Антаков А.Б. Прочность элементов из легких и ячеистых бетонов при местном действии нагрузки (Прочность элементов из легких и ячеистых бетонов при местном действии нагрузки), страница 8

В свете изложенного целью исследований является разработка на основе физической модели единого подхода к оценке прочности элементов нз легких и ячеистых бетонов прн местном действии нагрузки. Необходимо решить следующие задачи: 1. Изучить напряженно-деформированное состояние объемных элементов на основе результатов численных исследований с применением современных программных средств при варьировании максимального числа факгоров.

Произвести экспериментальные исследования элементов из керамзитобетона и пенобетона прн местном действии нагружи, в том числе при одно- и двухосном боковом обжатни, лля изучения влияния наиболее значимых факторов на прочность и трепцшостойкость. 3. Разработать методику расчета объемных элементов нз керамзитобетона н пенобетона при местном действии нагрузки, в том числе одно- и двухосном боковомобжатии, на основе физической модели. 4, Сопоставить теоретические результаты, в том числе методик других авторов, с данными существующих н выполненных экспериментов.

5. На основании результатов исследований, разработать рекомендации по рзсчету и конструированию конструкций нз легких и ячеистых бетонов при различных схемах н видах напряжений для внесения в'нормы проектирования. 58 2. ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Целью численных исследований ставилось изучение напряженно- деформированного состояния обьемных элементов на основе численных исследований с применением современных программных средств при варьировании максимального числа факторов.

2.1 Плоские элементы В задачи исследований плоских элементов входило: - расчет базовых элементов 1 134 1 с применением ПК ссМираж 4.3» 1 138 1 и нСуперСпрннт» [ 139 1; получение картин распределения напряжений о,, о„т, н главных напряжений; - сравнение результатов с полученными ранее прн расчетах с применением ПК «Лира ПК - 3»; выбор программного комплекса дтя детальных расчетов обьемных элементов. 2.1.1 Выбор расчетных схем Для контрольных расчетов плоских элементов был принят базовый элемент программы выполненных ранее исследований 1 134 1. Соотношение сторон Ы 1 = 1 и площадкой загружения 11„= 0,2 Ь. Поскольку элемент имеет вертикальную и горизонтальную оси симметрии, для уменьшения объема вводимой ннформщин и сокращения времени счета, расчетная схема составлена ' для четверти элемента. ( рис.

2.1 ). Производились расчеты базовых элементов серии 3 программы численных исследований 1 134 1, где варьировался размер грузовой плошвдки при неизменных других факторах. Характеристики рассчитываемых элементов приведены в табл. 2.1. Для узлов, б1 к которым приложена нагрузка, введены условия совместности деформаций, что' имитирует передачу нагрузки через жесткий пп'амп при наличии абсолютного трения. Несмотря на то, что ПК "МИРАЖ 4.3" является более ссеершенной версией ПК "ЛИРА ПК - 3", структуры исходных данных для расчетов аналогичны. 2.1.2.

Результаты расчетов плоских элементов а). ПК 'МИРАЖ 4.3" По результатам расчетов дяя всех рассчитываемых элементов были проанализированы значения и эпюры компонент главных напряжений и схемы распределения напряжений ~ рис. 2,2, рис. 2.3 ). При нагружении в элементах, в зависимости от соотношения 11„ / 1, прослеживаются закономерные изменения напряженно-деформированного состоянтгя. В плоскости элемента между грузовой и опорной площадками возникает сжимающий силовой поток бочкообразной формы.

Максимальные значения сжимающих напряжений концентрируются по оси симметрии потока, ширина этой области меньше размера площади грузовой площадки 4„ Под грузовыми площадками формируются зоны двухосного сжатия, высота которых пропорциональна размеру 11„. Между этими зонами располагается сжато-растянутая область, размеры которой зависят от отношений 1,„. ! 1 и 1~„1Ъ. Такпризначениях 1ь,/1-+ О, высотасжато-раатянугойзоны х, -+ Ь и наоборот.

Причем значеиия о, имеют максимальные значения .в зоне, размеры и расположение которой совпадаюг с аналогичными параметрами области максимальных значений сжимающих напряжений в средней зоне элемента. Анализ распределения касательных напряжений показал наличие концентраций максимальных значений под краями грузовых площадок, а при определении углов наклона гшошвдок главных напряжений получены Изопопями поиазаны результаты попуценнце с приненениеч ~:К 'Тдпергпринт" Изопининнк показаны результаты, полученные с прииенениеи ПН "Мираж 4.3' очертания клиновидных образований в зонах приложения нагрузки.

В среднем угол наклона площадок составляет 52 + 74 ' Описанные вьппе результаты расчетов полностью совпадают с данными выполненных ранее исследований [ 134 $ более того соответствуют им количественно. б ). ПК "СуперСпрннт" ПК "СуперСпринт', как и "МИРАЖ', позволяет помимо таблиц со значениями деформаций и напряжений, получать визуальные картины распределения напряжений. Но тонирование нзополей происходит дискретно, то есть каждый конечный элемент окрашивается по всей площади. Это заставляет производить частую разбивку на конечные элементы для получения более точных данных.

В отличии от "Мираж~", где тонирование производится с применением интерполяции значений, зто значительно снижает информативность и точность изображения. Несмотря на описанные недостатки полученные результаты применимы для оценки НДС плосконапряженных элементов. По результатам расчетов можно сделать вывод о том, что ПК «СуперСпринт» примешали для качественной оценки напряженно- деформированного состояния плостлх элементов, но дтя реализации поставленных задач в данных исследованиях принимается ВК «Мираж 4.3».

Этот вычислительный комплекс обладает обширной библиотекой конечных элементов, развитым сервисом, интерактивным пре- и постпроцесссром, что значительно ускоряет процесс обработки получаемых данных. 2.2. Объемные элементы В задачи исследований объемных элементов входило изучение напряженного состояния элементов при действии вертикальных и горизонтальных усилий, характера распределения главных напряжений и их компонентов при изменении: - схемы передачи нагрузки; - геометрических размеров элементов; - соотношение размеров штампов н размеров образца; - боковогообжатия. Для решения поставленных задач разработана программа численных исследований 1 рис. 2 4 ).

Характеристика элементов и изучаемые факторы представлены в табл, 2.2. Серия 1. При расчетах элементов данной серии предполагалось изучить шшяние на НДС высоты элемента прн неизменных друтих па1иметрах Высота элементов серии изменялась в внтервале 0,5...41. Серия 2. Для элементов серии значение 1ь,.

/ а изменялось от 0,16 до 1, т.е. изучалось влияние размеров штампа на характер распределения напряжешь. Серия 3. В ходе обработки результатов расчетов элементов этой серии, предполагалось определить характерные особенности перехода напряженного состояния при центральном приложении нагрузки напряженному состоянию при угловом приложении нагрузки.

Соотношение 1,„/ 1 = 0,16. Серия 4. В отличие от элементов серии 3 элементы данной серии рассчитывались при е = О, случай краевогозагружения. Серия 5. В результате анализа результатов расчетов элементов данной серии предполагалось определить влияние величины 11,„. на НДС при угловом приложении нагрузки. Значение 11„изменялось в интервале 0,16...11.

окончание табл. 2.2 11юс > Геометрические размеры, о2/о, оз/а1 факторы о.з 11„. /1; о2., 12 О.б О.б 1.О 1.0 0.1"' 0.1" о.з 12 о.б 1.0 1.0 О 1 О 1 12 О.б О.б 1.О 1.0 0.1 О.Г« 12 о.з о.з 12 Р2 о.б 1.О 1.О 12 О 1" О 1* 12 12 12 о.з о.з 10 О.б 10 1.0 1.О О.1* О 1* 10 10 о.з о.з О.б О.б 1.О 1.О 01 01* 12 12 12 "' элементы,рассчитываемые при поперечном растяжении. ЙЪЙ 7О Серия б. В отличие от серии 5, элементы данной серии рассчитывались при краевом приложении нагрузки.

Значения 1~„изменялись в том же интервале, что и для элементов серии 1. Сериа 7 Элементы данной серии рассчитывались при одновременном варьировании следующих факторов: 11„ / 1 - отношение величины штампа к размеру куба и отношение значения поперечного одноосного сжатия и растяжения к вертикальной нагрузке о, / о . Значение соотношения 11„ / 1 изменялось от О.16 до 1, а о' / о, - от О до 1. Серия 8. Элементы данной серии рассчитывались при двухосном боковомобжатии с теми же характеристиками, что и элементы серии 7. 2.2.1 Выбор расчетных схем Расчеты были выполнены в линейной постановке с применением ВК "МИРАЖ 4.3", в котором объемные КЭ реализованы в виде прямоугольных призм.

Исходными данными при задании его физических характеристик являются модуль упр)тости материала и коэффициент Пуассона. Прннатие размеров рассчитываемых элементов и членение их на объемные КЭ производилось с позиций удобства обработки результатов расчетов и возможностей используемых ПЭВМ..Схема представлялась в виде 1 / 8 угловой части целого элемента для центрально-приложенных нагрузок ( серии 1, 2, 7, 8 ) ( рис. 2.5 ); 1 /4 части ди расчетов элементов с приложением нагрузок с эксцентриситетом по одной оси ( серии 4, б ) ( рис.

2.6 ) .и 1 / 2 части элемента при действпи внецентренно приложенной нагрузки с эксцентриснтетами по двум осям ( серии 3, 5 ) ( рис. 2.7 ). На основании сопоставления результатов расчетов целого элемента и его части отмечено, что использование данного приема позволяет значительно уменьшить обьем вводимой информации и время счета.