Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 9
Взрывная нагрузка 9
Особенности применяемых конструктивных решений зданий, подвергающихся взрывным воздействиям 21
Шатровые складки 24
Основные положения расчета железобетонных конструкций при действии кратковременных динамических нагрузок 32
Прочностные и деформативные свойства материалов 32
Предельные состояния 38
Методы расчета конструкций на действие взрывных нагрузок 42
1.5. Выводы и задачи исследования 46
2. РАСЧЕТ ШАТРОВЫХ СКЛАДОК В УПРУГОЙ СТАДИИ. ......:. ....48 <
2.1 Расчет шатровых складок на действие статической нагрузки I'i.....50 <
Расчет с использованием метода конечных элементов (МКЭ) с учетом трещинообразования и физической нелинейности бетона 50
Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными 57
Приближенный метод 64
2.1.3.1. Усилия и деформации в складке при безмоментном
напряженном состоянии 65
Усилия и деформации в складке при моментном напряженном состоянии 71
Влияние моментного напряженного состояния на безмоментное 79
Формулировка метода 82
Пример расчета шатровой складки 91
2.2. Расчет шатровых складок на действие кратковременной динамической
нагрузки 96
Упрощенный метод 97
Приближенный метод 100
Пример расчета шатровой складки 110
2.3. Выводы 125
3. РАСЧЕТ ШАТРОВЫХ СКЛАДОК В ПЛАСТРІЧЕСКОИ СТАДИИ 127
Формулировка метода 130
Пример расчета шатровой складки в пластической стадии 162
Выводы 169
4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ШАТРОВЫХ
СКЛАДОК ДЛЯ ПОКРЫТИЙ И ПЕРЕКРЫТИЙ ЗДАНИЙ,
ПОДВЕРГАЮЩИХСЯ ДЕЙСТВИЮ ВЗРЫВНЫХ НАГРУЗОК 172
Динамический расчет сборно-монолитного покрытия 172
Динамический расчет шатровой складки .'.'.. 180 ;
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ. ...........190 л
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ... ........192 :
/
Введение к работе
В гражданском и промышленном строительстве взрывные воздействия возникают, главным образом, при аварийных взрывах бризантных взрывчатых веществ (ВВ), взрывах бытового газа, паровых котлов, баллонов со сжиженным газом, при детонации и взрывном горении газопаровоздушных и пылевоздушных смесей (ГПВС) и т.д. Причем наблюдается тенденция к увеличению частоты и интенсивности таких воздействий вследствие непрерывного развития химической, нефтяной, текстильной и других отраслей промышленности, связанных с горючими газами и жидкостями. В настоящее время человечество столкнулось с новой угрозой — активизацией террористической деятельности. Террористические взрывы влекут за собой серьезный материальный ущерб и большие человеческие жертвы.
Взрывные воздействия характеризуются высокими давлениями и малой
продолжительностью действия. - ; '
Особо ответственные здания и сооружения (пункты управления на нефтехимических и химических производствах, корпуса и реакторные отделения АЭС, корпуса ТЭС, высотные административные здания и др.) должны быть устойчивы к подобного рода нагрузкам, т.е. должны выдерживать однократное взрывное воздействие, не разрушившись. При этом могут быть допущены значительные пластические деформации.
В настоящее время для перекрытий и покрытий этих зданий используются плитно-балочные конструкции, которые достаточно эффективны при пролетах до 6x6м. Однако зачастую по технологическим соображениям для таких зданий предпочтительнее сетка колонн 12x12м и более. При таких пролетах применение плоских плитно-балочных конструкций становится экономически нецелесообразным вследствие перерасхода материалов. При больших пролетах под нагрузкой выгодно работают пространственные конструкции. Эффективность пространственных конструкций возрастает с увеличением интенсивности действующей нагрузки.
5 В промышленном строительстве при статических нагрузках большой
интенсивности нашли применение шатровые складки, являющиеся
разновидностью пространственных конструкций. В настоящее время
достаточно подробно изучены особенности напряженно-деформированного
состояния (НДС) шатровых складок [4], разработаны методы расчета шатровых
складок по прочности при действии статических нагрузок [4,94]. Однако, без
знания методов динамического расчета шатровых складок их обоснованное
применение в указанных выше случаях невозможно.
Предметом исследования настоящей диссертации являются монолитные шатровые складки, квадратные в плане, опирающиеся на колонны по углам или по контуру на кирпичные стены, при действии на них воздушной ударной волны.
Актуальность темы заключается в ее направленности на решение практических задач расчета пространственных конструкций перекрытий и покрытий при действии кратковременной динамической нагрузки, что создает -предпосылки для их дальнейшего совершенствования и более широкого внедрения.
Научная новизна работы состоит в том, что:
разработан метод расчета монолитных шатровых складок в упругой стадии при действии статической нагрузки по деформациям и трещиностойкости последовательным уточнением жесткостей с использованием проектно-вычислительного комплекса SCAD;
разработан упрощенный метод расчета шатровых складок в упругой стадии при совместном действии статической и кратковременной динамической нагрузки на основе формы перемещений, полученной с использованием ПВК SCAD;
разработан приближенный метод статического и динамического расчета складок в упругой стадии на основе сочетания моментного и безмоментного напряженных состояний;
разработан метод динамического расчета шатровых складок в пластической стадии с использованием опытных форм перемещений. На защиту выносятся:
метод расчета шатровых складок в упругой стадии на действие статической нагрузки по трещиностоикости и жесткости последовательными приближениями с использованием ПВК SCAD;
выражения для форм перемещений шатровой складки;
приближенный метод расчета в упругой стадии шатровых складок, работающих в составе многопролетного, многоволнового перекрытия или покрытия, на действие статической нагрузки;
упрощенный метод расчета шатровых складок в упругой стадии на совместное действие статической и кратковременной динамической нагрузки заданием форм перемещений; ч-
приближенный метод расчета в упругой стадии шатровых складок, работающих в составе многопролетного, многоволнового перекрытия или покрытия, на действие кратковременной динамической нагрузки; г*
метод расчета шатровых складок в пластической стадии при совместном действии статической и кратковременной динамической нагрузки с учетом геометрической нелинейности и конструктивных особенностей.
Практическое значение работы состоит в том, что предложенные методы расчета монолитных шатровых складок в упругой и пластической стадиях при действии кратковременной динамической нагрузки позволяют выполнять их обоснованное проектирование для покрытий и перекрытий зданий взрывоопасных производств и специальных сооружений и рекомендовать шатровые складки для применения в указанных случаях при интенсивных взрывных нагрузках и крупной сетке колонн.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы.
В первой главе приведены краткие сведения об особенностях динамических нагрузок при взрывных воздействиях, особенностях
7 применяемых конструктивных решений зданий, подвергающихся взрывным
воздействиям. Дан краткий обзор применения и конструктивных решений
тонкостенных железобетонных складчатых оболочек в качестве несущих
элементов перекрытий и покрытий зданий и сооружений, выполнен краткий
обзор литературных источников, посвященных основным положениям расчета
конструкций на действие кратковременных динамических нагрузок,
сформулированы задачи исследования.
Вторая глава посвящена расчету шатровых складок в упругой и упруго-пластической стадиях. При действии статической нагрузки рассматривается метод расчета шатровых складок последовательными приближениями с использованием ПВК SCAD. На основе анализа НДС граней складки получены выражения для их форм перемещений и разработан приближенный аналитический метод с их использованием. Результаты теоретических расчетов сопоставлены с результатами эксперимента; проведенного с моделью шатровой * складки в НИИЖБе [4]. При действии кратковременной динамической ; нагрузки рассмотрены упрощенный метод заданием формы перемещений конструкции и приближенный метод, основанный на сочетании моментного и безмоментного напряженных состояний. Даны примеры расчетов.
В третьей главе изложена методика расчета шатровых складок в пластической стадии на совместное действие статической и кратковременной динамической нагрузки с учетом геометрических и конструктивных особенностей. Даны примеры расчетов.
Четвертая глава посвящена определению экономической эффективности применения шатровых складок для покрытий и перекрытий зданий, подвергающихся действию кратковременных динамических нагрузок. Рассмотрено типовое сборно-монолитное плитно-балочное покрытие пункта управления нефтехимического завода и покрытие с шатровыми складками и определен расход строительных материалов при одинаковой нагрузке.
В заключение диссертации приведены общие выводы и список использованной литературы.
8 Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и
обсуждались: на конференции творческой молодежи, г. Москва, 2002 г.; на
шестой научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и
докторантов.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в четырех работах.
Рассматриваемая диссертация выполнена в Московском государственном строительном университете на кафедре железобетонных конструкций под руководством профессора, доктора технических наук Расторгуева Бориса Сергеевича.
Похожие диссертации на Применение шатровых складок в зданиях при взрывных воздействиях
