автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Влияние нелинейных реологических свойств бетона на неоднородное напряженно-деформированное состояние железебетонных элементов

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.Х. Обзор предложений по учету формы эпюры нормальных напряжений при неоднородном напряженно-деформированном состоянии

1*2. Метода экспериментального исследования поведения полей нормальных напряжений при неоднородном напряженно-деформированном состоянии

1.3. Учет особенностей деформирования Жетона и арматуры при решении задач теории железобетона

1.4. Задачи настоящего исследования.

Глава П. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НОРМАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ВНЕЦЕНТРЕННОМ СЖАТИИ БЕТОННОГО ЭЛЕМЕНТА.

2.1. Цели и задачи экспериментального исследования

2.2. Методика экспериментального исследования

2.3. Реализация методики проведения экспериментальных исследований.

2.4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ.

В принятых на ХХУ1 съезде КПСС "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 гг. и на период на 1990 г.* /I/, отмечено, что основной задачей капитального строительства является дальнейшее наращивание производственного потенциала страны на новой технической основе.

В свете отмеченного, применительно к теории железобетона, требуется разработка более совершенных, надежных и экономичных методов и норм проектирования, отвечающих основным требованиям, предъявляемым к железобетонным конструкциям.

Наиболее важным в этом направлении является учет специфических особенностей деформирования конструкций, особенно в области действия высоких уровней напряжений.

Как известно, одной из основных характеристик напряженно-деформированного состояния является эпюра нормальных напряжений в сечении бетонных и железобетонных элементов. Существующие расчетные схемы недостаточно четко учитывают действительную картину напряженного состояния, идеализ1фуют физическую модель железобетона, в единообразной форме не учитывают нелинейность и неравновесность деформирования. Кроме того, не в полной мере учитывается фактор времени действия напряжений при построении эпюры. Имеющиеся предложения стремятся однозначной конфигурацией охватить все возможные случаи.

Диссертационная работа призвана восполнить этот пробел, что и определяет ее актуальность. Исследования проводились в соответствии с планом научно-исследовательских работ кафедры "Железобетонные конструкции" ВЗИСИ, проводимых совместно с

НИИШБом Госстроя СССР по теме "Разработка указаний по численному учету влияния усадки и ползучести бетонов". втор выражает глубокую признательность и благодарность доктору технических наук профессору Бондаренко В.М. за ценные советы и замечания.

В процессе выполнения работы получены результаты, представляющие научный и практический интерес, которые выносятся автором на защиту.

Научная новизна: экспериментальным путем получена картина напряженно/деформированного состояния в нормальном сечении внецентренно-сжато-го бетонного элемента в условиях длительного действия неизменной по величине и эксцентриситету нормальной внешней продольной силы; анализ опытных данных показал, что форма эпюры нормальных напряжений в значительной степени зависит от уровня внешней нагрузки и в меньшей степени от длительности воздействия нагрузки; на основе теории упруго-ползучего тела разработана методика определения потерь предварительного напряжения в арматуре центрально- и внецентренно-обжатых железобетонных элементов от ползучести и усадки бетона с учетом нелинейности деформирования, трещинообразования и т.д.;

Автор защищает: результаты экспериментальных исследований изменения нормальных напряжений, действующих в сечении бетонного элемента в усI ловиях длительной постоянной внецентренно приложенной внешней нагрузки с заданным эксцентриситетом; методику определения потерь цредварительного напряжения в арматуре центрально- и внецентренно-обжатых элементов от длительно действующих факторов; результата сопоставления расчетных потерь предварительного напряжения в арматуре, полученные разработанным методом, с имеющимися экспериментальными данными других исследователей.

Практическая ценность:

Результаты диссертационной работы вошли в окончательный проект "Руководства по учету усадки и ползучести при расчете бетонных и железобетонных конструкций". Прикладные результаты работы применялись при разработке проекта реконструкции котельной Дружковского метизного завода.

Предполагается использование полученных результатов цри составлении новых нормативных документов по расчету конструкций в НИИЖБе Госстроя СССР с целью разработки более экономичных методов расчета.

Результаты исследований были доложены на Х1У Научно-технической конференции ВЗИСИ (г.Москва, 1982) и семинаре молодых ученых и специалистов ВЗИСИ (г.Москва, 1982).

Диссертационная работа изложена на 129 с. машинописного текста, содержит 38 иллюстраций и II таблиц. Состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 116 наименований и четырех приложений.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС - М. Политиздат, 1981, - 223 с.

2. Александровский C.B., Попкова О.М. Нелинейные деформации бетона при сложных режимах загружения. - Бетон и железобетон, 1971, № I, - с- 27-32.

3. Александровский С.В., Колесников Н.А. Нелинейная ползучесть бетона при ступенчато изменяющихся напряжениях. - Бетон и железобетон, 1971, № 6, с.24-27.

4. Александровский C.B. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на температурные воздействия с учетом ползучести. -М.: Стройиздат, 1973, - 432 с.

5. Александровский C.B. Об одной интересной форме уравнений теории упругоползучего.тела. - В кн.: Проблемы ползучести и усадки бетона (прикладные задачи теории железобетона, связанные с длительными процессами). - М.: Стройиздат, 1974, с.6-23.

6. Александровский C.B., Уренев П.Ф. Потери предварительного напряжения от ползучести высокопрочного бетона. - Бетон и железобетон, 1978, №11. с.31-33.

7. Александрии Р.А., Арутюнян Н.Х., Манукян М.М. Релаксационная задача об изгибе призматического стержня. - Известия АН СССР, ОТН, Механика и машиностроение,№ 1,1959,с.73-81.

8. Арутюнян Н.Х. Некоторые вопросы теории ползучести. - М., ГосстроЙиздат, 1952, - 323 с.

9. Арутюнян Н.Х. Ползучесть стареющих материалов. Ползучесть бетона. - В кн.: Механика в СССР за 50 лет. Механика деформируемого твердого тела, М.: Наука, 1972, т.З, с.155-202.

10. Арутюнян Н.Х., Александровский C.B. Современное состояние развития теории ползучести бетона. - В кн.: Ползучесть и усадка бетона и железобетонных конструкций: НИИЖБ М. : Стройиздат, 1976, с.5-96.

11. Байков В.Н., Горбатов C.B., Димитров З.А. Построение зависимости между напряжениями и деформациями сжатого бетонапо системе нормируемых показателей. - Известия ВУЗов. Строительство и архитектура, 1977, № 6, с.15-18.

12. Багдасаров С.А. Напряженно-деформированное состояние железобетонных элементов с учетом режима внешних воздействий. -Дисс.канд.техн.наук, M., 1982, - 201 е., ил.

13. Барашиков А.Я. Расчет железобетонных конструкций на действие длительных переменных нагрузок. - Киев, Будивельник, 1974, - 156 е., ил.

14. Беликов В.А. Исследование деформаций и напряжений в сечениях внецентренно сжатых колонн из высокопрочного бетона. -Научно-техническая информация. Межотраслевые вопросы строительства^ Отечественный опытХ M., 1968, вып.9, е.3-9./

15. Берг О.Я., Рожков А.И. К учету нелинейной ползучести бетона. - Бетон и железобетон, 1967, № 9, с.29-32.

16. Берг О.Я., Щербаков E.H., Писанко Г.Н. Высокопрочный бетон.-М., Стройиздат, 1971, - 208 с.

17. Бондаренко В.М. Некоторые вопросы нелинейной теории железобетона. - Харьков, ХГУ, 1968, - 324 с.

18. Бондаренко В.М. Метод интегральных оценок в теории железобетона. - Известия ВУЗов. Строительство и архитектура, 1982, № 12, с.3-15.

19. Бондаренко В.М., Бондаренко C.B. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. - М.: Стройиздат, 1982, - 287 с.

20. Бондаренко C.B., Назаренко В.Г. Методика теории ползучести.-M.: 1981, - 154 с.

21. Васильев П.И. Некоторые вопросы пластических деформаций бетона. - Известия ВНИИГ, т.49, 1953, с.83-113.

22. Васильев П.И. К вопросу выбора феноменологической теории ползучести бетона. - В кн.: Ползучесть строительных материалов и конструкций. М., Стройиздат, 1964, с.106-114.

23. Васильев П.И. Нелинейные деформации ползучести бетона. -Известия ВНИИГ, т.95, 1971, с.59-69.

24. Гагарин Ю.А. Исследование напряженно-деформированного состояния сечений внецентренно сжатых элементов транспортных сооружений из бетона повышенной прочности. - Дисс.канд.техн. наук, M., 1977, - 141 с. ил.

25. Гвоздев A.A. 0 пересмотре способов расчета железобетонных конструкций и о первых его результатах. М. - Л., Госстройиздат, 1934, - 49 е., ил.

26. Гвоздев A.A. Температурно-усадочные напряжения в бетонныхблоках и массивных сооружениях. - М., Сб.тр.МИСИ, № 17, Гос-стройиздат, 1957, с.11-43.

27. Гвоздев A.A. 0 некоторых новых исследованиях ползучести бетона. Влияние скорости нагружения, гибкости и крутящих моментов на прочность железобетонных конструкций, - М.: Строй-издат, 1970, - 247 е., ил.

28. Гибшман М.Е., Кизирия Г.В. Ползучесть, усадка и местные напряжения железобетонных предварительно напряженных конструкций мостов. - М., Автотрансиздат, 1959, - 180 е., ил.

29. Гвоздев A.A., Чистяков Е.А., Шубин A.B. Исследование деформаций и несущей способности гибких сжатых железобетонных элементов с учетом длительного действия нагрузки. - В кн.: Прочность и жесткость железобетонных конструкций, М., НИИЖБ, 1971, с.5-13.

30. Гольденблат И.И., Николаенко H.A. Теория ползучести строительных материалов и ее приложение. - М., Госстройиздат, I960, -256 с., ил.

31. Голышев А.Б. К совершенствованию инженерных методов расчета статически неопределимых железобетонных конструкций с учетом фактора времени. - В кн: Строительные конструкции, вып.XXI.'. Киев, Будивельник, 1973, с. 124-132.

32. Голышев А.Б., Руденко И.В. К решению некоторых прикладных задач теории ползучести бетона. - В сб.: Строительные конструкции, вып.ХХП, Киев, Будивель'ник, 1973, с. 120-125.

33. Голышев А.Б., Полищук В.П., Руденко И.В. Расчет железобетонных конструкций с учетом фактора времени. - Киев, Будивельник, 1975, --112 е., ил.

34. Голышев А.Б. Расчет несущей способности железобетонных элементов по нормальным сечениям. - В кн.: Несущая способность и деформативность железобетонных конструкций. Сборник науч.трудов, Киев, Вшца школа, 1978, с.12-18.

35. Гусаков В.Н. Напряженно-деформированное состояние длительно внецентренно сжатых железобетонных элементов с полностью сжатыми нормальными сечениями. - В сб.трудов ВНИИСтрома, вып.47(75). М., 1982, с.38-46.

36. Гуща Ю.П., Мамедов Т.И. Экспериментальное исследование процессов деформирования и разрушения сжатой зоны изгибаемых элементов. - В кн. Вопросы прочности, деформативности и трещиностойкости железобетона, Ростов-на-Дону, 1974,

37. Гуща Ю.П.Расчет железобетонных конструкций по предельным состояниям второй группы. - "Бетон и железобетон", 1976, № 6, с. 8-10.

38. Дафин Р., Питерсон Э., Зенер К. Геометрическое программирование. - М., Мир, 1972. - 311 с.

39. ЕКБ-ФИП. Международные рекомендации для расчета и осуществления обычных и предварительно напряженных конструкций (русский перевод). - М., НИМБ Госстроя СССР, 1970. - 234 с.

40. Житомирский А.И., Кобзев Н.В. Определение напряжений в бетонных внецентренно сжатых элементах методом краевых деформаций. - В кн.:Проблемы строительства в нефтегазоносных районах Тюменской области. Тюмень, 1974, с.36-44.

41. Ильин О.Ф., Семенов П.П. Обобщенный метод расчета прочности, жесткости и трещиностойкости нормальных сечений изгибаемых внецентренно-сжатых железобетонных конструкций при различных предельных состояниях. М., НИИЖБ, 1982, с.127-139.

42. Карапетян К.С. Ползучесть бетона при высоких напряжениях. -Известия АН Арм.ССР, сер.физ.-мат., естеств. и техн.наук, 1953, т.У1, № 2, с.79-89.

43. Карапетян К.С. О теоретических и экспериментальных исследованиях в области теории ползучести. -Известия АН Арм.ССР, Механика, 1976, в XXIX, № I, с.27-38.

44. Карпенко Н.И. О расчете деформаций ползучести бетона способом Тт. - Строительная механика и расчет сооружений, 1979, № 5, с.39-43.

45. Карпенко Н.И., Петров А.Н. К определению нелинейных и быстро-натекающих деформаций ползучести бетона. - В сб.: Поведение бетонов и элементов железобетонных конструкций при воздействии различной длительности. - М., 1980, - 157 с.

46. Карпенко Н.И., Мухамедиев Т.А. К расчету прочности нормальных сечений изгибаемых элементов. - Бетон и железобетон, 1983,№ 4, с.11-12.

47. Катин Н.И. Исследование ползучести бетона при высоких напряжениях. - В кн.: Исследование свойств бетона и железобетонных конструкций. М., Тр.НИИЖБ, 1959, вып.4, с. 74-153.

48. Каганов JI.M. Теория ползучести. - М., Наука, i960, - 455 с.

49. Кизирия Г.В. Расчет конструкций с учетом деформаций ползучести бетона. - Тбилиси, Мецниереба., 1969, - 130 е., ил.

50. Кийсс И.А. К нелинейной теории ползучести бетона. - Издательство Таллинского политехнического института, Таллин,№ 135, 1958, - 31 с.

51. Кичигина Г.И., Щербаков Б.Н. Метод расчета потерь предварительного напряжения от ползучести бетона. - Известия ВУЗов. Строительство и архитектура, 1972, № 5, с.14-19.

52. Колтунов М.А. Ползучесть и релаксация. - М.: "В.Ш.", 1976,- 277 е., ил.

53. Крзун С.И. Экспериментальное исследование усадки и ползучести аглопоритобетона. - Бетон и железобетон, 1966, № 2,с.29-32.

54. Крыло в С.М. Влияние неупругих свойств железобетона на работу и распределение усилий в статически неопределимых конструкциях, - М., 1975,

55. Декишвили Г.Л. Работа внецентренно сжатых коротких элементов при малых эксцентриситетах. Автореферат дисс.: на соискание ученой степени канд.техн.наук, - Тбилиси, 1967,

56. Лемыш Л.Л. Учет работы растянутого бетона над трещинами при определении ширины их раскрытия. - Бетон и железобетон, 1977, № 6, с. 39-41.

57. Лещинский М.Ю. Испытание бетона. Справочное пособие. - М.: Стройиздат, 1980, - 360 е., ил.

58. Лившиц Я.Д. Расчет железобетонных конструкций с учетом влияния усадки и ползучести бетона. - 2-е издание перера,• ботанное и дополненное. - Киев,"Вища Школа", 1976, - 280 с.

59. Лолейт А.Ф. 0 пересмотре теории железобетона. - Доклад на П Всесоюзной конференции по бетону и железобетону. М., 1932.

60. Макаревич A.A. Об определении напряжений в прямоугольном стержне под действием момента и осевой силы при произвольной диаграмме работы материала. - Известия ВУЗов. Строительство и архитектура, 1967, № 12, с.163-172.

61. Макаревич A.A. 0 предпосылках расчета бетонных и железобетонных элементов при действии момента и осевой силы. - Известия ВУЗов. Строительство и архитектура, 1969, № 4, с.3-11.

62. Манукян Э.Л. Нелинейная ползучесть бетона при сжатии. - В сб. научно-технической конференции гидротехнического факультета Ленинградского политехнического института. - Л., 1966,с.100-101.

63. Маркаров H.A., Ибрагимов А.М. Определение напряжений в бетоне в момент его обжатия. - Бетон и железобетон, 1982, № 4, с.23.

64. Маркаров H.A. Учет технологических факторов при расчете цреднапряженнмх конструкций. - В кн.: Совершенствование конструктивных форм, методов расчета и проектирования железобетонных конструкций. - М., НИИЖБ Госстроя СССР, 1983,с.30-37.

65. Маслов Г.Н. Термическое напряженное состояние бетонных массивов при учете ползучести бетона. - Л., Известия ВНИИГ,т.28, 1941, с.175-188.

66. Мельник Р.А., Пацула А.Я. Опытное обоснование функции напряжений для аналитического выражения нелинейной ползучести бетона. - В кн.: Длительные деформативные процессы в бетонных и железобетонных конструкциях. - М., Стройиздат, 1970, с.38-44.

67. Методические рекомендации по исследованию усадки и ползучести бетона. - М., НИИЖБ, 1975, - 117 с.

68. Михайлов К.В. Предварительно-напряженные железобетонные конструкции (теория, расчет и подбор сечений). - М.:, Стройиздат, 1978, - 383 е., ил.

69. Мурашев В.И. Трещиностойкость, жесткость и прочность железобетона. - М., Машстройиздат, 1950, - 268 с.

70. Назаренко В.Г. Построение эпюры нормальных напряжений во внецентренно нагруженном бетонном элементе. - В сб.: Здания и сооружения сельскохозяйственного назначения. Методы статических и теплофизических расчетов. - М., ЦНИИЭПсельстрой, 1981, с. 4752.

71. Назаренко В.Г. О решении задач определения напряженно-деформи-рованншзо состояния сечений железобетонных элементов. - В сб.: Конструкции и строительная физика зданий и сооружений сельскохозяйственного назначения. - М., ЦНИИЭПсельстрой, 198 0.,с. 31-42.

72. Панарин Н.Я. Некоторые вопросы расчета армированного и неар-мированного бетона с учетом ползучести. - Л.-М., Госстройиз-дат, 1957, - 75 с.

73. Пастернак П.Л. Замечания к проекту новых норм проектирования железобетонных конструкций. - Строительная промышленность, 1944, № 7, с.20-23.

74. Полшцук В.П. Некоторые релаксационные задачи в центрально нагруженной призме. - В сб.: Исследования по бетону и железобетону. Тр. ЧПИ, 1971, № 96, с.101-106.

75. Прокопович И.Е. Влияние длительных процессов на напряженное и деформированное состояние сооружений. - М., Стройиз-дат, 1963, - 260 с.

76. Прокопович И.Е. Зедгенидзе В.А. Прикладная теория ползучести. - М.: Стройиздат, 1980, - 240 е., ил.

77. Пухонто Л.М., Соколов В.К. и др. Расчеты строительных конструкций сельских зданий на электронных вычислительных машинах. (Обзор). - М., 0НТИ, 1968, - 121 с.

78. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. - М., Наука, 1966, - 752 е., ил.

79. Рекомендации по экспериментальному определению деформаций усадки и ползучести бетонов. - Киев, НИИСК, 1974, - 28 с.

80. Ржаницын А.Р. Некоторые вопросы механики систем деформирующихся во времени. - М., Гостехиздат, 1949, - 252 с.

81. Ржаницын А.Р. Теория ползучести. - М.: Стройиздат, 1968, -- 416 с.

82. Ржаницын А.Р. Строительная механика. - М., Высшая школа, 1982, - 400 е., ил.

83. Розовский М.И. Ползучесть и длительное разрушение материалов. - Ю АН СССР, т.XXI, вып.П, 1951, с.1311-1318.

84. Руководство по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения). - М., Стройиздат, 1977, - 328 с.

85. Руководство по проектированию предварительно-напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона. - М.: Стройиздат, 1977, - 288 е., ил.

86. Рюш Г. Исследование работы изгибаемых элементов с учетом упруго-пластических деформаций бетона. - В кн.: Материалы международного совещания по расчету строительных конструкций. М., Госстройиздат, 1961, с.183-199.

87. Салау М.А. О взаимном влиянии усилий в арматуре А и А' на потери предварительного напряжения в железобетонном элементе от ползучести бетона. - Известия ВУЗов, Строительство и архитектура, 1982, № I, с.8-11.

88. Серых Р.Л. Ползучесть некоторых видов бетона при сжатии.-Бетон и железобетон, 1981, № II, с.II.

89. Столяров Я.В. Введение в теорию железобетона. - М.-Л., Госстройиздат, Материалы по строительству и архитектуре, 1941, - 447 е., ил.

90. Стулий Н.Г. Определение коэффициента пластичности бетона при центральном сжатии с некоторой постоянной скоростью загружения. - В сб.: Железобетонные конструкции, вып.2(31), Харьков, ХГУ, 1964, с.57-62.

91. Улицкий И.И., Скатынский В.И. Оборудование для исследования бетона и железобетона при длительном действии нагрузки. - Киев, 1962, - 32 е., ил.

92. Улицкий И.И., Метелюк Н.С., Реминец Г.М. Жесткость изгибаемых железобетонных элементов. - Киев, Госстройиздат УССР, 1963, - 86 е., ил.

93. Улицкий И.И. Теория и расчет железобетонных стержневых конструкций с учетом длительных процессов. - Киев, Буди-вельник, 1967, - 348 с.

94. Яшин A.B. Ползучесть бетона при длительном загружении и закономерности его разрушения и деформаций. В кн. -Материалы У1 конференции пв бетону и железобетону. -М., 1966, с.19-24.

95. Brice, L.P. "Essaie de mesure des contraintes daus Pulication, International Assn for Bridge and structural Engineering. Zurich, viO, nov. 1950»

96. Eibl I., Ivanyi G. Studie zum Trad - und Verformungsverhalten von. Stahlbeton Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Heft 260, Berlin, 1976.

97. Eibl I., Pelle K. Zur Berechnung von Spannbandbrückenî Flache Hängebänder, Düsseldorf. Werner, 1973« - VI. 93 s.

98. Fintel M. Handbook of concrete Engineering, New York a.o., Van Nostrand Reinhold, 1974, - 801 p.

99. Her L.A., Vandergrift, L.E. "Studees of compressive Stress". Pisstribution in Simply Reinforced Coucrete Near the Point of Failure", Proseedings. Highway Recearch Board, v 30, 1950.

100. Hognestad, E., Hanson N.W. and Mc. Henry.D. "Concrete stoese Distribution in Ultimate strength Design". ACY Iournal v 27, No 4, Dec. 1935 (proceeding v 52).

101. Parme, A.L. Discussion of paper by G.P. siess, "Review of Research on Ultimate Strength of Reinforced Concrete Membess. ACT, Iournal, 1952 (proceeding v 48).

102. Perchat, I. "Basic assumptions", Bulletin d'information, N 82, Leningrad, Mai, 1972, p.1-48.

103. Persoz B. Le principe de superposition de Bolzmann. - Cahier Groupe fraritudes rhicl. 1957» 2, N 1.