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:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

Выносливость железобетонных конструкций при действии поперечных сил

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи


МИРСАЯПОВ ИЛШАТ ТАЛГАТОВИЧ

ВЫНОСЛИВОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ ПОПЕРЕЧНЫХ СИЛ



Специальность 05.23.01- Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Казань - 2009

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Залесов Александр Сергеевич

Официальные оппоненты:

академик РААСН, доктор технических наук,

профессор Баранова Тамара Ивановна

член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор Селяев Владимир Павлович

доктор физико-математических наук,

профессор Каюмов Рашит Абдулхакович

Ведущая организация:

Московский государственный строительный

университет (МГСУ), г. Москва

Защита состоится 29 декабря 2009 г. в 13оо часов на заседании диссертационного совета Д 212.077.01 в Казанском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 420043, г. Казань, ул. Зелёная, 1, в ауд. 3-203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного архитектурно-строительного университета.

Просим Вас принять участие в защите и направить отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, в секретариат совета по указанному адресу. Факс: (843)238-79-72.

Автореферат разослан «25 » ноября_2009 г.

Л.А.Абдрахманова

Учёный секретарь

диссертационного совета,

д.т.н., профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Железобетон является основным конструкционным материалом в современном капитальном строительстве. Поэтому повышение его эффективности, надежности и долговечности имеет народнохозяйственное значение. Одним из основных путей решения этих задач является совершенствование методов расчета железобетонных конструкций.

В процессе эксплуатации железобетонные конструкции промышленных, энергетических, гидротехнических, транспортных зданий и сооружений подвергаются воздействию многократно повторяющихся нагрузок. Происхождение, характер, уровень и частота этих нагрузок разнообразны и в ряде случаев они являются основными, определяющими долговечность конструкций. При действии многократно повторяющихся нагрузок напря­жения в этих конструкциях изменяется по величине с большой скоростью, а иногда и по знаку, что при определенных условиях может привести к потере не­сущей способности. При этом в зависимости от параметров внешней нагрузки, из-за усталости бетона и арматуры разрушение конструкций наступает при напряжениях, значительно меньше статически разрушающих. В настоящее время, с одной стороны увеличение мощностей станков, машин и оборудования, гидроагрегатов, паротурбогенераторов, центрифуг и т.д. ведет к увеличению интенсивности и частоты циклического нагружения, а применение высокопрочных бетонов и арматуры ведет к уменьшению веса конструкций и как следствие к уменьшению коэффициентов асимметрии цикла внешней нагрузки, а с другой стороны, применение высокопрочных и менее пластичных бетонов и арматуры, а также периодический профиль арматуры снижают их относительные пределы выносливости и повышают чувствительность железобетонных конструкций к циклическим нагрузкам. Все это требует точной оценки их усталостной прочности, определения и назначения пределов выносливости железобетонных конструкций.

Одной из специфических задач при проектировании зданий и сооружений из железобетона, в процессе эксплуатации которых необходимо учитывать влияние динамических нагрузок, является расчет на выносливость при действии поперечных сил. В железобетонных конструкциях разрушение в зоне совместного действия изгибающего момента и поперечных сил происходит по наклонному сечению, проходящему по критической наклонной трещине. В этой связи в отечественной теории железобетона, для удобства, термин «расчет железобетонных конструкций на совместное действие изгибающего момента и поперечных сил», по аналогии с термином «расчет по нормальному сечению», для обычных балок заменен на условный термин «расчет железобетонных конструкций по наклонному сечению». С уменьшением относительного расстояния между опорой и грузом (пролета среза) разрушение происходит уже не по наклонному сечению, а по наклонной полосе между опорой и грузом, особенно когда пролет среза приближается к нулю. Поэтому применение термина «расчет по наклонному сечению» в этих случаях является не совсем корректным и сужает круг рассматриваемых задач. Поэтому в работе применяется термин «усталостное сопротивление или усталостная прочность при действии поперечных сил», что полнее охватывает круг рассматриваемых задач. Тем более, благодаря работам А.С.Залесова и Ю.А.Климова, этот термин «сопротивление или прочность при действии поперечных сил» широко применяется в теории железобетона при расчете прочности, трещиностойкости и деформативности железобетонных конструкций при статической нагрузке.

В действующих нормах проектирования расчет выносливости при действии поперечных сил производится в предположении упругой работы бетона. Расчет наклонных сечений на выносливость производят из условия, что равнодействующая главных растягивающих напряжений, дейст­вующих на уровне центра тяжести приведенного сечения, должна быть полностью воспринята поперечной арматурой при напряжениях в ней, равных расчетному сопротивлению поперечной арматуры , умноженному на коэффици­енты условий работы и , а в элементах без поперечной арматуры – бетоном, при напряжениях в нем, равных расчетному сопротивлению бетона , умноженному на коэффици­ент условий работы .

Такой подход к расчету на выносливость находится в противоречии с реальным характером неупругой работы железобетонных элементов и не отражает особенностей поведения железобетонных конструкций в зоне действия поперечных сил при многократно повторяющихся цикли­ческих нагружениях; не отражает реального напряженно-деформированного состояния; не учитывают неоднозначность восприятия поперечных сил различными элементами при различных пролетах среза; не учитывают существенные различия в их напряженно-деформированном состоянии, характере образования и развития трещин и усталостного разрушения при различных пролетах среза; не учитывают или учитывают весьма приближенно влияние целого ряда факторов; не в состоянии оценивать выносливость железобетонных конструкций в зоне действия поперечных сил с учетом изменения напряженно-деформированного состояния, прочностных и деформативных свойств материалов, реальных режи­мов деформирования бетона и арматуры в составе конструкции, что в конечном итоге приводит к значительному расхождению между расчетом и опытом.. По результатам статистической обработки сопоставления результатов расчета по рассмотренной методике с опытными данными усталостных испытаний, проведенных в ГрузНИИЭГС, в Львовском политехническом институте, в Ростовском ИСИ и в Московском ИСИ в 80-х годах прошлого века и в КазГАСУ в 2005-2007 годы, математическое ожидание составляет , а коэффициент вариации - .

В современных условиях, характеризующихся все возрастающим объемом применения железобетона и необходимостью рационального расходования ресурсов, проблема сопротивления действию поперечных сил при многократно повторяющихся нагрузках, как одна из нерешенных в области теории и практики железобетона, превращается в задачу, имеющую важное научное и народнохозяйственное значение. В связи с этим ощущается острая необходимость в создании методов расчета на выносливость железобетонных изгибаемых элементов при действии поперечных сил, учитывающих режимы реального деформирования бетона и арматуры в составе железобетонного элемента, учитывающие особенности напряженно-деформированного состояния железобетонных изгибаемых элементов в зоне действия поперечных сил при различных пролетах среза и его изменения в процессе циклического нагружения. Эти обстоятельства выдвигают необходимость экспериментального и теоретического исследования усталостного сопротивления железобетонных изгибаемых элементов в зоне действия поперечных сил при различных пролетах среза.

Цель и задачи исследований. Целью работы является усовершенствование и развитие теории усталостного сопротивления и разработка новых методов расчета выносливости железобетонных конструкций при действии поперечных сил с учетом физической нелинейности бетона. В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:

  • провести экспериментальные исследования для выявления характера образования и развития усталостных трещин, характера и форм усталостного разрушения, особенностей напряженно-деформированного состояния при многократно повторяющихся нагрузках в зоне действия поперечных сил при различных пролетах среза;
  • установить основные закономерности усталостного сопротивлении железобетонных элементов действию поперечных сил при многократно повторяющихся нагрузках;
  • разработать общие положения и единую концепцию расчета выносливости железобетонных элементов при действии поперечных сил;
  • разработать физические и расчетные модели усталостного сопротивления железобетонных элементов действию поперечных сил при различных пролетах среза;

- разработать методы расчета выносливости железобетонных конструкций при действии поперечных сил с учетом одновременного изменения нап­ряженно-деформированного состояния элементов, прочностных и деформативных свойств и режимов деформирования бетона и арматуры в составе конструкций в процессе циклического нагружения, базирующиеся на разработанных физических моделях усталостного сопротивления;

-разработать инженерные методы оценки выносливости железобетонных элементов при действии поперечных сил.

Научную новизну работы представляют:

- методы расчета выносливости железобетонных конструкций при действии поперечных сил с учетом одновременного изменения нап­ряженно-деформированного состояния элементов, прочностных и деформативных свойств и режимов деформирования бетона и арматуры в составе конструкций в процессе циклического нагружения, базирующиеся на разработанных физических моделях усталостного сопротивления;

  • новые экспериментальные данные о выносливости, о характере образования, развития усталостных трещин при многократно повторяющихся нагрузках, усталостного разрушения бетонных и железобетонных элементов при местном сжатии и железобетонных изгибаемых элементов в зоне действия поперечных сил.
  • физические модели усталостного сопротивления железобетонных изгибаемых элементов действию поперечных сил при различных пролетах среза;
  • аналитические уравнения для описания изменений смещений арматуры в заделке при многократно повторяю­щихся нагрузках и изменений усталостной прочности сцепления арматуры с бетоном и усталостной прочности анкеровки арматуры;
  • инженерные методы расчета на выносливость железобетонных изгибаемых элементов при действии поперечных сил;
  • метод определения зон концентрации напряжений в строительных конструкциях, основанный на контроле гистерезисных энергопотерь (теплопотерь) с помощью тепловизора и результаты экспериментальных исследований по определению зон наибольших напряжений желе­зобетонных изгибаемых элементов в зоне действия поперечных сил и при местном сжатии, полученные на этой основе;

Основные положения, выносимые на защиту:

  • результаты экспериментальных исследований усталостного сопротивления железобетонных элементов действию поперечных сил;
  • метод определения зон концентрации напряжений в строительных конструкциях, основанный на контроле гистерезисных энергопотерь (теплопотерь) с помощью тепловизора и результаты экспериментальных исследований по определению зон наибольших напряжений желе­зобетонных изгибаемых элементов в зоне действия поперечных сил бетонных и железобетонных элементов при местном сжатии, полученные на этой основе;
  • физические модели усталостного сопротивления железобетонных изгибаемых элементов действию поперечных сил при различных пролетах среза;

- методы расчета выносливости железобетонных элементов при действии поперечных сил с учетом одновременного изменения нап­ряженно-деформированного состояния элементов, прочностных и деформативных свойств и режимов деформирования бетона и арматуры в составе конструкций в процессе циклического нагружения, базирующиеся на разработанных физических моделях усталостного сопротивления;

  • аналитические уравнения для описания изменений смещений арматуры в заделке при многократно повторяю­щихся нагружениях и для описания изменений усталостной прочности сцепления арматуры с бетоном и усталостной прочности анкеровки арматуры;
  • инженерные методы расчета на выносливость железобетонных элементов при действии поперечных сил.

Практическое значение и внедрение результатов.

Практическое значение работы заключается в том, что в ре­зультате выполненных исследований разработаны физические модели усталостного сопротивления железобетонных элементов действию поперечных сил и на их основе разработаны методы расчета выносливости железобетонных элементов при действии поперечных сил, позволяющие повысить надежность, а в ряде случаев расчетную несущую способность и за счет этого получить более экономичные конструктивные решения.

Отдельные положения указанных методов расчета вклю­чены:

  • в рекомендации по расчету и проектированию железобетонных конструкций «Рекомендации по расчету и конструированию сборно-монолитных железобетонных эле­ментов стен и перекрытий сооружений АЭС». Москва: МО «Атомэнергопроект». 1988. – 49 с.;
  • в нормативную литературу в виде раздела проекта новых норм по железобетонным конструкциям, касающихся расчетов выносливос­ти наклонных сечений.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на научных семинарах кафедры строительных конструкций энергетики МИСИ (Москва, 1985-1988); на Ивановской областной научно-технической конференции (Иваново, 1987, 1988); на Всесоюзном координационном совещании «Повышение надежности энергетических сооружений при динамических воздействиях» (Москва, ВДНХ СССР, 1987); на Всесоюзном координационном совещании «Работа бетона и железобетона с различными видами армирования на выносливость при многократно повторяющихся нагрузках» (Львов, 1987); на XIVI научно-технической конференции МИСИ (Москва, 1988); на Х Всесоюзной конференции по бетону и железобетону (Казань, 1988); на Украинской республиканской научно-технической конференции: «Совершенствование железобетонных конструкций, работающих на сложные виды деформаций, и их внедрение в строительную практику» (Полтава, 1989); на международной конференции по бетону и железобетону «Инженерные проблемы современного железобетона» (Плес, 1995); на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы формирования структуры, эксплуатационной надежности и долговечности строительных материалов» (Плес, 1996); на Всероссийской конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (Чебоксары, 2001); на научном семинаре общего собрания РААСН «Ресурсо-энергосбережение как мотивация творчества в архитектурно-строительном творчестве» (Казань, 2003); на международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород, 2005); на международной научно-практической конференции «Оценка риска и безопасность строительных конструкций» (Воронеж, 2006); на ежегодных конференциях КИСИ, КГАСА, КГАСУ и на республиканских конференциях (Казань, 1983-2009).

Личный вклад автора. Автором самостоятельно сделана постановка задачи, а также разработана программа теоретических и экспериментальных исследований. Проведены все экспериментальные исследования, сделан анализ результатов полученных данных и выявлены основные закономерности усталостного сопротивления железобетонных элементов действию поперечных сил. Впервые разработан и в экспериментальных исследованиях применен метод определения зон концентрации напряжений в строительных конструкциях, основанный на контроле гистерезисных теплопотерь. Разработана методика расчета выносливости железобетонных изгибаемых элементов при действии поперечных сил с учетом одновременного изменения нап­ряженно-деформированного состояния элементов, прочностных и деформативных свойств и режимов деформирования бетона и арматуры в составе конструкций в процессе циклического нагружения, базирующиеся на разработанных физических моделях усталостного сопротивления действию поперечных сил.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 87 научных статьях (в том числе в журналах по списку ВАК в 15 статьях), в учебном пособии, в рекомендациях по проектированию сборно-монолитных железобетонных конструкций, в патенте на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 416 страницах машинописного текста, включающего 188 рисунков, фотографий и термограмм, список литературы из 416 наименований и приложений.

Во введении обоснована актуальность исследования, изложены основная цель и задачи исследования, научная новизна, практическая значимость.

В первой главе приведен обзор и анализ экспериментальных исследований и существующих методов расчета выносливости наклонных сечений железобетонных изгибаемых элементов, сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе описываются результаты экспериментальных исследований усталостного сопротивления бетонных и железобетонных элементов при местном сжатии и при поперечном изгибе железобетонных балок при различных пролетах среза.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 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.