£2; а, =Лг/(5', + Л:); А = 4я-(^-у,У{г}-г?)г? ¡В;

«У, = +£гЕ] ~ яг(г| £, +(?2 ~)е2)- . '

В стальній трубі-оболонці в перерізі ІІ-ЇІ маємо: .

переміщення ^ =оіуг, —0, <»'^=£^2;

деформації £>>=а}/і> $—°гТ> = -

напруження . °І^ = сз(^2 + Ві1г )і = аз{2Л2 -Вг¡г );

<т^ = й3(£,+4у^2). •

Тут г=(^(в*-А)-ДА/^-»і); гі =Й(с2-Рг)(Ьвііг-^);

- А = -0/В)(#И - *;)/•/; ^ = (2/Д)(<^ - у»,1;

а2-А =№)(! + 5н)(і“2ч). .

При розгляданні налружено-деформованого стану трубобетонного елемента за межами пружності б точній постановці

задачу вирішити важко, тому вона вирішувалась приолизнс. числовим методом з використанням змінних параметрів пружності. Сутність методу полягає в тому, що систему рівнянь подають у формі рівнянь теорії пружності з змінними параметрами пружності і використовують метод послідовного їх обчислення (метод ітерацій). В кожному наближенні вирішується пружня задача із змінним модулем деформацій і змінним коефіцієнтом поперечних деформацій.

Методика повністю описує напружено-деформований стан центр ально-стиснутого трубо бетонного елементу в області оголовка на будь-якій ступені навантаження. Отримані теоретичні значення деформацій близько співпадають з експериментальними даними. На всіх етапах навантаження різниця не перевищує 9 %.

Отримавши по даній методиці напруження в бетоні і сталі сг4 та ет„ які відповідають граничному стану, можна знайти несучу здатність оголовка трубобетонного елемента за формулою

ЛГй=оііЛ + М, •

Несучу здатність оголовків можна також визначити за формулою, виведеною в працях Л.К. Лукші

де а0- поперечний тиск бетонного ядра на оболонку, який дорівнює

2п)~1

1- 1

А

І-Жг

-Iі а4;

- коефіцієнт поперечних деформацій труби і бетонного ядра зідповідно; - розрахунковий опір сталі; Я* - призмова міцність бетону; к_ - коефіцієнт бокового тиску, який за нашими дослідами дорівнює 3.3 для зразків без підсилення оголовка і 3.5 для зразків при підсиленні оголовка при завантаженні на комплексний переріз.

При передачі навантаження на бетонне ядро через круглий штамп несучу здатність оголовка рекомендується визначати за формулою

Мл = + ,

Дв - розрахунковий опір бехона зім’ято

Вш = <*<РьПХ»;

а і <рь приймаються згідно рекомендацій СНиП 2.03.01-84

1.0:

«=1.0 для бетону класу нижче В25;

а - * 3- 5-^~ для бетону класу В25 і вище;

Фі ~^ЇЛол[Лвй

АІЖ, - площа зш’ятгя; г - розрахункова площа зім’ятгя; 7 -коефіцієнт ефективності роботи трубобетонного ядра в області оголовка при місцевій передачі навантаження при зусиллі який залежить, від співвідношення площ АіоаіАікіл діаметра штампа і процента армування. Результати обчислень несучої здатності дають задовільну збіжність з експериментальними даними.

Опіка глава присвячена дослідному проектуванню трубобегонних конструкцій, в яких при передачі навантаження погрібно підсилення оголовка, і оцінці техніко-економічної ефективності таких конструкцій. Перелічені в даній роботі позитивні особливості трубобетонних конструкцій використовувались при підсиленні фундаментів адміністративної будови ВО "Кривбасруда" і дев’ятиповерхового житлового будинку в м. Кривому Розі.

В процесі експлуатації цих будинків сталися деформації основи, за рахунок чого виникло багато тріщин в стінах і перекриттях. Пройшло нерівномірне осідання фундаментів і стін. Розвиток трішии визвав необхідність обстежити несучі конструкції стін і фундаментів, проаналізувати стан основи під фундаментами. За результатами

розвідування визначено, що фундаменти опираються на лесові просадочні грунти товщиною 3.3 - 4.0 м, а рівень грунтових вод з відмітки 6.6 - 7.0 м при будівництві піднявся на даний час на відмітку 2.8 м. В зв’язку з тим, що основою під фундаменти є лесові грунти при наявності високого рівня грунтових вод, було прийнято рішення підсилювати фундаменти за допомогою трубобегонних паль. Цей спосіб підсилення в результаті техніко-економічного порівняння виявився найбільш економічним.

Для підсилення фундаментів під зовнішні та внутрішні стіни використовувалось декілька варіантів в залежності від того, чи е в будові підвал, чи немає.

Сутність одного із способів підсилення стрічкових фундаментів у випадку, коли під внутрішні стіни в суміжних приміщаннях є підвал полягає в слідуючому. В стіні підвалу під стелею пробивається отвір. В отвір вводиться несуча конструкція траверси, яка виготовлена із двох швелерів або із двотавру. Траверса заклинюється в пробитому отворі за допомогою двох кутників, приварених до верхньої полиці траверси, з двох сторін стіни. Порожнина між верхньою частиною траверси і кам’яною кладкою фундамента якісно заповїпссться цементним розчином складу 1:1. На відстані 600 - 900 мм під фундамента в залежності від ширини стрічкової подушки за допомогою домкратів, розміщених міх ниасньою частішою траверси і верхньою частиною палі, з двох сторін одночасно проводиться вдавлення до не»бхідної відмітки відрізків стальних труб DH — 273 мм довжиною 1000 мм з послідуючим їх зварюванням між собою, за рахунок чого отримуємо стальну палю. З метою передачі навантаження від палі на траверсу в області оголовка палі-труби приварюються спеціальні стояки із кутників, які опираються на нижню полицю траверси. При досягненні заданого зусилля і -вдавлення труби-паш до необхідної відмітки домкрати знімаються, а

паля і порожнина висотою 200 мм між нижньою полицею траверси і стояками-кутниками після армування сітками заповнюється бетоном. Необхідність підсилення оголовка трубобетонної палі пояснюється тим, шо при подальшій осадці будови діюче навантаження, яке перерозподіляється з стрічкового фундаменту на траверсу, а з траверси на оголовок трубобетонної палі, буде зростати.

Аналіз техніко-економічної' ефективності дозволяє зробити висновок, шо підсилення фундаментів за допомогою трубобетонних ггаль є найбільш економічним і раціональним в порівнянні з іншими способами підсилених:. .

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ Дисертаційна робота присвячується експериментально-теоретичному дослідженню напружено-деформованого стану оголовків трубобетонних стояків. Загальні результати роботи такі.

2. Експериментально досліджена несуча здатність різних типів оголовків центр ально-стиснутих трубобетонних елементів Б залежності від геометричних розмірів перерізу, міциостних характеристик матеріалів і різних схем передачі навантаження на оголовок конструкції. Доведено, шо на всіх етапах навантаження бетон і сталь працюють разом, а при досягненні зразком граничного стану виключено крихке руйнування. Запропоновані конструкції оголовків трубобетонних елементів забезпечують сприйняття великих навантажень при передачі їх від ригеля на колону.

, 2. Встановлено, що в трубобетонних елементах, оголовки яких не підсилені, при комплексному завантаженні першочергове руйнування у вигляді утворення гофр у поперечному напрямку спостерігається біля опори. При підсиленні оголовка утворення гофр спостерігається в середній частині зразка, що підвищує несучу здатність трубобетонного елемента в цілому. Н ай міцнішими виявились елементи, в" яких бетонне ядро, оголовка підсилено

арматурними сітками, а також при підсиленні оголовка за допомогою труои-оболонхи. Дуже ефективно працюють підсилені оголооки при місцевій передачі навантаження.

3. Отримана аа основі проведених теоретичних досліджень методика по'шоляс оцінити напружено-деформезапн;! стал підсилених оголовків центрально-стиснутих труообетонних елементів при комплексному завантаженні. За результатами обчислень можна визначити переміщення, деформації і напруження а області оголовка і моменту прикладення навантаження і до досягнення граничного значення. Отримані залежності дозволяють моделювати і оцінювати сумісну роботу бетону і сталі а комплексному перерізі на різних стадіях навантаження при різних геометричних і фізихо-механічкнх характеристиках. Розроблена програма, яка дозволяє оцінити напружено-деформований стан підсилених оголовків за допомогою ПЕОМ.

4. Отримані формули для визначення несучої здатності оголовка трубобетонного елементу при передачі навантаження на комплексний переріз і через штамп. Встановлено, що результати обчислень несучої здатності добре співпадають з дослідними даними.

5. За результатами дослідного проектування зроблено висновок про доцільність і техніко-економічну ефективність використання в будівництві трубобетонних" стояків з умовою підсилення оголовка при дії великих навантажень.

Основний зміст дисертаційної роботи опубліковано в наступних статтях і препринтах:

І) Пенц В.Ф, Экспериментальное исследование оголовков трубобетонных стоек // Тези доповідей 45 наукової конференції Полт. ШІ, Полтава, 1993. - С. 287.

2) Сторсжекхо Л.И., Пенц В.Ф. Несущие трубобетонкые конструкций покрытая // Депонированная рукопись в ГНТБ Украины 26.07.93, № 1625 - Ук. 93,1993. - 8 с.

3) Рябшео Г.Д., Пенц В.Ф. Экспериментальное исследование напрягкошго-дгформкроваиного состояния и несущей способности центрально-сагаяых к внгцеїггренко-сжатьіх пластмассотрубобе-тониых элементов // Конструкции зданий и строительное производство: сб. каучн. трудоз / Полт. КСИ. - К., 1993. - С. 42 - 52.

4). Пенц В. Ф. Особливості робота огсловків стнснутнх трубобатошшх елементів // Тези доповідей 4(> наукової конференції Полт. ІБІ, Полтаза, 1994. - С. 41.

5). Пенц Б. Ф. Місцеві напруження в бетонному ядрі стиснутих трубсбетонннх елементів И Тези доповідей 45 науково'; конференції Полт. ІБІ, Полтава, 1994. - С. 42.

, 6). Пенц В. Ф. Работа оголовков сжаты?, трубобетоккы?; элементов // Материалы Международной' научно-практической конференции ' "Совершенствование строительных материалов, технологий и методов расчета кснструїсщш в иовых экономических условиях." - Сумы, Ш1П "Мрия" ЛТД, 1994. - С. 146. ,

7) Стороженко Л.І., Пенц В.Ф. Напруження в бетонному ядрі оголовка прн місцевій передачі навантаження через круглі штампи // Тези доповідей 47 наукової конференції Полт. ТУ, Полтава, 1995. -

С. 22.

8) Пенц В.Ф. Напружено-деформований стан підсилених оголовків трубобетонних елементів II Тези доповідей 47 наукової конференції Полт. ТУ, Полтава, 1995. - С. 22.

АННОТАЦИЯ

Пенц В.Ф. "Напряженно-деформированное состояние оголовков трубобетонных стоек".

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения. Полтавский технический университет. Полтава, 1995.

Экспериментально исследована работа оголовков трубобетонных стоек при центральной скатки. Предложен метод оценки напряженно-деформированного состояния оголовков и методика определения их несущей способность.

Предложенные конструкции оголовков запроектированы п внедрены при строительстве трубобетонных конструтший.

KmoHosi слова: трубобетон, оголовок, елемект, напруасено-деформорований стан, несуча здатюсть, шдсилешм, стаск.

' ANNOTATION ‘

Pents V.F. "Stress and deformation state caps coiums of concrete filled steel tubs." '

Dissertation for degree of Candidate of Technical Sciences, speciality 05.23.01 - Building Structures, Buildings & Structures. Poltava Texl’nical University, Poltava, 1995. .

Work of concrete filled steel tube caps under axial compression is exsperiraentaliy researched. Both the estimation of stress and deforroction state of caps and method for estimation of limit strength has been proposed.

Proposed structures of caps are designed and implemented in the construction of concrete structures of filled steel tubes.

Key words: concrete filled steel tube, cap, elememt, stress and deformation state, limit strength, renforcement, compression.