Диссертация (Напряженное состояние изгибаемых железобетонных элементов с учетом деформативности сжатой зоны, усиленной косвенным армированием)

2СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………..4ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса и задачи исследования..................................121.1Деформирование и прочность бетона при сложном напряженномсостоянии…………………………………………………………………….….121.2Основныевидыжелезобетонныхконструкцийскосвеннымармированием ………………………………………………………………….141.3Обзор исследований сжатых железобетонных элементов с косвеннымармированием в виде сварных сеток………………………………………….191.4Обзор исследований изгибаемых железобетонных элементов скосвенным армированием……………………………………………………...271.5Расчет прочности бетона, усиленного косвенным армированием…...341.6Расчетжелезобетонныхэлементовсучетомдиаграммдеформирования бетона в условиях бокового обжатия…………………..…371.7Выводы по главе 1……………………………………………………….43ГЛАВА 2.

Методика расчета элементов с косвенным армированием………….…452.1Диаграмма деформирования бетона с косвенным армированием…...452.2Расчетизгибаемыхжелезобетонныхэлементовскосвеннымармированием сжатой зоны на основании диаграмм деформирования……582.2.1Расчет несущей способности с учетом возможности разрушениязащитного слоя………………………………………..…………………....582.2.2Расчет кривизны балок после образования трещин…………....722.2.3Блок-схемаработыпрограммырасчетаизгибаемыхжелезобетонных элементов с косвенным армированием сжатой зоны...762.3Расчетизгибаемыхжелезобетонныхэлементовскосвеннымармированием сжатой зоны по линеаризованным диаграммам………….…782.4Выводы по главе 2…………………………………………………...…..82ГЛАВА 3.

Экспериментальное исследование железобетонных балок с косвеннымармированием сжатой зоны в виде сварных сеток…….……………..……………..833.1Программа экспериментального исследования……………...…….….8333.2Выбор варианта косвенного армирования сжатой зоны балок……....843.3Конструирование и изготовление опытных образцов………………...893.3.1Материалы и бетонирование опытных образцов…………..…...893.3.2Параметры опытных образцов…………………………..……….923.4Методика проведения испытаний…………………………………......1003.5Приборы и оборудование……………………………………….…..…1033.6Основные результаты испытаний……………………..………………1043.7Выводы по главе 3…………………………..……………………….…118ГЛАВА 4. Численный анализ железобетонных изгибаемых элементов скосвенным армированием сжатой зоны, сравнение экспериментальных итеоретических данных, примеры расчета…...............………..……………………1204.1Моделирование балок в расчетном комплексе Femap-Nastran……...1204.2Сравнениерезультатоврасчетабалоксэкспериментальнымиданными………………………………………………………………………..1274.3Пример расчета и варианты применения косвенного сетчатогоармирования в изгибаемых железобетонных элементах…………….……..1374.5Выводы по главе 4……………..…………………………………….…143ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….…...144СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………...…147Приложение А.

Сравнение прочности, полученной по предлагаемой зависимости,с опытными данными различных авторов. Для образцов из тяжелого бетона,усиленных сетками косвенного армирования, при центральном сжатии………..167Приложение Б. Фотографии испытаний железобетонных балок с косвеннымармированием сжатой зоны в виде сварных сеток……………………………...…181Приложение В. Программа «Нелинейный расчет железобетонных элементов скосвенным армированием». Язык: встроенный в ПК Matlab…………………..…187Приложение Г.

Свидетельство о государственной регистрации программыдля ЭВМ…………………………………………………………………………...…201ПриложениеД.Справкаовнедрениирезультатовдиссертационнойработы………………………………………………………………...………………2024ВВЕДЕНИЕАктуальность темы. В настоящее время в России, да и во всем мире, всвязи с ростом городов наращиваются темпы промышленного и гражданскогостроительства, увеличивается этажность возводимых зданий, возрастают нагрузкии усложняются узлы конструкций. При этом одним из наиболее широкораспространенных материалов, применяемых для возведения несущего каркасаздания,являетсяжелезобетон.Данныеобстоятельстватребуютвыборарациональных и экономически оправданных конструктивных решений и методикрасчета, позволяющих использовать особенности работы и задействовать резервынесущей способности традиционных строительных материалов.Однимизспособовповышенияпрочностныхидеформационныххарактеристик железобетонных конструкций является применение косвенногоармирования.

Такое армирование, расположенное перпендикулярно сжимающемуусилию, за счет ограничения поперечных деформаций создает объемноенапряженное состояние и повышает эффективность работы бетона на сжатие. Иесли для центрально и внецентренно сжатых элементов с косвеннымармированием существует большое число экспериментальных и теоретическихисследований, то для изгибаемых элементов объем исследований относительноневелик, опубликованные данные носят фрагментарный характер и не позволяютполностью описать механизм работы и разрушения. В связи с этим в настоящеевремяактуальнымявляетсяразработкаметодикирасчетаизгибаемыхжелезобетонных элементов со сжатой зоной, усиленной сетками косвенногоармирования.

Такая методика позволит оценивать напряженно-деформированноесостояние конструкций, учитывать резервы несущей способности и применятьболее экономичные конструктивные решения.Учет существенного повышения предельной деформативности балок скосвенным армированием в расчетах позволит повысить стойкость зданий противпрогрессирующего обрушения, так как имеющийся у таких конструкций запас попрогибам позволяет избежать хрупкого разрушения и обеспечивает возможностьперераспределения усилий на соседние менее загруженные элементы.5СтепеньразработанноститемыИсследованиямиисследования.центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементов с косвеннымармированием сварными сетками занимались Консидер М., Гнедовский В.И.,Гамбаров Г.А.,Зелигер Р.,Саргин М.,Долженко А.А.,Людковский И.Г.,Кришан А.Л., Ямамото Т., Лолейт А.Ф., Лукша Л.К., Довгалюк В.И., Хензел Я.,Филиппов Б.П., Зурабян А.С., Чистяков Е.А., Бакиров К.К., Стороженко Л.И.,Тамразян А.Г., Матков Н.Г., Трекин Н.Н.

и др.Для изгибаемых элементов, в отличие от сжатых, объем исследованийотносительно невелик. Изучению изгибаемых железобетонных элементов скосвенным армированием посвящены работы Казанкина Ю.Н., Цепелева С.В.,Гринева В.Д., Яркина P.А., Вануса Д.С., Расторгуева Б.С., Хади М. и др.Большинство имеющихся исследований с изгибаемыми железобетоннымиэлементамисоптимальныхкосвеннымармированиемконструктивныхрешенийносятскореехарактерпоискаи,ввидуфрагментарностипредставленной в публикациях информации и акцентирования внимания наотдельных особенностях работы, не позволяют полностью описать механизмдеформирования и разрушения образцов и разработать единую методику расчета.Относительно подробно параметры образцов и результаты экспериментовпредставлены в диссертационной работе Вануса Д.С.

Но основной акцент в егоисследовании сделан на изучении стадии эксплуатации и расчетах по второйгруппепредельныхсостоянийвстадииэксплуатационныхнагрузокипрактически не рассматривается характер разрушения балок. Также не былирассмотрены переармированные образцы.Ввидувышесказанного,помимонеобходимостиразработкиединойметодики расчета, для анализа действительной работы и напряженного состояния,возникаетнеобходимостьпроведенияэкспериментальныхисследованийизгибаемых железобетонных элементов с косвенным сетчатым армированиемсжатой зоны.Научно-техническаягипотезазаключаетсявпредположении,чтокосвенное армирование сжатой зоны изгибаемых железобетонных элементов6приводит к проявлению продолжительного этапа пластического деформированияс сохранением высокой остаточной несущей способности.Целью диссертационной работы является разработка методики расчетаизгибаемых железобетонных элементов с косвенным армированием сжатой зоныс учетом повышения несущей способности, снижения прогибов и измененияхарактера разрушения.Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:−анализотечественногоизарубежногоопытаизученияжелезобетонных конструкций с косвенным армированием;−получение аналитических диаграмм работы на сжатие бетона,усиленногосеткамикосвенногоармирования,исравнениессуществующими экспериментальными данными;−разработка методики расчета изгибаемых железобетонных элементовс косвенным армированием сжатой зоны с учетом предложенных диаграмм;−выбор эффективного варианта косвенного армирования сжатой зоныбалок;−экспериментальныеисследованияработыизгибаемыхжелезобетонных элементов с различными коэффициентами продольногоармирования балок и поперечного армирования сжатой зоны бетона;−моделированиеработыичисленныйанализизгибаемыхжелезобетонных элементов с косвенным армированием сжатой зоны врасчетном комплексе Femap-Nastran;−подтверждение достоверности разработанной методики расчета наосновании сравнения с результатами эксперимента.Объектом исследования являются изгибаемые железобетонные элементы скосвенным армированием сжатой зоны в виде сварных сеток.Предметом исследования являются прочностные и деформативныехарактеристикиизгибаемыхжелезобетонныхэлементовскосвеннымармированием сжатой зоны в виде сварных сеток при кратковременномнагружении статической нагрузкой.7Научную новизну работы составляют:−методики построения криволинейной и линеаризованной диаграммработы на сжатие бетона, усиленного сетками косвенного армирования;−методика расчета балок с косвенным армированием сжатой зоны ввиде сварных сеток, позволяющая оценивать напряженно-деформированноесостояние на различных этапах нагружения при действии статическойнагрузки;−новыеэкспериментальныеданныедлябалоксразличнымикоэффициентами продольного армирования и различными коэффициентамипоперечного армирования бетона сжатой зоны;−выявлениезначительногоудлиненияпластическойстадиидеформирования с увеличением на порядок предельных прогибов балок скосвенным армированием при одновременном сохранением высокойостаточной несущей способности;−научное обоснование повышения несущей способности, сниженияпрогибов и изменения характера разрушения изгибаемых железобетонныхэлементов с косвенным армированием сжатой зоны в виде сварных сеток.Теоретическая значимость работы:−изучение повышенной деформативности и разрушения изгибаемыхжелезобетонных элементов с косвенным армированием сжатой зоны в видесварных сеток;−моделирование работы изгибаемых железобетонных конструкций скосвеннымармированиемсжатойзоныврасчетныхкомплексах,реализующих метод конечных элементов, и анализ их напряженнодеформированного состояния на основании результатов проведенныхисследований.8Практическая значимость работы:−предложеныкриволинейнаяиупрощеннаялинеаризованнаядиаграммы работы на сжатие бетона с косвенным армированием,применимые в инженерных расчетах различных конструкций;−сразработана методика расчета изгибаемых железобетонных элементовкосвенным армированиемсжатой зоны, позволяющаяоцениватьнапряженно-деформированное состояние на различных этапах работы ивыбирать наиболее эффективные варианты армирования; в среде Matlabнаписана программа для ЭВМ, реализующая предложенную методику;−выявленное повышение предельных прогибов и отсутствие хрупкогоразрушения балок с косвенным армированием позволяет применять такиеконструкциидляобеспеченияустойчивостизданияпротивпрогрессирующего обрушения.Методологической основой диссертационного исследования послужили:труды отечественных и зарубежных ученых, изучавших работу бетона в условияхобъемного напряженного состояния, созданного при помощи косвенногоармирования, гипотезы, принятые в строительной механике, теории упругости ипластичности,теорияжелезобетонаиобщепринятыеметодырасчетовжелезобетонных конструкций с учетом нелинейных свойств материалов.Положения, выносимые на защиту:−анализ и обоснование принятых параметров косвенного армированиясжатой зоны железобетонных балок;−методики построения криволинейной и линеаризованной диаграммработы на сжатие бетона, усиленного сетками косвенного армирования;−методика расчета кривизны на различных этапах нагружения инесущейспособностидляжелезобетонныхбалокскосвеннымармированием сжатой зоны в виде сварных сеток при кратковременномнагружении статической нагрузкой;9−результатыэкспериментальныхисследованийизгибаемыхжелезобетонных элементов с косвенным армированием сжатой зоны в видесварных сеток при кратковременном нагружении статической нагрузкой;−результаты численного анализа нелинейных статических расчетовбалок с косвенным армированием сжатой зоны в виде сварных сеток врасчетном комплексе Femap-Nastran;−сравнение новых экспериментальных данных с результатами расчетана различных этапах нагружения для изгибаемых железобетонныхэлементов с косвенным армированием в виде сварных сеток.Степень достоверности и апробация результатов.