Содержание к диссертации
Введение 5
Глава 1
Анализ конструктивных решений коротких стоек.
Цель и задач диссертации 10
1.1 Развитие конструкций с косвенным армированием 13
1.2 Совместная работа бетона и трубы в трубобетонных конструкциях.
Методики расчета трубобетонных конструкций на центральное сжатие 16
1.3 Предпосылки заполнения жесткой косвенной арматуры трубчатого сечения несвязным материалом.
Цель и задачи диссертации 20
1.3.1 Гипотезы качественной картины работы и разрушения короткой трубопесчаной стойки 23
1.3.2 Предпосылки построения методики расчета короткой трубопесчаной стойки 31
1.3.3 Цель и задачи диссертации 34
Глава 2
Исследование несущей способности и качественной стороны работы моделей коротких трубопесчаных стоек
2.1 Цель и задачи главы 35
2.2 Условия моделирования несвязной грунтовой среды 35
2.3 Характеристики металлических оболочек моделей исследуемой конструкции 37
2.4 Характеристики несвязного материала заполнения
моделей исследуемой конструкции 40
2.5 Оборудование для проведения эксперимента 41
2.6 Экспериментальное исследование моделей трубопесчаной конструкции и незаполненных металлических оболочек 43
2.7 Выводы 47
Глава 3
Влияние размера частиц несвязного материала заполнения на несущую способность моделей коротких трубопесчаных стоек
3.1 Цель и задачи главы
3.2 Эксперимент по определению влияния размера частиц заполнителя на несущую способность исследуемых моделей
3.3 Анализ результатов эксперимента
3.4 Выводы
Глава 4
Влияние горизонтальных армирующих элементов на несущую способность моделей коротких трубопесчаных стоек
4.1 Цель и задачи главы
4.2 Материалы и оборудование для проведения эксперимента.
Результаты эксперимента
4.3 Выводы
Глава 5
Давление несвязного материала заполнения на внутреннюю поверхность металлической оболочки в трубопесчаной конструкции
5.1 Цель и задачи главы
5.2 Обобщение результатов исследования моделей коротких трубопесчаных стоек
5.3 Решение Буссинеска - Тимошенко для нагрузки, распределенной по части границы упругого полупространства
5.4 Методика и оборудование для проведения тарировки
датчиков объёмной деформации
5.4.1 Датчик объёмной деформации
5.4.2 Методика тарировки датчиков объёмной деформации
5.5 Результаты тарировки датчиков объёмной деформации
5.6 Анализ результатов тарировки датчиков объёмной деформации
5.7 Методика и оборудование для проведения натурного эксперимента по определению величины и эпюры давления несвязного материала заполнения на внутреннюю поверхность металлической оболочки в трубопесчаной конструкции
5.7.1 Оборудование для проведения натурного эксперимента
5.7.2 Методика проведения натурного эксперимента
5.8 Результаты натурного эксперимента
5.9 Анализ результатов натурного эксперимента. Предпосылки для построения методики расчета короткой трубопесчаной стойки
5.10 Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Приложение 5
Приложение 6
Приложение 7
Приложение 8
Приложение 9
Приложение 10
Введение к работе
Актуальность темы:
Короткие стойки, воспринимающие значительные осевые сжимающие усилия, находят применение в различных зданиях и сооружениях, таких как устои мостов, опоры бункеров и силосов, колонны нижних этажей многоэтажных зданий, стойки для перекрытий станций метро и т.д.
Эффективной конструкцией, способной воспринимать значительные осевые сжимающие усилия, является трубобетон. Идея трубобетонных конструкций заключается в увеличении прочности бетона за счет косвенного армирования стальной трубой, в этом случае несущая способность трубы полностью не используется, так как при эксплуатационных нагрузках труба и бетон в трубобетонном элементе работают в одноосном или близком к нему состоянии.
Обеспечить работу стальной трубы, как обоймы, в поперечном направлении можно, поместив в нее несвязный материал. При этом передача осевой сжимающей силы должна производиться на всю площадь несвязного материла заполнения.
Идея предлагаемой конструкции заключается в увеличении несущей способности стальной трубы при работе на сжатие за счет того, что несвязный материал заполнения будет передавать на трубу растягивающие усилия в поперечном направлении. При этом труба и несвязный материал заполнения будут работать в объёмном напряженном состоянии. Предлагаемая конструкция имеет несущую способность примерно одного порядка с несущей способностью трубобетонного элемента. Это позволяет говорить об эффективности предлагаемой конструкции по критерию отношения материалоемкости к несущей способности.
По аналогии с трубобетонной конструкцией конструкцию, выполненную из стальной трубчатой оболочки, заполненной несвязным материалом (в нашем случае песком) при передаче осевого усилия сжатия на всю площадь несвязного материала заполнения будем называть трубопесчаной.
На данную конструкцию получено свидетельство Российской Федерации на полезную модель №19071 и решение о выдаче патента Российской Федерации на изобретение (приоритет установлен по дате поступления заявки 29.01.2001).
Цель диссертации:
Исследование качественной стороны работы короткой стойки, выполненной из стальной трубы, заполненной несвязным материалом, при передаче сжимающего усилия на всю площадь материала заполнения и разработка предпосылок построения методики её расчета.
Задачи:
1. разработать гипотезы качественной картины работы и разрушения короткой трубопесчаной стойки;
2. выработать предпосылки построения методики расчета короткой трубопесчаной стойки;
3. разработать модели, методику и оборудование для проведения экспериментальных исследований изучаемой конструкции;
4. изучить несущую способность и качественную картину работы и разрушения исследуемой конструкции;
5. сравнить несущую способность коротких трубопесчаных стоек с несущей способностью незаполненных металлических труб;
6. изучить влияние размера частиц несвязного материала заполнения на несущую способность и качественную картину работы коротких трубопесчаных стоек;
7. изучить влияние армирования несвязного материала заполнения горизонтальными элементами на несущую способность и качественную картину работы исследуемой конструкции;
8. разработать методику и оборудование, её реализующее, для проведения испытаний датчиков объёмной деформации с целью получения тарировочных зависимостей для использования датчиков при определении количественных характеристик несвязного материала заполнения исследуемой конструкции в процессе проведения натурного эксперимента;
9. разработать методику и оборудование, её реализующее, для проведения натурных испытаний короткой трубопесчаной стойки;
10. провести натурное исследование короткой трубопесчаной стойки с целью анализа выработанных предпосылок методики её расчета;
11. Определить эпюру давления несвязного материала заполнения на внутреннюю поверхность металлической оболочки для доказательства необходимости использования модели упругопластической среды при построении методики расчета исследуемой конструкции; 12. исследовать возможность применения решения Буссинеска - Тимошенко для описания напряженного состояния в «упругой» области, возникающей в несвязном заполнителе трубопесчаной конструкции.
Научная новизна работы:
1. построены и подтверждены гипотезы качественной картины работы и разрушения короткой трубопесчаной стойки, возникающей при передаче сжимающего усилия на всю площадь несвязного материала заполнения;
2. разработаны предпосылки для построения методики расчета исследуемой конструкции, в которых экспериментально обосновано применение модели упругопластической среды;
3. подтверждена гипотеза влияния гранулометрического состава несвязного материала заполнения на качественную картину работы и несущую способность короткой трубопесчаной стойки;
4. подтверждена гипотеза влияния поперечного армирования несвязного материала заполнения на качественную картину работы и несущую способность короткой трубопесчаной стойки;
5. разработаны приборы, устройства и методики для проведения модельных и натурных испытаний коротких трубопесчаных стоек;
6. разработаны приборы, устройства и методика для проведения тарировочных испытаний датчиков объёмной деформации;
7. впервые получены тарировочные зависимости для датчиков объёмной деформации, позволяющие оценить количественную картину поведения грунтовой среды в точках расположения датчиков.
Практическое значение и внедрение результатов работы:
1. предложена новая конструкция, эффективно работающая на сжатие (свидетельство на полезную модель Российской Федерации №19071, решение о выдаче патента Российской Федерации на изобретение (приоритет установлен по дате поступления заявки 29.01.2001));
2. разработана методика и конструкция, её реализующая, с помощью которых исследована несущая способность и качественная картина работы коротких трубопесчаных стоек;
3. исследованы методы увеличения несущей способности коротких трубопесчаных стоек с помощью изменения гранулометрического состава и поперечного армирования несвязного материала заполнения;
4. разработана методика и установка, её реализующая, для проведения натурных испытаний короткой трубопесчаной стойки с использованием
датчиков объёмной деформации, которые также могут быть использованы для проведения исследований силосных и бункерных конструкций под сыпучие материалы;
5. разработана методика и установка, её реализующая, для проведения тарировочных испытаний датчиков объёмной деформации, с помощью которых впервые получены тарировочные зависимости, позволяющие определить количественные характеристики исследуемой грунтовой среды в точках расположения датчиков;
6. методика и установка для тарировки датчиков объёмной деформации была использована при проведении наблюдения за осадками основания во время усиления фундаментов жилых домов по улицам Камская и Днепровская в г. Владивостоке;
7. разработана и находится в изготовлении оригинальная конструкция силовой рамы гидравлического пресса, стойки которой выполнены из трубопесчаных элементов, позволяющая испытывать образцы сжимающей и растягивающей нагрузкой до 60 тонн (на конструкцию пресса подана заявка на изобретение).
Достоверность результатов работы
Моделирование исследуемой в работе конструкции проведено с использованием прямого моделирования на основе теории моделирования, разработанной в механике грунтов. Размеры моделей соответствовали размерам, принимаемым для приборов при стабилометрических исследованиях грунтов. Определение характеристик, использовавшихся в экспериментах материалов, тарировка датчиков объемной деформации, модельные и натурный эксперименты проводились с использованием тарированного и сертифицированного оборудовании лаборатории «Механики грунтов» кафедры «Теории сооружений» и испытательного зала кафедры «Строительных конструкций и материалов» СИ ДВГТУ.
Апробация работы
Результаты исследований по теме диссертации были доложены: на ежегодной научно-технической конференции «Вологдинские чтения» (ДВГТУ, Владивосток 1999, 2001 г.г.); на XI дальневосточной научно-технической конференции по мягким оболочкам (ДВГМА, Владивосток 1999 г.); на семинаре бакалавров, магистров и аспирантов при кафедре «Теории Сооружений» (СИ ДВГТУ, Владивосток 2000 - 2002 г.г.); на III и IV международных конференциях стран Азиатско-Тихоокеанского региона «Молодёжь и научно-технический прогресс» (ДВГТУ, Владивосток 1999, 2000 г.г.); на III международной научно-практической конференции «Наука - Техника - Технология на рубеже третьего тысячелетия» (ИТБ, Находка 2001 г.); на XXXI уральском семинаре «Механика и процессы управления» (Уральское отделение РАН, Екатеринбург 2001 г.); на международной научно- технической конференции аспирантов и студентов (ХГТУ, Хабаровск 2002 г.); на выставке инвестиционных проектов «Владвузинвест - 2002», проводившейся в рамках инвестиционной ярмарки международного форума Азиатско-Тихоокеанского Экономического Сотрудничества (ДВГТУ, Владивосток 2002).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано: 10 печатных работ и 5 работ находятся в печати; один отчёт о научно-исследовательской работе. Получен акт внедрения результатов работы. Получено свидетельство РФ на полезную модель и решение о выдаче патента на изобретение. Получен диплом выставки инвестиционных проектов «Владвузинвест - 2002», проводившейся в рамках инвестиционной ярмарки международного форума Азиатско-Тихоокеанского Экономического Сотрудничества.
Похожие диссертации на Основы расчета и конструирования коротких трубопесчаных стоек
