Введение к работе
Актуальность темы. Проблема расчета железобетонных конструкций на действие интенсивных кратковременных нагрузок в последние десятилетия оформились в самостоятельный раздел динамики сооружений. Эта проблема возникла в связи о необходимостью проектирования надежных и экономичных объектов специального назначения, в частности, защитных сооружений гражданской обороны. Кратковременная динамическая нагрузка на эти сооружения создается детонацией обычных (тротилових) или ядерных зарядов.
Вместе о тем в настоящее время в индустриально развитых странах наблюдается устойчивая тенденция к росту аварий на промышленных предприятиях, проиоходящих в результате взрывов газо-паровоздушных смесей (ГГОС). В качестве источников аварийных взрывов в промышленности могут быть как детонация газовой смеси, так и ее горение (дефлаграция) с видимой скоростью пламени, изменяющейся в широких пределах.
Хотя свойства взрывных волн от газовой дефлаграцип иволн, обязанных своим происхоаденпем детонации тротила, различны, возникающие от тех и других воздействия на элементы строительных конструкций относятся к типу кратковременных динамических нагрузок. Такие нагрузки характеризуются большой величиной давлений и временем действия, сопоставимым с периодом основного тона собственных колебаний конструкций. В этих случаях зачастую оказывается возможным проектировать взрывоопасные здания и сооружения исходя из требования лишь однократного восприятия ими без обрушения аварийного воздействия. При таком подходе в элементах зданий могут быть реально допущены значительные остаточные деформации.
В результате выполненных к настоящему времени исследований были разработаны инженерные метода Динамического расчета широкого класса яеяезобегонных конструкций и элементов (балок, плит, колонн, арок, некоторых типов оболочек и т.д.), учитывающие их работу как в упругой, так и в пяаотичеокой стадиях. Однако, ряд проблем в данной области еще не получили должного разрешения. Так, остается невыясненным вопрос об определении действительных, запасов несущей способности динамически нагруженных железобетонных конструкций. Эта задача особенно актуальна для ряда неоущкх
конструкций, выход которых из строя не приведе* к полному обрушению сооружения, а также в тех олучаях, когда из-за большой интенсивности динамической нагрузки разрушение конструкций неизбежно. Решение указанной проблемы овязано с необходимостью уточнения и дополнения сиотемы предельных состояний, принятой в нормативных документах. Как иавеотно, в существующих методах динамичео-кого расчета железобетонных конструкций в качестве основного рассматривается предельное состояние по прочности, характеризующееся началом разрушения бетона сжатой зоны и пластическим течением растянутой арматуры. Однако, многочисленные испытания балочных элементов показали, что наступление этого соотояния связано не о обрушением их, а о переходом в оледующую стадию работы, сопровож-ддацуюся частичным разрушением бетона сжатой зоны и уменьшением изгибающего момента. Поэтому более адекватная оценка полной несущей способности железобетонных балок может быть получена при использовании в динамических расчетах диаграмм сопротивления "момент-кривизна", включающих и ниспадающий участок, или так называемую стадию разупрочнения. Проблема динамического расчета разупрочнявдихся элементов железобетонных конструкций представляет интерес как для свободно опертых, так и для статически неопределимых балок, в отдельных сечениях которых может быть допущено существенное снижение изгибающего момента. Вместе с тем вопросы анализа динамической реакции неразрезных балок с учетом взаимного кинематического влияния пролетов друг на друга в процессе деформирования имеют и самостоятельное значение,
Целями дибоертационной работы являются:
усовершенствование и дополнение принятой оиотемы динамических предельных состояний для балочных железобетонных элемент тов;
разработка метода динамического расчета однопролегных железобетонных балок с учетом стадии разупрочнения в отдельных сечениях;
разработка метода расчета неразрезных железобетонных балок на действие кратковременных динамических нагрузок аварийного характера.
Научную новизну работы составляют:
- экспериментальные данные, о напряженно-деформированном
состоянии свободно опертых железобетонных балок, испытанных при
вынужденных статических перемещениях, о момента приложения нагрузки до полного разрушения;
экспериментальные данные о динамике сопротивления неразрезных двухпролетных балок при вынужденном скоростном деформировании;
методика построения полных, о учетом стадии разупрочнения, диаграмм сопротивления железобетонных балок "изгибающий момент-кривизна" (M-se) и предложения по выбору критериев достижения расчетных предельных состояний;
методика анализа квазиотагического изгиба однопролетных балок в отадиях развития зон нелинейных деформации;
раочетные динамические модели однопролетных железобетонных балок о различными условиями опирання;'
метод расчета однопролетных балок на совместное действие кратковременной динамической и статической нагрузок;
метод расчета однопролетных балок на колебания, вызываемые заданным движением отдельных поперечных сечений;
метод динамического расчета неразрезных железобетонных балок о учетом взаимного кинематического влияния пролетов.
На защиту выносятся;
— результаты экспериментальных исследований свободно опертых, железобетонных балок при вынужденных статических перемещениях;
. - результаты экспериментальных исследований неразрезных двухпролетных балок при вынужденном скоростном деформировании;
формулировка предельного состояния їв в стадии раз- .. упрочнения и способ теоретического определения параметров расширенной системы предельных состояний (Іа, 16, 1в) для балочных конструкций; -
выражения для коэффициентов пластичности свободно опертых железобетонных балок и вх сечений в предельных состояниях И і її;
метод решения уравнений колебаний упругопяастичес-
ких балок, основанный на разложении движения по конечному чиолу . собственных форм, одинаковому во всех стадиях работы конструкций;
- методы раочега однопролетных балок на совместное дейст
вие кратковременной динамической и-статической нагрузок (задача
типа I); на колебания, вызываемые заданным движением среднего
поперечного сечения башни, (задача типа 2.); результаты динамических расчетов;
- метод динамического расчета неразрезных балок, основан
ный на сочетании метода перемещений и теории колебаний стержней.
Практическое значение. Разработаны и экспериментально проверены методы динамического расчета железобетонных балок, позволяющие проектировать более надеиным конструкции покрытий и перекрытий зданий со взрывоопасными производствами и объектов специального назначения.
Достоверность результатов; обеспечивалась следующими факторами: экспериментальные- исследования; проводились о использованием оборудования,, проградуированного> на> испытательных машинах высокого класса. точности;, прочностные щ деформативные- характеристики материалов получались- путем, обработка данных исшетаний образцов стандартных размеров;, результат расчетов- по основным теоретическим зависимостям сравнивались, о экспериментальными данными.
Внедрение результатов. Ее-еужыаял диссертационной работы были использованы- при проектировании! защитных1 сооружений комплекса исследовательского- ядерного* реактора ПЖ Іенинградского инсти-' тута ядерной- физики- им-.Б ЛЛонстангишова. Ж; CGC3P .
Апробация'' работы-. Основные- положения: диссертации докладывались и- получили одобрение-::
на Всесоюзном- координационном совещании "Учет физической и геометрической' нелинейности в расчетах железобетонных стержневых отагическн-. неопределимых конструкций" (г.Ростов-на-Дону, 1985);
на Всесоюзном координационном- совещании; "їїйтвнсившіе кратковременные воздействия-, на здания* к сооружения-'" (.г .Томск-,. 1987г.);
на заседании- кафедры- Іояезобетоняшс- и-каменных конструкцией МГСУ II февраля 1.994 г.
Публикации. Основные положения: диссертации- опубликованы- в* 5, печатных работах.
Обьем работы. Диссертация- состоит-из введения, пяти глав*. общих выводов, списка литературы и: приложения (справка о внедрении). Работа изложена на 255* страницах машинописного текста, ил* лнотриршана 72 рисунками,. 28і таблицами... Список литературы: содаї кит 206 наименований.