Введение к работе
Актуальность проблемы обусловлена катастрофическими последствиями сильных землетрясений, вызывающими в населенных районах большие разрушения и гибель людей, и вытекающей отсюда необходимостью повышения надежности зданий и сооружений. Южные и Юго-Восточные районы Казахстана относятся к районам с повышенной сейсмичностью, в >;их проживает около трети населения республики, они охватывают шесть густонаселенных областей и целый ряд крупных администргтивных, промышленных и культурных центров. Поэтому обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений, повышение эффективности строительства, снижение затрат от возможных землетрясений имеют большое народнохозяйственное и социальное значение.
В настоящее время и в обозримом будущем железобетон останется важнейшим конструкционным материалом строительства, а развитие железобетона, наряду с совершенствованием методов расчета и конструирования, сопровождается применением новых эффективных видов бетонов, таких как высокопрочные бетоны, легкие и ячеистые бетоны, бетоны на вяжущих и заполнителях из отходов иародного хозяйства, материалов попутной добычи и местных материалов.
Сейсмостойкость зданий и сооружений, под которой подразу
мевается прежде всего способность не разрушаться и не опроки
дываться при расчетных землетрясениях, определяется надеж
ностью применяемых методов расчета и конструирования, а также
качеством строительства. Действующие нормы по строительству в
сейсмических районах весьма условно и недостаточно надежно
оценивают влияние сейсмического характера нагружекия на проч
ность железобетона, не учитывают накопление в нем повреждений и
деформаций. . *
Данная диссертация посвящена сейсмодинамике стержневых железобетонных конструкций, под которой понимается комплексная і ценка прочностных и деформативных свойств конструкций, характеризующая их способность сопротивляться сейсмическим нагрузкам.
Целью диссертационной работы является разработка методов расчета стержневых железобетонных конструкций на реальные сейсмические нагрузки с учетом накопления повреждений. В задачи исследований входило:
изучение влияния сейсмического характера нагружения на прочностные и деформативные свойства различных бетонов,
исследование сейсмодинамиш стержневых железобетонных элементов при основных видах напряженного состояния, разработка методов расчета прочности и деформаций, при нестационарных нагрузках, оценка диссипативных свойств и энергоемкости,
выявление особенностей работы многопролетных неразрезных балок и статически-неопределимых железобетонных рам, уточнение принципов их рационального армирования с применением искусственного регулирования усилий.
Изучение сейсмодинамики производилось для стержневых железобетонных конструкций из различных видов бетона и арматуры: -обычного и высокопрочного тяжелого бетона, -конструкционного керамзитобетона, -бетона на литом щебне из фофорных шлаков, -бесцементных бетонов на вяжущих из фосфорных шлаков (шлакощелочном, известково-шлаковом, солешлаковом, шлаковом с добавкой клинкера или цемента), -золобетона,
-арматуры классов А-1, А-Н, A-III, A-V, A-VI Аитор диссертации защищает:
способы нагружения при динамических испытаниях в рычажных установках и пружинных стендах, а также с применением взрывных устройств контаггного типа,
результаты ис ледованг.я влияния динамического характера нагружения и повторности воздействия на прочностные и деформа-тивныо свойства различных видов бетона,
результаты изучения влияния последовательного действия повторных динамических нагрузок ; ззличной интенсивности на прочность бетона, а также зависимости для оценки остаточной прочности бетона в процессе повторных нагружений,
результаты исследования сейсмодинамики железобетонных балочных элементов, рекомендации по расчету прочности нормальных сечений при нестационарных динамических нагрузках, предложения по определению кривизны с учетом накопления поврежде-
ний в процессе знакопеременных динамических нагружений, методику нахождения коэффициентов динамичности при внезапнок приложении нагрузки, данные по влиянию вида бетона, класса і
количества арматуоы, предварительного напряжения и продольное силы на динамичность конструкций, значения коэффициента уело
/їй работы железобетонных конструкций при расчете на сейсмич»*-<ие нагрузки,
методику расчета прочности наклонных сечений по поперечной иле при динамических повторных нагруженипх с учетом влияния редварителыюго напряжения, интенсивных продольных сжи-ающих-или растягивающих сил,
результаты исследования сейсмодинамики многопролетных еразрезных железобетонных балок с искусственным регулирован» м усилий, данные по их прочности, деформациям, динамичности, атуханию колебаний, энергоемкости, особенностям перераспреде-ения усилий при знакопеременных повторных нагрузках, возмож-ости работы отдельных сечений на ниспадающей ветви деформи-ования,
результаты исследования сейсмодинамики . статически-еопределимых железобетонных рам, особенности взаимодействия жатых и изгибаемых элементов, пределы искусственного регулиро-ания усилий, необходимость рационального армирования железо-іетонньїх рам каркаса многоэтажных зданий.
Научное значение исследований заключается в усгановле-іии общих закономерностей и выявлении специфики работы при :ейсмичесшх нагрузках различных типов стержневых элементом: етонных элементов, однопролетных железобетонных баночных ілементов и многотіролетньїх неразрезных железобетонных балок, :татически-неопределимых железобетонных рам, учету влияния іида бетона, класса арматуры, ее количества и характера армиро-іания; наличия предварительного напряжения или продольных ;ил; разработке методики приведения нестационарных повторных іагрузок к эквивалентным стационарным, выработке предложений ю оценке остаточной прочности железобетонных коне-гукций в. іроцессе действия повторных нагрузок, создании методики опре-іеления коэффициентов динамичности на любой стадии работы, )азработке. методики нахождения коэффициентов условий работы шементов при сейсмических нагрузках, развитии методов расчета ірочности железобетонных конструкций, их. жесткости и коэффициентов динамичности; выявлении пределов искусственного регули-зования усилий в неразрёзных балках и статически-неопределимых замах, принципах рационального армирования железобетонных рам саркаса.многоэтажных зданий.
Научную новизну работы составляют:
способы динамического нагружёния в рычажных установках і пружинных стендах, применением взрывных устройств контактноп типа,
экспериментальные данные по прочностным и деформа'тивныг свойїлвам при динамических повторных нагрузках различных видо бетона (обычного и высокопрочного тяжелого бетона, конструкци «энного керамзитобетона, бетона на щебне из фосфорных шлэкое бетоков на вяжущих из фосфорных шлаков: шлакощелочмом, со лешлаловом, известково-шлаковом, шлаковом с добавкой клинкер или цемэнта, золобетона),
формулы для оценки величины динамического упрочнения раз личных бетонов, предложения гю приведению нестационарны повторных нагрузок к эквивалентным стационарным, формулы дл расчета остаточной прочности бетона в процессе повторных нагру жений, ' тедпосылш для нахождения коэффициентов условий рабе ты при реальных сейсмических нагрузках,
результаты изучения работы нормальных сечений железобето» них элементов при сейсмическом характере нагружёния, предложе ния по оценке трещиностойкости и расчету прочности на действи динамических повторных нагрузок с введением дифференцировав ных коэффициентов условий работы бетона и арматуры, учеі накопления повреждений в сжатой зоне бетона и арматуре, наличу предварительного напряжения, продольной силы, использовав различных видов бетона и арматуры, формул для определен коэффициентов динамичности при внезапном приложении нагрузкі экспериментальные данные по затуханию колебаний и энергоек кости, рзечетноаналитическая оценка прочности одноэтажных ка| касных зданий при реальных землетрясениях, свидетельствуют: о необходимости повышения расчетных сейсмических нагрузок
СНИЖеНИЯ КОЭффИЦИеНТОВ УСЛОВИИ рабОТЫ ЖеЛеЗОбеТОННЫХ КОІ
Сфукцнй при расчете на сейсмические нагрузки,
уточнения методов расчета прочности наклонных сечений г поперечной силе при сейсмическом характере нагружёния и налі чий больших продольных сжимающих или растягивающих сил, также предиарительного напряжения; зависимость, связывающ; шчрину наклонных трещин после снятия нагрузки с шириной ра крьшій трещин под нагрузкой и уровне.* действовавших усилий,
экспериментальные данные по сейсмодинамике иеразрезні железобетонных балок, закожпруированны:: с искусственным per лированием усилий,- картина изменения соотношения усилии критических сечониях, уелгшия возможной работы искуссівені
юлабленных сечений на ниспздающэй ветви деформирования, а
акже возможность неполной реализации несущей способности
:ечений с искусственно завышенной прочностью,
особенности взаимодействия сжатых и изгибаемых железобетон
ах элементов в статически-неопределимых рамах, характер пере-
шспределения усилий при знакопеременных динамических нагруз-
:ах, влияние насыщения сечений арматурой и наличия предвари-
ельнрго напряжения, принципы рационального армирооания рам
:аркасов многоэтажных зданий, воспринимающих горизонтальные
сейсмические нагрузки. - .
- .Практическое значение работы заключается в том, что в
результате проведенных экспериментально-теоретических исследо-
їаний разработаны методы расчета стержневых железобетонных
«жструкций на реальные сейсмические нагрузки, повышающие
надежность проектируемых зданий, позволяющие оі'.енить состоя
ние и возможность дальнейшей, эксплуатации после землетрясений,
необходимую степень усиления поврежденных конструкций, обеспе
чивающие экономию материалов за счет бопее точной оценки влия
ния сейсмического характера нагружеиий и снижения ущерба от
возможных землетрясений. Выполненные исследования работы
железобетонных конструкций из различных видов бетона расширя
ют возможности применения в сейсмических районах высокопроч
ного тяжелого бетона, конструкционного керамзитобетоне, позво
ляют применять новые малоизученные бетоны на вяжущих и запол
нителях из фосфорных шлаков. ' .
Результаты исследований включены в следующие республиканские строительные нормы:
"Временные указания по проектированию железобетонных конструкций из тяжелых бетонов на щебне фосфорного производства". РСН 16-73, Алматы, 1973;
"Временные указания по проектированию'железобетонных конструкций из тяжелых бетонов на щебуе фосфорного производства. Расчет конструкций на динамические нагрузки". РСН 2-74, Алматы, 1975;
"Временные указания по проектированию железобетонных конструкций из тяжелых бетонов на литом щебне фосфорного производства для обычных и сейсмических районов". РСН 2-77. Алматы, 1977;.
"Указания по проектированию несущих керамзитобетонных конструкций для сейсмических районов". РСН 16-82. Алматы, 1982.
8.
- "Указания по проектированию и изготовлению железобетонны;
конструкций из плотных автоклавных бетонов на фосфорношлако
ьо'м нгтжущем для обычных и сейсмических районов". РСН 17-83
Алматы, 1983;
"Указания по проектированию и изготовлению ограждающи) керамзитобетонних конструкций на вяжущем из фосфорного шлакг и жидкого стекла для сельскохозяйственного и промышленногс строительства". РСН 19-83. Алматы, 1983;
"Указания по проектированию железобетонных конструкций и: тяжелых бетонов на литом щебне из фосфорных шлаков для обыч ных и сейсмических районов". РСН 28-84. Алматы, 1984;
"Указания по проектированию железобетонных конструкций' и: тяжелых бетонов на вяжущем из фосфорного шлака и солей". Р^ 27-84.-Алматы, 1984;
"Республиканские строительные нормы по изготовлению и при менению бетонов, бетонных и железобетонных изделий и конструк ции на основе шлакового вяжущего". РСН 38-87. Алматы. 1987;
'Проектирование и изготовление ограждающих керамзитово тонных конструкций на вяжущем из фофорного шлака и жидкогс отекла для сельскохозяйственного и промышленного строитель сіна". РСН 19-88. Алматы, 1988;
"Проектирование бетонных и железобетонных конструкций н; нижущем из фосфорного шлака и содосульфатной смеси для обыч ных и сейсмических районов". РСН КазССР 43-88. Алматы, 1988;
"Проектирование керамзитобетонных конструкций для сейсмиче ских районов". РСН 2-89. Алматы, 1989;
"Проектирование и 'изготовление бетонных и железобетонны; конструкций из автоклавных бетонов на фосфорношлаковом вяжу щсм для обычных и сейсмических районов". РСН 17-89. Алматы І9В9;
"Рекомендации по проектированию предварительно-напряженны, железобетонных конструкций с термически упрочненной стержневої арматурой для сейсмических районов". Госстрой СССР, КазПСНИ ИП, Алматы, 1975.
Апробации работы и публикация. Основные результаті работы докладывались на различных конференциях, совещаиия> симиилрах и технических советах, в том числе:
Всесоюзных совещаниях по сейсмостойкому строительству "Совершенствование методов расчета и конструирования зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах" (г.Кишиногі, октябрь, 1976 ), "Снижение материалоемкости и повышение качества сейсмостойкого строительства" (г. Алматы, октябрь, 1982 );
научно-технической конференции по сейсмостойкому строительству (г. Ташкент, октябрь, 1991);
международном симпозиуме ФИП "Сейсмостойкость предварительно напряженных железобетонных конструкций", {г.Тбилиси, октябрь, І972);
Европейской конференции по сейсмостойкому строительству, (г. Москва, сентябрь, 1990);
ІІ Всесоюзной конференции "Совершенствование методов расчета зданий и сооружений на динамические воздействия", (г.Тбилиси, ноябрь, 1982);
Всесоюзном координационном совещании "Деформирование железобетонных конструкций на стадии, близкой к разрушению, при статических и динамических нагружениях", (г Алматы. май, 1982);
Ежегодных сессиях НК ФИП (г. Минск, сентябрь, 1982; г. Владивосток, сентябрь, 1983; г. Ереван, август, 1987; г. Харьков, октябрь, 1989; г. Свердловск, октябрь, 1990; г. Новополоцк, октябрь, 1991; г. Москва, октябрь, 1992);
научно-практической конференции "Комплексное использование фосфорных шлаков для производства строительных материалов", (г. Алматы, февраль, 1979);
Всесоюзных научно-практических конференциях "Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции",(І конференция, г. Киев, октябрь, 1979; II конференция, г. Киев, октябрь, 1984; ИГ конференция, г. Киес, октябрь, 1989);
Всесоюзном совещании "Пути использования вторичных ресурсов для производства строительных материалов* и изделий", (г. Шым-кент, октябрь, 1986).
'Основные положения диссертации изложены в 68 опубликованных работах, 14 нормативных документах и 6 авторских свидетельствах.
Работа выполнена в КазНИИССА (до 1990 года бывшей научной частью института КазпромстройНИИпроект). Материалы, представленные в диссертации, разрабатывались автором диссертации как самостоятельно, так и совместно с руководимыми им Адаевьгм Н.Г.,
Баймаганбетовым К.Т., Бертаевым М.Ж., Боргатиным B.C., Бочаровой Л.Н., Кочииым В.Б., Нокербековым Д.М., Сексенбаевым А.Т., Тастанбековым А.Т., Якуповой Т. М. и другими работниками лаборатории конструкций из монолитного железобетона и новых материа-. лов.
Диссертации состоит из общей части, шести глав, заключения и литературы. Диссертация изложена на 273 страницах и содержит 45 таблиц, 91 рисунок и список литературы из 301 наименования.