Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Ежегодно на земном шаре происходит свыше 300 тыс землетрясений, большинство из которых, к счастью, имеет небольшую силу или проявляется в ненаселенных районах. Однако некоторые очаги сильных землетрясений располагаются близко к населенным пунктам. В этом случае происходят большие повреждения и обрушения недостаточно прочных сооружений.
Одной из важных задач сейсмостойкого строительства является разработка методов расчета зданий и сооружений, позволяющих наиболее точно оценить возможности конструкций сопротивляться различным сейсмическим воздействиям.
В настоящее время расчет зданий и сооружений на действие сейсмических нагрузок производится в соответствии со СНИП II-7-81*, в основу которых заложено упругое деформирование конструкций с введением некоторых обобщенных корректив, учитывающих податливость систем и образование пластических шарниров. Расчет прочности элементов производится по предельным усилиям, воспринимаемым элементом в нормальных, наклонных и пространственных сечениях. При этом вводятся специальные коэффициенты условий работы, учитывающие особенности сейсмического воздействия. Поэтому весьма актуальным и своевременным является разработка новых усовершенствованных методов расчета сейсмостойкости, наиболее правильно отражающих поведение зданий при землетрясениях, обеспечивающих большую надежность и в то же время экономичность проектных решений.
В связи с этим актуальной является разработка методов расчета наиболее нагруженных элементов несущих систем каркасных железобетонных зданий, позволяющих обеспечить живучесть зданий на всех стадиях деформирования после разрушения одной колонны.
Степень разработанности проблемы
Исследованиями сейсмостойкого стройтельства, разработкой методов расчета зданий и сооружений, позволяющих наиболее точно оценить возможности конструкций сопротивляться различным сейсмическим воздействиям, занимались такие ученые , как Я.М. Айзенберг, М.У. Ашимбаев, И.К.Белобров, Ю.И.Пузанков, А.А.Беспаев, А.Т.Тастанбеков, Дж.Борджес, А.Равара, А.А. Гвоздев, И.И.Гольденблат, Б.П.Гудков, Л.Ш.Килимник, А.П.Кириллов, И.Т.Мирсаяпов, И.Л.Корчинский, А.А. Веселов и др.
Первые расчетные методы на прочность и устойчивость зданий и сооружений на сейсмические нагрузки и воздействия были разработаны такими учеными как И.Т. Мирсаяпов, А.А.Воронов, А.Г. Назаров, С.В.Поляков, Г.И.Попов, В.А.Ржевский., Н.Н.Складнев и др.
Цель диссертационной работы
Разработка методики расчетной оценки НДС и прочности несущих элементов каркасных железобетонных зданий после разрушения одной из колонн, позволяющих обеспечить их живучесть, в рамках развития динамического метода расчета с учетом нелинейности деформирования.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Проведение анализа состояния многоэтажных каркасных зданий
после землетрясений, результатов экспериментальных исследований моделей каркасных зданий и выявление характерных разрушений многоэтажных зданий и их элементов; изучение характера их деформирования и механизмов разрушения при действии знакопеременных циклических нагрузок.
2. Проведение анализа напряженно-деформированного состояния нормального сечения сжато-изогнутого железобетонного элемента в условиях знакопеременного циклического нагружения на разных стадиях деформирования арматуры.
3. Разработка деформационной модели сжато-изогнутого железобетонного элемента на основе уравнений равновесия внешних и внутренних сил в нормальном сечении, условий деформирования нормальных сечений и аналитических диаграмм деформирования материалов при знакопеременном нелинейном деформировании при действии циклического нагружения сейсмического характера.
4. Разработка методики построения на основе деформационной модели диаграммы деформирования нормального сечения сжато-изогнутого железобетонного элемента в координатах «Момент - кривизна» при нагрузках сейсмического характера.
5. Проведение проверки достоверности разработанной методики путем сравнения теоретических результатов с данными эксперимента других исследователей.
Научная новизна работы
1.Разработана деформационная модель сжато-изогнутого железобетонного элемента, построенная на основе аналитических диаграмм деформирования материалов, при знакопеременном нелинейном деформировании при действии циклического нагружения сейсмического характера.
2. Разработана диаграмма деформирования нормального сечения сжато-изогнутого железобетонного элемента при знакопеременном циклическом деформировании в координатах «Момент - кривизна» при нагрузках сейсмического характера.
3. Разработана оригинальная методика расчетной оценки сейсмостойкости многоэтажных каркасных зданий из железобетона на основе деформационной модели сжато-изогнутого железобетонного элемента при знакопеременном нелинейном деформировании несущих элементов.
4. Рассчитаны предельные нагрузки, воспринимаемые системой ригелей над разрушенной колонной, с учетом пространственной работы каркаса. По результатам данных исследований автором была разработана методика расчёта многоэтажных железобетонных здании в условиях Монголии. Примеры расчёта конкретных зданий включены в приложение диссертации.
Практическое значение
Разработанная деформационная модель сжато-изогнутого железобетонного элемента, адекватно отражающая напряженно-деформированное состояние нормальных сечений элемента при знакопеременном циклическом нагружении, и динамический подход к расчету сейсмостойкости многоэтажных каркасных зданий из железобетона, позволят повысить надежность, а в ряде случаев - и экономичность конструктивных решений зданий.
На основании проведенных расчетно-теоретических исследований разработаны рекомендации для внесения в нормативно-технические документы.
Внедрение результатов работы
Предложенный расчетный аппарат использован при проектировании железобетонных элементов многоэтажных каркасных зданий. Результаты работы использованы при проектировании объектов: «Многоквартирный 9- этажный монолитный железобетонный каркасный жилой дом (г. Улан-Батор, район Хан-уул); «Многоквартирный 16-этажный монолитный железобетонный каркасный жилой дом (г. Улан-Батор, район Баян-зурх), «Пятизвездочная гостиница» (г.Улан-Батор, район Налайх) и другие, а также приняты для дальнейшего использования при проектировании многоэтажных железобетонных каркасных зданий г. Улан-Батор.
Результаты работы внедрены в учебный процесс МГУНТ при изучении студентами строительных специальностей и магистрами направления «Строительство» курса «Железобетонные и каменные конструкции» и специального курса.
На защиту выносятся:
- деформационная модель сжато-изогнутого железобетонного элемента, построенная на основе аналитических диаграмм деформирования материалов, при знакопеременном нелинейном деформировании при действии циклического нагружения сейсмического характера;
- диаграмма деформирования нормального сечения сжато-изогнутого железобетонного элемента при знакопеременном циклическом деформировании в координатах «Момент - кривизна» при нагрузках сейсмического характера;
- методика расчетной оценки сейсмостойкости многоэтажных каркасных зданий из железобетона на основе деформационной модели сжато-изогнутого железобетонного элемента при знакопеременном нелинейном деформировании несущих элементов.
Апробации и публикация работы
Основное содержание диссертационной работы обсуждалось:
- на научных конференциях профессорско-преподавательского состава кафедры строительных конструкций и технологии МГУНТ (2001, 2004, 2005-2011гг.);
- на научных семинарах докторантов МГУНТ (2004, 2005-2010 гг.);
- на международных научно-практических конференциях по исследованиям бетонных и железобетонных конструкций (МНР, г.Улан-Батор, 2005-2009 гг.);
-на международной конференции инженеров–стройтелей «О роли инженеров–стройтелей в взаимоотношении стройтельства и окружающей среды (Республика Корея, г.Чежу, 2005 г.);
- на международной конференции «Меры предупреждения опасности землетрясения, цунами, тайфунов по отношению зданий и сооружений»
(Тайвань, 2006 г.);
- на международной конференции «Меры предупреждения опасности землетрясения, цунами, тайфунов по отношению зданий и сооружений» (Австралия, г.Брисвани, 2009 г.).
Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 9 научных публикациях, в том числе в 1 статье в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК МОиН РФ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка использованной литературы. Общий объем работы – 184 страницы, в том числе 22 рисунка, 2 таблицы.
