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

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждениивысшегообразования«НациональныйисследовательскийМосковский государственный строительный университет»Научный руководитель:доктор технических наук, профессорТамразян Ашот ГеоргиевичОфициальные оппоненты:Кришан Анатолий Леонидовичдоктор технических наук, профессор,ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственныйтехнический университет им.

Г.И. Носова»,кафедра «Проектирования зданий истроительных конструкций», профессоркафедрыАрленинов Петр Дмитриевичкандидат технических наук,АО «НИЦ Строительство»,механики железобетона №8А.А. Гвоздева,заместительлабораториейВедущая организация:лабораторияНИИЖБ им.заведующегоАО «Центральный научно-исследовательский ипроектно-экспериментальный институтпромышленных зданий и сооружений (АО«ЦНИИПромзданий»), г. МоскваЗащита состоится «26» декабря 2018 г. в 13:00 (по местному времени) на заседаниидиссертационного совета Д 212.138.04, созданного на базе ФГБОУ ВО«Национальный исследовательский Московский государственный строительныйуниверситет», по адресу: 129337, г.

Москва, Ярославское шоссе, д. 26, Зал Ученогосовета.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственногостроительного университета и на сайте www.mgsu.ru.Автореферат разослан «___» ___________ 20__ г.Ученый секретарьдиссертационного советаКаган Павел Борисович2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. В настоящее время в России, да и во всем мире, в связис 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 косвенным армированиемсуществует большое число экспериментальных и теоретических исследований, тодляизгибаемыхэлементовобъемисследованийотносительноневелик,опубликованные данные носят фрагментарный характер и не позволяют полностьюописать механизм работы и разрушения.

В связи с этим в настоящее времяактуальным является разработка методики расчета изгибаемых железобетонныхэлементов со сжатой зоной, усиленной сетками косвенного армирования. Такаяметодикапозволитоцениватьнапряженно-деформированноесостояниеконструкций, учитывать резервы несущей способности и применять болееэкономичные конструктивные решения.Учет существенного повышения предельной деформативности балок скосвенным армированием в расчетах будет возможно использовать в расчетахзданий на прогрессирующее обрушение, так как имеющийся у таких конструкцийзапас по прогибам даст возможность избежать хрупкого разрушения конструкцийи перераспределить усилия на соседние менее загруженные элементы.3Степеньразработанноститемыисследования.Исследованиямицентрально 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 железобетоннымиэлементамискосвеннымармированиемносятскореехарактерпоискаоптимальных конструктивных решений и, ввиду фрагментарности представленнойв публикациях информации и акцентирования внимания на отдельныхособенностях работы, не позволяют полностью описать механизм деформированияи разрушения образцов и разработать единую методику расчета.

Относительноподробно параметры образцов и результаты экспериментов представлены вдиссертационной работе Вануса Д.С. Но основной акцент в его исследованиисделан на изучении стадии эксплуатации и расчетах по второй группе предельныхсостояний в стадии эксплуатационных нагрузок и практически не рассматриваетсяхарактер разрушения балок. Также не были рассмотрены переармированныеобразцы.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 элементов4приводит к проявлению продолжительного этапа пластического деформирования ссохранением высокой остаточной несущей способности.Целью диссертационной работы является разработка методики расчетаизгибаемых железобетонных элементов с косвенным армированием сжатой зоны сучетом повышения несущей способности, снижения прогибов и измененияхарактера разрушения.Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:анализ отечественного и зарубежного опыта изучения железобетонныхконструкций с косвенным армированием;получение аналитических диаграмм работы на сжатие бетона,усиленного сетками косвенного армирования, и сравнение с существующимиэкспериментальными данными;разработка методики расчета изгибаемых железобетонных элементов скосвенным армированием сжатой зоны с учетом предложенных диаграмм;выбор эффективного варианта косвенного армирования сжатой зоныбалок;экспериментальные исследования работы изгибаемых железобетонныхэлементов с различными коэффициентами продольного армирования балок ипоперечного 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.5Научную новизну работы составляют:методики построения криволинейной и линеаризованной диаграммработы на сжатие бетона, усиленного сетками косвенного армирования;методика расчета балок с косвенным армированием сжатой зоны в видесварных 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.Практическая значимость работы:предложеныкриволинейнаяиупрощеннаялинеаризованнаядиаграммы работы на сжатие бетона с косвенным армированием,применимые в инженерных расчетах различных конструкций;6разработана методика расчета изгибаемых железобетонных элементовс косвенным армированием сжатой зоны, позволяющая оцениватьнапряженно-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 инесущей способности для железобетонных балок с косвенным армированиемсжатой зоны в виде сварных сеток при кратковременном нагружениистатической нагрузкой;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;7сравнение новых экспериментальных данных с результатами расчетана различных этапах нагружения для изгибаемых железобетонных элементовс косвенным армированием в виде сварных сеток.Степень достоверности и апробация результатов.