автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Влияние градиентов деформаций и напряжений на изменение свойств бетона при сжатии и его учет в методах расчета железобетонных элементов

ростовский ишенеуностроишыйй институт

11а правах рувошмш

КСРОШМ Александр Петрович

ешш1е градиентов дактщз и напряший на изменение свойств ншц при ситки и его учет в метош расчета еелезожтокных ашшш

. Об {23^01 - Стройталышэ конотрукции,-здания я оооружания

Автореферат диссертация на соиоканив ученой отвпояя кандидата твхндчооких наук

Роотоэ-но-Дону - 1991

Работа выполнена в Роотовоком шомнарно-отроигельном инотитуте?

Защита состоится « 7 " иая 1991 г? в 10.00 ч на заседании регионального специализирова пного совета K?063i64t0I по приоувдешш ученой отепэни кандидата технических наук в Роотовоком инженерно-строительном институте по адреоу: 344022, vi Роотов-ио-Дону, ул.' Социалистическая, 162,' ауд; 232?

О диссертацией моаво ознакомиться в библиотека института.

Автореферат разослан " 1991 г?

Научный руководитель

аасл? деятель.науки я техники РСФСР, доктор технических наук; профеооор PHi Ыаилян

Официальные оппоненты

доктор технических наук/ профессор Г.П.Шорвквв;

ваадидат технических наук; о.и.о. В.А.Ещлов

Ведущая организация

Ростовски« ПронотроАШШпровк*

Ученый секретарь регионально^ специализированного совета

. I

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОЙ

Актуальность: Однж аз эффективных путей снижения материалоемкости стеригавшс железобетонных конструкций является совершенствование методов их расчета я проектирования на основе более полного учета специфических особенностей дсформирования железобетона;

В последние года активно развиваются метода расчета железобетонных конструкций, основанные иа использовании полных (с нисходяншмя ветвями), диаграмм деформирования материалов. Широкие перспективы для разработки и соверзенствования таких методов появилась с развитием вычислительной техники, появлением нового поколения ЭК,!, распространением персональных компьютеров.

Однако, несмотря на активную разработку новых и модификацию существующих методов расчета железобетонных стержневых конструкций при различных вадах и режимах силовых воздействий, ряд вопросов еще далеко не полностью реаен даже для однократного кратковременного нагрузе-ния. Эти вопросы связаны о уточнением физической модели железобетона, в частности, с учетом некоторых факторов, оказывающих влияние на его работу в составе конструкции. К ним относится, влервую очередь, влияние градиентов деформаций и напряжений по сечению калезобетонного элемента на изменение свойств и диаграмм деформирования " б - 6 " входящего в его состав бетона по сравнению с полученными из испытаний бетонных образцов на одноосное сяатае или растяжение.

Имеются немногочисленные работы, з которых сделаны попытки выявить влияние градиента деформаций на Еэиенение свойств бетона и дать расчетные рекомендации по оценке этого влияния. Однако, в силу различию: методик исследования, имевдиеся данные и рекомендации по оценке, влияния градиента деформаций разноречивы и бессистемны. Что ко касается влияния градиента напряжений кэ свойства батона, то оно практа-ческп не исследовано. Далеко не полностью разработаны и методы расчета железобетонных конструкций с учетом влияния градиентов деформаций

я напряжений.

Исследована» этих малоизученных вопросов в поовадена денная работа. Решение поставленных задач позволит усовершенствовать методн расчета и проектирозания железобетонных стерянввых конструкций.

Работа выполнялась в соответствии о Координационным планом ввя-веЗвюс НИР Госстроя СССР в облаетн бетона в железобетона на ХП пятилетку {отраслевая программа 0.55.16.031, задание СПв1, этап 03.02, а также планом важнейшей тематики программы САПР (приказ Минвуза РСФСР* 394).

Цальи двссе эталонной работы является исследование влияния градиентов дзфоризцвй в иапряхенг£ ка изменение прочностных и деформа-тивных свойств и полных диаграмм деформирования "6 - С " бетона при окатив, предложение расчетных рекомендаций по оценке этого влияния и разработке методов расчета железобетонных изгибаемых в вне-вентренно сжатых отераввввх элементов о учетом влияния градиентов деформаций я напряжений.

Автор защищает:

- результаты экспериментальных, и чиоленных исследований работа виецентренно-сжатых бетонных и железобетонных приз»;

- расчетные рекомендации по оценка влияния градиента деформаций на изменение овойогв и полных диаграмм деформирования

бетона при сжатии;

- комбинированный экспериментально-аналитический подход х ис-сяэдомвию влияния градиента напряжений;

- расчетные рзкомеядсщш по учету влияния градиента напряжений во вяяэнение свойств и полных диаграмм деформирования "бе - бе " бстопа;

- итерационный, приближенный и упрощенный варианты метода расчета железобетонных стержневых конструкций о учетом влияния градиента деформаций;

- метод расчета стеряневнх железобетонных конструкций с учетом

влияния градиента напряжений;

- результаты экспериментальной проверки разработанных методов расчета о учетом влияния градиентов деформаций и напрякенА по данным различных авторов.

Научная новизна работы:

- получены новые экспериментальные в численные данные о влиянии градиентов дефоршций и напряжений на показателя свойств бетона прочностыэ ^т = 10...50 Ша при сжатии;

- предложен комбинированный экспериментально-аналитический подход, позволяющий выявить влияние градиента напряжений на свойства- бетона при сжатии;

- разработаны расчетные рекомендации по оценке влияния градиента деформаций на прочностные и деформативше свойства бетона в виде экспоненциальной функции одной переменной - градиента деформаций дгас! бе ;

- разработаны расчетные рекомендации по оценке влияния градиента напряжений на свойства бетона, представлявдие собой степенную полиномиальную функции двух переменных - градиента ^гСк(к 6б и уровня 6б/Ка напряжений;

- предложен новый метод расчета изгибаешх и внецентренно сжатых железобетонных элементов с учетом влияния градиента деформаций, оперирующий трансформированными по сравнению о исходными диаграммами " 6? - " бетона, постоянными по высоте поперечного сечения, но различными по длине элементов; разработаны итерационный, приближенный и упрощенный варианты метода, проведен их анализ и дана графическая интерпретация;

- разработан новый метод расчета железобетонных стержневых конструкций о учетом влияния градиента напряжений, оперирующий различными по высоте поперечного сечения в длине элементов диаграммами " бе ~ бв " бетона, трансфоргяфовакннма по сравнению о походными.

Достоверность разработанных рекомендаций и предложенных методов расчета подтверждается данными экспериментальных и численных , исследований автора, а также результатами проверки по экспериментальным данным других исследователей.

Практическое значение и внедрение результатов работы. Разработаны практические рекомендации,позволяющие более точно оценивать несущую способность и деформативнооть железобетонных статически определимых и неопределимых балок и колонн с различными классами бетона и арматура,процентом армирования,формой поперечного сечения и армировать их более рационально.

Результаты исследований автора приняты НИШШ Госстроя СССР для использования а новой редакции нормативного документа всесоюзного значения-"Пособии по расчету железобетонных статически неопределимых конструкций".Данные автора включены в нормативный документ республиканского знач8ния-"Р9коыевдацяи по расчету железобетонных элементов с учетом влияния градиентов деформаций и напряжений на свойотва бетона при скатив и растяжении" (Минстрой УзССР.1991 г.), а также использованы в региональных нормативных документах "Руководство по расчету железобетонных статически неопределимых рам" (Ростов н/Д, СэвкавЗНШЭПсельстрой, 1985 г.) и "Рекомендации по расчету железобетонных изгибаемых элементов (в помощь проектировщику)" (Ростов н/Д, СевкавНИЯИагропром, 1987 г.).

Рекомендации автора использованы при уоилвнии в перепроекти-

ч V

рованиа несущих конструкции здания главного производственного корпуса Кашпганекого кранового завода в зданий I» 4 в 203 цеха лакового коллоксилина Каменского химкомбината "Росоия", что привело к экономии стали в проектных решениях на 6,9 к соответственно.

Результаты исследований автора внедрены такке в учебный процесс в Ростовском инженерно-строительном институте,Ташкентском политехническом институте, Кабардино-Балкарском агромелиоративном институте и

Черкесском фшщде Ставропольского политехнического кяотятутч - она зшшчены в программу ебпегв в специального курсов железобетонных {инструкций для студентов строительных специальностей, а га гака аспользу»*-ся з НИРС» УИРС, курсовом п дишгошом проектировании?

Апробация работы и публикация. Основные пояожаная диосартацаа опубляковаг;' в 7 научных статьях.

Материалы диссертации доложены а обсуждони на Всесоюзной кое$э-ренции "Фундаментальные исследования а новые технологии в строгальном магеркалоиедении" (Белгород, 19В9 г.), на заседании секции Строй-ицдустрин (Ростов-н/Д, 1290 г';), на научио-гбхняческпх конференциях янститутов СевкавЭНКИЭПсельстрой п СавкавНШШагропром и Ростовского йнненерно-стровтельного института (Росгов-н/Д, 19В5-19Э0 гг.).

Объем работа. Диссертация состоят аз введения, четырех глав, основных выводов, списка литера тури яз 157 наименований и трех приложений. Она содержит 93 страница ызшшопаенрго текста,' 14 таблиц и 39 риоунков.

Ядсоертадаоннал работа выполнена в Ростовском инженерно-строительном институте под руководство« засл. деятеля науки а техники РСФСР,' доктора технических наук, профессора Р?Лх Маиякна и кандидата технических ивук, стараего научного сотрудника Д1Р; Маиляяа!

сошшт РАБСШ1

В первой главе проведен обзор зкепераменталкшх и аеоретических исследований по изучении влияния градяентов деформаций а яапряжешй яа работу батона и железобетонных элементов при однократном стати1?«- зиом нагр.ужеиия£

Отмечается, что благодаря работам ВЖ Байкова, А^Н. Бамбуры, В? Я; Бачинского, 3.1«. Бондаронко, А5А. Гвоздева, А Ж Бврааякова, -

Гатаизь.., Ю;П. Гуди, 0:0; Ильина, Н.И. Карпенко, Л.Л1 Лейла,' Д.Р. Маяляна, Т.А. Мухамедиева, Л .Л. Паншина, А.Б. Пирздява,

Саяларовокого, Cito; Цейтлина, A.BV Яшлна, Xí /ёлка, X; Ногушя, Tí Брокд/к-Нильсена, Л-iEi Кларка и др;1 больное развитие получила в последние годы методы расчета железобетонных элементов, основанные на использовании палнкх (с нилходщими ветвями) аналитических диаграмм де-формг.рэтмквд материалов - бетона и арлатуркг

О.'К'Но, е некоторых работах Н.И, Карпенко, TÍA. Мухамедяева и Сапсишкова, Ю.П. 1*да, Л*Л,' Дэмкаа и В.Я; Сухмэна, Д;Рi Мэиляна, DXHS Чайки, X. Раша, 1; Рхиа, К.' Кордина и С; Стокла я др1. указываемся на влияние на диаграммы " Вб - " бетона градиентов деформаций ti напряжений и, в связи с этим, некорректности непосредственного применения исходных диаграмм " Se - " в расчетах железобетонш.« конструкций, Последнее требует соответствуйте!! корректировки и методов расчета железобетонных элементов!»

Следу о г отметить, что если по учету влияния градиента деформаций на свойство бетона еще имеются определенные рекомендации, то по учету влияния градиента напряжений никаких рекомендаций практически не существует I'

Исходя из этого, в работе поставлены следующие задачи исследования; усоеерпеяствовэть расчетные рекомендации по оценке влияния градиента деформаций на свойства и полные диаграммы "б* - 6б " бетона при ежзгли; разработать принципиально новые рекомендации пс оценка влияния градиента налрявониЛ на овойотва и диаграммы сжатого бетона; разработать методы расчета железобетонных элементов с учетом влияния грздкентов дзформаций а напряжений на свойства и диаграммы бетона при crasaa; провести экспериментальную и численную проверку разработанных ^зкокандршй а катодов расчета на опытных данных автора и других ис-идедовлтелей, а также численном эксперименте.

Во з i о р о I! главе исследуется влияние градиента дефор-кэцнЗ яа овойсгва & диграммы " fég - " бетона. Выполнены численные 'исследования влияния прочизстннх и цеформатквнюс свойств бетона, яа аапряхеияо-деформироваяяое состояние сеттнх элементов. В яачеотве

базовой диаграмм принята вавиоимооть ЕКВ-ФШ;

g Ke(l)-(£)2 . «и

v 1 ♦<&-»• ffc p

где Kg - максимальная прочность бетона; Сва - соответствуют« ай деформации; Er - начальный модуль упругости; Кз-Ев'6е&./йв .

Анализ полученных данных о вляякяа изменения про-тиоотюсс и двформативных бба , Ее свойств бетона, в тагов пераштра К« на обцав шшряяенно-дефорларованиое состояние позволил дошить наиболее значительные факторы - R.a и £ 8«. , при оущзотвеняо ггвпаэ samtncu-Ев , что позволило в дальнейшем оставить его вне поля зрапвя.

Далее сформулирован экспериментально-аналитический подход к исследованию влияния градиента деформаций на свойства бетона. Для произвольной бетонной призмы, испытанной на вквцактрекное скатив (так как при центральном сжатии З^ДБычислявтсв творвтичв-скпе значения равнодействующе» продольного усилия я ее момента:

(2> ; №Th-eraecx)idx , w>

- зависимость "напряжекия-дефорглация" бетона,полученная пз испытаний бетона на центральное сжатие; 60&) - закон изменения деформаций по высоте сечения призмы, в качестве которого выступает гипотеза плооких сечений о подстановкой в »ее экспериментальных значений деформаций, эв*икоироввштх на соответствующем отапе испытания.

Теоретические значения

N и M

сравниваются о эксперяиенгаль-шали, при этом в зависимость "6в_ 6$ " вводятся поправочные коэффициенты Кн. и ^Es. к величинам Rem и соответственно. Поиск оптимальных величин Кй и Kt«. , при которых достигается заданная ( 4 1%) сходимость на каждом этапе, производится подбором, ара втсм в целях попкгаения точности счета вначале о шагом 0,01 в интервале 0,5... 1,5 задается значения fvfc и на каждом таге перебором вариантов оаредчляггся соответствующие значения Kêr, , удовлетворлгг(ие заданно? сводимости N г! M нп кякдом этапе кагружения, а затем, наоборот, с шагом 0,01 зодпвтся в интервале 0,5... 1,5 знача кгогКЕк. и переборот* рярмитоя опрэлслтттся соответствующие значения К 8,

Дет сокращения количества вариантов значений 1С& и!Сеь, удовлетворяющих условиям оходимооти, вводятся оледущие ограничения:

- производные от уоилий в цриамях иеЩДБ по деформациям, вычисляемые в ходе расчета, изменяются монотонно;

- ивменишиеся ЕОд влиянием диаграммы " - 6б " бе-гона реализуются в овеем полном вида (о наоходящими ветвями);

- о ростом градиента деформаций коэффициенты и^й» изменяются монотонно, при атсм юс граничными (максимальными) для произвояь-

о

ной призмы значениями яаюштоя значения, соответствующие исчерпание ее неоуией спосооностп, харектвризупцеыуся условием сШ/АЕе = О.

Экспериментальные исследования влияния градиента дебормадий на изменение овойотв бетона при сжатии включали изготовление и испытание 144 бетонных к железобетонных призм. В опытах варьировались:

- прочность бетона = 10; 30; 50 Ша;

- эксцентриситет приложения внеаней нагрузка 6=0; I; 1,5; 2; 3 ом ( е/Ь = 0,067...0,214);

- размера призы В х К х % - 7*7x28 см; 9x9x36 см; 10x10x40 см; 15x15x60 см;

- армирование А$ » 1,57 ом2 (2^10 Ат-У1); или 2,97 см2 (2/£Г4 Ат-УТ). .

Исследование наряду, со отандартшши бетонными призмами, нестандартных, а также железобетонных призм,было продиктовано стремлением расширить диапазон изменения градиента деформаций.

Опытные призмы иегштнвалиоь о использованием специальной установки, вюшчапцей опорные стальные плаогины, соединенные медцу оо-бой динамометрическим тяжам. С поыощьв тяга возникающие на отдельных втапах работы деформации растяжения на одной из граней призм доводились до нуля или малых деформаций скатия.

Призмы испытывались тремя регашамя нагругения в каждой серия из

3-х образцов с одинаковыми параметрами: постоянной скоростьп кагружв-ния - ступенями, равными 1/15.. Л/20 от ожидаемой разрушапцей нагрузки; о постоянной скоростьп деформирования - ступенями, равными 1/15...1/20 от предельных деформаций наиболее сжатой грани, установленных ранее при испытании первого образца; татаз с постоянной скоростью дефоретрс-вания, но не ступенями, а плавнкм нарастанием деформаций от нуля до предельных значений.

Принятые режимы нагрржения дали возможность зафиксировать в от/-' тах помимо только прочностных и деформативннх характеристик бетона еще и его полную диаграмм " бь . - £в .

Анализ результатов.исследований показал, что рост величины градиента деформаций дгас! бе до определенного, предела фгас1 не приводит •■ к изменентэ прочностных и деформативних характеристик бетона и его диаграмм деформирования. Указанный предел не зависит от эксцентриситета сжимающего усилия в бетоне, по в определенной степени зависит от. проч- ! ности бетона, его упруго-пластических свойств. Увеличение дго^оверх указанного предела приводит к изменения прочностных и деформативннх-характеристик сжатого бетона и его диаграмм деформирования, которое при его неучете может приводить к существенным Ьогрешностям расчета железобетонных элементов. .

Расчетная оценка влияния градиента деформаций да изменение . свойств бетона. Анализ показал, что одной из самых простых функций бнла бы билинеарная:

если Х^

(X >9 . воляХ>|

Однако, для большего удобства рзалзяецга э расчетах рекомендации по учету влияния дпзс| ^ целесообразно представлять единой функцией, действующей на всем диапазоне измензпвя ^Гас! 6в , при этом ае график при малых значениях ^гай | должен практически совпадать о осьэ абсцисс. Учитывая оказанное, зависимости коэффициентов К* и^ба от дгас! 6в представлялись такаэ в виде степенного полинома:

у ( 1 , .«. - ,

1+С0С*6ха . (5)

При всей простоте и удобстве использования в расчетах зависимости (4) и (5) смоют один .существенный недостаток - о возрастанием градиента деформаций (аргумента X ) значения коэффициентов Ка и (функции у ,) могут неограниченно возрастать, что не соответствует физике работЦ материала.

Анализ наших и других опытных данных показывает, что рост воличин )Сй я при больших 31рачанпяхдгос1£б замедляется и стабилизируется, приближаясь к некоторой конечной величине. Исходя из этого, оптимальной представляется экспоненциальная функция вида:

уи+с-е"*** (в)

График зависимости (6) вначале почти совпадает о осью абсцисс, затем отклоняется от нее, имея на этом учаотко выпуклость вниз, потом проходит точку перегиба, после которой имеет уже выпуклость вверх и далее асимптотически приближается к некоторому пределу при неограниченном роста аргумента (рио. I). Очевидно, что все это соответствует проанализированным вше опытным данным.

Численные коэффициенты Л ,6 , С , Д- , ^ , зависимостей (4)-(б) - определены для бетонов с = 10; 30; 50 Ша статистической обработкой и приведены в работе. Промежуточные значения целесообразно определять по интерполяции.

Сопоставление опытных данных о разработанными рекомендациями (в) во нашим результатам, а ташз данный других исследователей, погасало их удовлетворительную сходимость (Лтси* 3.5935). дуч^'» по сравнению о существу шими рекомендациями.

В третьей главе исследуется влияние гоадиента напряжений на свойство и диаграмма "64 - 6б " бетона. Недостатком учета градиента деформаций является то, что трансформация диаграмм -ёб " пря определенно?.! ^ 0 производится одина-

ково, дай вовх волокон бетонного сечения, независимо от уровня напряжений в них, что не в полной мере отвечает фпзячеокоЧ. оущиости лплэния. В связи с этим предлагается поставить трансформация дипгрпч-

и

ми " & - "в зависимость не ог градиента дефоршцай, а от гра- , диента напрянпний, что позволило би более дифференцированно учитывать условия работа ботона;

В качестве основных расчетных предпосылок примем, в частности, что под влиянием градиента напряжений изменяются основные прочностные

в деформативкые и К® «Е^ббет/Кбт. характеристики,'

при сохранения вида и форкы дкаграши "06 - £& пирата емой аналитически функцией ЕКБ-ЕШ - (I) «'

Другая основная расчетная предпосылка - очевидно, как и при учете влияния градиента дефор!.эдкй, влияние градиента напряжений на изменение свойств бетона и его диаграммы " (5& - " будет незначительным до определенного (граничного) значения £Гйс1*£>2 , после г.рохок-дения которого влияние Сга<А 0 увеличивается-; Указанное граничноз значение^гос!^ можат быть найдено с псмовдю соответствующего ему граничного значения 0гос1* (определенного нами ранее через диах*-рашу -05 - е в " бетона)гф

Обтай подход к выявлению влияния градиента напряжений ка изменение свойств сжатого бетона является комбинированным, экспериментально-аналитическим в в первом приближении аналогичен исполъзовашому коми для градиента деформаций. Он реализовав в работе, в аадличц!^ шю&нга^ отличающихся друг от друга степенью точности и строгости аппроксимации^ Первый вариант базируется на прямом переносе разработанных рекомендаций по учету влияния градиента деформаций путан определения среднего по сечению градиента напряаенай. При каждом заданнок^го^ 6а вз каддом ь -том участке, на которые разбивается сечеш5е, вычисляются огас^йс., усредняемые по всему сечению. Поскольку зависимости "

ОГс4. • уда определены, по аналогии подбираются завноямоста " - дгас1 бь «г

Во в г о р о м варианте определение влияния £г§ яа изменение свойств бетона ведется иагово-итерационным способом^ Ка первой этапе счета, при заглнкой краевой деформации бетска сечение разбивает-

-ся на 2 части - большую, где grod ()6 4 дгосГб {. и меньшую, где .grftcl08>3t,Cicf6e, причем величина большей части, регулируемая задавав- , ,кым приращением краевой деформации , существенно балше меньшей части.

Равнодействующая продольного усилия , воспринимаемого большей частью сечения, определяется с использованием исходной диаграмма " бетона (поскольку здеоь(}гасШе<дгос1 ). РавнодеКст-вущая же продольного усилия J^Ja , воспринимаемого меньпей частью сечекия, определяется по лучшей сходимости опкгных и теоретических значений, вкчисленких с учетов введения коэ<^1щ:енгов Kr , ICfie. , изменяющихся в заданных пределах.

На втором и всех последующих этапах счета сечение разбивается на 3 части - с gradGeSgrarTSt , о grad1(j6<<}rod6&«grad",',(D0 и с grQdGe?grad~*Gie , где greet**б& - наибольшая величина градиента напряжений, до которой влияние его на изменение cboISctb бетона ухе выявлено и численные значения коэфТвдиенгов (Cr и могут бить найдены ю интерполяции из результатов лредоддах аагов счета; Равнодействующие про дольних усилий двух первых частей сечения Mi в На определяются по известным уже к этому времени диаграмм:.: ■ бв - " бетона - исходным при gradGe* grad*6g (доя первой части> и транс-формированшаГпри grad^e *grodge* grad** iдля второй части).

Равнодействующая продольного усилия третьей части сечения Нз , где gradGe > grod'^Se определяется по результатам сравнения оштгасс и теоретических усилий, вычисленных с учетом введения новых значений fo и К£в в параметрам диаграммы " £>С - 6б "5

В t р е г ь е м варианта происходит последовательное уточнение значенчй коэффициентов ICr и Кей и градиентов 9rQd6ei i Так, пеле реализации на определенном этапе счета второго варианта и определения коэффициентов , fv£e а градиентов yad 6ei. в исходной диаграмме "08 - о помощью вычисленных коэффициентов ^ , производится трансформация исходной диаграммы " €>8 - " и

пересчет значений £]гас1 €>&, , затеи вновь определение Се ; КСй. до тех пор, пока соседние итерации не покажут результаты,' близкие по заданной точности; Описанный процесс повторяется на каждом этапе очо-та, при этом для сокращения времени очета каждый посяедудаий этап оперирует в качестве исходной диаграмма уна трансформированной диаграммой "бб - 6б полученной на предыдущем этапе. Таким образом, в третьем варианте способа второй вариант используется как первое приближение.

Особенности деалпзпщн разллчшос вариантов предложенного способу на ЭВМ состояли в гол, что изменение коэффициентов К>ц лК-бе. предполагалось монотонным, а работа с ЭВМ проводилась в диалогом рекиме, при этом из массива значений коэй";ицлантов (Св. и , удовлетворя-пцех условиям сходимости ( € 1%), выбирались октальные, задаваемые на последующих иагах счета, как исходные параметры.

Анмнз_пэдченн!к данних по различит« вариантам показал, что первый вариант приводит к значительным погрешностям. Бела ао сравнивать результаты расчетов по второму а третьему вариантам^ то в целом они дают близкие абсолютные результаты К® и ббк. г^Се^Евк.;

огличавдшея в пределах 3% при существенно болшей сложности третьего варианта. При этом окончательные значения коэффициентов К-а. и (Сея. в третьем варианте оказались на каждом этапе близки к единице, но эти значения относились к диаграмме "6® - уже трансформированной на предыдущих итерациях в соответствии о полученными на этих предыдущих итерациях значениями коэффициентов К»и в К/Ел ч В связи о этим оптимвлькым признан второй вариант, принятый каиа за базовый:

Расчетная оценкд влияния градиента напрязяииЗ на изменение свойств бетона. Анализ полученных данных показал, что искошэ эавйов-кости для определения Ю« , К'Ьа- не иогуг быть функциями лишь одной переменной -дгскАбз % В качестве второй переменной в зависимостях для определения , К»6й может быть выбран уровень напряжений в бетоне

& /1ъ . Выбор этот обусловливается еще и тем, что в ней

и

учитываегся,' цуогь в неявной ьвде, шше многих факторов - эксцент-рксигатз ярглогеная нагрузки, размеров поперечного сочепия и др; В гачэствб базовой функции предложен степенной поляной вида,-Ffoc,y)=с,* Csy+CvXVCjX-y tCc-y1, (?)

гдэ в качество функции F (££ ,■ у ) выступаю коэффициенты fCe. и t\£a« . а в качеотва аргументов X и Ц - соответственно градиент напряжений grod6б а.уровеаь напряжений бе/Re (рис; 2)¿ Численные коэффициенты определены для бетонов с Rm « 1С; 30; 50 Ша статистической обработкой и приведены в работа.

Сопоставление огштндс я теоретически^ результатов показало, что использование разработанных рекомендаций в целом удовлетворительно оценивав? подученные опытные данные. Так, для коэффициентов kr и кез. максимальные отклонения не прешсаюг соответственно и 3,32$, а средние - 0.58Я и Q,82S»5

В четвертей главе разрабатываются методы расчета изгибаемых а Бнецэнтренно сжатых железобетонных элементов о учетом влияния градиентов деформаций и напряжений на изменение свойств сжатого бетона.

Расчет о учетом влияния градиента ^офориацкЗ бетона разработан в 3-х вариантах - атор&циощюм, приближенном и упрощенном. Итер^ц^ошща {¿етод базируется для дзгибаемьа элементов на пошаговом радении сиото-ш уравненгй равновесия

" ' ■ , 2X*Ne-Net*N$-N««0.„j. (8) i, £MS Me»lAet+Ms-»Ms*M, ($)

№*[б»1евГх)]вдао1х> Net» y^tUnCDlefxoax; цо)

Ns= ©C6)Ai; Hsш "бьСМА»; ш)

Mc 5 Msts fi6,it[eii(x)]8Cx)xdx; (12)

» e

M^&Ct^KsCafe-o); Ms=6$C6s)As(he-xb) • <I3)

До образования трвщив, кратерием чего сложит условие локального вкстремума

Рио. I. Завясшость изменения свойств бетона пр:1 сжатии под влиянием градиента деформаций

1 - билпнеарная ¡йпкция (4);

2 - -степенной полином (5) ;

3 - экспоненциальная функция (б).

Рио, 2. Паписимооть измвгсенпя овойотв ожатого батона «од влиянием градиента и уровня напряжений по функции (7).

взаимосвязь деформаций краевых osaroro я растянутого волокон сечения а высот_саатой в растянутой зон выражается в воде

"fe 1 CI5) а»***^ • (16)

В момент треицшообразоваюм фиксируется величина деформаций £#t краевого растянутого волокна (находящегося в его время на растянутой грани сечения), полагаемся впоследствии - при работе сечения с трещиной - постоянной для краевого растянутого волокна (находящегося теперь над вершиной трещщш). При этом в условии (15) 6ct заменяется na^et, а зависимость (16) здесь не работает (так как сплошность сечения уже нарушена).

Результатом реализации первого этапа расчета, на котором диаграмма " бе - вб н бетона принимается в своем исходном - нетрансформиро-ванном - виде,являются при определенном заданном значении краевой деформации (или tit ) величины 6tt (или 6g )»^ # Si и др;

На втором этапе расчета по уже известному градиенту деформаций, численно равному кривизнес использованием иазих рекомендаций производится трансформация исходной диаграммы " - 6с Выполняется новое реяение уравнений равновесия (8)~(9) о учетом (ID)-(IS) уже с трансформированной диаграммой деформирования батона я G& - Съ Так продолжается до достижения заданной сходи-кости.

. Описанный расчет (первый и второй этапы) повторяется на каждом «зго (A is л О,ОБ?..ОД ) изменения задаваемых краевых деформаций бсгона в заканчивается по достижения последними значения опреде-

ленного» также задаваемого, ( 6$ - 1,5 бьк ); ~

Пр-iбгакен ная_мато ди каОчевидно, что наибояквие изменения диар-S^jesi " - Zi " бётона, в частности ее коэффициентов Ка, и ^Еа, т кахдск шаге счета будут происходить ка второй итерации; На после-душих итерациях изменения коэффициентов jCft и KeR будут значительно меньше, чем на второй. Кроме того, они будут относиться не к

походной, а в уже трансформированной т предыдущее итерациях диограм^ ыэ " бб - С»

Дм избежания этого, а такие для снппенпя трудоемкости расчета , предлагается ограничиваться в нем вторил приближением (на котором вдер-шэ вводятся коэффициент Kft > I).Крота того, на каддэм паге

счета, т.е. при каких-то новых значениях краевых деформаций Не ; первое приближение предлагается выполнять с прошением исходной диаграммы "6s - не учитывая ее трансфорщцаи на предыдущих вагах • очета.

7пдоаеш;!:'!_02одоб отличается тем, что в итерационном процессе пе-ресчигываются только значения уоглиС (в частности, момента), прк этом величины деформаций (в часгноои:, кривизн), остаются без изменений, что несколько облегчает расчет и позволяет производить корректировку расчетной диаграммы "момент-кривизна" только по вертикали; '

Метод расчета железобетонных элементов с учетом влияния гпадиекта : напряжений на диаграмм деформирования саатого бетона основывается на пагозо-итерациэнном подходе а состоят аз двух этапов.

Первый этап выполняется для езгабзеиах элементов аналогично pao-чету о учетом влияния градиента деформаций - при* заданных дефоршциях краевого волокна (еле б St ) решается система уравнений равно- -вэсия (8), (9), члена которой определяются по зависимостям (I0)-( 13) ?

Второй, этап расчета начинается о разбиения сжатой зоны каждого

необходимого расчетного .сеченая по длина элемента па ^ участков . 2х®

по высоте сечения (П>-£~ , где С - ыакоаюльняя крупность зерен заполнителя)На кавдом из выделенных участков t ■ I,2,3."i: IV по высоте каздого из рассматриваемых сечений ^ =» 1,2,3"... ftl ; по дише элемента через найденные уке на первом этапе расчета значения деформаций саатого бетона 6в,Ц определяются соответмвуицие напряжения в бетоне б»^^ , их градиенты grod6%i|e ^¿¿g^rv' (Xgj/a - толщина t -того участка по высоте % -того сеченая), а такко уровни Sejj/Rt напряжений, Ка всех участках 1» и сечениях^ ,

О

1в

используя наши расчетные .рекомендации, определяем изменившиеся параметра ^у п Сб«,«-} новых, трансформированных диаграмм " 6б - 6б » ожатого бетона.

Далее вшюлняется новый расчет - решение системы уравнений равновесия (8), (9), в которой интегральны» форъдлы (10) и (12) для определения Мв,^ и соответотвенно для ^ -го расчетного оочения

заменяется на новые зависимости а...

' п л

ад. (17) 5 (гв)

" п -

В результате ресчета получаем новые значения деформаций С6± (или ¿6 ) и 65 , выоот сяято? ЗСв и растянутой ¿С^ зон, момента № , крявизин ЭЕ и др.

Б работе выделены гаккв особенности расчета железобетонных внэ-этрягронно нагнувших элементов. К ним относятся, в чаотности,появление в главой части уравнений проекций а моментов соответственно величия N я N (6з + £ ) о учетом их знака, а такяе необходимость введения в расчет дополт"»еяьного итерационного цикла для определения прогибов £ , входящих теперь в уравнения равновесия.

Экоперст*:9И'«алышя ироветжа разработанных методов паочбта была проведена га опытных данных различных авторов. К анализу были привлечены результаты исследований одяолролеттшх балок, внецеитревно сяатызс колош» к двухпролегннх статнчеоки неопределимых балок.

Анализировалась сходимость опыт»« резу гътагов о теоретическими, вычисленными по СНиТТ, по рекомендациям самих авторов,привлеченных к нашему анализу исследований, и по разработанным наш методам расчета 9 учетом влияния градиентов деформаций и напряжений.

3 статкчески-ощмдй.тш_балках_Р.Х.Асаада, М.Ю.Беккиева, Р. П. Гует, О.М.Дончанко и др., иогмтакных двумя сосредоточенными силами в третях пролета, варьировались прочность бетона 12,4...86,7

Ша, клесо арматуры (АЛ...А-1У), процент армирования (^ я 0,156,, . ..4 , юоргга поперечного печения ( 0 , 103 ).

Анализ показал, что максимальные отклонения при расчете по разработанным рекомендациям с учетом влияния градиентов деформаций и напряжений не превышают соответственно 6,20£ и 5,76;? яри сумадх квадратод отклонений 177,4 и 118,4, Вместе о тем, аналогичные показатели пря расчете по СНиП и рекомендациям самих авторов, привлечений; к нашему анализу исследований, составляю? соотаетоггвкно 22,34% а 7,80^, 2140 н 237,1. Улучшение сходимости наиболее заметно в сильноармированвюс а наименее - в слабоармлрованных балках. Следует отмотать, что больпян-' ство отклонения при расчете о учетом влияния градиента деформаций положительны, т.е. несколько недооценивают несущую способность сечений, а отклонения при расчете о учетом влияния градиента напряжений чаото отрицательны, что свидетельствует о некоторой, пусть незначительной, переоценке несущей способности сечений.

Описанная выше картина характерна и при анализе деформативности образцов - их прогибов, кривизн и деформаций материалов.

Во__1Д92енг£еняо статгрс_колдннах А.Айбуда, А.Г.Азпзова, В.Н.БоЯ-цова, Л. Л. Лешие, Д.Р.Маиляна, К. Б. Петров ой и др. анализировались несущая способность, деформативность п трещиностойкость образцов, в которых варьировались прочность бетояа С^бт • 25...35 МПа)., клаоо ар-, матуры (Бр-П, Аг-Л), процент армирования (0,3... 1,96), эксцентриситет (е0/Ь а 0,15.. .1) и гибкость колони ( Л * 15. ..60)..,

Анализ показал, что расчет с учотсм наших 'рекомендаций со оценке влияния градиента деформаций на спсЗсгга бетона дает 'более, близкие к опытным результаты - не более 6,1$, а влияния о учётом градиента нвпрязений - 8,29^, чем о использованием рекомендаций самих авторов, привлеченных к нашему аналазу исследований - до 8,62^, а таете по ре-помендациям норм (до 43,9?). Суш квадратов отклонений составили соответственно 140,3; 156; 245,4 я 4432,1.

Приблизительно так аа обстоит дело а о расчетной оценкой деформа-. тивностя. Здесь расчот как с учетом влияния градиента деформаций, так а с уча том влияния градиента напрягэшй дает удовлетворительную сходи-

«ость с опытом, во первый, в большинстве случаев, несколько недооценивает, а второй - переоценивав? опытные данные.

В стат^есга^пао]ПМде лтлрс_бш5£а^ М.С.Абаканова, Р.Х. Аса ада, Л.А.Корбуха, С.М.Крылова и Ю.В.Зайцева, Л.Р.Маиляна и др. варьировались прочность батона (ЙэЯп = 14,8...79,3 Ша), класс азагатуры (А-Ш...Ат-У1), процент армирования « 0,156...6,59#), вид нагрузки ^¿¡осредоточеннне силы, распределенная нагрузка), слеш загруженоя (^^Р 0,65...2). Основное внимание при анализе уделялось величинам разрешавших нагрузок и распределению усилий на воех стадиях работы статически неопределимых балок.

Анализ показал, что максимальные отклонения-.при расчете о учетом влияния градиентов деформаций и напряжений не превышает для разрушающих нагрузок соответственно 4,9425 и 3,90^, тогда как при раочете по вормш и рекомендациям авторов привлеченных к нашему анализу исследований они достигают 21,13$ в II,66$ соответственно (по абсолютной ва-лгчина). Суммы квадратов отклонений соотавили соответственно 163,1; 103,3; 2276,5 в 625,0. Отметим, что раочет с учетом влияния градиента напряжений приводит к более точным результатам, чем расчет с_учетом влшшзя градиента деформаций.

Обгш итдгц анализа свидетельствуют о том, что расчет с учетом влияния градиента деформаций на свойства и диаграммы деформирования сжатого бетона улучшает сходимость опытных и теоретических результатов среднем на 5...7% по сравненнв с аналогичным расчетом баз учета зто-го ЕлаянЕЯ. Расчет с учетом влияния градиента напряжений на свойства £д?опа пря скатив еще более уточняет'расчет - а среднем на 2...3£ по орайкзша с расчетом о учетом влияния градиента деформаций, однако может, црзводвть я.некоторой (в среднем на 1,5...2$) переоценке усилий к яефорчацзй и всего напряженно-деформированного состояния а целом.

ОСНОВНЫЕ ШВОЛН

1. Предложен комбинированный экспериментально-аналитический подход для исследования влияния градиента деформаций тта изменение свойств сжатого бетона, основанный на сопоставлении экспериментальных значений внешних силовых воздействий о теоретическими внутренними усилиями, вычисленными по опытным деформациям и теоретическим диаграммам деформирования бетона. В рамках предложенного подхода сформулированы предпосылки расчета и требования к характеру изменения прочностных и дефоркативних характеристик сжатого бетона, а такие его полных диаграмм деформирования, отвечавшие формальной логике и отражающие физическую сторону явления.

2. Проваленные оригинальные экспериментальные иоолодоватш работа внецентренно-сжатых бетонных призм при постоянной окороо-ти нагрукения и деформирования в различных режимах позволили выявить влияние градиента деформаций на йзменениа свойств бзтопа, среди которых выделены его прочностные и деформатипнне бб* ,

Еб характеристики, а также полные диаграммы деформирования.

3. Установлены и приведены граничные значения градиента деформаций, до которых его влияние на изменение свойств бетона незначительно и им можно пренебречь, а после - необходимо учитывать в раочетах.

4. Для учета влияния градиента деформаций на изменение прочностных и деформативинх бел характеристик бетона предложены экспоненциальная, степенная и бя.танеарная зависимости .коэффициентов Кй и К^й от градиента дефорташй для батонов прочностью - 10...50 Ша. Оптимальной признана экспонекциаль-ная зависимость, рекомендуемая для расчета железобетонных элементов. Предложено также отроить полную расчетную диаграмму '05 -

- 6б " бетона по рекомендациям ККБ-ФИП о учетом влияния градиента деформаций на прочностные и деформативннв его характерно-

тики.

5. Предложен комбинированный экспериментально-аналитический подход для исследования влияния градиента напряжений на изменение прочностных и даформагивных характеристик бетона при огятии, а такхе его полных диаграмм деформирования.

6. Разработано три способа учета влияния градиента напряжений на изменение свойотв и диаграмм бетона, проведен их анализ и выбран базовый опоооб, разработанный более детально.

7. Выполненными экспериментальными и численными исследованиями установлено, что изменение свойотв и диаграмм ожатого бетона является функцией двух переменных - градиента дгоЛ и уровня бе/Кв напряжений, выявлены и приведены их граничные значения, до которых изменение свойств бетона незначительно и ил мояно пренебречь, а пооле - необходим учитывать в расчетах.

8. Для учета в раочетах влияния градиента напряжений на изменение прочностных и даформагивных характеристик бетона предложены степенные полиномиальные зависимости коэффициентов

и ке* от градиента и уровня напряжений для бетонов прочностью Ят = 10...50 МПа.

9. Разработан метод расчете железобетонных изгибаемых и вне-центренно сжатых элементов о учетом влияния градиента дес&ормаций на изменение свойств бетона при вжатии, в котором используются трансформированные, по сравнению с .исходным!, диаграммы "06 - Бе постоянные по высоте сечения элемента. Метод разработан в-3-х. вариантах - итерационном, приближенном и упрощенном, приведено их сопоставление и анализ, на основании чего выбран базовый вариант, рекомендуемый для расчета железобетонных элементов.

10. Разработан метод расчета железобетонных элементов с учетом влияния градиента напряжений на свойства бетона, в котором используются трансформированные по сравнению с исходными, полные

диаграммы " - 6g " бетона, равличаэдиезя по высоте сечения элемента.

II. Проверка разрзботенных методов расчета, выполненная по результатам экспериментальных исследования различных авторов по испытания изгибаемых в внецентрзяно сяатнх железобетонных эдетеэтоа, позволила установить э#ективность разработанных методов расчета с учетом влияния градиентов деформаций и напряжений, обусяовливэ-яврюся лучшей сходимостью опытных и теоретических донных в еравгю- • низ о рекомендациями авторов, привлеченных к анализу исследований, и методаш, принятыми в норгатпвпых документах.

В приложениях приведены протратили для расчетов и численных экспериментов на ЭВМ, схемы разрушения опытных образцов и документы о внедрении результатов работы.

й я x

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Шеина С.Г., Коробкин A.n., Чубяров З.Е. К расчету на поперечную силу трехпарнярных железобетонное рзм для сельскохозяйственного строительства// Автоматизация проектных работ в сельском строительстве: Сб. наута. трудов. - Ростов н/Д: СевкавЗШСТ-. сольстрой, I985.-C. 10...12.

2. Зайцев Л.Н., Г.'аялян Л.Р., Коробкин А.П., Осадченко С.А. Вбриент аналитической постановки истода неустойчиво-пдастических связей// Исследования и ноше методы испытания материалов и изделий: Сб. научн.трудов. - Гостов в/Д: СевкавНШ!агропром, 1986.

- С. 5Г...54.

3. Коробкин A.II. Исследование работы статически не определи- . шх келезобетонных рам //Совершенствование методов расчета железобетона: Сб.научн.трудов. - Ростов н/Д: ИЕИ, IS88. - С.73...79.

4. Маилян Л.Р., Коробкин А.П. Учет влияния градиента дзфор-п'лцяЗ на изменение свойств сжатого бетона а расчетах зеяезобетоя-

них элементов//Фундаменталыше исследования я новые технологии в строительном материаловедении: Тез.докл. Всесоюзной конференции - Белгород: БГИЗМ, 1989. - С. 50...51.

5. Маилян Л.Р., Коробкин Л..П., Маилян Д.Р. Учет влияния градиента дефор.гацпй на изменение свойств сжатого бетона//1Тисленнне и аналитические метода реаекия задач строительной механики и теории упругости: Сб.научн.трудов. - Ростов н/Д: РЖИ, 1989. - С. 143... 153.

6. Маилян Д.Р., Коробкин А.П., Маилян Л.Р. Изменение свойств сжатого бетона под влиянием градиента напряжений//Новне метода расчета железобетонных элементов: Сб.научн.трудов. - Ростов н/Д: ИЕН, 1990. - С.44...51.

7. Маилян Д.Р., Маилян Л.Р., Коробкин А.П., Геллерман А.Д. Расчет яолезобетонннх элементов с учетом влияния градиентов дефор-мациЧ и напряжений на изменение свойств бетоня//Численные и аналитические методы решения задач строительной механики и теории упругости: Сб. иаучн. трудов, - Ростов н/Д: ИЮИ, 1991.

Подписано к печати 1.04.91. Формат 60хВ4 1/16. Бумсга писчая. Офсетная печать. Объем 1,2 усл. п.л. Тиран 100. Бесплатно, Заказ Й 414. .

344022, г.Ростов-на-Дону, ул.Социалиотичеокая, ТС2. РГОИ.