Автореферат диссертации (Разработка научных основ теории выносливости железобетонных конструкций при совместном действии изгибающих моментов и поперечных сил)

На правах рукописиМирсаяпов Илшат ТалгатовичРАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ ТЕОРИИ ВЫНОСЛИВОСТИЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ СОВМЕСТНОМ ДЕЙСТВИИИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ И ПОПЕРЕЧНЫХ СИЛ05.23.01- Строительные конструкции, здания и сооруженияАвторефератДиссертации на соискание ученой степенидоктора технических наукМосква – 20172Работа выполнена в ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет».Научный консультант:доктор технических наук, профессорТамразян Ашот ГеоргиевичОфициальные оппоненты: Мурашкин Геннадий Васильевичдоктор технических наук, профессор, ФГБОУВО «Самарский государственный техническийуниверситет», профессор кафедры «Строительные конструкции»Колчунов Владимир Ивановичдоктор технических наук, профессор, ФГБОУВО «Юго-Западный государственный университет», профессор кафедры «Уникальные здания и сооружения»Смоляго Геннадий Алексеевичдоктор технических наук, профессор, ФГБОУВО «Белгородский государственный технологический университет им.

В.Г.Шухова», профессор кафедры «Строительство и городскоехозяйство»Ведущая организация:АО «Центральный научно-исследовательский ипроектно-экспериментальный институт промышленных зданийи сооружений (АО«ЦНИИПромзданий»), г. МоскваЗащита состоится 22 января 2018 г. в 14 часов на заседании диссертационногосовета Д 212.138.04 на базе ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, Москва, Ярославское ш., д.

26, Зал Ученого совета.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного строительного университета и на сайте www.mgsu.ru.Автореферат разослан « __ » ________ 2017 г.«Учёный секретарьдиссертационного совета____________(подпись)Каган Павел Борисович(фамилия, имя, отчество)3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. В процессе эксплуатации большинствожелезобетонных конструкций промышленных, энергетических, транспортныхзданий и сооружений подвергаются воздействию многократно повторяющихсянагрузок. Повторные нагрузки, развиваемые большинством промышленных установок непрерывного действия, являются систематическими и изменяются повремени по гармоническому закону.

Как известно при многократно повторяющихся нагрузках с увеличением количества циклов нагружения происходит снижение уровня напряжений, при которых происходит усталостное разрушение,т.е. происходит снижение усталостной (остаточной) прочности бетона и арматуры. При расчете несущей способности, если не учитывать усталостные явления вбетоне и арматуре, в расчет вводятся более высокие значения пределов прочности.

При многократно повторяющихся нагрузках происходит не только снижениедлительной прочности бетона и арматуры до их пределов выносливости, апроисходит также интенсификация ползучести бетона (виброползучесть),приводящая к увеличению остаточных деформаций бетона. При этом какрезультат развития деформаций виброползучести бетона в связанных условиях, впроцессе циклического нагружения происходит непрерывное изменение НДС,коэффициентов асимметрии цикла напряжений, а, следовательно, и пределоввыносливости бетона и арматуры. В связи с этим уже давно ощущается остраянеобходимость в разработке современных научных основ теории выносливостижелезобетонных конструкций, в разработке современных расчетных моделейусталостного сопротивленияжелезобетонных конструкций совместномудействию изгибающих моментов и поперечных сил, в создании новых методикии методов расчёта железобетонных конструкций на выносливость, учитывающихрежимы реального деформирования бетона и арматуры в составежелезобетонных конструкций и реальные механизмы и формы усталостногоразрушения железобетонных конструкций.Степень разработанности темы исследования.

В диссертации проанализированы труды отечественных и зарубежных ученых по теории выносливостижелезобетонных конструкций. Обзор исследований выносливости железобетонных конструкций показывает, что в них основное внимание уделялось выносливости бетона и арматуры, деформативности бетона при повторных нагрузках, атакже оценке выносливости и напряженно-деформированного состояния (НДС)нормального сечения изгибаемых элементов. В результате накоплен огромныйэкспериментальный материал по данным вопросам, предложен ряд практическихметодов расчета нормальных сечений на выносливость.

В то же время вне полязрения этих исследований остались проблемы усталостного сопротивления железобетонных конструкций при совместном действии изгибающих моментов и поперечных сил. Поэтому выносливость наклонных сечений вплоть до отменыСНиП 2.03.01-84* оценивалась по условной методике, основанной на упругомрасчете железобетона. Такой подход не учитывает действительную работу, реальные механизм и формы усталостного разрушения железобетонных конструкций при повторных нагрузках. Существующие методы расчета наклонных сече-4ний на выносливость, в том числе используемые в наших и зарубежных нормативных документах не отражают особенностей поведения железобетонных конструкций в зоне действия поперечных сил при многократно повторяющихся циклических нагружениях; не учитывают неоднозначность восприятия поперечныхсил различными элементами при различных пролетах среза; существенные различия в характере образования и развития трещин и усталостного разрушенияпри различных пролетах среза; не в состоянии оценивать выносливость железобетонных конструкций в зоне действия поперечных сил с учетом измененияНДС, прочностных и деформативных свойств, реальных режимов деформирования материалов в составе конструкции, что в конечном итоге приводит к значительному расхождению между расчетом и опытом.

В результате в одних случаяхэто приводит к значительному перерасходу материалов и усложнению армирования, а в других – к недостаточной надежности проектируемых конструкций.Эти обстоятельства, а также требования Федерального закона № 384-ФЗ«Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» от 30.12.2009г.выдвигают необходимость теоретических и экспериментальных исследованийусталостного сопротивления железобетонных конструкций совместному действию изгибающих моментов и поперечных сил при многократно повторяющихсянагрузках.Цель работы - разработка теории выносливости, обоснование критериевпредельного состояния железобетонных конструкций при многократно повторяющихся нагрузках и разработка новых методики и методов расчета железобетонных конструкций на выносливость при совместном действии изгибающихмоментов и поперечных сил.Для достижения цели в диссертационном исследовании поставлены и решены следующие Задачи:- Разработать основные базовые положения теории выносливости железобетонных конструкций.- Выработать критерий и классифицировать расчетные случаи выносливостижелезобетонных конструкций при совместном действии изгибающих моментов ипоперечных сил при многократно повторяющихся нагрузках.- анализ стадий НДС железобетонных элементов в зоне совместного действияизгибающих моментов и поперечных сил при многократно повторяющихся нагрузках.- Разработать общие положения расчета усталостной прочности и выносливостижелезобетонных изгибаемых элементов при действии поперечных сил при различных пролетах среза.- Установить возможные механизмы усталостного разрушения железобетонныхконструкций при совместном действии игибающих моментов и поперечных силпри различных пролетах среза.- Разработать систему критериев выносливости железобетонных конструкцийпри совместном действии игибающих моментов и поперечных сил.- Разработать методику и методы расчета железобетонных конструкций навыносливость,учитывающие одновременное изменение НДС элементов,5прочностных, деформативных свойств, режимов деформирования бетона иарматуры в составе конструкций в процессе циклического нагружения, а такжереальные формы усталостного разрушения в зоне совместного действияизгибающих моментов и поперечных сил.- Разработать расчетные модели усталостного сопротивления железобетонныхэлементов совместному действию игибающих моментов и поперечных сил приразличных пролетах среза.- Разработать методы расчета пределов выносливости бетона, арматуры ианкеровки арматуры с учетом изменения коэффициентов асимметрии цикланапряжений из-за развития деформаций виброползучести бетона в стесненныхусловиях.- Провести численное моделирование и исследование сопротивленияжелезобетонных элементов при различных пролетах среза методом конечныхэлементов с применением ПК Лира и ПК ANSIS.- Провести экспериментальные исследования усталостного сопротивленияжелезобетонных балок при различных пролетах среза для обоснования основныхположений теории выносливости железобетонных конструкций, всех возможныхвариантов механизмов усталостного разрушения,системы критериеввыносливости железобетонных конструкций при совместном действииигибающих моментов и поперечных сил, разработанных расчетных моделейусталостного сопротивления, гипотез, положенных в основу новых методики иметодов расчета железобетонных конструкций на выносливость, а также дляпроверки точности разработанных методов расчета.Научно-техническая гипотезасостоит в предположении зависимости характера образования и развитияусталостных трещин и усталостного разрушения железобетонных конструкцийпри совместном действии изгибающих моментов и поперечных сил ототносительного пролета среза.Объектом исследований являются железобетонные конструкции зданийи сооружений, работающих в условиях совместного действия изгибающихмоментов и поперечных сил при многократно повторяющихся нагрузках.Предметом исследований является первое предельное состояниежелезобетонных конструкций, работающих в условиях совместного действияизгибающих моментов и поперечных сил при многократно повторяющихсянагрузках.Методология и методы исследования.