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 предварительно напряженных балочных конструкций в запредельных состояниях

-- [ Страница 2 ] --

- для статического нагружения (кривая 1 на рис.2):

; (4)

- для динамического нагружения (кривая 2 на рис.2):

, (5)

где , - соответственно предельные значения напряжений и деформаций бетона, определяемые по результатам стандартных испытаний, - динамический предел прочности бетона.

Величина коэффициента динамического упрочнения:

(6)

определяется из выражения

, (7)

где - параметр, значение которого определяется экспериментально, для тяжелых бетонов ; - предельно допустимое время динамического воздействия.

Рис. 2. К построению диаграммы статико-динамического деформирования бетона: 1 – статическая ; 2 - динамическая ; 3 - статико-динамическая диаграммы

Следуя принятой модели, для определения скорости динамического нагружения используется зависимость:

. (8)

Согласно рассматриваемой модели с учетом принятых гипотез кривая статико-динамического деформирования бетона может быть получена совмещением статической и динамической кривых со смещением последней в точку с координатами , , соответствующую окончанию статического нагружения и началу динамического догружения – кривая 3 (см. рис. 2). Эта кривая может быть описана уравнениями:

(9)

Выражение (9) при принимает вид (5), т.е. соответствует динамическому нагружению, а при и отвечает (4) – статическому нагружению, т.е. является универсальным, позволяющим совместно с выражениями (6)-(8) учитывать скорость нагружения при описании зависимости деформирования бетона.

Аналогичным образом, как и для бетона, составлены системы уравнений для описания статико-динамического деформирования предварительно напряженной арматуры в зависимости от величины напряжения , соответствующего окончанию статического нагружения и началу динамического догружения (рис. 3):

Рис. 3. К построению диаграммы статико-динамического деформирования предварительно напряженной арматурной стали при различных уровнях : а - при ; б - при ; в – при ;1 – статическая; 2 - динамическая; 3 - статико-динамическая диаграммы

- при (рис. 3, а):

 (10) - при (рис. 3, б): (11) - при (рис. 3, в):-43 (10)

- при (рис. 3, б):

(11)

- при (рис. 3, в):

(12)

. (13)

. (14)

. (15)

. (16)

. (17)

. (18)

В зависимостях (10)-(17) приняты следующие обозначения: - деформации от преднапряжения за вычетом потерь; – условный предел текучести и соответствующая ему деформация , определяющая границу чисто упругой работы материала с модулем упругости ; - модуль деформации для второго участка диаграммы работы; – пределы прочности материала и – предельная деформация; - предельное время, - приведенное значение интенсивности динамического воздействия, - предельная прочность стали при динамическом нагружении, , - параметры диаграммы работы материала; - скорость нагружения. Значения , , , , , находятся для той или иной разновидности стали на основании стандартных испытаний.

Приняв в системе уравнений (10)-(12) значение , получим зависимости, описывающие динамическое нагружение арматурной стали, а приняв и - статическое нагружение. Положив значение , получим зависимости, описывающие статико-динамическое деформирование ненапрягаемой арматурной стали.

Для построения статико-динамической диаграммы состояния сечения железобетонного изгибаемого элемента при кратковременном нагружении, последовательно рассматриваются все возможные стадии его напряженно-деформированного состояния, а в качестве зависимостей, определяющих связь между напряжениями и деформациями бетона, принимаются выражения (6)-(9), а арматуры - (10)-(18).

При упругой работе растянутого бетона кривизна изгибаемого железобетонного элемента определяется как для сплошного тела.

Для случая неупругой работы сжатого бетона:

, (19)

где значение находятся по формуле (9) заменой в ней на :

. (20)

Для стадии неупругой работы растянутого бетона:

, (21)

и соответственно:

. (22)

Определение кривизны изгибаемого железобетонного элемента производится по традиционной схеме методом последовательного приближения, используя условия равновесия внешних и внутренних усилий, уравнения совместности деформаций арматуры с бетоном и соответствующие геометрические соотношения. При этом определение кривизны элементов на участках с нормальными трещинами производится с использованием следующих рабочих гипотез:

- для средних деформаций сжатого бетона и растянутой арматуры считается справедливым закон плоских сечений;

- в качестве расчетного принимается сечение со средней высотой сжатой зоны , соответствующей средним деформациям;

- учитывается частичная работа растянутого бетона на участках между трещинами.

Напряжения в бетоне и в арматуре , и соответствующие им деформации , , , отвечающие уровню проектного нагружения, т.е. началу динамического догружения элемента, определяются при , и .

Построение статико-динамической диаграммы состояния сечения изгибаемого предварительно напряженного железобетонного элемента выполняется методом итераций с использованием зависимости (1) для определения параметров динамического догружения. Вначале строится статическая диаграмма состояния сечения, находят значения , , , и в первом приближении вычисляются скорости наружения элемента из выражений:

; (23)

, (24)

где - время, за которое происходит приращение динамических напряжений и деформаций при возможных в условиях аварий внезапно приложенных запроектных воздействиях. Теоретическое определение этого параметра в работе выполнено исходя из уравнения вынужденных колебаний элементов балочной или рамной системы при условии незатухания поперечных колебаний в течение первого полупериода:

, (25)

где yст – прогиб от действия статической нагрузки, Т – время одного полного колебания (период), g – ускорение свободного падения.

Из формул (7), (8) определяются , , а из выражений (13)-(18) - , и строится статико-динамическая диаграмма. По ней вновь производим оценку динамических усилий.

Условия сходимости решения на рассматриваемой итерации имеют следующий вид:

; (26)

, (27)

где - заданный уровень погрешности. Если сходимость не обеспечена из (7), (8), определяются новые значения , , и производится следующая итерация.

В третьей главе приведены методика и результаты экспериментальных исследований живучести статически нагруженных и динамически догружаемых предварительно напряженных неразрезных трехпролетных железобетонных балочных систем. В задачи экспериментальных исследований входило: изучение особенностей деформирования, трещинообразования и разрушения элементов нагруженной балочной системы при динамических догружениях, вызванных внезапным выключением моментных связей; установление частот колебаний элементов конструктивной системы.

Для реализации поставленных задач, были запроектированы две серии опытных конструкций трехпролетных неразрезных сборно-монолитных предварительно напряженных железобетонных балок. Каждая из них включала три сборные железобетонные балки с гибким каналообразователем. Объединение балок в трехпролетную сборно-монолитную неразрезную предварительно напряженную балочную систему осуществлялось соединительными элементами и замоноличиванием стыков.

Сборные балки были запроектированы сечением 70х120 мм и длиной 1200 мм из бетона класса В25. Армирование балок обеих серий принято плоскими сварными каркасами с продольной арматурой в верхней зоне диаметром 6 мм класса A-III (A400) для восприятия усилий растяжения в стадии предварительного обжатия. Продольная арматура нижней зоны и поперечные стержни выполнены из проволоки диаметром 5 мм класса Вр-I (В500). Шаг поперечной арматуры был принят 100 мм.

На приопорных участках балок были установлены закладные детали из листовой стали. На торцы крайних балок с целью недопущения смятия бетона при передачи на него усилия предварительного обжатия так же были установлены закладные детали из листовой стали толщиной 8 мм. При бетонировании балок в них были предусмотрены каналообразователи для установки арматурного стержня диаметром 6 мм класса A-IIIв (А550в) и последующего напряжения всей неразрезной балочной системы. Предварительное напряжение трехпролетной балки осуществлялось затяжкой гаек с контролем натяжения по усилиям и удлинениям.

Изготовление опытных конструкций производилось на производственной базе ДОАО «Орловский завод ЖБИ» ОАО «Орелагропромстрой». Армирование изделий было выполнено строго по проекту. Бетонирование балок производили в жесткой разъемной металлической опалубке с уплотнением вибрированием. Из бетона одновременно с укладкой его в форму изготавливали контрольные призмы и кубики, которые так же уплотняли и подвергали термовлажностной обработке вместе с опытными конструкциями. Количество призм и кубиков составляло по 10 штук для каждой балки, что было необходимо для получения прочностных и деформационных характеристик бетона, в частности , и полной диаграммы бетона «».

Испытания балок производились на специально запроектированном стенде, включавшем опорные устройства, рычажную систему, распределительные устройства, грузовую платформу и штучные грузы (рис. 4,а).

Одна из закладных деталей, служащих для объединения сборных балок в неразрезную, над правой промежуточной опорой, выполнялась сварной с длиной и катетом шва, прокалиброванными под ее разрушение при заданном уровне статического нагружения конструктивной системы.

В готовом изделии, установленном на испытательный стенд, не было выявлено начальных дефектов (технологических, усадочных трещин, отслоений защитного слоя, отколов бетона). Для более контрастного проявления и обнаружения трещин на растягиваемые поверхности перед испытанием был нанесен слабый раствор мела и на каждой ступени нагружения поверхность балок смачивалась губкой, пропитанной уайт-спиритом.

а) б)
в) г)

Рис. 4. Схемы (а, б) и общий вид (в, г) соответственно стенда для испытаний неразрезной балки на запроектные воздействия и конструкции прокалиброванной закладной детали:

1 - опытная конструкция балки; 2 – нагрузочная платформа с грузами; 3 – рычаг;

4 - распределительные устройства; 5 – опоры; 6 – надопорная соединительная деталь;

7 - прокалиброванная соединительная деталь

Нагружение балок до проектного уровня осуществлялось двумя сосредоточенными силами в каждом пролете ступенями по 10 % от проектной величины нагрузки равной . Запроектное воздействие соответствовало мгновенному уменьшению опорного изгибающего момента над второй промежуточной опорой с заданной проектной величины до нуля. Осуществлялось такое приложение запроектного воздействия вследствие хрупкого разрыва калиброванного надопорного соединительного элемента от растягивающего усилия, действующего в этом элементе, при приложении к балке расчетной проектной нагрузки.

В процессе испытаний измерялись и фиксировались следующие опытные параметры: продольные деформации сжатого и растянутого бетона; деформации растянутых соединительных элементов (калиброванных накладок); прогибы балок во всех пролетах, в том числе при приложении запроектного воздействия; уровень нагрузки, характер трещинообразования и ширина раскрытия трещин до и после приложения запроектного воздействия; приращения перемещений и время первого полупериода колебаний, возникающих в предварительно напряженных балках после внезапного разрушения надопорного соединения.

Для измерения деформаций, перемещений и фиксации момента трещинообразования преднапряженной неразрезной балочной конструкции на нее устанавливались прогибомеры, индикаторы часового типа и тензорезисторы (с каждой стороны опытных образцов). Всплеск перемещений после запроектного воздействия элементов балочной системы фиксировался цифровой камерой с частотой кадров 60 Гц. Для определения времени первого полупериода динамических колебаний использовался виброанализатор Вибран 3.0. Ширину раскрытия трещин измеряли при статическом нагружении и после запроектного воздействия.

Анализ полученных опытных значений деформаций, перемещений и трещин в элементах обеих испытанных конструктивных систем позволяет отметить следующее. Процесс нагружения балок до уровня проектной нагрузки соответствовал деформационной модели, используемой при кратковременном нагружении статически прикладываемой нагрузкой, стадиям ее упругого и упругопластического деформирования. При таком режиме нагружения были получены опытные значения параметров диаграммы«».

После мгновенного разрыва сварного шва в надопорном соединительном элементе над второй промежуточной опорой степень статической неопределимости балки уменьшилась на единицу. В ней возникли затухающие во времени колебания одного пролета справа от опоры с выключенной связью и двух пролетов слева. Изгибающие моменты и соответственно кривизны в этих неразрушенных частях балки в течение первого полупериода колебаний превышали соответствующие моменты и кривизны, если бы переход дважды статически неопределимой конструкции в один раз статически неопределимую осуществлялся квазистатически.

В результате отмеченного запроектного воздействия в средних сечениях первого и второго пролетов опытных конструкций балок образовались нормальные к продольной оси трещины. Моменты в пролетных сечениях левой и средней балок, возникшие вследствие внезапного динамического воздействия, превышали соответственно в 1,39 и 1,92 раза расчетный момент трещинообразования балок. Учитывая, что при проектной нагрузке в элементах неразрезной балки образовались трещины лишь в третьем пролете с шириной раскрытия 0,20 мм, это явилось еще одним подтверждением наличия динамического эффекта в оставшихся неразрушенными частях балки при мгновенном разрушении моментной связи над второй опорой.

После запроектного воздействия произошло динамическое догружение всей системы, вызванное внезапным выключением надопорной моментной связи и уменьшением статической неопределимости системы на единицу. При этом прогибы элементов неразрезных железобетонных балок резко увеличились, например, прогиб в средней части третьего пролета в первой серии экспериментальных исследований, составлявший до выключения связи 0,61 мм, мгновенно увеличился на 1,70 мм.

Рис. 5. Виброграмма колебаний средней части правого пролета


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.