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 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Основы теории живучести железобетонных конструктивных систем при запроектных воздействиях

-- [ Страница 4 ] --

Анализом результатов испытаний неразрезных балок сплошного сечения установлено, что при высоких уровнях нагружения конструкции проектной нагрузкой, когда в конструкциях образовываются трещины и проявляются значительные неупругие деформации, коэффициент приращения динамических усилий и деформаций (коэффициент динамичности) при запроектных воздействиях заметно снижается.

Еще большее снижение этого коэффициента имело место в балках составного сечения при увеличении неупругих деформаций в шве сдвига. Так, если при первом запроктном нагружении составной балки (до появления трещин) опытное значение коэффициента динамичности составило 1,69, то при запроектном воздействии на балочную систему, нагруженную более высоким уровнем проектной нагрузки (после образования трещин и расслоения шва сдвига), опытное значение этого коэффициента составило 1,30.

Измерениями ширины и глубины раскрытия трещин в балках сплошного и составного сечения до и после запроектного воздействия установлено приращение этих параметров как в отдельных сечениях, так и интегрально – в виде увеличения суммарной ширины раскрытия трещин в растянутых зонах опытных балок. Опытные данные о приращениях ширины раскрытия трещин в балках сплошного и составного сечений подтвердили полученные для усилий и деформациий эффекты динамического догружения элементов конструктивной системы при внезапных структурных изменениях в ней. В то же время количественные значения коэффициента динамичности, определенного по приращениям трещин, заметно меньше рассчитанного по приращениям перемещений. Например, в сечении второго пролета составной балки (см. схема 2, табл. 2) динамический коэффициент после запроектного воздействия, вычисленный по приращению прогибов, составил 1,73, а по опытному значению приращений ширины раскрытия трещин – 1,6. Причиной этого явилось, во-первых, запаздывание во времени процесса образования и раскрытия трещин в элементах балочной системы при внезапном воздействии, во-вторых, частичное закрытие трещин после затухания динамического эффекта.

Специфика деформирования, трещинообразования и разрушения составных конструкций с позиции их живучести как элементов системы состоит в том, что запроектное воздействие в опытных образцах таких конструкций создавалось не только внешними факторами, но и структурой самих конструкций. Например, внезапное хрупкое разрушение упруго-хрупкопластического шва сдвига между элементами (бетонного или армированного). Полученное экспериментальное количественное значение коэффициента динамичности для балочных и рамных конструктивных систем с элементами составного сечения меньше, чем в конструкциях с элементами сплошного сечения. Оно зависит от жесткости шва соединения элементов составной конструкции. Увеличение жесткости шва сдвига количественно меняет параметры деформирования составного элемента (распределение деформаций, характер трещинообразования и ведет к увеличению этого коэффициента динамичности для элементов в такой конструктивной системе при внезапных структурных изменениях в ней.

Структура и физико-механические характеристики сечения составного элемента также влияют на величины динамических догружений конструктивной системы. Так, если пластические деформации шва сдвига значительны, то при шве, выполненном в виде поперечных стержней-связей из мягкой стали, диссипативные свойства системы при внезапном ее догружении по сравнению с элементами сплошного сечения возрастают до 30-40%. При хрупком материале шва контакта элементов составной конструкции, например чисто бетонном шве, коэффициент динамичности, вызванный внутренней структурной перестройкой сечения, возрастает. В случае приложения внезапной запроектной нагрузки к конструктивной системе, например, выключения моментной связи над одной из опор балочной (см. схема 2, табл. 2) или рамной (см. схема 4, табл. 2) конструктивной системы хрупкое разрушение шва сдвига приводило к увеличению динамического догружения до 1,5 раза. В опытных образцах всех серий неразрезных балок и рам с относительно низкой интенсивностью поперечного армирования составных элементов разрушение носило прогрессирующий характер: после приложения запроектной нагрузки (разрыва соединительного элемента) происходил мгновенный разрыв поперечных стержней в шве сдвига. Практически одновременно происходили разрушения элементов составной балки или ригеля (для рам) по наклонным или нормальным сечениям близлежащего, а затем более удаленного от выключившейся моментной связи пролета. Реализовалась достигнутая расчетом и соответствующей установкой арматуры прогрессирующая схема разрушения балочной или рамной системы.

Результаты испытаний преднаряженных составных конструкций позволили установить влияние предварительного напряжения на их живучесть при запроектных воздействиях. Так, если уровень преднапряжения конструкций относительно невысокий (не достигает рекомендуемыми нормами верхнего предела 0,9 Rs, ser, то характер разрушения опытных конструкций после приложения запроектной нагрузки практически не отличается от описанного характера разрушения ненапряженных составных конструкций. В балках обоих серий испытанных по схемам 5 и 6 (см. табл. 2), в момент внезапного разрыва поперечных связей в шве сдвига было зафиксировано разрушение из-за текучести арматуры по нормальному сечению с практически одновременным хрупким разрушением по наклонному сечению.

В конструкциях с высоким уровнем предварительного напряжения экспериментально установлена еще одна особенность их деформирования и разрушения при внезапных запроектных воздействиях. Обработка данных натурных испытаний фрагмента покрытия из панелей оболочек КСО с высоким уровнем напряжения нижнего пояса диафрагмы (=0,9 Rs,ser) показала, что в момент образования первой трещины в нижнем поясе в преднапряженном арматурном стержне возникло мгновенное динамическое догружение. В результате арматурный стержень из арматуры класса А-V, состыкованный по длине из двух элементов, разорвался по сварному шву стыка. Возникло внезапное динамическое догружение всех других элементов фрагмента пространственной системы, повлекшее за собой прогрессирующее обрушение всей системы. Важным практическим результатом явились полученные опытные значения коэффициента динамичности в предварительно напряженных железобетонных элементах при образовании в них трещин.

Кроме общих закономерностей, в рассматриваемой главе диссертации подробно анализируются опытные данные параметров деформирования и разрушения плоских и пространственных железобетонных конструктивных систем в запредельных состояниях.

В пятой главе диссертации изложены вопросы связанные с особенностями алгоритмизации задач расчета живучести железобетонных конструктивных систем, а также вопросы, связанные с оценкой эффективности предложенных методов расчета железобетонных конструкций при запроектных воздействиях.

Главной особенностью алгоритмизации задач расчета живучести конструктивных систем является отсутствие обусловленности большинства запроектных воздействий как во времени, так и в пространстве. Если причинами отказа выступают воздействия, не предусмотренные условиями нормальной эксплуатации конструкций и, соответственно, накопления коррозионных повреждений, то при принятых по опытным данным зависимостям для описания кинетики неравновесных процессов продвижения повреждений задача расчета остаточного ресурса конкретного сечения и живучести всей конструктивной системы, является корректной.

Разработанные в диссертации теоретические положения по расчету живучести конструктивных систем базируются на основных положениях метода предельных состояний, поэтому возможности практического использования разрабатываемых алгоритмов, особенностью алгоритмизации задач расчета живучести конструктивных систем является возможность адаптации разработанного теоретического аппарата к стандартным программным комплексом для расчета строительных конструкций. В связи с этим алгоритм расчета живучести построен в виде отдельных модулей, сопрягаемых между собой и имеющих управляющий модуль, позволяющий на рассматриваемом уровне расчета обращаться к программному комплексу (универсальному процессору) и обратно к алгоритму, реализующему расчет живучести.

Алгоритм расчета живучести конструктивной системы включает три основных этапа:

1) проектный расчет эксплуатируемой n-раз статически неопределимой системы;

2) расчет на эксплуатационную нагрузку и внезапное запроектное воздействие, вызванное внезапным структурным изменением n - m раз статически неопределимой системы (m-число выключенных связей);

3) критериальный анализ условий динамической прочности догружемых элементов конструктивной системы.

Линеаризация задач расчета конструктивной системы в рассматриваемых алгоритмах расчета живучести выполнена с использованием итерационных процедур в сочетании с аналитическими методами. Квазистатический запроектный расчет живучести конструктивной системы с выключающимися связями производится с использованием варианта смешанного метода. Благодаря специальному выбору основной системы – в виде шарнирного полигона, с удаленными в местах возможного выключения моментными связями и заменой их неизвестными моментами, а для сохранения неизменяемости системы – наложением дополнительных линейных связей, анализ живучести сводится к определению критических значений параметрической нагрузки m, при которых происходит выключение m - ой связи или разрушения m - ого сечения в элементах конструктивной системы.

Учет неравновесных физических процессов в железобетоне при алгоритмизации задач расчета живучести выполнен с использованием простейших реологических моделей железобетона. Это было обусловлено стремлением получить достаточно простые аналитические выражения для критериев длительной и динамической прочности бетона, не только удобных для практического применения, но и обеспечивающих сходимость рассматриваемых итерационных задач с двойной нелинейностью.

Для апробации разработанных алгоритмов расчета живучести конструктивных систем и определения эффективности и границ применимости предложенного расчетного аппарата были проведены многовариантные численные исследования и сопоставление результатов расчета с данными экспериментальных исследований.

Исследование влияния топологии конструктивных систем на их живучесть при внезапных структурных изменениях в этих системах (рис. 10) позволило не только установить функциональную связь с коэффициентом динамических догружений элементов системы, но и определить изменение традиционно используемого при проектировании коэффициента запаса (k).

Показано, что применяемые в традиционных расчетах коэффициенты запаса не могут быть использованы при оценке живучести конструктивных систем без учета топологии системы. Из анализа графиков (см. рис. 10) видно, что данная ферма, запроектированная на проектные нагрузки согласно требованиям действующих норм без учета угла наклона раскосов и запроектного воздействия при любом наклоне боковых стержней разрушится.

Установлено, что топология системы оказывает решающее влияние на ее живучесть, связанную с не только исчерпанием несущей способности при запроектных воздействиях, но и с потерей устойчивости системы. Это подтвердили полученные расчетом изменения критической силы системы с внезапно выключенной связью при резком изменении соотношения высоты крайней стойки к пролету, а так же при варьировании отношения высот стоек раны (hi) к ее пролету (рис. 11).

Рисунок 11 - Графики изменения критической силы (Pcr) в зависимости от отношения hi/l и при выключении связей в раме: 1 - для исходной системы при варьировании высоты второй стойки (i=2); 2 – то же при i=3; 3 - для системы с выключенными связями при i=2; 4 - для системы с выключенными связями при i=3

Исследовано влияние выключения моментных и линейных связей в изгибаемых и внецентренно-сжатых железобетонных элементов балочных и рамных конструктивных систем, влияния глубины повреждения, длительной прочности и возраста бетона, уровня и характера напряженного состояния, структуры сечения и интенсивности армирования на параметры живучести конструктивной системы. Так, в неразрезных балках и рамках со схемами и интенсивностью армирования, определенными с учетом перераспределения усилий и выравнивания моментов по рекомендациям действующих нормативных документов, параметр живучести m ограничивается значением m=2 (см. табл. 3, схема 1). При высоких уровнях внутренних усилий от действия эксплуатационной нагрузки внезапное запроектное догружение (выключение моментной или линейной связи) ведет к прогрессирующему обрушению всей или значительной части конструктивной системы (см. табл. 3, схема 2).

Структура сечений железобетонных составных элементов конструктивной системы, процент армирования, жесткость связей сдвига оказывают существенное влияние на коэффициент динамичности. Так, снижение модуля сдвигаСто с 103 МПа до 102 МПа изменяет значение коэффициента динамичности при внезапной структурной перестройке системы в 1,4 раза.

Анализ предельных моментов в сечениях коррозионно повреждаемой железобетонной рамы показал, что степень повреждения (параметр ) является важным при определении характера разрушения системы. Из сопоставления предельных моментов в системе неповрежденной и поврежденной рам (рамы со слоистым сечением) показал что параметр живучести системы m при одной и той же эксплуатационной нагрузке изменяется с m=1 до m=3, т.е. локальная схема разрушения ригеля сменяется прогрессирующей (рис. 12).

Пластичность материалов элементов конструкции значительно снижает коэффициент динамичности при внезапных структурных изменениях в системе. Численными исследованиями установлено, что значение коэффициента динамичности напрямую связано с упругопластическими параметрами диаграммы

«момент – кривизна» в железобетонных элементах. Коэффициент динамичности в одних и тех же сечениях элементов, железобетонных элементов балочных или рамных систем в зависимости от уровня напряженного состояния может усилиться в 1,4 – 1,6 раза.

Исследовано влияние длительной прочности и законов деформирования бетона во времени на значения предельных изгибающих моментов. Из рис. 13 видно, что при нагружении запроектным воздействием для новой (кривая 4) эксплуатируемой (кривая 3) конструкции значения предельных моментов отличаются более чем на 15%. Установлено, что разница между значениями предельных моментов с учетом увеличения прочности материалов при динамичном догружении (кривая 4) и без учета динамического догружения (кривая 2) достигает 40%.

Сопоставление опытах картин разрушения балочных (табл. 3) и рамных конструкций с полученными расчетом теоретическими схемами разрушениями по параметру живучести m подтвердило приемлемость предложенного расчетного аппарата для решения рассматриваемого класса задач. Полученные расчетом значения m для опытных конструкции неразрезной балки с учетом расчетного времени внезапного воздействия =0,06с (экспериментальное значение ) и увеличения динамических пределов прочности бетона и арматурной стали близки к экспериментальным. Теоретические значения m полученные без учета времени воздействия количественно отличались от опытных до 30 %, что связано с неучетом динамической прочности материалов.

В шестой главе на уровне рекомендаций изложены расчетные и конструктивные мероприятия, направленные на защиту железобетонных балочных и рамно-стержневых конструктивных систем от прогрессирующих обрушений. К ним относятся рекомендации к построению расчетных схем конструктивных систем, меняющих расчетную схему вследствие запроектных воздействий - коррозионных повреждений, внезапных выключений угловых и линейных связей, внезапных разрушений одной из компонент в преднапряженных элементах из двухкомпонентных материалов. В балочных и рамных конструктивных системах зданий первой категории в дополнение к основным положениям расчеты по предельным состояниям целесообразно проведение расчета на наиболее вероятные варианты запроектных воздействий.

В качестве таких вариантов могут быть рассмотрены воздействия,  предусмотренные московскими городскими нормами (МГСН), а также запроектные воздействия, возможные для рассматриваемой конкретной конструктивной системы в виде внезапного выключения отдельных опор, угловых связей в узлах сопряжений сборных элементов, внезапное нарушение сцепления арматуры в отдельных конструктивных и других ключевых элементах, определяющих живучесть системы.

Таблица 3 - К анализу расчетных и опытных значений параметра живучести m



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 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.