Введение к работе
Актуальность темы. Одним из недостатков бетона является то, что масса изготовленных из него конструкций велика по сравнению с полезной нагрузкой, которую они могут нести; поэтому даже небольшое снижение массы конструкций может привести к существенному технико-экономическому эффекту.
Сжатые железобетонные элементы, в т.ч. панели-весьма ответственный элемент конструкций зданий и сооружений, на который могут опираться вышележащие конструкции. Их надежная работа обеспечивает не только возможность нормальной эксплуатации зданий и сооружений, но нередко и само существование последних.
Повышение эффективности таких конструкций возможно как за счет использования более совершенных конструктивных форм, так и за счет уточнения существующих методов расчета.
Следует отметить, что исследования, выполненные в последние годы в России и за ее пределами, касались в основном сжатых слоистых железобетонных элементов с обычным и реже предварительно напряженным армированием. Вместе с тем очевидно, что в ряде случаев весьма эффективными будут сжатые слоистые железобетонные элементы с комбинированным армированием, когда арматура растянутой зоны подвергается предварительному растяжению, а арматура сжатой зоны-предварительному сжатию.
В таких конструкциях значительный экономический эффект достигается за счет снижения материалоемкости и массы, что ведет за собой снижение транспортных расходов, стоимости конструкции «в деле».
Кроме того, использование конструкций, одновременно выполняющих несущие и теплоизолирующие функции, позволит повысить полносборность сооружения за счет сокращения номенклатуры применяемых изделий, сократить число монтажных элементов и т.д.
Цель работы - совершенствование методов расчета двухслойных железобетонных панелей с комбинированным преднапряжением арматуры; получение новых экспериментальных данных о работе указанных конструкций под нагрузкой и установление областей их наиболее рационального применения.
Автор защищает:
- результаты экспериментальных исследований гибких двухслойных
железобетонных панелей с разнозначно преднапряженной арматурой;
- конечно-элементную модель такой конструкции, позволяющую
анализировать ее устойчивость с учетом трещинообразования, нелинейности деформирования разных бетонов, физических параметров конструкции;
алгоритм расчета критической нагрузки при шаговом методе на основе аппроксимации расчетных характеристик вблизи предельного состояния;
методику определения приведенного сечения двухслойной гибкой внецентренно сжатой панели с учетом уровня нагружения;
предложения по расчету железобетонных элементов, содержащих предварительно сжатую арматуру при обоих случаях расчета, состоящие из предложенных формул для определения предельно допустимых значений предварительных сжимающих напряжений в арматуре при которых отсутствуют или имеют ограниченную ширину раскрытия технологические трещины;
усовершенствованную методику расчета двухслойных панелей по образованию трещин, разработанную с учетом предложенных эпюр нормальных напряжений, учете влияния продольной силы и изменения свойств бетонов при предварительных воздействиях;
программу деформационного расчета двухслойных железобетонных панелей с реализованными в ней предложениями автора по определению коэффициента приведения, усилий трещинообразования и др.;
- результаты анализа влияния различных факторов на работу
двухслойных железобетонных панелей и установление границы
рационального использования таких конструкций при различных гибкостях
и эксцентриситете внешней силы.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается статистической обработкой опытных данных автора, а также результатов численного эксперимента с расширенными границами варьирования изучаемых факторов.
Научная новизна работы:
получены и проанализированы новые экспериментальные данные о несущей способности, деформативности и трещиностойкости двухслойных железобетонных панелей с разнозначно преднапряженной арматурой;
построена конечно-элементная модель такой конструкции, которая позволяет проводить анализ ее устойчивости с учетом нелинейного деформирования тяжелого и легкого бетонов и трещинообразования в зависимости от геометрических характеристик и физических параметров конструкции, а также установить условия оптимальной несущей способности;
разработан алгоритм определения критической нагрузки при шаговом
расчете на основе аппроксимации расчетных характеристик вблизи предельного состояния;
разработана методика определения приведенного сечения двухслойной панели с комбинированным преднапряжением арматуры с учетом уровня нагружения;
предложена формула для определения предельно допустимых значений предварительных сжимающих напряжений в арматуре, при которых в элементах с комбинированным преднапряжением технологические трещины отсутствуют или имеют ограниченную ширину раскрытия, которые используются в откорректированной методике расчета прочности нормальных сечений двухслойных панелей;
предложена усовершенствованная методика расчета двухслойных панелей по образованию трещин, основанная на предлагаемых эпюрах нормальных напряжений, учета влияния продольных сил и изменении свойств тяжелого и легкого бетонов от предварительных напряжений;
проанализировано влияние различных факторов на работу двухслойных железобетонных панелей с комбинированным армированием и построены области прочности таких конструкций на основе результатов численного эксперимента, выполненного по разработанной программе деформационного расчета конструкций на ЭВМ;
Практическая ценность работы. Разработаны практические рекомендации по проектированию двухслойных железобетонных панелей с комбинированным преднапряжением арматуры. Определены области рационального применения комбинированного армирования в двухслойных панелях, использование которых позволит в зависимости от гибкости конструкции и эксцентриситета внешней силы проектировать панели наиболее рационально и экономично.
Разработана программа деформационного расчета двухслойных панелей, пригодная для практического использования в проектной практике.
Внедрение результатов работы. Рекомендации по проектированию
двухслойных железобетонных панелей с комбинированным
преднапряжением арматуры и программа деформационного расчета таких
конструкций используется в проектной практике в проектных организациях
ООО «СевКавНИПИагропром», 000 «Югстройпроект» и др.
Результаты исследований автора внедрены также в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете, Южно-Российском федеральном университете, Майкопском государственном
технологическом университете - они включены в лекционные курсы по железобетонным конструкциям, в спецкурс, дипломное проектирование и научно-исследовательскую работу студентов.
Апробация результатов. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Международных научно-практических конференциях «Строительство-2010», «Строительство-2011», «Строительство-2012» Ростовского государственного университета в 2010-2012гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 5 печатных работ, из них 3-в рецензируемых научных изданиях, рекомендуемых ВАКом РФ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 184 страницах, содержит 12 таблиц, 58 рисунков, библиографический список из 91 наименования.
