авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Живучесть железобетонных пространственных рамно-стержневых конструкций с выключающимися линейными связями

-- [ Страница 2 ] --

Сопоставляя графики деформирования для опорного сечения 1-1 обоих серий проведенных испытаний, можно отметить следующее. Значение динамического момента в рассматриваемом сечении системы n-1 второй серии (после выключения из работы центральной опоры) с жестким узлом над центральной опорой составило 2,01 кН·м, а в системе первой серии (с односторонними моментными связями) – 2,12 кН·м. Испытанием первого фрагмента на рассматриваемое запроектное воздействие установлено прогрессирующее обрушение ригелей пространственной системы (рисунок 3, а). Это полностью согласуется с полученными теоретическими значениями коэффициента динамического догружения и значениями изгибающих моментов в рассматриваемом сечении (n-1) раз статически неопределимой рамы. При испытании конструкций второй серии прогрессирующее обрушение не произошло.

Полученная экспериментально картина трещин в ригелях рамно-стержневой системы обоих серий (после запроектного воздействия) также подтвердила описанный характер разрушения. Трещинообразование в ригелях первой конструктивной системы наблюдалось в верхних растянутых зонах над крайними опорами ригелей. Одиночная трещина над средней опорой образовалась от поворота торцов ригелей при удалении средней стойки.

а) б)

Рисунок 3 – Общий вид разрушения фрагмента первой (а) и второй серий (б)

Несмотря на значительное раскрытие нормальных трещин и частичное раздробление бетона сжатой зоны в середине пролета, хрупкого разрушения рамы с внезапно выключенной центральной опорой как в конструкции первой серии не произошло (см. рисунок 3, б). Из приведенного анализа следует, что варьируя структурой (топологией), конструктивным армированием элементов и классом бетона можно управлять параметрами живучести железобетонного каркаса многоэтажного здания.

Третья глава диссертации посвящена развитию основ теории живучести железобетонных пространственных рамно-стержневых конструктивных систем. Здесь рассмотрено решение задачи по определению параметров живучести железобетонных пространственных рамно-стержневых конструктивных систем и критериев прочности пространственных узлов сопряжения железобетонных каркасов многоэтажных зданий при запроектных воздействиях.

С использованием деформационной модели рассмотрено силовое сопротивление железобетонных пространственных рамно-стержневых конструкций в запредельных состояниях, которые могут быть вызваны внезапным разрушением отдельных элементов, сечений, узлов конструктивной системы.

Построение расчетной схемы для анализа живучести конструктивной системы в запредельных состояниях выполнено с использованием принципа многоуровневых расчетных схем. При этом самый верхний уровень соответствует пространственной расчетной схеме всей конструктивной системы, самый нижний – позволяет оперировать параметрами сложного напряженного состояния отдельных зон фрагментов рассматриваемой конструктивной системы, выходные интегральные параметры которого «замыкаются» на расчетную схему верхнего уровня.

Для критериальной оценки живучести физически и конструктивно нелинейных пространственных систем из железобетона предложен обобщенный параметр . Критерий живучести – параметр m – определяется таким значением параметра внешней нагрузки, приложенной к конструктивной системе, при которой внезапный отказ «слабого звена» приводит к отказу одного или большего количества связей.

Расчетное определение параметра живучести пространственных рамно-стержневых систем при внезапных структурных изменениях, вызванных выключением линейных связей, выполнено с использованием неординарного смешанного метода.

Система канонических уравнений смешанного метода представлена в виде следующего матричного уравнения:

, (1)

где – матрицы коэффициентов неизвестных Мj и Zm смешанного метода.

Задача расчета заключается в определении предельного значения динамического усилия в j-ой выключающейся связи. В выключающихся связях должна удовлетворяться система неравенств:

(2)

где – предельное значение динамического усилия в j-ой связи, определяемое по заданной геометрии и армированию сечения элемента с учетом динамического упрочнения бетона сжатой зоны и растянутой арматуры.

Из множества решений исходной системы неравенств находится такое минимальное значение параметра =m, при котором в наиболее нагруженной связи достигается предельное значение моментов Mj в одном из наиболее напряженных сечений, т.е. происходит внезапное выключение j-ой связи системы. Если же после внезапного хрупкого разрушения одного из элементов системы критерий прочности для динамических усилий в оставшихся сечениях конструктивной системы окажется выполненным, процесс разрушения системы прекратится. Если указанный критерий прочности окажется невыполненным, то произойдет разрушение следующих элементов системы и, возможно, прогрессирующее обрушение всей системы.

Особенностью решаемой задачи по определению значений параметра в рассматриваемой пространственной системе с выключающейся линейной связью, используя систему (1) и неравенство (2), является то, что динамические реакции в выключающихся связях определяются в соответствии с конструктивным исполнением узла сопряжения перекрестных ригелей со стойкой рамы. При свободном опирании ригеля на стойку и односторонней моментной связи для ригелей реакция стойки Zm после внезапного выключения в системе (1) обнуляется. При жестком (сварном) соединении и двусторонней моментной связью для ригелей после внезапного выключения в систему (1) вводится значение реакции, полученной из расчета на заданную проектную нагрузку с обратным знаком.

Предложен алгоритм проектного и запроектного расчета каркаса многоэтажного здания из железобетона. Расчетной схеме первого уровня соответствует пространственная рамно-каркасная система, второго уровня – характерный фрагмент каркаса, состоящий из перекрестных ригелей и колонн. В соответствии с принятыми двухуровневыми расчетными схемами проектный расчет ведется шагово-итерационным методом с поэтапным увеличением нагрузки на заданную величину до достижения сходимости по усилиям в расчетных схемах первого и второго уровней.

Процедура запроектного расчета включает те же стадии, что и при проектном расчете, но с дополнительным определением параметра живучести системы m. Производится проектный расчет конструктивной системы до уровня нагрузки эксплуатационной или заданного уровня другой нагрузки, при которой может произойти внезапное разрушение линейной связи в рассматриваемой конструктивной системе. Усилие в выключающейся линейной связи прикладывается в виде нагрузки по направлению этой связи, но с противоположным знаком. Расчет фрагмента каркаса выполняется с новыми граничными условиями, изменившимися после выключения линейной связи. Выполняется расчет всего каркаса здания с граничными усилиями по узлам сопряжения фрагмента с каркасом здания на заданную проектную нагрузку и динамические догружения. По результатам такого расчета по аналогии с анализом параметра живучести m для отдельного фрагмента проводится анализ m для остальных узлов всей конструктивной системы. Затем производится сравнение расчетных усилий во всех элементах каркаса от суммарного действия проектного и рассматриваемого запроектного воздействий с предельными усилиями для каждого из элементов каркаса. В сечениях, где действующие усилия превышают предельные (определяемые с учетом динамической прочности материалов), т.е. не выполняется уравнение (2) и происходит разрушение, полученные усилия в выключающихся связях прикладываются с обратным знаком к расчетной схеме первого уровня. Процедура итерационного расчета повторяется до достижения стабилизации по усилиям в расчетной схеме.

В этой же главе приведена расчетная модель сопротивления пространственного узла сопряжения перекрестных рам при проектных и запроектных воздействиях.

В углах такого узла имеет место сложное силовое сопротивление железобетона (рисунок 4) – концентрация напряжений, которая, безусловно, вызовет появление трещин, распространяющихся вдоль граней центральной колонны сверху вниз, что приведет к повышенной деформативности узлового сопряжения. В расчетной схеме это можно учесть с помощью податливых шарниров – заделок, примыкающих с обеих сторон к узлу (рисунок 5, а, б, в), как в направлении оси х, так и в направлении оси у.

Рисунок 4 – Схема сопротивления пространственного узла после внезапного выключения средней стойки сверху и снизу узла: а – расчетная схема; б – напряженное состояние бетона сжатой зоны

Таким образом, представляется возможным учет податливости в узле сопряжения, при этом дополнительные углы поворота определяются в соответствии с рисунком 3, г по формуле:

. (3)

Здесь

, . (4)

Рисунок 5 – К учету повышенной деформативности узлового сопряжения рамного железобетонного узла при его проектировании (эпюры моментов вдоль оси у условно не показаны): а – расчетная схема с жестким сопряжением, принятая в строительной механике; б – то же при учете податливости сопряжения; в – возникновение трещин в углах узла, вызванное концентрацией напряжений и приводящее к повышенной деформативности узлового сопряжения; г – определение дополнительного угла поворота

1 – зоны повышенной деформативности; 2 – зоны кинематического поворота в сжатом бетоне

Располагая дополнительными углами поворота , их необходимо учесть при составлении уравнений строительной механики для соответствующих связей и направлений. При этом применительно к методу сил перемещение в направлении m-ой связи примет вид:

, (5)

а применительно к методу перемещений соответствующее условие равновесия m-го узла с податливой заделкой примет вид:

, (6)

где – опорный момент или опорная реакция (в зависимости от используемого условия равновесия) в m-ом узле от поворота этого узла на угол ; определяется обычным расчетом рам методом перемещений с заменой в соответствующих формулах параметра на .

Таким образом, учитывается перераспределение моментов в многоэтажном пространственном каркасном здании при эксплуатационной расчетной схеме, относительно которого затем уже выполняется анализ и расчет запредельной стадии. При этом также можно учесть и влияние наличия трещин в соответствующих зонах узла, которые закрываются при качественной смене напряженного состояния, т.е. смене знака моментов в запроектной стадии.

Значение коэффициента , используемого в расчетных формулах для определения предельных внутренних моментов в направлении оси и , определяется из следующих соотношений:

, , (7)

,

. (8)

Равенство коэффициентов и указывает на то, что в качестве характера нагружения используется простое нагружение.

Для напряженного состояния коэффициент иной, чем для деформированного состояния (здесь уже накладываются нелинейные зависимости между деформациями и напряжениями), т.е. . Для определения коэффициента вначале находим максимальное значение напряжений из зависимости:

. (9)

Тогда и итерационный процесс можно считать законченным.

В зависимостях (3)-(9) был рассмотрен случай сопротивления узла при одинаковом нагружении ригелей в направлении оси х и оси у при ; ; .. В тех случаях, когда нагружение ригелей в направлении оси х и оси у разное (или когда пролеты разные) соотношение между и изменится. Проанализируем, к чему это может привести с точки зрения возможного увеличения предельного значения главного напряжения (которое отразится и на напряжениях в направлении координатных осей, используемых для оценки предельных узловых моментов).

Из зависимостей , и диаграмм механического состояния бетона для области сжатие-сжатие и предлагаемого варианта деформационной теории пластичности бетона следует, что максимальное напряжение . Тогда учитывая, что для рассматриваемой задачи всегда , а вычисляется по формуле (7), получим:

. (10)

Откуда следует:

. (11)

Анализ выражения (11) показывает, что увеличение главного сжимающего напряжения необходимо ограничить:

(12)

или

. (13)

Таким образом, возможное увеличения предельного значения главного напряжения в любом случае не будет превышать 15%.

Теперь, располагая этими параметрами, представляется возможным определить все необходимые расчетные параметры поперечного сечения узла изгибаемой составной железобетонной конструкции при принятой эпюре средних деформаций бетона и арматуры (, , ) с учетом средних условных сосредоточенных взаимных смещений бетона в шве между бетонами.

Высота сжатой зоны бетона определяется из уравнения равновесия суммы проекций всех сил на ось ():

(14)

Из гипотезы плоских сечений для составного железобетонного стержня отыскиваются напряжения в растянутой арматуре и сжатой арматуре .

(15)

Предельный внутренний изгибающий момент определяется из уравнения равновесия моментов всех сил, действующих в поперечном сечении:

. (16)

В четвертой главе приведены алгоритм расчета живучести железобетонных пространственных рамно-стержневых конструкций с выключающимися линейными связями при запроектных воздействиях и результаты численных исследований по оценке эффективности предложенного расчетного аппарата.

Алгоритм расчета живучести железобетонных рамных конструктивных систем включает следующие основные блоки: «Управляющий блок», «Сечение», «Каркас», «Фрагмент», «Пространственный узел».

Результатами численных исследований выявлено влияние уровня нагружения проектной нагрузкой и структуры конструктивной системы на интенсивность динамического догружения и характер разрушения конструкций в запредельных состояниях. Установлено, что интенсивность динамического догружения и параметр живучести пространственной рамно-стержневой конструктивной системы m зависит от принятого варианта конструкции узла сопряжения (с односторонними и двусторонними моментными связями) перекрестных рам, а также от схемы приложения и уровня проектной нагрузки.

Показано, что с использованием зависимостей (1) и (2) внутренний предельный изгибающий момент в пространственном узле сопряжения перекрестных рам следует определять с учетом перераспределения усилий в элементах пространственной рамно-стержневой системы, деформативности узлового сопряжения, а также трещинообразования в соответствующих зонах пространственного узла.

Достоверность предложенной методики расчета была апробирована сопоставлением с данными экспериментальных исследований. Расчеты подтвердили полученные экспериментально качественный и количественный характер разрушения опытных конструкций фрагментов рам.

Установленные закономерности деформирования и разрушения железобетонных рам явились основой подготовки конкретных рекомендаций по защите железобетонных каркасов многоэтажных зданий от прогрессирующих обрушений при запроектных воздействиях. В частности, для таких конструкций рекомендовано проектирование перекрестных ригелей в каркасах многоэтажных зданий выполнять по неразрезной схеме с двусторонними моментными связями. При этом следует отказаться от традиционных методов экономии арматуры за счет учета упругопластических свойств материала. В сборных и сборно-монолитных каркасах разрезку на отдельные элементы необходимо производить с учетом распределения силовых потоков при проектной нагрузке и запроектных воздействиях. При этом следует учитывать схему и интенсивность армирования этих элементов и роль каждого элемента конструктивной системы при оценке ее живучести.

В приложения к диссертации включены пример ручного расчета живучести фрагмента железобетонного каркаса многоэтажного здания, сведения о внедрении результатов диссертационных исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Построена расчетная модель силового сопротивления железобетонных пространственных статически неопределимых рамно-стержневых конструктивных систем в запредельных состояниях при изменении их расчетных схем, вызванных внезапным выключением линейной связи.

2. Экспериментальными исследованиями определены параметры живучести, количественные значения динамических догружений и схемы разрушения фрагментов железобетонных пространственных рамно-стержневых конструкций с выключающимися линейными связями при двух вариантах опирания и сопряжения перекрестных ригелей над центральной опорой.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.