Оценка надежности статически неопределимых железобетонных конструкций на основе метода предельного равновесия Исайкин, Анатолий Яковлевич

Введение к работе

Актуальность проблемы. Развитие экономики в последние годы ста-аит задачу повышение качества и надежности проектируемых конструкций при более экономичном использовании материальных ресурсов, оценки надежности эксплуатируемых и усиленных конструкций.

В современном строительстве важное место занимают железобетонные конструкции. К ним относятся каркасы одноэтажных и многоэтажных зданий, плиты, оболочки, фундаменты, панельные и монолитные здания и др. Совершенствование указанных конструкций связано с обеспечением заданной их надежности при наименьшей материалоемкости и стоимости. Этому может способствовать разработка новых методов расчета, которые учитывали бы вероятностные свойства материалов, нагрузок и были бы способны учесть совместную работу основания и сооружения. Эта задача и решается в диссертации.

Цели работы:

создание методов, алгоритмов и программ для ЭВМ, позволяющих выполнить оценку надежности и вероятностную оптимизацию железобетонных конструкций и учитывающих совместную работу основания и сооружения;

постановка и решение различных задач оценки надежности проектируемых, эксплуатируемых и усиленных конструкций и систем 'основание - фундамент", "грунт - сваи - ростверк" и "сваи - сооружение";

оценка влияния различных факторов и их изменчивости на надежность конструкций и систем.

Научную новизну работы составляют следующие результаты: разработаны два метода оценки надежности железобетонных конструкций и систем "основание-сооружение" - 1) логико-вероятностный метод ;ЛВМ) и 2) логико-вероятностный метод предельного равновесия 7ЇВМПР); определены области их применения;

- ЛВМПР реализован в виде программы для ЭВМ, позволяющей
тровоцить вероятностные расчеты железобетонных конструкций и сис
тем: "грунт-сваи-ростверк", "основание-фундамент", "свайное основание-
юоружение";

с помощью ЛВМ выполнен теоретический анализ влияния на н; дежность стержневых железобетонных конструкций степени их статич ской неопределимости, схемы загружения, положения пластических шаі ниров и вероятности их реализации;

с помощью ЛВМПР выполнена оценка надежности статически ж определимых железобетонных балок и рам, плит, оболочек, конструкции усиленных при помощи изменения конструктивной схемы (подвески, угз ругие опоры и шпренгельные затяжки), различных видов систег! "основание-сооружение";

поставлены и решены две задачи вероятностной оптимизации же лезобетонных конструкций.

Автор защищает:

-методы оценки надежности статически определимых и неопредели мых проектируемых, эксплуатируемых и усиленных железобетонны: конструкций, систем "основание-фундамент", "грунт-сваи-ростверк" і различных видов систем "основание-сооружение";

результаты анализа влияния различных факторов и их изменчиво сти на надежность железобетонных балочных и рамных конструкций плит и оболочек и различных видов систем;

результаты оценки надежности железобетонных балок, рам, плит оболочек, различных систем;

постановку, методы и результаты решения двух задач оптимизацш железобетонных конструкций.

Практическая ценность работы:

предлагаемые методы по сравнению с существующими позволяю: оценивать надежность и определять несущую способность большой класса железобетонных конструкций и различных систем тип; "основание-сооружение" при проектировании и оценке состояния экс плуатируемых конструкций, добиваясь заданного уровня належності при существенной экономии материалов;

результаты диссертации использованы в проектных институтах г Ярославля при проектировании монолитных и сборных железобетонны? конструкций с учетом и без учета их совместной работы с основанием при оценке надежности эксплуатируемых зданий и сооружений, а такж<

іри оценке надежности усиленных железобетонных конструкций, полу-ен существенный экономический эффект.

1. Предложено оценивать надежность монолитных безбалочных и
5езкапительных плит перекрытий жилых и общественных зданий в г.
Ярославле по разработанной методике.

При участии автора с целью проверки достаточности армирования >ценеиа надежность указанных плит перекрытий двух жилых домов сейш КУБ в северном жилом районе г. Ярославля.

2. Разработана методика вероятностного расчета усиленных шпрен-
ельными затяжками балок монолитных железобетонных перекрытий и
юкрытий.

На основе разработанной методики проведены расчеты усиленных келезобетонных балок, работающих в составе монолитных перекрытий, екторов локомотивного депо станции "Ярославль - Главный" Северной келезной дороги. Получена значительная экономия материалов по срав-іеншо с традиционным проектированием и расчетом усиления аналогич-іьіх конструкций.

1. Разработана методика оценки надежности конструкций, усилении упругими опорами. Методика применена при расчете усиленных инструкций покрытия, подверженных воздействию агрессивной среды и скрытого огня, пропарочной станции вагонного депо станции Ярославль - Московский" Северной железной дороги. Усиление прово-илось без остановки основного производства. Для усиления использо-ались существующие конструкции. Получена значительная экономия іатерналов.

2. Разработана методика оценки надежности систем "основание -іундамент". Оценена надежность железобетонных фундаментных поду-кк под двумя 12-ти этажными эксплуатируемыми жилыми домами по Московскому проспекту г. Ярославля. Применение методики позволило ыявить истинные причины возникновения дефектов в кирпичных стенах омов и снизить затраты на их ликвидацию.

5. На основе метода предельного равновесия и вероятностных мето
дов разработана методика вычисления несущей способности систем
"грунт-сваи-сооружение". Методика позволяет проектировать фундамен
ты зданий и сооружений на 20-25% ниже по стоимости по сравнению с
традиционными методами расчета и проектирования фундаментов.

Данная методика применена при проектировании жилого 10-ти этажного дома в Северном жилом районе и 9-ти этажного дома с гаражами в центре г. Ярославля. Стоимость фундаментов снижена на 20% по сравнению с традиционными методами расчета и проектирования. Кроме того, методика позволяет учитывать возможные отклонения при забивке свай на строительной площадке. Учет возможных отклонений при проектировании снизил расход материалов и стоимость работ при устройстве монолитных ростверков. Натурная забивка сван подтвердила правильность принятых предположений и результатов расчета.

6. Методика оценки надежности железобетонных конструкций применена для уточнения армирования многопустотных плит перекрытия, используемых в жилищном строительстве г. Москвы. Получена экономия продольной рабочей напрягаемой арматуры плит перекрытия в среднем на 10%. Параллельно с оценкой надежности плит перекрытия по первой группе предельных состояний применена разработанная методика оценки надежности плит перекрытия по второй группе предельных состояний.

7. Методика оценки надежности железобетонных конструкций применена при написании ГОСТ 8829-94 "Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагру-жением, правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости".

8. Оценена надежность защитной оболочки покрытия атомного реактора Калининской АЭС по двум группам предельных состояний.

9. Результаты исследований надежности железобетонных констрзк-ций будут использованы в новой редакции норм.

Апробация работы. Автор работы был одним из основных исполнителей следующих теоретических тем первой лаборатории НИИЖБ:

1. Разработка методических указаний по определению показателей надежности несущих бетонных и железобетонных конструкций (дог. № I 2-3/98 от 12 янв. 1998).

2. Разработать вероятностный метод расчета усиленных железобетонных конструкций на основе применяемых в настоящее время расчетных моделей (доп. согл. №1, дог. 1-2-3/98).

3. Оценка надежности железобетонных рамных конструкций (доп. согл. №1, дог. 1-2-3/98).

4. Разработка методов вероятностного расчета прочности железобетонных конструкций на основе деформационной модели (доп. согл. №2, дог. 1-2-3/98).

5. Рекомендации по оптимизации армирования типовых сборных плит перекрытия жилых и общественных зданий.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, десяти глав, списка литературы, включающего 159 наименований. Общий объем работы - 401 страница основного текста, 95 рисунков, 21таблица, 169 основных формул и Приложение.