Введение к работе
Актуальность темы. Развитие теории силового сопротивления железобетона, позволяющей наиболее полно учитывать специфику деформирования материалов в составе конструкций, в последнее время приобретает все большую актуальность. Вместе с тем следует отметить, что большинство производственных зданий и сооружений наряду с разнообразным сочетанием статических нагрузок подвержены различным режимам вибрационных (динамических) воздействий. Последние являются следствием работы технологического оборудования (машин и механизмов) производственных предприятий и, как правило, носят гармонический характер. Кроме того, имеющаяся в последние годы тенденция увеличения мощностей технологического оборудования при одновременном уменьшении собственного веса конструкций за счет применения высокотехнологичных ресурсосберегающих технических решений вызывает неизбежный рост доли вибрационных воздействий по сравнению со статической составляющей от полной нагрузки на сооружение. Следствием таких воздействий является снижение длительной прочности материалов, увеличение необратимости деформаций и значительный рост прогибов железобетонных конструкций в результате интенсификации деформаций ползучести бетона (виброползучести).
В настоящее время имеются отдельные предложения по учету рассматриваемых воздействий на деформативные свойства бетона, однако они касаются только однородного напряженного состояния (осевое сжатие) и носят теоретический характер, что ограничивает возможность их использования в практических расчетах железобетонных конструкций по деформациям. Важная роль здесь отводится созданию методов расчета, позволяющих более строго учитывать влияние режима, длительности и уровня нагружения на характер изменения деформативных свойств бетона и изгибной жесткости железобетонных балочных конструкций в процессе эксплуатации.
Изучению этих вопросов в рассматриваемой постановке до настоящего времени в научной литературе не уделялось должного внимания. Их решение открывает возможность построения теоретических основ для прогнозирования реальных прогибов конструкций с учетом адекватного изменения деформативных свойств бетона в зависимости от режима, длительности и уровня нагружения, а также производить оценку напряженно-деформированного состояния обследуемых конструкций зданий и сооружений.
Целью настоящего исследования является развитие теории силового сопротивления железобетонных балочньж конструкций при длительных стационарных вибрационных нагружениях с учетом реальных свойств материалов, характера изменения изгибной жесткости конструкций, физической нелинейности материала, режимов и уровня нагружения.
Основными задачами исследования являются:
теоретическое исследование взаимосвязи функционального коэффициента виброползучести (коэффициента виброползучести) бетона с динамическими параметрами режима нагружения: частотой колебаний вибрационной нагрузки, амплитудой напряжений и уровнем напряженного состояния;
разработка математической и расчетной моделей для описания эффекта виброползучести бетона, работающего в составе конструкции при неоднородном напряженном состоянии;
развитие методов расчета изгибной жесткости и прогибов железобетонных балочньж конструкций с учетом характера деформирования бетона в составе конструкции при стационарных вибрационньж нагружениях;
проведение экспериментальных исследований на железобетонньж балках с целью проверки основных допущений, положенных в основу разработанной расчетной модели;
- проведение сопоставительного анализа теоретических результатов с
экспериментальными данными, полученными в диссертации и результатами
известных экспериментов.
Автор защищает:
аналитические зависимости для описания процесса изменения деформаций бетона при длительном приложении статической нагрузки и стационарного вибрационного пригруза;
математическую модель силового сопротивления бетона сжатой зоны железобетонной конструкции при длительном приложении статической нагрузки и стационарного вибрационного пригруза;
усовершенствованные зависимости для определения изгибной жесткости и прогибов железобетонньж балочньж конструкций с учетом виброползучести бетона при рассматриваемьж воздействиях;
результаты экспериментального исследования поведения максимального прогиба железобетонньж балок как под воздействием статической нагрузки, так и в присутствии стационарного вибрационного пригруза;
результаты сопоставительного анализа опытных данных, полученных автором, с результатами расчета по разработанной методике;
алгоритм и программу для расчета коэффициентов виброползучести бетона, работающего в составе конструкции.
Научную новизну диссертационной работы представляют:
методика учета деформативных свойств бетона, работающего в составе конструкции, с использованием единого интегрального коэффициента виброползучести в целом для сечения, вводимого как сомножитель к мере простой ползучести бетона в ядро реологического уравнения механического состояния материала, и зависящего от динамических параметров и уровня нагружения;
математическая и расчетная модели для описания эффекта виброползучести бетона в условиях неоднородного напряженного состояния при изгибе единым интегральным коэффициентом виброползучести;
усовершенствованные зависимости для определения изгибной жесткости и прогибов железобетонных балочных конструкций с учетом характера деформирования бетона в составе конструкции при длительном приложении статической нагрузки и стационарного вибрационного пригруза;
новые опытные данные о характере деформирования железобетонных балок под воздействием статической нагрузки и стационарного вибрационного пригруза;
алгоритм и программа для расчета коэффициентов виброползучести бетона, работающего в составе конструкции.
Достоверность положений и выводов в диссертации основывается на: интегральных обобщениях нелинейной теории железобетона с учетом возможного изменения реологических свойств бетона; применении общепринятого аппарата сопротивления материалов и нелинейной строительной механики стержневых систем; подтверждении данными экспериментальных исследований автора, их сопоставлении с результатами численных исследований, а также сравнением с экспериментальными данными других исследователей.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанный теоретический аппарат и программа позволяют анализировать процесс изменения изгибной жесткости и прогибов железобетонных элементов при длительном действии статической нагрузки в присутствии стационарного вибрационного пригруза.
Результаты проведенных исследований внедрены в проектных институтах
ЗАО "Орелгипроприбор", ОАО "Гражданпроект" (г. Орел), ФГУП Типро-нисельпром" при оценке технических решений разрабатываемых проектов и оценке остаточного ресурса обследуемых конструкций зданий, условия эксплуатации которых включают рассматриваемые воздействия.
Апробация работы и публикации. Материалы и основные результаты, изложенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на: III Международных академических чтениях РААСН «Проблемы обеспечения безопасности строительного фонда России» (Курск, 2004 г.); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов» (Йошкар-Ола, 2004 г.); Международной научно-технической конференции «Механика неоднородных деформируемых тел: методы, модели, решения» (Севастополь, 2004 г.).
В полном объеме работа доложена и одобрена на заседании кафедры «Строительные конструкции и материалы» Орловского государственного технического университета.
По теме диссертации опубликовано 6 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, включая 130 страниц основного текста, 30 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 151 наименования и 3-х приложений.
