Розрахунок самонапружених залізобетонних конструкцій на тривалі дії з урахуванням повзучості бетону

Размещено на http://www.allbest.ru/

Придніпровська державна академія будівництва та архітектури

УДК 624.012.4:539.376

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

РОЗРАХУНОК САМОНАПРУЖЕНИХ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ КОНСТРУКЦІЙ НА ТРИВАЛІ ДІЇ З УРАХУВАННЯМ ПОВЗУЧОСТІ БЕТОНУ

Спеціальність 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

Набокова Інна Йосипівна

Дніпропетровськ - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Придніпровькій державній академії будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Яценко Євген Андрійович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри будівельної механіки та опору матеріалів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Яременко Олександр Федорович, завідувач кафедри будівельної механіки Одеської державної академії будівництва та архітектури;

кандидат технічних наук, доцент Кирпа Іван Іванович, завідувач кафедри будівельних конструкцій Дніпропетровського державного технічного університету залізничного транспорту.

Провідна установа: Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка, кафедра залізобетонних та кам'яних конструкцій, Міністерство освіти і науки України, м. Полтава.

Захист відбудеться 27.09.2001 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.02 Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул.Чернишевського, 24-а.

Автореферат розісланий 21.08.2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Кваша Е.М

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Поступовий зріст об'ємів будівництва обумовлює пошук та впровадження нових матеріалів і енергозберігаючих технологій. Виробництво залізобетонних конструкцій, особливо попередньо напружених, вимагає підвищених енергетичних витрат. Тому здається дуже вчасним згадати про створені В.В.Михайловим та його школою напружуючі цементи, застосування яких дозволяє отримати самонапружену залізобетонну конструкцію без зайвих теплових та інших затрат.

Дуже цікава ідея поширено впроваджувалась у виробництво, однак виявилась без достатнього теоретичного обґрунтування: існуюча теорія розрахунку самонапружених конструкцій, що наведена у “Посібнику по проектуванню самонапружених конструкцій” не дозволяє враховувати повзучість бетону і дію тривалого навантаження. Теорії повзучості самонапружених конструкцій до цього часу не існує. Крім того, в “Посібнику…” розглянуті тільки симетрично або дворядно армовані конструкції, а зусилля самонапруження вважається прикладеним центрально.

Дана дисертація присвячена розробці нелінійної теорії повзучості самонапружених залізобетонних балок, необхідної для визначення поточних напруг та переміщень і забезпечення умов відповідності конструкцій вимогам норм за розрахунковими граничними станами.

В розрізі сказаного актуальність теми є очевидною.

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є створення теорії розрахунку самонапружених конструкцій на дію розширення, усадки бетону та зовнішнього тривалого навантаження. Для цього у дисертації розв'язуються наступні задачі:

вибору робочої теорії повзучості шляхом перевірки відповідності теорій, що найбільш часто вживаються, теоретичним та експериментальному критеріям точності;

аналітичної апроксимації процесів розширення та усадки бетону, знаходження зусиль самонапруження конструкції;

вибору та обґрунтування математичного апарату створеної теорії розрахунку самонапружених конструкцій шляхом співставлення рішень з замкненим розв'язанням задачі у лінійній постановці;

поєднання на основі теорії власних напруг створеної теорії розрахунку з методом граничних станів;

створення прикладних програм для розрахунку самонапружених конструкцій на тривалі навантаження.

Об'єктом дослідження у дисертаційній роботі стали самонапружені залізобетонні статично визначені балки або балочні плити.

Предмет дослідження - напружено-деформований стан балок від дії деформаційних та силових навантажень з урахуванням нелінійної повзучості бетону.

Методи досліджень - аналітичні, засновані на розв'язанні диференціальних рівнянь і методі скінченних різниць. Наведено співставлення теоретичних та експериментальних досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше до розрахунку зусиль самонапруження, експлуатаційних зусиль у самонапружених залізобетонних балках та балочних плитах застосована нелінійна теорія повзучості.

Обґрунтованість та достовірність результатів забезпечена розв'язанням на етапі вибору теорії повзучості тестових задач, що відбивають експериментально досліджені фізико-механічні властивості бетону; вирішенням тестових задач розширення та усадки бетону, згину самонапруженої залізобетонної балки у замкненій формі за лінійною теорією повзучості для призначення кроку розбивання аргументу методу скінчених різниць; порівнянням теоретичних результатів, одержаних по запропонованій теорії, з результатами експериментів, проведених іншими авторами.

Наукове значення роботи. Створена теорія, на відміну від існуючої, дозволяє обчислювати багаторядно армовані залізобетонні балки і визначати згинальні та зсувні компоненти напружено-деформованого стану конструкції у будь-який заданий момент часу та при дії будь-якого навантаження. Результатом урахування нелінійної повзучості бетону є криволінійність епюр напружень у бетоні. Простежений вплив тривалого навантаження на показники граничних станів самонапружених конструкцій. Виявлено, що самонапружені балки повинні проектувалися лише І чи ІІ категорії тріщиностійкості.

Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що створена теорія повзучості самонапруженого залізобетону пристосована до розрахункових формул діючих Норм, тому розроблені програми розрахунків можуть без труднощів впроваджуватись в практику проектування.

Особистий внесок здобувача у працях [1,3,4,6,7,8,9] полягає у побудові теорії, розв'язанні диференціальних рівнянь, створенні програмного забезпечення та розрахунку за ним чисельних прикладів, розробці висновків та рекомендацій.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися на 8-му (Варшава, VII.2000) та 9-му (Дніпропетровськ, VI.2001) Польсько-Українських семінарах “Теоретичні основи будівництва”; на міжвузівському науковому семінарі “Проблеми нелінійної механіки” під керівництвом професорів Е.М.Кваші та А.І.Маневича (Дніпропетровськ, 2000).

Публікації. За результатами дисертації опубліковано 9 робіт.

Структура дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, додатка та списку використаних джерел (79 найменувань). Загальний обсяг роботи становить 149 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність обраної теми, сформульовано мету та задачі дослідження. Показано наукову новизну та наукове і практичне значення теми дисертації.

Перший розділ присвячений огляду літератури, пов'язаної з проблемами обраної теми.

Напружуючий цемент винайдений В.В.Михайловим у 1940 році в НДІЗБ. Складовими цього цементу є портландцемент, гіпс та глиноземний цемент, які починають розширюватись після розміщення їх у вологі умови тверднення. На основі цих цементів створені різні напружуючі бетони та самонапружені залізобетонні конструкції. Втілена ідея, згідно з якою попередньо напружені залізобетонні конструкції виготовляють без механічного чи електротермічного натягування арматури. Крім того, бетони можуть затвердівати без підігріву, що має велике економічне значення.

Створенням нових видів напружуючих бетонів та вивченням їх фізико-механічних властивостей займалися послідовники В.В.Михайлова: С.Л.Литвер, Г.М.Мартиросов, Г.І.Будагянц, В.А.Попова, М.І.Бейліна та багато інших. За кордоном виготовленням бетонів, що розширюються при твердінні, щільно займалися Г.Лоссье, Г.Гендрік, А.Клейн, Ф.Джонс та ін.

Ідея напружуючого бетону полягає у слідуючому. На протязі 1-2 діб після формування відбувається його тверднення без наявності деформацій. За цей період бетон набирає розпалубочну міцність. Після розпалубки вироби розміщують у вологі умови тверднення на 10-20 діб. Цей час їх тверднення супроводжується розширенням та інтенсивним виділенням тепла. Деформації розширення бетону розтягують арматуру, після чого конструкція стає самонапруженою.

На рис.1 показано різницю між вільними деформаціями напружуючого та звичайного бетонів після розміщення їх у вологі умови, а потім при твердненні в повітряних умовах. Екстремум розширення сягає значення , чого з урахуванням повзучості бетону буває досить для натягу арматури до високого рівня.

Деформації повзучості напружуючих бетонів нелінійні, майже необоротні та дещо вищі за деформації повзучості звичайних бетонів.

Конструкції, виготовлені із бетонів на напружуючому цементі, є звичайними попередньо напруженими конструкціями. Але, оскільки природа попереднього напруження хімічна, існують особливості їх розрахунку. А саме: знаходження напружень у бетоні та арматурі у процесі самонапруження, а також кількісна оцінка впливу усадки та повзучості бетону на рівень досягнутого самонапруження.

Проектування самонапружених залізобетонних конструкцій здійснюється на основі “Посібника по проектуванню самонапружених конструкцій”, створеного під керівництвом В.В.Михайлова. Але в ньому не враховано зростання модуля пружності бетону, наближено врахована усадка та повзучість бетону, не врахована багаторядність армування.

Теорії повзучості самонапруженого залізобетону у літературному пошуку нами не виявлено, що ще раз доказує актуальність та економічну обґрунтованість теми дисертації.

Короткий огляд теорій повзучості бетону привів до висновку, що найбільш поширеними теоріями повзучості являються нелінійні або лінійні теорії: старіння, пружньої спадковості, пружньо-повзучого тіла та її модифікований вигляд, спадкова теорія старіння. В області теорій повзучості бетону визначні заслуги мають С.В.Александровський, І.Є.Прокопович, Н.Х.Арутюнян, І.І.Улицький, М.А.Буданов, Є.А.Яценко, А.Я.Барашиков, О.Ф.Яременко, М.І.Карпенко та інші.

Наведені дані аналітичного огляду привели до висновку необхідності:

провести аналіз теорій повзучості бетону та вибрати з них одну робочу теорію;

поставити і вирішити задачу визначення зусиль самонапруження арматури і бетону в залізобетонних балках;

провести аналіз впливу зусиль самонапруження та дії постійних навантажень на показники моменту тріщиноутворення балок, а також міцність переармованих балок, ширину розкриття тріщин, переміщення тощо;

вирішити задачу визначення дотичних напруг та проаналізувати вплив на них повзучості бетону;

співставити одержані теоретичні результати з експериментальними даними.

У другому розділі проведено аналіз точності лінійних та нелінійних теорій повзучості. Розглянуто: теорію пружньої спадковості, теорію старіння, теорію пружньо-повзучого тіла, модифіковану теорію пружньо-повзучого тіла та спадкову теорію старіння. Аналіз проводився шляхом поступового виявлення невідповідності теорій обраним критеріям.

Були використані аналітичні та експериментальні критерії, розроблені І.Є.Прокоповичем, І.І.Улицьким, С.В.Александровським та Є.А.Яценком. З усіх теорій запропонованим критеріям відповідають спадкова теорія старіння та теорія старіння. Ці ж теорії показали найкращу відповідність теоретичних даних експериментальним при найбільш складних режимах силового чи деформаційного навантаження.

При аналізі нелінійних теорій повзучості - спадкової теорії старіння, теорії пружньої спадковості, теорії старіння - був використаний періодичний закон осьового навантаження бетону вимушеним напруженням

,

а також деформацією

.

Підтверджено висновки стосовно можливості використання у розрахунках теорії старіння при постійному модулі пружності.

Далі показано, що традиційна форма запису основного рівняння, наприклад, теорії старіння

залізобетонний балка навантаження повзучість

 (1)

не вирішується відносно , що є необхідним для побудови теорії згину залізобетонної балки. Тому для побудови такої теорії використана нетрадиційна форма основного рівняння повзучості бетону, запропонована Є.А.Яценком

. (2)

Позначення: - деформація, - напруга, - модуль пружності, - нелінійна функція напруг

,

- нелінійна функція деформацій

при і - постійних; - характеристика повзучості бетону, як функція часу t.

Обидві вказані форми ідентичні і приводять до однакових результатів при вирішенні тестових задач. Для визначення за експериментальними даними простої повзучості, тобто при , використовується формула, що витікає з (2)

, (3)

де .

Таким чином, на основі ретельного аналізу вибір теорії старіння в нетрадиційній формі (2) в якості робочої теорії є цілком обґрунтованим.

У третьому розділі вирішено ряд задач про напружено-деформований стан самонапружених багаторядно армованих залізобетонних балок при тривалій дії на них деформацій розширення та усадки напружуючого бетону, зусиль попереднього напруження арматури та зовнішнього навантаження. Розглядали балки, що працюють без тріщин та при наявності експлуатаційних тріщин, нормальних по відношенню до осі балки. Одержані аналітичні вирази для розрахунків власних напруг в арматурі і бетоні, за якими виражаються потенціальні збільшення напруг, що входять в розрахункові формули норм проектування.

В основу аналітичних побудов покладені:

1. Співвідношення між напругами в бетоні та відповідними силовими та вільними деформаціями, виражене в нетрадиційній формі нелінійної теорії старіння при (2), яке після диференціювання по приймає вигляд

. (4)

Тут: крапками над символами позначені похідні за ц(t);

(5)

при ц0 и г - постійних, що назначаються за експериментальними даними.

2.Закон Р.Гука для арматури будь-якого е-го ряду

. (6)

3.Гіпотеза плоских перерізів для бетону і арматури

; , (7)

при однакових деформаціях вісі балки та її кривині . Зауважимо, що крім модулів пружності та , ординат z та ze , та в усі величини є функціями ординати довжини х та характеристики повзучості ц(t).

4.Залежність між зусиллями М і N та напругами має вигляд:

, (8)

де і - площа бетонної частини перерізу та е-го ряду арматури.

5. Балка, як композитний матеріал, є стільки разів внутрішньо статично невизначуваною, скільки рядів арматури вона має. Тому замість традиційного методу сил нами використаний метод переміщень, за яким балка є 2 рази внутрішньо кінематично невизначуваною. Невідомими методу переміщень є деформації та . Через них з урахуванням (4), (6) і (7) виражені співвідношення для визначення напруг в бетоні

, (9)

Арматурі

(10)

та переміщення балки на ділянці довжиною l

. (11)

Формула (11) основана на принципі можливих переміщень.

Для визначення невідомих і використані вирази (4), (6), (7) і (8), після їх взаємної підстановки одержана система нелінійних диференційних рівнянь

(12)

(13)

Позначення:

Завдяки нелінійній фізичній постановці задачі, одержана нова геометрична характеристика перерізу - момент інерції 3-го порядку. Наведені формули для її обчислення для різних форм перерізів.

Експериментальний графік зміни вільної деформації у часі вперше апроксимовано функцією

(14)

яка при постійних А, В, с1 і с2 має графік.

У момент початку прикладання експлуатаційного навантаження в небезпечному перерізі виникає тріщина. При цьому частина перерізу бетону виключається із роботи. Напруга в гирлі тріщини дорівнює - міцності бетону при розтягненні. Припустимо, що при тривалому навантаженні балки напруги в гирлі тріщини не виходять за межі

0 = уb (zT ) = Rbt, (15)

тобто напружена частина бетону не змінюється у часі. Тоді усі геометричні параметри перерізу з тріщиною будуть постійними у часі і наведена вище теорія розрахунку балок не змінюється. Змінюються тільки геометричні параметри м, л, з, х, ?2, при обчисленні яких треба враховувати те, що робочою є тільки частина перерізу бетону, і що її межа розміщена на відстані zT від вісі цілого проведеного перерізу, яка може бути обчислена із умови

, (16)

де індекс “є ” означає “експлуатаційна”.

Система рівнянь (12) може бути вирішена в інтегралах тільки за лінійною теорією повзучості, тобто при в=0. В нелінійній області запропоновано рівняння (12) вирішувати методом кінцевих різниць, тобто при вираженні похідної деякої узагальненої функції Fj ( j=1, 2, …, n) співвідношенням

(17)

де h - крок. При цьому рівняння (12) приводяться до рекурентних алгебраїчних співвідношень

(18)

де і - обчислюються за формулами (13), написаними з індексами “j ”. Формули для обчислення напруг в бетоні та арматурі, а також переміщень, набувають вигляду:

, (19)

, (20)

, (21)

де треба підставляти

, . (22)

Для вибору кількості кроків h, на які розбивається незалежна змінна 0 ? ц? ц0 , вперше вирішена тестова задача в лінійній постановці точно і методом скінченних різниць. Розрахунок реальної балки показав, що для одержання прийнятних результатів за методом скінченних різниць необхідно назначати h = 0.01.

На основі одержаних формул для визначення поточних напруг в арматурі та бетоні від різних дій вперше одержана формула потенційного прирощення напруг в арматурі

, (23)

через які обчислюються рівнодіюча власних напруг Р(t) та ексцентриситет її прикладання :

(24)

Вперше одержана формула для визначення ширини розкриття тріщини :

(25)

де - відстань між тріщинами. Вона визначається за відомою формулою Норм

(26)

Теорія повзучості самонапружених залізобетонних балок закінчується виведенням рівнянь для визначення зсувних компонентів напружено-деформованого стану балки з використанням узагальненої концепції Д.І.Журавського при визначенні дотичних напруг

, (27)

та нелінійного рівняння повзучості (4). Вперше одержано рівняння

, (28)

яке вирішується методом скінченних різниць. В (27) та (28): П - кількість рядів арматури, розміщених вище (нижче) ординати z; b(z) - ширина перерізу на рівні z; штрихами позначені похідні по x, крапками - по ц.

Показано, що частина переміщення від поперечної сили

(29)

де - відносна деформація зсуву, складає не більше 3.5% від загального переміщення, одержаного з урахуванням зусиль М та N, а тому нею, як і в пружніх розхрахунках, можна знехтувати.

В розділі наведено три числові приклади, аналіз яких призвів до вперше сформульованих висновків:

- перерозподіл напруг від розширення та усадки бетону, зумовлений нелінійною повзучістю викривляє епюру напруг в бетоні, яка стає опуклою. При цьому тріщини перерізають значну частину перерізу балки, що являється фактом небажаним;

- екстремальна деформація розширення бетону визиває стискуючі напруги в бетоні 13.13 МПа та розтяг арматури 439 МПа, але усадка бетону знижує ці напруги відповідно на 78% і 72%, тому від усадки бетону треба позбавлятися технологічними засобами;

- при зовнішньому навантаженні балки верхні волокна стають стиснутими, нижні - розтягненими, але епюра напруг зберігається опуклою. При цьому значення Р і еор збільшуються, що призводить до збільшення Мcrc та оR відповідно на 28.5% та 4.7%;

- при М > Mcrc в перерізі виникає тріщина, але епюра напруг зберігається опуклою і у часі перерозподіляється, опливаючи вниз і стаючи більш опуклою. Висота тріщини не збільшується;

- ширина розкриття тріщини становила: в момент прикладення навантаження 0.004 мм, при реалізації повзучості - 0.04 мм при нормованому значенні 0.3 мм. Допускати М > Mcrc нераціонально, інакше це призводить до тріщин, що перекривають більшу частину перерізу;

- прогини балки при М < Mcrc : після розширення бетону - 2.22 см, після усадки - 2.17 см, кінцева величина - 2.58 см, тобто увесь час балка зберігає вигин. При М > Mcrc , тобто при наявності тріщин, початкове та кінцеве значення прогинів становить відповідно 5.547 см і 6.67 см, що складає 1/180 прольоту і перевищує допустиму Нормами величину 1/200;

- повзучість бетону сприяє перерозподілу дотичних напруг в опорному перерізі балки. Епюра опливає в сторону згущення армування, при цьому дотичні напруги збільшуються внизу на 35%, а по вісі - на 11%. Крім того, дотичні напруги збільшуються в завужених місцях перерізу. Це підтверджує необхідність урахування повзучості бетону при розрахунку дотичних напруг.

У четвертому розділі наведене співставлення даних експериментів, проведених С.В.Киреєвою, М.С.Метелюком, Г.М.Ремінцем під керівництвом І.І.Улицького; І.І.Улицьким; Г.Соссу під керівництвом Є.А.Яценка з результатами розрахунків за створеною теорією. Експерименти проведені з балками, виконаними на портландцементі, тобто на ненапружуючому цементі. Але у вказаних експериментах застосовувалися бетони зі значними деформаціями усадки, яка призводить до напруженого стану залізобетонних балок, аналогічного самонапруженим балкам, тільки з оборотнім знаком. Всього оброблено 4 експерименти, проведені різними дослідниками, тому зроблені висновки є об'єктивними.

Досліджувались залізобетонні балки, що знаходились під дією усадки бетону, зусиль попереднього напруження, зовнішнього постійного тривалого навантаження. При цьому вивчалися деформації усадки та повзучості бетону, деформації арматури, а також прогини та вигини балок. Для визначення модуля пружності та деформацій усадки і повзучості досліджувались короткочасно та тривало завантажені бетонні призми. В дисертації наведені докладні дані про методику та умови проведення експериментів, обговорені та співставлені результати.

Виявлено, що апроксимація деформацій усадки бетону у вигляді гіперболи, запропонована авторами експериментів, не відповідає експериментальним даним. Між деформаціями усадки та характеристикою повзучості ц має місце нелінійна залежність. Вперше нами запропонована кубічна парабола вигляду

при а, b, c - постійних, яка найбільш точно відображає експериментальні дані.

Для прикладу покажемо співставлення теоретичних і експериментальних даних одного із експериментів.

Розглянемо експерименти КІБІ над залізобетонними балками розмірами 80?140Ч1500 ?м з одиночною арматурою O12 мм. Залежність між деформаціями усадки та характеристикою повзучості бетону показана на рис.4. Апроксимація графіка деформацій виконана за допомогою функції

.

Аналогічні похибки одержані і при співставленні решти експериментів, як за напругами в арматурі від усадки бетону, зусиль попереднього напруження арматури та зовнішнього навантаження, так і за вигинами і прогинами балок.

В результаті прийшли до висновків:

- точність припущень та передумов, покладених в основу теоретичних побудов розробленої теорії повзучості самонапружених та напружених залізобетонних конструкцій є прийнятною;

- теорія розрахунків балок на повзучість, представлена в дисертації, може бути рекомендована для впровадження в реальне проектування.

ВИСНОВКИ

1. Напружуючі цементи рекомендуються для впровадження в промисловість залізобетону.

2. Усадка та повзучість бетону призводять до значної релаксації напруг в арматурі і бетоні залізобетонних самонапружених балок, що виникають в результаті розширення бетону. Однак, залишкові напруги можуть бути достатньо високими, щоб значно підвищити момент тріщиноутворення балок і забезпечити їх економічність.

3. Рекомендується створювати такі технологічні умови тверднення самонапружених виробів, які б не допускали інтенсивного висихання бетону, як передумови виникнення значних деформацій усадки.

4. Переконливо доказано, що прийняту точність розрахунків забезпечує нелінійна теорія старіння при постійному модулі пружності бетону та параболічна апроксимація вільних деформацій розширення бетону відносно характеристики повзучості бетону.

5. Коректна постановка і вирішення задач напружено-деформованого стану самонапружених конструкцій з урахуванням нелінійної повзучості бетону дозволила вперше одержати параметри нелінійної епюри напруг у бетоні та перерозподілу її по висоті перерізу, виявити, що “опливання” епюри нормальних та дотичних напруг вниз по перерізу сприяє тому, що тріщини в балках доходять до самої верхньої полиці, що є небажаним. Тому логічною є рекомендація відносити самонапружені балки до І або ІІ категорій тріщиностійкості, а при необхідності застосовувати додаткове напруження арматури.

6. Доказано, що урахування дії зовнішнього навантаження на поточні напруги в бетоні і арматурі сприяє збільшенню параметрів оR i Mcrc відповідно на 4.7% і 28.5%, що є резервом економії арматури.

7. Самонапружені залізобетонні конструкції задовільно відповідають вимогам норм за прогинами при відсутності тріщин, та за шириною розкриття тріщин при їх наявності.

8. Аналіз і співставлення з експериментальними даними переконують в тому, що розроблена нелінійна теорія повзучості самонапружених залізобетонних балок і балочних плит може практично використовуватись в проектуванні.

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА

За результатами дисертаційної роботи опубліковано 9 робіт:

1.Яценко Е.А., Набокова И.И. Нелинейная теория ползучести самонапряженных железобетонных конструкций // Ползучесть в конструкциях / Сб. н. тр., посвященный И.Е.Прокоповичу.- Одесса, 1998.- С.125-129.

2.Теория длительного изгиба стержня при нелинейной ползучести бетона / Набокова И.И. // Современные проблемы строительства // Ежегод. науч.-техн. сборник.- Донецк: Донец. ПромстройНИИпроект, ООО "Лебедь", 1999.- С.36-40.

3.Яценко Е.А., Набокова И.И. Анализ точности нелинейных теорий ползучести бетона // Проблемы совр. материаловедения: Сб. науч. тр./ ПГАСиА.- Дн-ск, 1999.- Вып.8, ч.2.- С.97-102.

4.Яценко Е.А., Набокова И.И. Определение текущих напряжений в самонапряженных железобетонных балках // Бетон и железобетон в Украине.- 2000.- №1.- С.2-7.

5.Набокова И.И. Анализ напряженно-деформированного состояния самонапряженных железобетонных балок // The Polish-Ukrainian Seminar (Зб. наукових праць).- Warsaw (Poland), 2000. - №8. "Theoretical Foundations of Civil Engineering".- С.490-495.

6. Теория собственных напряжений железобетонных балок с учетом ползучести, набухания и усадки бетона / Яценко Е.А., Набокова И.И. // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури.- Дніпропетровськ: Gaudeamus, 2000.- №10.- С.51-61.

7.Расчет самонапряженных железобетонных балок на ползучесть / Яценко Е.А., Набокова И.И. / Вісник академії будівництва України / Київ, 2000.- №9.- С.111-116.

8.Влияние ползучести бетона на перераспределение касательных напряжений в железобетонных балках / Яценко Е.А., Набокова И.И. // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури.- Дніпропетровськ: Gaudeamus, 2000.- №12.- С.55-61.

9.Яценко Е.А., Набокова И.И. Изгиб самонапряженных железобетонных балок с учетом линейной теории ползучести // The Polish-Ukrainian Seminar (Зб. наукових праць).- Дніпропетровськ, 2001. - №9. "Theoretical Foundations of Civil Engineering".- С.183-190.

АНОТАЦІЇ

Набокова І. Й. Розрахунок самонапружених залізобетонних конструкцій на тривалі дії з урахуванням повзучості бетону. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди.- Придніпровська державна академія будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України, Дніпропетровськ, 2001.

Дисертація присвячена розробці нелінійної теорії повзучості самонапружених залізобетонних балок та пристосування її до існуючих Норм проектування.

Проведений ретельний аналіз існуючих теорій повзучості бетону і вибрана одна робоча теорія, на основі якої побудовані усі аналітичні викладки.

Поставлено коректно задачу тривалого згинання самонапружених залізобетонних балок і показано її вирішення в інтегралах та методом скінченних різниць. При цьому розглянуті балки без і при наявності тріщин. Наведені формули для визначення поточних напруг в арматурі і бетоні, потенціального прирощення напруг в арматурі, параметрів Р і еор, що входять в розрахункові формули існуючих Норм, а також формули визначення вигинів і прогинів балок, ширини розкриття тріщин. Аналіз виконаних прикладів розрахунку балок за створеною теорією виявив цілий ряд закономірностей та ефектів, які є суттєво важливими для проектування. Теоретичні побудови співставлені з експериментальними даними різних авторів. Результати співставлення підтвердили достовірність та можливість практичного використання теоретичних припущень та побудов.

Ключові слова: самонапружені залізобетонні конструкції, повзучість бетону, розширення та усадка бетону, теорія повзучості, напруги, прогини, тріщини.

Набокова И.И. Расчет самонапряженных железобетонных конструкций на длительные воздействия с учетом ползучести бетона. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения. - Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины, Днепропетровск, 2001.

Диссертация посвящена разработке и тщательному анализу нелинейной теории ползучести самонапряженных железобетонных балок и приспособлению теории к расчетным формулам Норм проектирования привлечением теории собственных напряжений.

Проведен литературный обзор, показавший отсутствие теории ползучести самонапряженного железобетона, что доказало актуальность темы. Анализ имеющихся данных о физико-механических характеристиках напрягающего бетона указывает на пригодность его для производства интенсивно нагруженного сборного и монолитного железобетона со значительной экономической выгодой. Ползучесть напрягающего бетона нелинейна и почти необратима. В процессе расширения бетона при твердении во влажных условиях происходит интенсивный рост прочности и модуля упругости.

Тщательный анализ функционирующих в настоящее время теорий ползучести бетона позволил из многочисленного их разнообразия выбрать одну рабочую теорию ползучести, так называемую нелинейную теорию старения в нетрадиционной аналитической записи. Последнее позволило корректно с позиции теории изгиба поставить и решить задачу о напряженном и деформированном состоянии балок при действии на них деформаций расширения бетона, усилий дополнительного предварительного натяжения арматуры и внешней нагрузки. При этом для многорядно армированных конструкций впервые были получены закономерности нелинейного по высоте сечения распределения нормальных и касательных напряжений в бетоне и арматуре, а также формулы для определения потенциальных приращений напряжений и заменяющих параметров Р и еор, входящих в расчетные формулы Норм.

Представлены примеры расчета балок, анализ которых позволил вскрыть целый ряд закономерностей и эффектов, существенно важных для проектирования. Сопоставление экспериментальных и теоретических данных показало достаточную точность разработанной теории и ее пригодность для практического проектирования.

В ходе теоретических построений были введены новые положения и получены следующие новые результаты: как следствие применения нелинейной теории ползучести, получена новая геометрическая характеристика сечения, так называемый момент инерции третьего порядка, существенно влияющий на нелинейное перераспределение напряжений; предложены параболические функции зависимости свободных деформаций расширения и усадки бетона от характеристики ползучести; обобщены формулы для вычисления длительных касательных напряжений; применен метод конечных разностей к решению системы нелинейных дифференциальных уравнений; построены формулы для определения выгибов, прогибов балок и ширины раскрытия трещин.

Ключевые слова: самонапряженные железобетонные конструкции, ползучесть бетона, расширение (набухание) и усадка бетона, теория ползучести, напряжения, прогибы, трещины.

Nabokova I.I. Calculation of selfstressed reinforced concrete structures, which are under the action of prolonged loading, with taking into consideration concrete creep. - Manuscript.

Thesis for the candidates degree by speciality 05.23.01 - Building constructions, buildings and structures. - Prydneprovskaja state academy of civil engineering and architecture of the Ministry of education and science of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2001.

This thesis is devoted to creation of nonlinear theory of creep of selfstressed reinforced concrete beams. This theory is adapted to existing standards of designing.

Careful analysis of concrete creep theories is carried out and, as the result of it, one theory was chosen. On the its base all analytic calculation are built.

The task of selfstressed reinforced concrete beam prolonged curve is formulated correctly and it is shown its solution in integrals, by finite quantity-differential method too. Beams with and without cracks are considered in thesis. There are formulas for calculation of: current stresses in reinforcement and concrete, potential increment of reinforcement stresses and parameters P and eop , which are parts of existing design standards. Expressions for computation of beam curvature and sagging, width of crack opening are also adduced. According to the founded theory examples of beam calculation were implemented. Its analysis exposed a row of regularities and effects, which are essentially important for designing. Theoretical results are compared with the experimental data of different authors. Comparison results have corroborated trustworthiness and possibility of theoretical assumptions and constructions.

Key words: selfstressed reinforced concrete structures, concrete creep, expansion and shrinkage of concrete, creep theory, stresses, sagging, cracks.

Размещено на Allbest.ru