Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор исследований прочности железобетонных конструкций по нормальным и наклонным сечениям при статическом и кратковременном динамическом нагружении 9
1.1. Существующие методы расчета статической и динамической прочности железобетонных балок 9
1.2. Особенности формирования трещин и разрушения железобетонных балочных конструкций 14
1.3. Диаграммы деформирования бетона при статическом и динамическом нагружении 22
1.3.1. Диаграммы «а-є» бетона при сжатии 22
1.3.2. Диаграммы «о - є» бетона при растяжении 31
1.4. Диаграммы деформирования арматуры 34
2. Расчетная модель статического и динамического деформирования железобетона 40
2.1. Усилия в бетоне над наклонной трещиной 40
2.1.1. Эмпирическая оценка предельных усилий в бетоне 41
2.1.2. Определение усилий по моделям бетонных блоков 42
2.1.3. Определение предельных усилий по напряжениям
в сечениях бетона 43
2.2. Усилия в арматуре, пересекающей наклонную трещину 52
2.2.1. Усилия в поперечной арматуре 52
2.2.2. Усилия в продольной арматуре 54
2.3. Силы зацепления в наклонной трещине 61
2.3.1. Обзор экспериментальных и теоретических исследований 62
2.3.2. Экспериментальные исследования сил
зацепления при подвижке берегов трещины 65
3. Совершенствование метода расчета железобетонных конструкций при статическом и кратковременном динамическом нагружении 75
3.1. Основные предпосылки 75
3.2. Напряженно-деформированное состояние железобетонной изгибаемой балки 76
3.3. Методика расчета и расчетные уравнения 82
4. Экспериментальные исследования железобетонных балок по наклонным сечениям при стати ческом и кратковременном динамическом нагружениии 108
4.1. Планирование и моделирование эксперимента 108
4.2. Общая характеристика опытных образцов 113
4.3. Методика проведения статических и динамических испытаний 121
4.4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ . 129
4.4.1. Схемы разрушений и особенности деформирования опытных образцов в процессе испытаний 129
4.4.2. Обработка результатов измерений при статических и динамических испытаниях 136
4.4.3. Прогибы опытных балок 145
5. Численные исследования деформирования железобетонных конструкций 149
5.2. Методика расчета опытных балок на ЭВМ 150
5.3. Анализ результатов расчета 154
Основные выводы по работе 156
Список литературы
- Особенности формирования трещин и разрушения железобетонных балочных конструкций
- Эмпирическая оценка предельных усилий в бетоне
- Напряженно-деформированное состояние железобетонной изгибаемой балки
- Методика расчета опытных балок на ЭВМ
Введение к работе
Расчет конструкций на кратковременные динамические нагрузки большой интенсивности является важной и сложной проблемой. К таким нагрузкам относятся воздействия на конструкции ударной волны при взрыве, шквальных порывов ветра, первых сейсмических толчков, ударов и т.п. Особенностью данных воздействий является кратковременность действия и большая их интенсивность. Расчеты на подобные нагрузки проводятся по предельным состояниям и учитывают значительные пластические деформации и влияние скорости деформирования на диаграммы «о - є» бетона и арматуры с целью снижения материалоемкости конструкций.
Авария в Чернобыле, землетрясения в Армении и Нефтегорске, взрывы жилых домов в Москве и других городах России, пожар на Останкинской телебашне, взрывы пассажирских самолетов в зданиях Всемирного торгового центра в Америке, террористические акты на Ближнем Востоке и в Америке - это далеко не полный перечень катастрофических явлений, приведших к значительным материальным потерям и гибели людей.
Различные аспекты современных методов расчета железобетонных конструкций на действие кратковременных динамических нагрузок большой интенсивности разрабатывались многими учеными: Баженовым Ю.М., Бакировым P.O., Бондаренко В.М.., Белобровым И.К., Гвоздевым А.А., Голдой Ю.Л., Забе-гаевым А.В., Жарницким В.И., Котляревским В.А., Кумпяком О.Г., Лужиным О.В., Поповым Г.И., Поповым Н.Н., Рабиновичем И.М., Расторгуевым Б.С, Рахмановым В.А., Ставровым Г.Н,, Балдиным И.В., Копаницей Д.Г., Лоскуто-вым О.М., Морозовым В.И., Плевковым B.C., Плотниковым А.И., Пузанковым Ю.И., Синицыным А.П., Ставровым Г.Н., Сушковым Ю.В,, Тихоновым И.Н., Тонких Г.П., Трекиным Н.Н., Удальцовым B.C., Яковенко Г.П., и др.
Существующие методы динамического расчета конструкций различаются, во-первых, по способу определения диаграмм сопротивления: теоретически, с использованием упругопластических диаграмм материалов, или экспериментально. Во-вторых, по выбору расчетной модели конструкции: континуальной, переходящей в механизм в пластической стадии, или дискретной на основе ко-нечно-элементых или конечно-разностных методов.
При этом особую сложность вызывает работа конструкций по наклонным сечениям при динамических воздействиях. Этот вопрос остается актуальным до настоящего времени как для действия статических, так и динамических нагрузок, поскольку результаты расчета по известным подходам не всегда согласуются с опытными данными. Следует отметить, что данный вопрос имеет большое практическое значение. В частности, при обследовании последствий землетрясений, было установлено, что большинство повреждений основных несущих конструкций зданий происходит в приопорной зоне, в результате разрушения по наклонному сечению. Это указывает на необходимость изучения данной проблемы, что в свою очередь должно привести к снижению металлоемкости и трудоемкости изготовления конструкции.
Следует отметить, что создание надежного и эффективного метода расчета прочности железобетонных элементов по наклонным сечениям требует построения физической модели работы элемента при действии поперечных сил. Отражая качественную сторону метода, физическая модель призвана обеспечить наглядность расчета, дать четкие представления о характере деформирования, причинах возникновения внутренних усилий и разрушения элемента. Целью диссертационной работы является:
- Разработка, реализация и экспериментальная проверка метода расчета железобетонных изгибаемых конструкций по наклонным сечениям при статическом и кратковременном динамическом нагружении с учетом физической нелинейности материалов и динамического деформирования конструкции. В данной диссертационной работе решаются следующие основные задачи исследований:
1. Анализ факторов, определяющих прочность наклонных сечений железобетонных конструкций и экспериментальное изучение сопротивления железобетона по берегам трещины при ее подвижке; • анализ подходов к оценке усилия, воспринимаемого бетоном сжатой зоны над наклонной трещиной;
• расчетная оценка нагельных сил в продольной арматуре;
• анализ факторов, определяющих возникновение сил зацепления бетона по берегам трещины и экспериментальные исследования сил зацепления при подвижке берегов трещины;
2. Разработка метода динамического расчета железобетонных изгибаемых конструкций по наклонным сечениям на основе динамических диаграмм « т-» бетона и арматуры, с учетом усилий, возникающих по берегам наклонной трещины при ее подвижке, а также поперечного усилия, воспринимаемого продольной арматурой при срезе;
3. Экспериментальные исследования железобетонных балочных конструкций по наклонным сечениям при статическом и однократном динамическом на-гружениях, при наличии проема в опорной зоне и без него, с изменением схем армирования наклонных сечений;
• экспериментальная проверка напряженно-деформированного состояния железобетонной конструкции в нормальном и наклонном сечении в процессе деформирования.
• экспериментальная проверка напряженно-деформированного состояния железобетонной конструкции при наличии проема в приопорной зоне.
• экспериментальная проверка влияния наклонной арматуры на прочностные и деформативные характеристики железобетонной конструкции при наличии проема в приопорной зоне.
4. Сопоставление результатов расчета прочности железобетонных балок по
предлагаемому методу с результатами экспериментальных исследований;
Автор защищает: - метод расчета железобетонных конструкций по наклонным сечениям на статические и кратковременные динамические нагрузки с учетом деформирования элемента от начала приложения нагрузки до разрушения; алгоритм и программу автоматизированного расчета конструкций на кратковременные динамические нагрузки;
методику и результаты экспериментальных исследований 15-ти крупномасштабных изгибаемых балочных конструкций с проемами в опорной зоне и без них, армированных наклонной арматурой при статическом и однократном динамическом нагружениях;
Диссертация объемом 174 страницы машинописного текста состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 184 наименований, 6 таблиц и 60 рисунков.
В первой главе проводится обзор состояния вопроса. Проведен обзор исследований по описанию аналитических диаграмм « а - є » бетона и арматуры, рассмотрены диаграммы, принятые в расчете и приведены их параметры.
Во второй главе рассматриваются факторы, определяющие прочность конструкции по наклонному сечению. Проводится их анализ и экспериментальная проверка. Рассматривается критерий прочности бетона над наклонной трещиной, условия разрушения конструкции.
В третьей главе приведены основные предпосылки расчета, расчетные зависимости и общий алгоритм расчета прочности наклонных сечений изгибаемых конструкций на статические и кратковременные динамические нагрузки с использованием диаграмм на-є» бетона и арматуры.
В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований прочности железобетонных балок по наклонным сечениям при наличии проема в опорной зоне и без него, с изменением схем армирования наклонных сечений при статическом и однократном динамическом нагружении.
В пятой главе проведен сравнительный анализ результатов экспериментальных исследований и теоретического расчета по предлагаемому методу.
Научная новизна работы: - обобщение экспериментальных данных и теоретических исследований последних лет с целью получения основы для разработки методики расчета конструкций, разрушающихся по наклонным сечениям; усовершенствованный метод расчета железобетонных изгибаемых конструкций по наклонным сечениям при действии кратковременных динамических нагрузок с использованием динамических диаграмм «а-є» бетона и арматуры, и учетом усилий, возникающих по берегам наклонной трещины при ее подвижке, а также поперечного усилия, воспринимаемого продольной арматурой при срезе;
новые экспериментальные данные по изучению напряженно-деформированного состояния, прочности, жесткости и трещиностойкости наклонных сечений железобетонных балочных конструкций с проемами в опорной зоне и без них, с разными схемами армирования, при статическом и однократном динамическом нагружениях; Практическое значение работы:
Разработаны методика, алгоритм и программа автоматизированного расчета прочности наклонных сечений железобетонных конструкций при статическом и кратковременном динамическом нагружении, позволяющие учитывать процесс деформирования конструкции, влияние усилий, возникающих в наклонной трещине на прочность элемента.
Достоверность полученных экспериментальных результатов обеспечена применением метрологически аттестованных приборов и установок, достаточной воспроизводимостью экспериментальных величин, сравнением их с аналогичными результатами, полученными отечественными и зарубежными учеными. Расчетные предпосылки основаны на анализе обширных экспериментальных данных о поведении материалов и конструкций. Достаточная точность расчетной методики подтверждена удовлетворительным совпадением теоретических и экспериментальных данных.
Работа выполнена на кафедре железобетонных и каменных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета под руководством д.т.н., проф. Кумпяка О.Г..
Особенности формирования трещин и разрушения железобетонных балочных конструкций
В настоящее время в отечественной и зарубежной практике вопросу изучения железобетонных конструкций при действии на них поперечных сил посвящено большое количество экспериментальных и теоретических исследований. Главная причина этого заключается в сложности данной проблемы. В при-опорной зоне железобетонная балка работает в условиях плоского напряженного состояния, при наличии нормальных и касательных напряжений, неупругих деформаций в арматуре и бетоне, большого количества нормальных и наклонных трещин. Кроме этого на прочность и деформативность наклонных сечений большое влияние оказывают величины продольного и поперечного армирования, марка бетона, вид и характер, а также расположения нагрузки, наличие предварительного напряжения в бетоне, создаваемого напрягаемой арматурой, форма сечения, условия анкеровки и сцепления арматуры и т.д. Этим вопросам посвящены работы таких авторов, как: Ахматов М.А., Бабич Е.М., Белобров И.К., Боришанский М.С., Гвоздев А.А., Жарницкий В.И,, Залесов А.С., Ильин О.Ф., Карпенко Н.И., Климов Ю.А., Корейба С.А., Лоскутов О.М., Михайлов В.В., Митрофанов В.П., Петросян А.В., Погореляк A.M., Чупак И.М., Усенбаев Б.У., Яшин А.В., Р.Е. Regan, R.H. Taylor и многие другие /4, 5, 44, 11, 30, 58, 65, 68, 76, 96, 108, 107, 115, 173, 176, 182/.
Картина трещинообразования в балках достаточно сложна. Обычно, вначале возникают нормальные трещины в зоне чистого изгиба. Затем возникают нормальные трещины в зоне действия поперечных сил, которые искривляются с возрастанием нагрузки и преобразуются в наклонные трещины. Траектория таких трещин криволинейна и обращена выпуклостью к сжатой зоне бетона.
При увеличении нагрузки наклонные трещины развиваются по направлению к сжатой и растянутой граням балки, одна из них - критическая - раскрывается наиболее интенсивно, по ней в дальнейшем происходит разрушение. У растянутой грани на уровне продольной растянутой арматуры критическая наклонная трещина, если ее конец отстоит от опоры, разветвляется на горизонтальные трещины, развивающиеся вдоль арматуры по направлению к опоре. У сжатой грани наклонная трещина, если ее конец отстоит от места приложения сосредоточенной силы, развивается параллельно грани по направлению к месту приложения сосредоточенной силы.
Поле возможных трещин подчиняется определенным закономерностям, поскольку при возникновении трещины в каком-либо сечении дальнейшие деформации сосредоточены, в основном, в пределах этой трещины, вызывая ее раскрытие. Впервые на этот факт обратил внимание В.В. Михайлов. Он отметил отличие расчетного угла наклона трещин от фактического и указал на необходимость учитывать в расчетах «осредненное направление».
Вид трещин и характер разрушения конструкции в значительной мере зависит от схемы приложения нагрузки. При действии сосредоточенной силы эпюра поперечных сил Q от внешней нагрузки остается постоянной на участке между опорой и грузом, а изгибающий момент возрастает линейно. В этом случае трещины обычно развиваются от опоры к точке приложения нагрузки. При этом разрушение бетона сжатой зоны происходит или перед грузовой площадкой или за ней.
Большое влияние на характер трещинообразования, несущую способность по наклонному сечению и механизм разрушения балок оказывает влияние расстояние между грузом и опорой (/ ) (рис.1.1). При ср/ 2.0- 2.5 на клопная трещина распространяется по прямой от опоры к грузу. При больших значениях наклонная трещина развивается на некотором расстоянии от опоры, причем с дальнейшим увеличением относительного пролета среза а = / ис / йо ток наклонной трещины отодвигается от опоры, длина ее проекции уменьшается, а высота сжатой зоны над вершиной трещины увеличивается.
Особенно сильно влияние (а) для элементов без хомутов. При малых значениях величины пролета среза а (от 1 до 2,5) разрушение балки происходит преимущественно от среза. При возрастании (а) разрушение бетона над наклонной трещиной происходит преимущественно от сжатия. При больших значениях а (более 6) образование наклонной трещины не происходит, и балка разрушается по нормальному сечению [58, 76].
Эмпирическая оценка предельных усилий в бетоне
Определение предельных усилий в бетоне может осуществляться на основе изучения экспериментальным путем факторов, влияющих на его прочность. Вывод расчетных формул для этих усилий как правило увязывается с моделью исчерпания несущей способности железобетонных элементов, чем также объясняется различие получаемых результатов.
При анализе результатов специальных опытов на балках без поперечной арматуры [20] было выявлено, что величина поперечной силы Qb, воспринимаемой бетоном главным образом зависит от угла наклона трещины, с увеличением которого сопротивление сжатой зоны растет по гиперболическому закону. Принимая в основу фактор влияния угла наклона трещины и учитывая влияние прочностных характеристик бетона, зависимость для предельного сопротивления бетона представлена в виде: Qb- (2.1.) с где: к- коэффициент, учитывающий вид бетона, с- горизонтальная проекция наклонной трещины.
Дальнейшие исследования показали, что зависимость (2.1.) не учитывает такие факторы, как «нагельное» усилие продольной арматуры и силы зацепления берегов наклонной трещины. Исходя из более полного анализа экспериментальных данных, в дальнейшем стала использоваться усовершенствованная расчетная зависимость [156]: для обычных элементов прямоугольного сечения с поперечной арматурой: „ р„ Rhl -b-hi Qb = -bJ— - (2.2.) для элементов без поперечной арматуры: Qb=—-- --— (2.3.) С Здесь влияние прочности в усилии Qb, выраженное через прочность бетона на растяжение Rbt, в большей степени соответствует опыту.
При эмпирической оценке прочности бетона над наклонной трещиной, как прочности элементов без поперечной арматуры, возможен учет влияния продольного армирования [60] на предельное сопротивление бетона. В этом случае величина Qh умножается на коэффициент (ps —1+50- /л , где: jj,. —Ajbh0. Увеличение предельной поперечной силы, воспринимаемой бетоном, с ростом (ps может быть довольно существенным и из опытов значение рц ограничивается величиной 2,0, т. е. при проценте продольного армирования / , 0.02 дальнейшее увеличение Qb не учитывается.
Таким образом, можно отметить, что эмпирические подходы к оценке предельных усилий в бетоне над наклонной трещиной включают в себя различные факторы и характеристики, которые влияют на прочность бетона. Вместе с тем, учет влияния этих факторов осуществляется обобщенно с помощью поправочных коэффициентов, в результате чего невозможно оценить прочность бетона в чистом виде.
Определение предельных усилий по моделям бетонных блоков.
Разрушение бетона над наклонной трещиной происходит одновременно в пределах некоторого участка по длине и высоте элемента. Поэтому прочность бетона над наклонной трещиной может быть оценена как прочность некоторого бетонного блока, расположенного в пределах этой зоны и испытывающего воздействия, приближающиеся к реальным воздействиям в бетоне над наклонной трещиной. В качестве такого блока может быть рассмотрен клиновидный элемент [107], имитирующий целиком верхний блок балки, отсекаемый наклонной трещиной, вертикальным сечением, проходящим через вершину наклонной трещины и сжатой гранью балки (рис. 2.1.)
Модель бетонного клина над наклонной трещиной
При выборе такой модели исключается влияние нагельного эффекта в арматуре и зацепления берегов наклонной трещины на прочность бетона. Рассматривая условие прочности бетона как условие пластичности, было установлено соотношение между продольной Nb и поперечной Qb составляющими предельного усилия в усеченном клине. В общем случае зависимость между предельными усилиями выражается в виде: Qb = A-Rb-b-x + a-Nb (2.4.)
Коэффициенты А и а при разрушении бетона над наклонной трещиной в форме раздавливания от сжатия принимаются равными: А = -а = K RjRb (2.5.) где: К- опытная величина, зависящая от вида и прочности бетона и приближенно может быть принята равной 2,0.
С несколько иных позиций можно оценивать прочность бетона над наклонной трещиной, рассматривая разрушение бетона в соответствии с теорией пластичности для усеченного клина, сжатого под действием осевой силы Nu [76]. Исходя из результатов специальных экспериментов получено, что при уг 44 ле загружения /7 а/2 несущая способность клина не зависит от угла а и поэтому рассчитывается прочность клина с углом 2J3 (рис. 2.2.).
Напряженно-деформированное состояние железобетонной изгибаемой балки
Создание надежного и эффективного метода расчета прочности железобетонных элементов при действии кратковременной динамической нагрузки невозможно без построения ясной физической модели работы элемента. Отражая качественную сторону метода, физическая модель должна обеспечивать наглядность расчета, дать четкие представления о характере деформирования, причинах возникновения внутренних усилий и разрушения элемента.
Анализ результатов экспериментальных данных позволяет выделить пять стадий работы изгибаемых железобетонных элементов. Каждой стадии соответствует определенное напряженно-деформированное состояние элемента, которое учитывает специфические особенности железобетона, отражает напряженно-деформированное состояние бетона, продольной и поперечной арматуры.
Основная информация о напряженно-деформированном состоянии элемента в процессе нагружения - результаты экспериментальных данных, так как аналитическое описание приемлемо только до образования трещин, а в условиях интенсивного трещинообразования и неупругих деформаций бетона и арматуры оно затруднительно.
Результаты проведенных собственных экспериментальных исследований и обобщение их с результатами исследований других авторов позволяет следующим образом представить стадии напряженно-деформированного состояния изгибаемого элемента при действии кратковременной динамической нагрузки и возрастании деформаций.
Стадия I - упругая. Элемент работает как сплошное тело из упругого материала. Деформация сжатия и растяжения бетона в нормальных сечениях распределяются по высоте элемента в соответствии с гипотезой плоских сечений, по длине элемента - в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. Деформации сдвига распределяются по всей высоте нормальных сечений. В наклонных сечениях деформации сжатия и растяжения бетона соответствуют деформациям в нормальных сечениях с учетом угла наклона сечения. Главные растягивающие и главные сжимающие напряжения в бетоне, подчиняясь законам плоского напряженного состояния, распределяются по всей высоте нормальных сечений. Деформации бетона на растяжение находятся в пределах О єЬі subl.
Продольная и поперечная арматура деформируется совместно с окружающим бетоном, деформации невелики и распределяются они по длине поперечной арматуры равномерно, а по длине продольной арматуры, как и в бетоне растянутой зоны - в соответствии с эпюрой изгибающих моментов.
Нейтральная ось балки совпадает с ее геометрической осью. Эта стадия обычно возникает в ненапрягаемых балках от собственного веса конструкции и в начальный момент времени при приложении внешней нагрузки. При постепенном действии нагрузки в зоне действия максимальных изгибающих моментов в бетоне растянутой зоны начинают развивать неупругие деформации и конструкция переходит в следующую стадию.
Стадия 1а - упругопластическая до появления трещин. В этой стадии эпюра нормальных напряжений растянутого бетона в зоне действия максимальных изгибающих моментов искривляется. В сжатой зоне бетон по-прежнему работает упруго. В наклонных сечениях деформации сжатия и растяжения бетона распределяются линейно. Главные растягивающие и главные сжимающие напря жения в бетоне по длине пролета среза распределяются линейно по всей высоте нормальных сечений. Деформации бетона на растяжение находятся в пределах Еи.Ы - ЕЫ - єЬ(,ть
Продольная арматура деформируется линейно по длине элемента в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. Поперечная арматура также деформируется линейно. Нейтральная ось балки совпадает с ее геометрической осью.
Образование в зоне действия максимальных моментов нормальных трещин определяет переход в следующую стадию напряженно-деформированного состояния.
Стадия II - упругопластическая с образованием нормальных трещин. С образованием нормальных трещин нарушается однородность напряженно-деформированного состояния бетона по длине пролета среза. В нормальных сечениях с трещиной и между трещинами напряженно-деформированное состояние бетона отличается друг от друга.
В сечениях между трещинами деформации сжатия распределяются по линейному закону, а деформации растяжения искривляются с максимальным значением в нижней грани. Деформации сдвига распределяются по всей высоте сечения между трещинами, В сечениях с трещинами проявляются неупругие деформации в бетоне сжатой зоны, деформации растяжения также имеют искривленную эпюру и распространяются они лишь до вершины нормальной трещины. Деформации сдвига сосредотачиваются на нетреснувшей части бетона с максимум примерно в середине высоты этой зоны. В зоне предельных пластических деформаций растянутого бетона касательные деформации не возникают, а если они и возникают, то быстро рассасываются.
Методика расчета опытных балок на ЭВМ
Расчет выполняется на статические и динамические нагрузки. Статические нагрузки моделируют силовые воздействия от сосредоточенных сил. Динамические нагрузки моделируют воздействия от ударных нагрузок.
В качестве основного выбран 241 тип конечного элемента, позволяющий определять напряженно-деформированное состояние плоскостных прямоугольных элементов с учетом физической нелинейности материалов. В образцах второй и третьей серий дополнительно вводятся конечные элементы нулевой жесткости, позволяющие учитывать наличие проемов. Всего конструкция была разбита на 180 конечных элементов. Армирование элементов учитывается специальными идентификаторами. Наклонная арматура образцов третьей серии, пересекающая конечные элементы, раскладывалась на вертикальную и горизонтальную составляющие.
Аналитическая зависимость «напряжения-деформации» основного материала (бетона) задана экспонентной. Для армирующего материала закон деформирования также задан экспонентным, с предельными значениями напряжений и деформаций, определяемыми для каждого используемого класса арматуры по результатам стандартных испытаний.
Прикладываемая нагрузка моделируется равномерно распределенной по площади конечного элемента, на который она действует. При статическом нагружении нагрузка прикладывалась этапами, составляющими 0,1 разрушающего усилия, при динамическом нагружении - 0,05-0,1 предполагаемого усилия.
Результаты сравнения численных исследований, теоретического расчета и экспериментальных данных приведены в табл. 5.1. По результатам численных исследований были построены графики зависимости изменения «нагрузка -напряжения» и графики изменения перемещений конструкций.
Расчет прочности наклонных сечений опытных конструкций на статические и динамические нагрузки по методике СНиП 2.03.01.-84 «Бетонные и железобетонные конструкции», СНиП 11-11-77 «Защитные сооружения гражданской обороны» был проведен на специально разработанной программе автоматизированного расчета, составленной на языке программирования «DELPHI». При расчете опытных конструкций прочностные и деформативные характеристики материалов принимались на основании проведенных стандартных испытаний армутурных сталей и бетонов, использованных при изготавлении конструкций.
Расчет опытных конструкций при динамическом нагружении выполнялся с коэффициентом динамического упрочнения бетона на растяжение Кы = 1.2.
Данные табл. 5.1. показывают, что при расчете прочности обычных балок по нормативной методике при статическом напружений, расхождения между опытными и теоретическими значениями не превышают 5 %. При расчете балок с проемами при статическом нагружении, расхождения между опытными и теоретическими значениями достигает 41 %. Это указывает на то, что нормативный метод расчета не обладает гибкостью при рассмотрении и расчете конструкций и не учитывает влияния различных факторов на длину проекции критической наклонной трещины, от которой непосредственно зависит прочность конструкции.
При кратковременном динамическом нагружении разница между экспериментальными данными и теоретическим по методике СНиП достигают 10%. Это указывает на то, что прочностные свойства материалов с увеличением скорости нагружения изменяют свои параметры, и их необходимо учитывать в расчете интегральными зависимостями, а не постоянным коэффициентом. Помимо этого, недостаточная точность расчетов по нормативной методике объясняется не только эмпирической природой оценки усилий, воспринимаемых бетоном сжатой зоны на наклонной трещиной, но и некоторыми условностями, не учитывающими совместное действие поперечной силы и изгибающего момента на приопорном участке элементов, влияние плоского напряженного состояния, сопротивление поперечной силе продольной арматуры (нагельный эффект).
Расчет конструкций методом конечных элементов, заложенным в ВК «Мираж» в целом, обладает лучшей (в отличии от методики СНиП) сходимостью экспериментальных и теоретических данных. Разница между экспериментальными и теоретическими данными для обычных балок при статическом нагружении не превышает 6%, при динамическом - не более 9%.
Расхождения в результатах при динамическом нагружении можно объяснить недостатком вычислительного комплекса и необходимости при расчете шаговым методом использовать эквивалентные статические нагрузки, что счнижает точность проведенных расчетов.
Анализ результатов расчета по предлагаемой методике, показал что теоретические расчеты в, целом, хорошо согласуются с экспериментальными данными. Расхождения для обычных балок при динамическом нагружении не превышают 5%. При расчете балок с проема разница между экспериментальными и теоретическими данными достигає 12%. Это указывает на то , что на прочность конструкций по наклонным сечениям влияет большое количество факторов, помимо рассмотренных в диссертации. Необходимо дальнейшее теоретическое и экспериментальное изучение данного вопроса.
1. Проведен анализ факторов, определяющих прочность наклонных сечений железобетонных балочных элементов. На основе этого анализа, опытных данных отечественных и зарубежных ученых, а также собственных исследований разработана физическая модель сопротивления железобетона по наклонному сечению.
2. Разработан метод динамического расчета железобетонных изгибаемых конструкций по наклонным сечениям на основе экспериментальных нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры с учетом трещинообразования в бетоне, влияния скорости и характера динамического нагружения на прочностные и деформативные свойства материала, учете усилий, возникающих по берегам наклонной трещины при ее подвижке, а также поперечных усилий, воспринимаемых арматурой при срезе.
3. Разработанный метод доведен до программы автоматизированного расчета для ПЭВМ.
4. На специально сконструированных железобетонных образцах экспериментально изучено распределение касательных и нормальных напряжений, возникающих по берегам трещины при ее подвижке.
5. В результате проведенных экспериментальных исследований изгибаемых конструкций балочного типа при статическом и кратковременном динамическом нагружениях получены новые опытные данные, характеризующие особенности деформирования, трещинообразования и разрушения приопорной зоны балок, ослабленных проемом на различных стадиях статического и динамического деформирования.
6. Результаты экспериментальных исследований балочных конструкций на действие статических и кратковременных динамических нагрузок подтвердили правомерность основных теоретических предпосылок, положенных в основу разработанного метода расчета.
