Введение к работе
Актуальность. В научно-исследовательском Центре системного исследования железобетонных конструкций Пензенского государственного университета архитектуры и строительства (ПГУАС) под руководством д т н, проф ТИ Барановой реализуется Комплексная программа экспериментально-теоретических исследований стен различных зданий и сооружений Выполнен очередной этап программы, посвященный изучению сопротивления стеновых панелей с технологическими отверстиями при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил Ответственным исполнителем указанного этапа являлся автор данной диссертации, которая выполнена в рамках комплексной программы К одной из основных задач исследований относится развитие нормативной экспериментальной базы стеновых панелей с технологическими отверстиями В настоящее время она находится в неудовлетворительном состоянии
Основу системного подхода к исследованиям железобетонных стен
составляет преемственность рабочих программ, поэтому программа диссертации
является продолжением исследований, проведенных в университетах
Кембриджа Ноттингема (Англия) С одной стороны, эти исследования имеют
высокий научно-технический уровень, с другой - диапазон изменения
изученных факторов носит незавершенный характер Следовательно,
продолжение развития единой нормативной экспериментальной базы стен и стеновых конструкций с предварительной систематизацией результатов проведенных физических экспериментов является актуальной задачей.
Таким образом, диссертация является очередной научной работой, посвященной факторному анализу и системному изучению сопротивления железобетонных стеновых панелей с технологическими отверстиями Стеновые панели являются основными элементами конструктивной схемы многоэтажных зданий Они образуют единую пространственную перекрестно-стеновую систему, состоящую из продольных и поперечных несущих стен, объединенных между собой и с перекрытиями Такие здания имеют часто расположенные поперечные стены, одну или две внутренние стены и несущие наружные стены, тем самым создаются условия для расширения области их применения и роста этажности Опыт возведения крупнопанельных зданий выявляет высокую эффективность их строительства даже в сейсмических районах Многочисленные стыки стен локализуют значительную часть деформаций пространственной несущей системы здания и одновременно выполняют роль зон нелинейного сопротивления и пластического деформирования как стен, так и здания в целом Использование стеновых заполнений в каркасных зданиях также значительно повышает их жесткость и является эффективным Таким образом, стены являются наиболее ответственными несущими конструкциями, имеют массовое распространение в строительстве, их стоимость достигает 65-70% от стоимости всего здания
Практика строительства и исследования стеновых конструкций показала, что наиболее опасным видом их разрушения является разрушение среза в
>/ 3
расчетных зонах бетона Отсутствие полноценных строительных Норм проектирования нового поколения, а также отсутствие совершенных методов расчета прочности стен в действующих Нормах (СНиП 2.03.01-84) не позволяют описывать возможные схемы разрушения стеновых панелей
В результате возникают проблемы при их проектировании Как выход из положения в практике проектирования используются приближенный метод расчета прочности стен, в основе которого лежит балочная аналогия и метод расчета прочности наклонных сечений Кроме того, следует обратить внимание на то, что в настоящее время в практике проектирования широко используются компьютерные технологии, программные комплексы ПК, применяются нелинейные диаграммы соотношений напряжений и деформаций На пути развития этих технологий и диаграммных методов расчета существует ряд препятствий, к которым относится отсутствие нормативной экспериментальной базы, обосновывающей результаты расчета и обеспечивающей безопасность конструкций Проблемы при проектировании стен требуют срочного решения и развития экспериментальной базы
В настоящий период реализации в нашей стране приоритетных национальных проектов, в том числе проекта «Доступное и комфортное жилье», в области строительства особое значение приобретает совершенствование конструктивных решений и методов расчета стен Процесс совершенствования строительных конструкций также осложняется отсутствием в нашей стране полноценных новых Норм, регламентирующих их проектирование и позволяющих в условиях интенсивно развивающейся рыночной экономики обеспечить повышение качества, долговечности и безопасности зданий и сооружений на стадии проектирования
Следовательно, тема диссертации, посвященная разработке нового нормативного метода расчета прочности железобетонных стен и развитию экспериментальной базы, является актуальной
Цель и задачи исследований
Для реализации системного исследования стен в единую систему приведены результаты физического эксперимента, проведенного автором, и результаты, полученные зарубежными учеными
Цель диссертации заключается в развитии теории сопротивления стеновых панелей с технологическими отверстиями на основе факторных исследований, разработке метода расчета прочности и конструирования железобетонных стен с проемами на основе моделирования сопротивления стен, разработке новой методологии построения расчетных моделей указанных стен
Для выполнения указанной цели ставились следующие задачи
провести анализ результатов ранее выполненных исследований железобетонных стен при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил, дать оценку уровня исследования сопротивления стен, имеющих технологические отверстия,
разработать программу исследования стеновых панелей, включающую в себя основные факторы, к которым относятся схемы нагружения,
формы очертания и размеры технологических отверстий,
выполнить физический эксперимент и сделать анализ результатов экспериментальных исследований, предусмотренных программой,
развить теорию сопротивления стеновых панелей с технологическими отверстиями при изменении основных факторов,
разработать расчетные схемы и провести численный эксперимент для получения более полной информации о характере напряженно-деформированного состояния стеновых панелей с технологическими отверстиями на основе программного комплекса Лира 9 2 при изменении исследуемых факторов,
провести анализ полученных результатов и сформулировать экспериментально-теоретические основы сопротивления стен с отверстиями при изменении изученных факторов,
разработать методологию построения каркасно-стержневых моделей КСМ-о сопротивления стен с технологическими отверстиями и их модификаций при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил,
разработать расчетные зависимости для определения прочности стен с технологическими отверстиями на основе полученных моделей при действии вертикальной и горизонтальной нагрузок
Автор защищает.
Результаты аналитических исследований железобетонных стен при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил
Выявленные проблемы проектирования стеновых панелей с технологическими отверстиями
Выявленный характер напряженно - деформированного состояния стен с технологическими отверстиями при изменении основных факторов с оценкой локальных зон концентрации, расположенных над угловыми зонами технологических отверстий
Оценку характера образования трещин и схем разрушения в бетоне стеновых панелей при изменении основных факторов Классификации трещин и схем разрушения
Закономерности изменения разрушающих усилий и усилий образования трещин в стеновых панелях при изменении основных факторов
Методологию построения расчетных каркасно-стержневых моделей стен с технологическими отверстиями
Аналоговые расчетные стержневые модели АСМ и каркасно-стержневые модели АКМ-п стен с технологическими отверстиями при изменении основных факторов
Расчетные зависимости для определения прочности стен, разработанные на основе выявленных предельных состояний в элементах каркасно-стержневых моделей стен с технологическими отверстиями
Оценку предлагаемого метода расчета стен с технологическими
отверстиями
Научную новизну работы составляют:
полученные экспериментально-теоретические основы сопротивления стен с технологическими отверстиями при изменении основных факторов,
особенности характера напряженно-деформированного состояния стен с технологическими отверстиями при изменении основных факторов,
закономерности изменения разрушающих усилий и усилий образования трещин при изменении основных факторов,
новые аналоговые стержневые АСМ каркасные модели АКМ стен с технологическими отверстиями и их модификации при изменении основных факторов,
разработанный метод расчета прочности стен с технологическими отверстиями прямоугольного и овального очертания при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил и развитии диапазона основных факторов
Практическое значение диссертационной работы заключается в разработке Сводов Правил по расчету и конструированию несущих железобетонных стен на основе проведенных исследований. Материал Сводов Правил рассмотрен и одобрен на совместном заседании Бюро Отделения Строительных Наук и Ученого Совета Отделения Строительных Наук Российской Академии Архитектуры и Строительных Наук (Протокол № 2/5 от 27 03 08, выписка из протокола прилагается в диссертации) Метод расчета стен, сечение которых ослаблено наличием технологических отверстий, использован в разработке проектов усиления поврежденных стен при реконструкции и восстановлении зданий в Пензенском регионе (здание Церкви Казанской Божьей Матери, п Мокшан, Собор Вознесения Христа, г Кузнецк, здание Законодательного собрания, г Пенза, здание гостиничного комплекса Интурист, г Пенза) Кроме того - в учебном процессе Пензенского государственного университета архитектуры и строительства по дисциплинам «Железобетонные конструкции», «Реконструкция зданий и сооружений» и спецкурсах
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на научно-технических семинарах кафедры "Строительные конструкции", на научно-технических конференциях, которые проходили в Пензенском государственном университете архитектуры и строительства, а также на международных конференциях РААСН, НИИЖБ ( Москва) и на заседании Бюро и Ученого Совета Отделения Строительных наук РААСН
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 статей, в том числе 1 статья - в журнале, входящем в перечень ВАК
Объем и структура диссертации Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов и указателя использованной литературы Текст изложен на 200 страницах, проиллюстрирован 90 рисунками и 10 таблицами В указателе литературы содержится 105 отечественных и переводных
