Введение к работе
Актуальность работы. Работа на поперечную силу тонкостенных железобетонных балок считается одним из относительно малоизученных вопросов как в нашей стране, так и за рубежом. Эмпирическая формула отечественных норм проектирования железобетонных конструкций для расчета прочности тонкой стенки не учитывает ряд факторов, влияние которых подтверждено экспериментальными исследованиями. При построении универсальных методов расчета в последнее время все чаще исследователи обращаются к компьютерному моделированию с использованием метода конечных элементов. Для оценки корректности результатов компьютерного расчета необходимо располагать экспериментальными данными о реальной работе конструкции.
В настоящее время в эксплуатации находится множество зданий и сооружений, используемых не по своему первоначальному назначению. Запроектированные по одной расчетной схеме, конструкции могут подвергаться загружению по иной новой схеме. Для двутавровых железобетонных балок следствием предшествующих загружений может явиться наличие в стенке наклонных трещин. При изменении схемы загружения распределение напряжений в стенке меняется, и наличие ранее сформировавшихся трещин может оказать влияние на дальнейшее поведение балки и прочность ее стенки. Поэтому изучение особенностей работы и разработка методики расчета двутавровых железобетонных балок на поперечную силу с учетом предыстории загружения имеет важное теоретическое и практическое значение.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры строительных конструкций и гидротехнических сооружений Кубанского государственного технологического университета, проводимой по тематическому плану Министерства образования и науки Российской Федерации «Исследование механизма прочности существующих и реконструируемых железобетонных элементов при переменных схемах загружения» и получила дополнительную поддержку грантами и стипендиями. В период обучения в аспирантуре автор в 2011-12 гг. стажировался в лаборатории строительных конструкций Университета Хьюстона (США), являющейся одной из ведущих научных школ в направлении настоящей работы.
Целью диссертационной работы являлось совершенствование практического и численного методов расчета прочности стенки железобетонных двутавровых балок для получения возможности учета влияния наклонных трещин, вызванных предшествующими загружениями.
В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи настоящей работы:
-
провести экспериментальные исследования, включающие испытания железобетонных двутавровых балок с предварительно сформированными наклонными трещинами;
-
оценить влияние такой предыстории загружения на прочность и трещи-ностойкость стенки двутавровых балок;
-
с учетом выявленных эффектов выработать рекомендации по расчету прочности стенки балок с трещинами при изменении схемы их загружения;
4) разработать методику численного моделирования напряженно-
деформированного состояния приопорных участков железобетонных двутавровых
балок при двухстадийных загружениях с изменением пролета среза.
Научная новизна.
впервые получены экспериментальные данные о прочности и трещино-стойкости тонкой стенки железобетонных двутавровых балок, испытанных при двухстадийном загружении с изменением пролета среза;
экспериментально выявлено снижение прочности тонкой стенки железобетонных двутавровых балок, вызванное наличием трещин предшествующих загружении;
предложена скорректированная методика выполнения поверочных инженерных расчетов железобетонных двутавровых балок на действие наклонных сжимающих сил, учитывающая влияние предыстории загружения;
выполнено нелинейное компьютерное моделирование двухстадииного загружения с изменением пролета среза железобетонных балок без предварительного напряжения; для моделирования тонкой стенки балок применяется деформационная методика с фиксированным углом для циклических загружении CSMM, что позволяет расчетным путем оценить влияние конструктивных характеристик и пролета среза загружения на прочность стенки; как для простого одностадийного загружения, так и для двухстадииного загружения с изменением пролета среза предлагаемая конечно-элементная расчетная модель позволяет оценить напряженно-деформированное состояние приопорных участков тонкостенных балок на всех стадиях их нагружения вплоть до разрушения.
Практическое значение работы заключается в возможности правильного расчета прочности железобетонных двутавровых балок при проектировании объектов реконструкции. Корректная оценка несущей способности существующих конструкций позволит в определенных случаях продолжить их эксплуатацию и тем самым поможет избежать демонтажа или усиления, требующих существенных капитальных вложений.
Разработанная методика компьютерного расчета реализует нелинейную деформационную модель для железобетона, работающего в условиях плоского напряженного состояния. При помощи этой методики возможен расчет железобе-
тонных двутавровых балок как при простом одностадийном загружении, так и при двухстадийном загружении с изменением пролета среза. Для учета влияния трещин от предшествующих загружении в инженерных расчетах предложены экспериментально обоснованные понижающие коэффициенты к расчетной несущей способности балки без начальных трещин в стенке.
Практическую ценность имеет также специально разработанная испытательная установка, оригинальность и преимущества которой подтверждены патентом на полезную модель.
Достоверность результатов исследований обеспечивается проведением экспериментов и обработки полученных результатов в соответствии с методическими требованиями государственных стандартов с использованием сертифицированных и поверенных приборов и испытательного оборудования.
В ходе численного эксперимента с разработанной компьютерной моделью получена хорошая сходимость значений разрушающей поперечной силы и деформаций укорочения бетона с соответствующими опытными значениями. Кроме этого, было выполнено компьютерное моделирование работы балок других исследователей, где расчетные значения разрушающей поперечной силы также оказались достаточно близкими к опытным.
На защиту выносятся:
-
результаты экспериментально-теоретических исследований прочности стенки железобетонных двутавровых балок и ширины раскрытия трещин при двухстадийном загружении с изменением пролета среза;
-
расчетная компьютерная модель, симулирующая работу балок при данных условиях;
-
предложение по учету влияния на прочность стенки наклонных трещин, вызванных предшествующими загружениями, при выполнении инженерных поверочных расчетов изгибаемых элементов на поперечную силу.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на следующих конференциях:
- Шестой Международной научно-практической конференции «Строитель
ство в прибрежных курортных регионах», СГУТиКД, Сочи, 2010 г.
X Международной научно-технической конференции «Эффективные строительные конструкции: теория и практика», Пенза, 2010 г.
Международной научно-практической конференции «Строительство-2011», РГСУ, Ростов-на-Дону, 2011 г.
- Конференции техасской секции Американского сообщества гражданского
строительства (ASCE), Сан-Антонио, Техас, США, 2012 г.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 8 печатных работах, в т.ч. в трех в журналах по списку ВАК и в трудах конференции Американ-
ского сообщества гражданского строительства в США. На испытательную ры-чажно-рамную установку получен патент на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 131 наименований, в том числе 100 зарубежных, и приложений. Объем диссертации: 208 страниц текста, 87 рисунков, 16 таблиц.
Похожие диссертации на Прочность тонких стенок железобетонных балок на приопорных участках с учетом предыстории загружения
