Введение к работе
Актуальность темы. С увеличением объемов реконструкции жилых, гражданских и производственных зданий по сравнению с новым строительством возникает необходимость разработки научных основ предупреждения дефектов внецентренно сжатых железобетонных конструкций, способов их усиления и методов расчета
Общественные и промышленные здания, как правило, выполняются в каркасном варианте, где основные нагрузки воспринимает несущий каркас (остов) здания, основными элементами которого являются колонны Они обычно имеют большие скрытые запасы несущей способности, так как проектируются (в частности, для промышленных зданий) исходя из самого невыгодного сочетания нагрузок, одновременное воздействие которых маловероятно Поэтому возникает задача оценки несущей способности, устойчивости и деформативно-сти колонн в процессе эксплуатации, а также в условиях принятия решения по усилению этих конструкций Существующая методика оценки несущей способности таких конструкций из условия прочности и устойчивости требует совершенствования К настоящему времени, количество работ, посвященных данной проблеме, весьма мало
Как показал анализ традиционных способов усиления внецентренно сжатых элементов, обоймы счшаются самым простым и надежным коне гру к-тивным решением усиления и поэтому применяются достаточно часто
Причинами, вызывающими необходимость усиления железобетонных конструкций, в частности колонн, являются, коррозия арматуры и, как следствие, полное отслаивание защитного слоя бетона и уменьшение сечения на 25 30%, увеличение эксплуатационных нагрузок (увеличение грузоподъемности крана, смена конструкций покрытия, изменение конструкции утеплителя), ошибки, допущенные в проектировании, изготовлении и монтаже конструкций, появление дефектов, связанных с технологическим оборудованием Кроме того, необходимость усиления конструкции возникает в результате по-
вреждений, вызванных неблагоприятными атмосферными воздействиями, действием высоких температур при пожарах, перегрузках, износом конструкций при неудовлетворительной эксплуатации, а также не предусмотренных проектом изменений условий іехнологии производства и эксплуатации
Одним из важнейших факторов, определяющих сопротивление сжатых усиленных железобетонных конструкций, является «эффект обоймы» Доказано, что такой способ усиления элементов значительно увеличивает их несущую способность, однако в Нормативных документах учет данного явления отсутствует Учет работы поперечной арматуры обойм в расчетах позволит определить несущую способность усиливаемой конструкции и предотвратить возможные разрушения, исключить затраты материальных и денежных средств, а также даст возможность правильно оценить принятое решение по усилению железобетонных конструкций при увеличении эксплуатационных нагрузок, устранить излишества при разработке конструкции усиления и создать необходимые условия для обеспечения безопасности жизнедеятельности Проблема расчета сжатых усиленных железобетонных элементов с учетом эффекта обоймы осложняется еще и отсутствием необходимых экспериментальных исследований при статическом и особенно при кратковременном динамическом иагру-жении
Существующая объективная потребность в совершенствовании методики проверки несущей способности внецешренно сжатых железобетонных элементов из условия прочности и устойчивости, а также разработке конструкций усиления и методики их расчета с учетом «эффекта обоймы» и определяет актуальность темы диссертационной работы
Объектом исследования являются внецентренно сжатые элементы, усиленные железобетонными и металлическими обоймами
Предмет исследования напряженно-деформированное состояние, прочность и устойчивость элементов, усиленных различными типами обойм
Цель работы - совершенствование методики расчета несущей способности внецентренно сжатых элементов по прочности и устойчивости, развитие
экспериментальных основ сопротивления указанных конструкций действию продольных сил, разработка научно обоснованных методов расчета усиленных железобетонных элементов на действие статической и динамической нагрузки Для достижения поставленной цели необходимо решиїь следующие задачи.
-
Проанализировать современное состояние существующих способов усиления и методов расчета усиленных железобетонных конструкций и выявить их недостатки
-
Теоретически обосновать зависимости между основными параметрами напряженно-деформированного состояния бетона для учета поперечной арматуры обойм при определении несущей способности усиленных железобетонных конструкций
-
Разработать методику проверки несущей способности внецентренно сжатых элементов из условия прочности и устойчивости с учетом реальных свойств материала при различных гибкостях.
-
Провести комплексные экспериментальные исследования вариантов конструктивных решений обойм на статическое и кратковременное динамическое нагружение. Проанализировать влияние на прочность и деформативность уси-леппых элементов типа обойм, процента поперечного армирования обойм, характера приложения нагрузки и скорости нагружения
-
Установить особенности действия динамической нагрузки на опытные образцы сжатых элементов и выполнить теоретические исследования с учетом диаграммы {ех- є )
6. Выполнить численные исследования прочности, устойчивости и деформа-тивности сжатых элементов при различных гибкостях
7 Разработать научно-обоснованные методы расчета сжатых усиленных элементов с учетом поперечной арматуры обойм
Научная новизна работы: D предложен новый подход в определении несущей способности внецентренно сжатых элементов из условия прочности и устойчивости и усовершенствована методика их расчета с учетом пластических свойств материала,
6 О развита теория и проведены теоретические исследования динамического
воздействия на опытные образцы колонн, ! і получены новые экспериментальные данные о сопротивлении сжатых усиленных элементов обоймами на действие продольных сил при статическом и кратковременном динамическом нагружении, L J выявлены закономерности увеличения несущей способности внецентренно сжатых усиленных элементов за счет эффекта обоймы Достоверность представленных в работе положений, результатов и выводов подтверждается использованием широко известных математических методов и фундаментальных положений механики деформируемого твердого тела, а также сравнением данных проведенного эксперимента с результатами других ученых, работающих в этой области
Практическое значение работы П предложен простой и эффективный способ определения несущей способности сжатых железобетонных конструкций с учетом «эффекта обоймы», U полученные результаты послужили научной основой для совершенствования методики расчета неез'щей способности внецентренно сжатых колонн из условия прочности и устойчивости с учетом реальных свойств материала, U результаты исследований позволили разработать научно обоснованную методику расчета сжатых железобетонных конструкций, усиленных обоймами, с учетом эффекта обоймы и рекомендации по практическому применению усилений, П на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований даны указания по совершенствованию технологических операций при выполнении усилений и конструированию обойм, П результаты исследований использованы при разработке информационно-технического стандарта На защиту выносятся: П теоретические зависимости между основными параметрами напряженно-деформированного состояния бетона для определения несущей способности
сжатых и внецентренно сжатых усиленных железобетонных конструкций с учётом «эффекта обоймы», U методика и результаты экспериментальных исследований сопротивления сжатых железобетонных элементов, усиленных обоймами, при статическом и динамическом пагружении; П результаты теоретических исследований динамического воздействия на
опытные образцы колонн, О инженерная методика расчета сжатых железобетонных конструкций, усиленных обоймами, П методика и результаты численных исследований прочности, устойчивости и
деформативности усиленных колонн при различных гибкостях, П усовершенствованная методика проверки несущей способности внецентренно сжатых колонн из условия прочности и устойчивости с учетом нелинейной работы бетона
Внедрение результатов работы. Результаты проведенных исследований использовались
при разработке проекта усиления строительных конструкций на главном корпусе №1 экспериментально-производственного объединения «Поволжское» г Тольятти в 1989г ,
при выполнении усиления железобетонных колонн 300x300мм металлическими обоймами в здании хозяйственно-технического назначения (г Тольятти, 1999 г.),
- при разработке проекта усиления несущего каркаса здания безригель-
ной системы «Куб-2,5» 14-этажного жилого дома (сборные железобетонные ко
лонны 400 х 400мм, высотой 8400мм, гибкость К = 73, шаг колонн 6,0, 3,0м )
Усиление колонн выполнено с помощью железобетонных обойм на вето высоту
первого этажа Проект в натуре реализован в г Тольятти в 2000 году,
- при разработке и реализации проекта усиления железобетонных колонн 400x400мм монолитного безригсльного каркаса жилых домов серии 37ГВ1 (ул 40-лет Победы 18) и 35Ю (Рябиновый бульвар 8) г Тольятти, 2000г ,
при разработке альбома рабочих чертежей «Обследование и разработка рекомендаций по обеспечению дальнейшей безопасной эксплуатации строительных конструкций кузнечно-прессового цеха» ОАО «ВОЛГОЦЕММАШ» г Толья пи, 19991
при выполнении госбюджетных тем «Реконструкция» (отчет зарегистрирован во ВНИЦ, регистрационный № 01 99 0010668), « Прочность, устойчивость и деформативность железобетонных колонн, усиленных обоймами» (регистрационный № 0220 0500455), «Исследование способов усиления железобетонных конструкций специальных сооружений» (№28714, 1985-1990г г ),
гранта по фундаментальным исследованиям в области архитектуры и строительства (№ г р 01200310353),
при разработке информационно-технического Стандарта СТО - 1113 -2006 «Рекомендации по снижению риска аварий зданий, сооружений и их частей» - М ЦНИИПСК им Н П Мельникова, 2006
Разработанные методы расчета и проектирования внецентренно сжатых усиленных конструкций обоймами, а также практические рекомендации по их применению используются в учебном процессе Тольяттинского военного технического института и других вузов
Апробация работы. Основные положения и полученные в диссертационной работе результаты обсуждались и докладывались на научно-технических конференциях XII научно-гехнической конференции молодых специалисшв организаций КС МО СССР (Москва, 1988); на XI научно- технической конференции «Пути ускорения внедрения достижений научно-технического прогресса в капитальное строительство Министерства обороны» (Ленинград, 1988), на научно- технических конференциях (Пушкин, 1991, Камышин, 1996), на межвузовской научно-методической конференции «Современные технологии в промышленности, строительстве и высшем образовании инновации, опыт, проблемы, перспективы (Камышин, 1996), на 2 научно-практических семинарах (Тольятти, 1998), на I международной научно-технической конференции (Самара, 1998), на конференции инженерно-технических работников строительных
организаций (Самара, 1998); на межвузовской научной конференции «Наука, техника, образование г Тольятти и Поволжского региона» (Тольятти, 2001), на межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы проектирования и возведения зданий и сооружений с учетом энергосберегающих технологий и методов строительства» (Пенза, 2002), на Всероссийской научно-практической конференции «Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов Поволжья» (Тольятти, 2004), на Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, 2004); на 5 и 8 научно-методических конференциях «Дефекты зданий и сооружений Усиление строительных конструкций» (С Петербург, 2001, 2004), на 5 Международной научно-практической конференции (Пенза, 2004), на 3 и 5 Международных научно- технических конференциях «Эффективные строительные конструкции теория и практика» (Пенза, 2004, 2006); на II Международной научно-практической конференции «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» МГСУ (Москва, 2004), на заседании 24 Российской школы по проблемам науки и технологий, которое посвящено 80-летию со дня рождения академика В П Макеева (Миасс, 2004); на научном семинаре - совещании «Проблемы эксплуатации и оценка технического состояния строительных промышленных фондов, отработавших установленные сроки» (Челябинск, 2005); на 3-й и 4-й межвузовских научно-практических конференциях «Развитие ВУЗА через развитие науки» (Тольятти, 2005, 2006), на 36 Уральском семинаре УрО РАН, 2006; на I Международной научно- практической конференции (Белгород, 2006), на 5 - й Всероссийской научно-практической конференции МГУ им H.1I. Огарева (Саранск, 2006).
В целом диссертационная работа докладывалась на научном семинаре кафедры строительных конструкций Военного инженерного технического университета (Тольятти, 2002, 2004), на расширенном заседании кафедры «Строительных конструкций» Пензенской государственной архитектурно-строительной академии (Пенза 2001, 2002), на расширенном заседании кафедры
«Мосты и транспортные сооружения» Саратовского государственного технического университета (Саратов, 2002), на заседании научно-методического семинара кафедры «Строительные конструкции и инженерные сооружения» Южно-Уральскою іосударственноїо университета (Челябинск, 2004, 2007), на совместном заседании кафедр «Математическое моделирование», «Строительство, строительные материалы и конструкции» Тульского государственного университета (Тула, 2004), на заседании научно-методического семинара кафедры «Строительные конструкции» Магнитогорского государственного технического университета им Г Н Носова (Магнитогорск, 2005), на расширенном заседании кафедры «Строительные конструкции, механика твердого тела» Тольят-тинского военного технического института» (Тольятти, 2007)
Апробацией работы в определенной степени являются некоторые результаты экспериментальных исследований, проводимые канд. техн наук А Е Тка-ченко, аспирантами ТГУ 3 В. Шаровой, К П Юрьевым
Публикации. По теме диссертации опубликовано 65 научных работ, в том числе 19 из них - в журналах, рекомендованных ВАК для публикации материалов докторских диссертаций
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, заключения, списка использованных источников и приложения (общий объем 411 страниц) Основной печатный текст занимает 248 страниц, 113 страниц - иллюстрации (204 рис ), 29 с границ - таблицы (20 таблиц), 18 страниц - список использованных источников (227 наименований)
Похожие диссертации на Прочность и устойчивость внецентренно сжатых элементов, усиленных железобетонными и металлическими обоймами
