Введение к работе
. Актуальность темы. Одной из наиболее острых и сложных задач в теории железобетона с момента его появления остается сопротивление конструкций действию поперечных сил. Работа наклонных сечений различных железобетонных элементов, в отличие от нормальных сечений, до сих пор описывается совокупностью эмпирических и полуэмпирических зависимостей. При этом даже для изгибаемых элементов, несмотря на большое количество исследований именно в этой области, отсутствует общая методика расчета, позволяющая выполнять расчет с учетом особенностей напряженно-деформированного состояния и схемы загружения. Большая часть факторов, влияющих на предельную поперечную силу, воспринимаемую железобетонными элементами учитывается лишь интегрально. В действующих нормах РФ отсутствует учет продольного сжатого и растянутого армирования. Многочисленные теоретико-экспериментальные исследования в нашей стране и за рубежом в этой области выявили, что продольное армирование сжатой и растянутой зоны оказывает влияние на предельную поперечную силу, и как следствие, на экономичность конструкций. Повышение надежности и точности применяемых методик расчета прочности наклонных сечений позволит уточнить предельную поперечную силу, воспринимаемую изгибаемыми железобетонными элементами, а также в ряде случаев снизить расход стали на поперечное армирование. В данной работе рассматривается решение модельной задачи сопротивления изгибаемых железобетонных элементов без поперечной арматуры по наклонным сечениям, поскольку подобная постановка позволяет уменьшить число факторов, влияющих на величину предельной поперечной силы за счет отсутствия хомутов. Проведенные в настоящей диссертационной работе экспериментально-теоретические исследования дают возможность выполнять расчет по прочности наклонных сечений при действии поперечных сил с применением элементов нелинейной деформационной модели железобетона и теории прочности бетона. Учитывая универсальность предлагаемого подхода, методика диссертационной работы может быть распространена и на расчет более сложных элементов, например плит при совместном действии поперечных сил и изгибающих моментов. Целью диссертационной работы является разработка уточненных методик расчета прочности изгибаемых железобетонных элементов по наклонным сечениям с учетом влияния продольного армирования и особенностей напряженно- деформированного состояния сжатой зоны бетона.
Научную новизну работы составляют:
а) выявленные в результате экспериментальных исследований балочных элементов без поперечной арматуры закономерности изменения напряженно- деформированного состояния, характер трещинообразования и разрушения по наклонному сечению от среза сжатой зоны;
б) выявленное влияние параметров продольного растянутого и сжатого армирования на предельную поперечную силу, воспринимаемую изгибаемым железобетонным элементом без хомутов и отгибов в наклонном сечении;
в) выявленная минимальная поперечная сила, воспринимаемая изгибаемым элементом без поперечной арматуры при малых процентах продольного стержневого армирования и при армировании образцов внешней неметаллической арматурой;
г) диаграмма сопротивления «поперечная сила - угол сдвига» (Q - c) для описания стадий НДС в наклонных сечениях изгибаемых железобетонных элементов;
д) разработанная методика расчета, основанная на сочетании одного из вариантов теории прочности бетона и нелинейной деформационной модели, позволяющая учитывать непосредственно большинство факторов, влияющих на предельную поперечную силу;
е) предложенные упрощенные методики расчета прочности наклонных сечений при действии поперечных сил с минимальным использованием эмпирических данных.
Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Автором лично выполнены экспериментальные исследования влияния продольного армирования на предельную поперечную силу, воспринимаемую изгибаемыми железобетонными элементами без поперечной арматуры по наклонным сечениям. Разработан уточненный итерационный метод расчета изгибаемых железобетонных элементов по прочности наклонных сечений, основанный на сочетании нелинейной деформационной модели железобетона и теории прочности и пластичности бетона, предложен метод построения диаграммы сопротивления «поперечная сила - угол сдвига» (Q-y) для описания различных стадий напряженно-деформированного состояния наклонных сечений. Разработаны две упрощенные методики расчета прочности наклонных сечений при действии поперечных сил с минимальным использованием эмпирических данных. Практическая значимость работы заключается в том, что применение методики расчета изгибаемых железобетонных элементов по прочности наклонных
сечений при действии поперечных сил, основанной на совместном использовании нелинейной деформационной модели и теории прочности и пластичности бетона, позволяет непосредственно учитывать большинство факторов, влияющих на несущую способность по наклонным сечениям, а также использовать аппарат, подобный применяемому при расчете прочности нормальных сечений диаграммным методом. Введение данной методики автоматизированного расчета в программные комплексы при малых затратах машинного времени позволит существенно улучшить сходимость с опытными данными по величине предельной поперечной силы. Применение упрощенных методов расчета позволит учитывать влияние продольного армирования при расчете без использования ЭВМ, снизив тем самым расход стали на поперечное армирование. Достоверность полученных результатов обеспечивается:
а) согласованностью результатов измерений деформаций бетона и арматуры при использовании тензодатчиков различных производителей;
б) близкими к экспериментальным значениями продольных, сдвиговых деформаций в бетоне, разрушающих усилий, полученных в результате расчетов по предлагаемым методикам и численным моделированием.
Автор выносит на защиту:
а) результаты выполненного экспериментального исследования напряженно- деформированного состояния изгибаемых железобетонных элементов без поперечной арматуры при различных геометрических характеристиках продольного армирования;
б) разработанную итерационную методику расчета изгибаемых железобетонных элементов без поперечной арматуры на основе нелинейной деформационной модели и одного из вариантов теории прочности бетона;
в) разработанные упрощенные методики расчета изгибаемых железобетонных элементов без поперечной арматуры по прочности наклонных сечений при действии поперечных сил;
г) разработанную диаграмму «поперечная сила - угол сдвига» (Q - c) для описания различных стадий напряженно-деформированного состояния наклонных сечений.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались: -на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ИСА МГСУ, Москва (2010г.);
-на семинарах кафедры «Железобетонные и каменные конструкции» МГСУ в
2010-2011гг.
Публикация работы. Материалы диссертации были опубликованы в пяти научных статьях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 150 источников и двух приложений. Содержит 225 страниц машинописного текста, 16 таблиц и 118 рисунков.
