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 чаотности, защитных сооружений гражданской обороны. Кратковременная динамическая нагрузка на ети сооружения создается детонацией обычных (тротилових) или ядерных зарядов.
Вместе с тем в настоящее время в индустриально развитых странах наблюдается устойчивая тенденция к росту аварий на промышленных предприятиях, происходящих в результате взршзов газо-паровоздушшх смесей (ГШС). В качестве источников аварийных взрывов в промышленности могут быть как детонация газовой смеси, гак и ее горение (дефяаграция) с видимой скоростью пламени, изменяющейся в широких пределах.
Хотя свойства взрывных волн от газовой дефлаграцип и волн, обязанных своим происхождением детонации тротила, различны, возникающие от тех п 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 железобетонных конструкций и элементов (балон, плит, колонн, арок, некоторых типов оболочек и т.д.), учитывающие их работу как в упругой, так и в плаогичеокой 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 задана оообенно актуальна для ряда неоущьх
конструкций, выход которых из строя не приведет к полному обрушению сооружения, а также в тех олучаях, когда из-за большой интен-оивнооти динамической нагрузки разрушение конструкций неизбежно.
Решение указанной проблема связано о необходимостью уточнения и дополнения оиотемы предельных состояний, принятой в нормативных документах. Как известно, в существующих методах динамического расчета железобетонных конструкций в качестве ооновного рассматривается предельное ооотояние по прочнооти, характеризующееся началом разрушения бетона сжатой зоны и пластическим течением растянутой арматуры. Однако, многочисленные испытания балочных элементов показали, что наступление этого состояния связано не о обрушением их, а о переходом в оледующую стадию работы, сопровождающуюся частичным разрушением бетона сжатой зоны и уменьшением изгибающего момента. Поэтому более адекватная оценка полной несущей опоообнооти железобетонных балок может быть получена при использовании в динамических расчетах диаграмм сопротивления "момент-кривизна", включающих и ниспадающий учаоток, или так называемую стадию разупрочнения. Проблема динамического расчета разупрочняющихся элементов железобетонных конструкций представляет интерес как для свободно опертых, так и для отатичеоки 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 сиотемы динамических предельных состояний для балочных железобетонных элемент тов;
разработка метода динамического расчета однопролетных железобетонных балок с учетом стадии разупрочнения в отдельных оечениях; -
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 статичеоких перемещениях, о момента приложения нагрузки до полного разрушения;.
экспериментальные данные о динамике сопротивления неразрезных двухпролегннх балок при вынужденном скороотном деформировании;
методика построения полных, с учетом стадии разупрочнения, диаграмм сопротивления железобетонных балок "изгибающий момент-кривизна" (И-аг) и предложения по выбору критериев достижения расчетных предельных состояний;
методика анализа квазиотатичеокого изгиба однопролетных балок в стадиях развития зон нелинейных деформация;
расчетные 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 двикением отдельных поперечных сечений;
метод динамического раочета неразрезных железобетонных балок о учетом взаимного кинематического влияния пролетов.
На защиту выно'оягся;
- результаты экспериментальных исследований свободно опер
тых железобетонных балок при вынужденных статических перемеще
ниях; ..
. - результаты экспериментальных исследований неразрезных двухпролегннх балок при вынужденном скороотном деформировании;
формулировка предельного состояния їв в стадии раз- -упрочнения и оцоооб теоретического определения параметров расширенной системы предельных состояний (Іа, 16, 1в) для балочных конструкций; , -
выражения для коэффициентов пластичности свободно опертых железобетонных балок и их сечений в предельных состояниях 16 и 1в;
метод решения уравнений колебаний упругопластичео-ких балок, основанный на разложении движения по конечному чиолу собственных форм, одинаковому во всех стадиях работы конструкций;
-метода раочета однопролетных балок на совместное действие кратковременной динамической и-огатической нагрузок (задача типа I); на колебания, вызываемые заданным движением среднего
поперечного сечения балки (задана типа 2Л; результаты динамических расчетов;
- метод динамического расчета неразрезных балок, основан
ный на сочетании метода перемещений и теории колебаний стержней.
Практическое значение. Разработаны и экспериментально проверены мвюды динамического- расчета! железобетонных балок, позволяющие проектировать более надежные.' конструкции покрытий и перекрытий зданий со взрывоопасными производствами и объектов специального назначения*
Достоверность результатов, обеспечивалась следующими факте- раш: экспериментальные- исследования проводились с использованием оборудования,, цроврадуированногої п& испытательных машинах высокого класса точности;, прочностные и< деформативные характеристики материалов получались путем, обработки данных испытаний образцов стандартных размеров; результаты' раочетов- по- основным теоретическим зависимостям сравнивалисв. е экспериментальными данными.
Внедрение* результатові ївоулмаші диссертационной работы были использованы- при- проектировании? защитных сооружений комплекса исследовательского- ядерного» реактора ПЖ Ленинградского института ядерной физики им.Б.П'Лонотанігинова Mt GGGF'v
Апробация, работы-. Основные положения/ диссертации докладывались и- получили одобрение*
на Всесоюзном- координационном совещании "Учет физической и геометрической нелинейности в расчетах железобетонных стержневых отатически- неопределимых конструкций" (г.Ростов-на-Дону, 1ЭЭ5);
на Всесоюзном координационной- совещании "Вйшенеивкне-кратковременные воздействия; на, здания- и: сооружециф"' (.г ..Томску; 1987г.);
на заседании кафедра Железобетонных и: каменных конструкций ШЗГ II февраля 1994 г.
Публикации. Основные положения; диссертации опубликованы- в> 5, печатных работах.
Объем работы. Диссертация, состоит из введения, пяти глав>, общих выводов, списка литературы и. приложения (справка о внедрении). Работа изложена на 255. страницах машинописного текста, ил» шострирсвана 72 рисунками, 28- таблицами.. Список литературы- соде] кит 206 наименований.