Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение эффективности капитальных вложении в строительство на основе паучке—технического прогресса является одним из основних направлении зкономическоі'О и социального развития нашої! страїш. Уже в ближайшие года оцо должно привести к экономии в строительстве всех видов ресурсов, в тем числа металла на 7...9^, цомаига на 5,..?>. Реализация этих ваяашх г-'дач возмокна лишь при дальїшішіом значительном усовершенствовании келазобэтошшх конструкции - основи современного капитального строительства. Особое внимание следует уде-шть развитию методов их расчета и проектирования, обеспечивающих эф1юк~ к*.внос:гь и надежность конструкций.
Более 1/3 объема сборного железобетона в настоящее время и в блл~ сайшом будущем составляют изгибаемш элемонты - ригели, балки, плиты, ролатныа строения мостов и др. Их объем превышает 55 шш.м3 в год. Наболев э-йюктившеди видами таких конструкций является ыногопролвччша оразрезіше. В статически неопределимых балках и плитах возможна нципо-ев рациональная и полная реализация механических свойств материалов зледствие благоприятного распродаления внутрешшх усилий н регулируемо их перераспределения.
До недавнего времени метода расчета статически неопределимых аели-ібетошшх балок в эксплуатационных и предельных по прочности стадиях шрались на различные раочетнио предпосилки и не имели между ообоіі wuoti связи. В еще большой степени это относится к методам расчета этически неопределимых балок на различные силовые воздействия - ста-ческио, повторные и динамические.
В последние годы интенсивно развиваются методы расчета .челезоботон--х конструкции с учетом поліпа (с нисходящими ветачі.аі) диаграмм де^о;»-рованил материалов, сечешш и конструкции в целом. Эти методы расчета, ігодард введению полных днагр-мм. " $"- '' материалов неиосредспюли'; /равнения равкочесин, позволяют описать иапрятенно-длчормнр'Лчиной
состояние расчетных сечений на любой стадии работы, включая закрптичес-кие. Это, в свою очередь, позволяет использовать полученные результаты в расчетах конструкций в целом, в особенности статически неопределимых? Целесообразно прюлвнить эти методы для разработки имеющих единую основу и структуру расчетных рекомендаций по оценке работы железобетонных статически определимых и неопределимых балок при статических, повторных и динамических силовых воздействиях различных видов.
Общая постановка задачи - разработать метода расчетной оценки напряженно-деформированного состояния материалов, нормальных сечений и железобетонных балочных систем в целом на всех этапах работы под статической, повторной п динамической нагрузкой - от начала нагрукения до исчерпания прочности или выносливости, обеспечив единство, системность и комплексность взаимосвязанных расчетных рекомендаций на всех трех иерархических уровнях (материалы, сечения, конструкция) с последующей оценкой их точности экспериментальными и численными методами? Поставленная задача имеет не только научное и практическое, но и мотодологическое значение, что важно для учебных целей.
Работа выполнялась в соответствии с Координационными планам важнейших НИР Госстроя СССР в облгети бетона и железобетона на Х-ХУ пятилетки (отраслевые комплексные программы 0.55;16.031,0.80;03), а также планом важнейшей тематики по программе САП? (приказ Минвуза РСФСР №394'
Цель диссертационной каботн - разработать общий метод системного комплексного расчета напряженно-деформированного состояния железобетон них статически определимых и неопределимых балок на всех стадиях их рє боты на основа полных диаграмм деформирования материалов, с позиций единого подхода и системы расчетных уравнений оценивающий несущую cm* собность, перераспределение усилий, дефорштивность и трещиностойкост в комплексе при различных видах силовых воздействий; - предложить для инженерных целей различные по степени упрощенности приближенные методы расчета статически определимых и неопределимых б; лок при статических однократных, кемногократно и многократно повторі!
3...
динаыаческих импульсных воздействиях, также учитывающие, полные диаг-яиш деформирования тетериадов, по базирувдюся на последовательном прощении общей расчетной модели и общего катода расчета; разработать уішфвцировзнішо расчетные рекомендация по оценке вдоч-эотнюс и дофоріагилнїпс характеристик а диаграш " Є"- <5 " бетона я >>>-зтурц о учатои продасмрзл, характера и параметров воздействий; . провести целенаправленные пирокоааезгабяцз экспериментальные и чнс~ эшзыо исследования работ ботояа при смагни а растякешіп,, арматуры при зстяесдви, статически определимых и пеопродедиют балок на статические (шократныэ, яеиюгократно я многократно повторные я динамические вм-ргьскыо воздейстгкя, а такге. производственные испытания натурных ота-ічески неопределимых.гаэлозоботоЕНых спотси с целью исследования несущи способности, гьдосяиаоста, перераспределения усилий, двформативное-і и трещиностойкостп элементов на всех стадиях работы при этих силових «действиях п проверки разработанных расчетных рекомендаций и методов ючота^. - -
Автор заїцйгдвт; єдиний системный подход s расчетной оценке наарягенно-дофорыироваяЕо-) состояния на всех стадиях работы статически определили и неопредо-аих балок при статических и динашческнх воздействиях различна видов; повыв методу, базирующиеся при лзбои силовом воздействии но единой на :сх стадиях работы гелозоботонкого элемента модели НДС а спстеые урав-іпий равновесия, па осново которой реализуется спстеашй расчет проч-Ю5П, дефорэдгявности и трещиностойкоста а комплекса; системой комплексний расчот статически определимых и неопределима док ьаэтодси неустойчиво-пластических связей на статические одпокрзт-ю, пемыогократно и многократно повторные и динаїяіческие импульсные їздзЯствия;
Еагово-итерациошшй а ириблияонныа мотори резеися волновых дафферен-іальннх уравнений движения железобетонных балочных систем; рекомендуемые границы возможного перераспределения арматуры в опорных
в пролетиш: сечениях статически неопределимых бадок.в пределах которнг
"деформагивноси., греаикостонкость >и расход стали практлчески не измен*
югся; . " . . -:
новые регрессионные формулы,' аозволяиЕде определять прочностные и до-Формативные характеристика материалов при сватай а растяжении в зависи кости от величины параметров' повторных нагружений, а такке экспоненциальную зависимость, учмнвавдув изменение их диаграмм " &-S* В результате повторных вагр7«екгЯ, ушфедировашша для вешогократно и шс гократяо, повторних войдеЗсівнй а едилообразние для бетона и арматура;
результаты сриишалышх комплексных, экспериментальных исследований работы бетона в арматуры различных классов в идентичных однопролєтшах свободно опертих и двухлролетных неразрезннх аолезобетоннкх балок с . предшшряженноі а кеа?,пря»аемо2 арматурой на статические однократные? йешогократко й многократно повторны и динамические импульсные воздействия;
_ Каучкдя првктт
впарвие разработаны обаде метода систекного комплексного расчета tx лезобетокккх статически определимых а неопределимых балок на статачеі кие однократные, немногократяо а кногоиратво повїоркко и давакическв< ачауяьснке кягрухеняя, имодае единые расчсткнэ основу, структуру и шугравике вэдаюсвязи на всех иерархических уровнях (материалы, сеч нкя. конструкций) и всех стадиях работы, включая закрптические; кето с позачли оданого подхода оценивав? несущую способность, перорасщюі ленае усилий, дефсрматЕвноогь а трецияостойкость конструкций.; разрас таны в аналитической, итерационной и приближенной постановках я рас* таїш да использование пирокого спектра вычислительных средств - от больших до малых и макро-ЭШ, и калькуляторов;
цродйоженн новые критерии асчорпания несущей способности и нормпр HKs. лродальиых состояний железобетонных балочных систем при статяче повториш: в динамических воздействиях;
разработана расчетная тадель дефоріароваїЕя гаториалоз с кестаїдоизр-іпли параметрами слловід воздействий а услоЕягаи работы во времена а предложен способ учета зтїк факторов в статических и ДЕнаагческкх рас-чоrax;
овроделевн rpaazsa возможного серсраспрсделокм аркатури з расчетное сочониях статически ксопроделтанх балок, ко приводящего а существенному изкенеггз деформагиБіїогтп, троіиінестоЗпости J*. металлоемкости;
продлозоїш РЗСЧОТКІЗЗ зависимости для определения КОВКГ прочкосгпнх 2 дефоркзмвиых характеристик бетона и арматура ерп егдтиі и растяжении,4 а гакЕО их новых диаграмм "Є"-Є ", измєкиепяхся в результате повторіте: иагрухеїшй; зависимости учктнзапт влияние основных факторов, унифицированы для кемпогокрагно а многократно позторнш: нагрукений е единообразии для батона к аркатури;
получены ковке зксперпменталь!п;е даішио о перераспределении усилий и неразрезгшх нелезобетошшх балках с зрєдиапряжєнкоЯ к пекапрягаекой ар-катуроЗ, их несущей способности, деформатпвкости к трецнкостойкости пра статических однократних, некпогократке. 2 многократно повторних и динамических импульсных силових воздействиях, поззолгвипо установить особенности их работп, учтекяпо при разработке расчетное рекомендаций, а так-їз оценить точность разработаїших методов расчета;. с этой целю бия ш~ полнен ranso больпой объем численних экспериментов:
Достоверность разработанных рокомэндацпй а методов расчота цодтвор-кдается статической обработкой результатов лабораторних (690 бетонных прлзм я зоськзрок, 333 арматурних сторгнаЗ, 72 одаопролотнио свободно жертио а 78 дэухпролотнис поразрагвыо балка) п ЕроазБодагаошаос (трох-іролетний неразрезной ригель - 3x6 и, 6 ссаяепалзгвбзтондих - 10 а 21 и і 4 бозрзскоегшх - 18 я 2-і « ферма, 2 рггогезгпэ бадкг - 12 и) асаїта-гпй азтора, обаярнкм численним- оасперпмантец (5-й оддекралогню а 73 вс-?азрезннх двухпроявгиых балки) со окачзтолгго рзегзреязкя границами арьпровалая болшого количества изучаемых, факторов, а такта окитаь'нз
численними данными других исследователей?
Практическое значение и внедрение результатов. Разработана методы системной комплексной расчетной оценки напряженно-деформированного состояния бетона и арматуры, нормальних сечений изгибаемых элементов и статически определимых и неопределимых яелезобетонкых балок, позволяющие более точно и методически правильнее, чем существующие, оценивать несущую способность, перераспределение усилий, деформативностъ и трещя-ноотойкость на всех стадиях работы при статических однократных, кемно-гократно и многократко повторных и динамических импульсных воздействиях, армировать их более рационально, что в ряде случаев приводит к снп-кению расхода каториалов?
По материалам исследования под научным «руководством автора подготовлено и успешно защищено 7 кандидатских диссертационных рабо? -АїБ: Батуришпл, РЖ Асаадом, ТЇР", Силом, U'.Vt Беккпевнм, В.АІ Шевченко, Г.-К; Рубеном я ВІА; Сычевым!
Результаты работы внедрены в следующие нормативные докуїлентн: всесоюзные - СНгЛ 2І03.01-84 "Бетонные и нелезобетоннно конструкции'' (1Й,1 ЩІТП Госстроя СССР, 1985),' "Пособие по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций" (If;, Стройкздат, IS89) и "Восстановление дє формированных здагаїй и ах конструктивных элементов (передовой опыт)" По результатам работы при участии автора составлен типовой проок 'Альбом ОССН." Стропильныо сталояолезобетошше фермы пролетом 18 и 2Ь. ишченный Минсельхозом РСССР в "Единые технические условия на сгрок-ільноє проектирование сельскохозяйственных объектов в Севере—Кавказс-)й зоне PCfflCP" ВОН 115-81. Производственные испытания натурних аелезобетонтас конструкций: ?ехпролетного (3x6 м) неразроэного ригеля НР-2 (Анапа, троот .'14, .1979),'' сталежедезобетошшх ферм СЕЭ а CGCK пролетами 18 и 21 ц (Целина,1 зльскиЗ строительный комбинат, I960), 4 бозраскосных форм СБ І8.Ш-7Я СБ 24.17-Эп пролеташ 18 и 24 и и 2 реаетчатых балок 2ЕДР пролетом 2 и (Беслан, завод ЯШ, 1982) позволили усовериенствовать типовые ю-озобвтошшв системі; Перепроектирование их с учетом рекомендаций авто-а привело к экономии стали: в нерзэрезно?л ригеле и стале?.елвзобетон-ых фермах - на 10 а 12% соответственно за счет усовердекствования ш-'одов расчета и новых конструктивних роаенмй, в бозраскосных формах и ющетчатых балках - на 27,5 и 42,5$ соответственно за счет усовзрзенст-зования методов расчета и перехода к высокопрочной преднапрягеняой ар-атуре. Общий экономический эффект составил І0І884 руб; в год. Результаты диссертационной работы внедрены также в учебный процесс зо Всесоюзном заочном, Ленинградском и Ростовском инженерно—строитель-іом институтах, Дагестанском, Ташкентском политехническом институте,1 Цдизакском его филиале. Черкесском филиале Ставропольского политехнического института и Кабардино-Балкарском агромелиоративном институте -они включены в программу общего и специального курсов железобетонных конструкций для студентов строительных специальностей. Апробация работы, и публикация. Основные положения диссертации опубликованы в 92 работах, в том числе 9 книгах п брошюрах и 83 статьях и тезисах докладов. Материалы диссертации долошш и обсуждены на Всесоюзных координационных совещаниях "О методах учета нисходящей вегвл .цкграммы напряжение-деформация .в расчетах бетонных и железобетонных конструкций" (Ростов н/Д, ISOO), "Уча? физической и геометрической нелинейности в расчетах железобетонных стергновых статически неопределимых конструкций" (Ростов н/Д, 1985), "Работа бетона и железобетона о различными видами Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка использованной литературы из 450 наименований и двух приложений и включает 298стр.иашшодисного текста, 120 рис. и 51 таб. Работа выполнена.при научных консультациях заслуженного деятеля науки и техники PCSCP, доктора технических наук, профессора B.I.R Бон ренкоі
армирования на выносливость при многократно повторяющихся нагрузках"
(Львов, 1987); Всесоюзных конференциях "Нелинейные метода расчета жал
зобетонных пространственных конструкций" (Белгород, 1986), "Фундамен
тальные исследования г ноше технологии в строительном материаловеде
нии" (Белгород, 1989)а Х-ХУ республиканских конференциях по проблемам
строительства и машиностроения (Нальчик, 1980-88); региональных конфс
рекциях по сельскому строительству (Ростов н/Д, 1980-89); УШ научных
чтениях, посвященных повышению эффективности производства и улучшенш
качества строительных материалов (Белгород, 1985); И областном научі
техническом совещании-семинаре "Надежность строительных конструкций"
(Куйбышев, 1985) и научно-технических конференциях Ростовского ИСИ
(Ростов н/Д, 1974-89)7 и СевкавНШШагропрома (1978-89); - -