Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

живучесть железобетонных рам при внезапных запроектных воздействиях

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Ветрова Ольга Анатольевна

Орел 2006

Работа выполнена в Орловском государственном техническом университете.

Научный руководитель: - академик РААСН, доктор технических наук, профессор

Колчунов Виталий Иванович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Меркулов Сергей Иванович

- кандидат технических наук, доцент

Прокуров Максим Юрьевич

Ведущая организация Московский государственный строительный университет

Защита состоится «15» декабря 2006 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного Совета ДМ 212.182.05 при Орловском государственном техническом университете по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Орловского государственного технического университета (ОрелГТУ).

Автореферат разослан «14» ноября 2006 г

Ученый секретарь

диссертационного Совета А.И. Никулин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В связи со значительным износом основных фондов в стране и, соответственно, с ростом аварийных ситуаций техногенного характера проблема обеспечения конструктивной безопасности строительных систем приобретают все большее значение. Одной из важнейших задач этой проблемы является задача предотвращения прогрессирующего обрушения несущих конструкций зданий. Большое значение здесь приобретают вопросы прогнозирования резервов несущей способности конструктивных систем из упруго-хрупкопластических материалов при полном или частичном внезапном разрушении отдельных элементов. С позиции строительной механики здесь возникает необходимость расчета таких систем как конструктивно нелинейных с внезапными динамическими догружениями, а в случае железобетонных конструкций - как дважды нелинейных систем с учетом динамических эффектов, возникающих при внезапном разрушении компонент композиционного упруго-хрупкопластического конструктивного элемента. Целью такого расчета является определение приращений динамических усилий в неразрушенных элементах конструктивной системы с внезапно выключенной связью, формулировка критериев живучести и, как результат, - создание адаптационных конструктивно-технологических принципов, исключающих лавинообразное разрушение. Решению этих задач в настоящее время, в силу известных обстоятельств, стало уделяться значительное внимание. Тем не менее, большинство научных публикаций носят все еще постановочный характер. Отсутствие научных знаний о деформировании и разрушении конструкций при внезапных запроектных воздействиях сдерживает развитие теории и методов расчета и проектирования строительных систем с заданным уровнем живучести.

Цель работы - развитие элементов теории и практических методов расчета живучести железобетонных конструкций при внезапных запроектных воздействиях с учетом эксплуатационного накопления повреждений.

Научную новизну работы составляют:

- расчетная модель силового сопротивления и критерии живучести эксплуатируемых рамно-стержневых железобетонных конструкций при внезапных запроектных воздействиях с учетом предыстории нагружения, износа и повреждений;

- результаты экспериментальных исследований временной живучести внезапно повреждаемых железобетонных рамных систем с элементами слоистого сечения;

- алгоритм и программа для анализа живучести железобетонных рамно-стержневых конструкций с учетом эксплуатационного износа и повреждений;

- результаты численного анализа деформирования и разрушения внезапно повреждаемых рамных железобетонных конструкций при варьировании структуры сечения элементов, времени воздействия, топологии конструктивной системы и других факторов.

Автор защищает:

- теоретические предпосылки и расчетные зависимости для оценки временной живучести рамно-стержневых железобетонных конструкций при внезапном выключении в них связей с учетом предыстории нагружения, эксплуатационного износа и повреждений;

- методику и результаты экспериментальных исследований временной живучести внезапно повреждаемых железобетонных рамных систем с элементами слоистого сечения;

- методику, алгоритм и программу расчета для оценки временной живучести физически и конструктивно нелинейных железобетонных рамных систем при внезапном выключении из работы отдельных элементов;

- результаты численных исследований живучести внезапно повреждаемых эксплуатируемых железобетонных рамных конструкций в запредельных состояниях;

- рекомендации по повышению адаптационной приспособляемости эксплуатируемых железобетонных рамных конструкций и их защите от прогрессирующих обрушений.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов основывается на использовании общепринятых допущений строительной механики и механики железобетона, сопоставлении теоретических результатов с экспериментальными, а также результатами многовариантных численных исследований живучести рассматриваемых конструктивных систем.

Практическое значение и реализация результатов работы

Разработанный теоретический аппарат позволяет анализировать деформирование и разрушение эксплуатируемых железобетонных рамных конструкций в запредельных состояниях, вызванных внезапным выключением в конструктивной системе отдельных элементов. Такой анализ, в дополнение к основным положениям расчета конструкций по предельным состояниям, дает возможность выполнять количественную оценку кратковременной живучести рассматриваемых конструкций.

Результаты проведенных исследований были использованы Орловским академическим научно-творческим центром РААСН при выполнении расчетов реконструируемых зданий бывшего газетно-журнального комплекса в г. Орле, при выполнении научных исследований в рамках подпрограммы 2.2.19.1 «Основы теории и технологии безопасности строительной инфраструктуры, зданий и сооружений с учетом специфических природно-климатических и техногенных условий. Нормативное обеспечение» плана фундаментальных и прикладных научных исследований РААСН на 2006 г. Результаты исследований также внедрены в учебный процесс Орловского государственного технического университета.

Апробация работы и публикации

Результаты исследований докладывались и обсуждались на IV - ой Международной научно-практической интернет-конференции «Состояние современной строительной науки - 2006» (г. Киев, 2006 г), на IV-ой Международной научно-практической интернет-конференции "Энерго- и ресурсосбережение - XXI век " (г. Орел, 2006 г.) и на Международных академических чтениях "Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения" (г. Курск, 2006 г.)

В полном объеме работа доложена и одобрена на заседании кафедры строительных конструкций и материалов Орловского государственного технического университета (г. Орел, июнь 2006 г.).

По теме диссертации опубликовано 7 научных работ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения с основными выводами, списка литературы и приложений. Она изложена на 224 страницах, включающих 175 страниц основного текста, 38 рисунков, 4 таблицы, список литературы из 217 наименований и 2 приложения (49 стр.).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой темы, приведены общая характеристика работы и основные положения, которые автор выносит на защиту.

В первой главе представлен обзор современного состояния методов расчета и нормирования безопасности железобетонных стержневых конструкций при проектных и запроектных воздействиях. Рассмотрена современная концептуально-теоретическая основа повышения безопасности железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений, как конструктивно и физически нелинейных систем. Отмечается, что существующая нормативная база и современные методы расчета в отечественной и зарубежной практике базируются на основополагающих положениях метода предельных состояний. Они позволяют определять и оценивать параметры напряженно-деформированного состояния конструкций на этапах, предшествующих наступлению предельных состояний, и при возникновении этих состояний.

К настоящему времени отечественными и зарубежными учеными проведен значительный объем исследований в области создания расчетных моделей силового сопротивления железобетонных конструкций (работы В.Н. Байкова, В.Я. Бачинского, О.Я. Берга, В.М. Бондаренко, С.В. Бондаренко, П.И. Васильева, А.А. Гвоздева, Г.А. Гениева, А.Б. Голышева, Ю.П. Гущи, А.В. Забегаева, А.С. Залесова, А.И. Звездова, Н.И. Карпенко, Вл.И. Колчунова, В.М. Митасова, В.И. Мурашева, Е.Н. Пересыпкина, Т.М. Пецольда, Б.С. Расторгуева, Р.С. Санжаровского, М.М. Холмянского, В.П. Чиркова, Г.Н. Шоршнева, В.В. Шугаева, А. Чена, М. Саргена, К.С. Янга и др.). Однако эти методы не позволяют в полном объеме анализировать процессы деформирования и разрушения эксплуатируемых конструкций при внезапных запроектных воздействиях.

При всех положительных моментах действующих и создаваемых современных нормативных документов эти модели базируются на сугубо традиционных воззрениях концепции конструктивной безопасности. Они не отражают всех особенностей напряженно-деформированного состояния эксплуатируемых железобетонных конструкций при импульсных запроектных воздействиях и, как следствие, не позволяют оценить их конструктивную безопасность при таких воздействиях с учетом динамических догружений.

В отечественной и мировой практике накоплен определенный опыт по изучению причин, последствий, скорости проявления, диапазона отказов сооружений и предложены варианты классификации этих отказов. В этой связи в разное время Ю.Н. Работновым, затем С.В. Александровым, В.В. Болотиным, В.М. Бондаренко, Г.А. Гениевым, Л. И. Иосилевским, Н.С. Стрелецким, В.И. Травушем, В.П. Чирковым и др. исследователями было сформулировано понятие конструктивной безопасности и обозначены основные факторы определяющие эту безопасность. Ими и их последователями (С.Н. Абовской, Д. О. Астафьевым, А.В. Забегаевым, В.И. Колчуновым, В.И. Майоровым, С.И. Меркуловым, Г.В. Мурашкиным, К.А. Пирадовым, А.В. Перельмутером, А.И. Попеско, В.Д. Райзером, Б. С. Расторгуевым, В.И. Римшиным, А.Г. Тамразяном, В.С. Уткиным, Г.И. Шапиро и др.) были заложены основы расчета конструктивной безопасности систем, в частности, железобетонных конструкций с учетом предыстории изготовления и накапливающихся в процессе эксплуатации повреждений с использованием вероятностных и полувероятностных методов. Наибольшее число исследований последних лет по затронутой проблеме было связано с оценкой надежности строительных конструкций и применением вероятностных методов оценки предельных состояний. Однако, ряд названных и других направлений этой проблемы остаются пока вне поля зрения исследователей. В частности, недостаточно исследований в области силового сопротивления железобетонных конструкций при внезапных выключениях из работы отдельных элементов, вызванных ошибками при проектировании, строительстве и эксплуатации, аварийными и другими чрезвычайными ситуациями. Отдельные работы этого направления (С.В. Александров, В.М. Бондаренко, Г.А. Гениев, А.Я. Исайкин, Н. И. Карпенко, И.Е. Милейковский, С.М. Скоробогатов, В.И. Травуш, В.С. Федоров, В.П. Чирков, Г. Аугусти, П.Г. Еремеев, и др.) носят пока ещё постановочный характер и не отражают всей специфики работы железобетона при запроектных воздействиях.

На основе представленного обзора и анализа известных научных публикаций сформулированы цель и задачи настоящих исследований.

Вторая глава диссертации посвящена разработке расчетной методики для оценки живучести железобетонных рамно-стержневых конструкций при эксплуатационной проектной и внезапно приложенной запроектной нагрузке. Рассмотрены факторы, влияющие на силовое сопротивление изгибаемых и внецентренно сжатых железобетонных элементов эксплуатируемых рамных конструкций, включая предысторию нагружения, накопление повреждений и учет динамической прочности бетона и арматуры.

Построена деформационная расчетная модель силового сопротивления железобетонных элементов по нормальным сечениям внезапно повреждаемых железобетоннных рамно-стержневых конструкций.

Квазистатический расчет рамно-стержневых конструктивных систем и оценки их живучести в запредельных состояний предложено производить с использованием неординарного смешанного метода, разработанного И.Е. Милейковским, В.И. Колчуновым. Анализ живучести сводится к определению критического значения параметрической нагрузки, при котором образуется одна из возможных схем разрушения конструкции.

Расчетные зависимости получены для железобетонной статически неопределимой рамной системы (рис. 1, а), загруженной некоторой эксплуатационной равномерно распределенной нагрузкой q (известно, что при действии этой нагрузки связи не выключаются) и переменными нагрузками Р, величины которых выражены через общий параметр л, причем изменение этих нагрузок происходит пропорционально этому параметру.

Основная система выбирается в виде шарнирного полигона с удаленными в местах возможного выключения связями и заменой их влияния неизвестными изгибающими моментами Мj (j = 1,2,...,k) (рис. 1, б). Если при удалении связей образуется геометрически изменяемая система, то накладываются дополнительные линейные связи Zm (m = k+1,…, n).

а)

б)

Рисунок 1 - Расчетная схема (а) и основная система (б) неординарного смешанного метода для анализа живучести рамы

живучесть железобетонный запроектный воздействие

Пусть при значении параметра нагрузки л = лm в системе выключится j -я связь. Выключение связи произойдет в том случае, когда усилие в ней достигнет предельного значения. На рис. 1, а эти сечения обозначены соответственно с1, с2, с3,….сj. Найти значение параметра лm можно, используя канонические уравнения рассматриваемого варианта смешанного метода:

(1)

где - коэффициенты при неизвестных (единичные перемещения и реакции) канонических уравнений смешанного метода (для данной системы =0); и - грузовые коэффициенты (соответственно перемещения и реакции) от постоянной нагрузки q; - перемещения по направлению i-ой удаленной связи от внешней параметрической нагрузки P при л = 1 (в принятой расчетной схеме =0); - реакция в i-ой наложенной связи основной системы от внешней параметрической нагрузки Р при л = 1.

В матричной форме записи уравнения (1) имеют вид:

(2)

где - матрицы коэффициентов неизвестных смешанного метода.

Решения уравнений (2) можно представить следующим образом:

(3)

Для принятой двучленной формы записи грузовых коэффициентов значения усилий в выключающихся связях от суммарного воздействия заданной и параметрической нагрузок с учетом динамического догружения определяются по формуле:

(4)

где и - соответственно j-е элементы матриц-столбцов и .

Выключение связи произойдет в том случае, когда усилие в ней достигнет предельного значения. Тогда для всех усилий в выключающихся связях должна удовлетворяться система неравенств:

, (5)

где - предельное значение динамического усилия в j-ой выключающейся связи.

Для определения параметров напряженно-деформированного состояния изгибаемых железобетонных элементов эксплуатируемых конструкций принят вариант деформационной расчетной модели, предложенной для составных сечений А.И. Никулиным.

Учет снижения прочности находящегося в напряженном состоянии бетона выполнен на основе критерия длительной прочности бетона
Г.А. Гениева. Суммарное значение деформаций бетона для однородного трехосного напряженного состояния определяется следующим выражением:

. (6)

Отсюда определяется длительная прочность бетона при условии подобия между процессом нарастания прочности при сложном и одноосном напряженном состоянии - предельными значениями TS(t) и Rb(t).

(7)

Кроме учета влияния предыстории нагружения в расчетной модели предусмотрена возможность учета изменения прочностных свойств конструкции при средовых (коррозионных) повреждениях. Коррозионное повреждение бетона и арматуры в сечении конструкции приводит к снижению силового сопротивления и жесткости поврежденных элементов. Количественная оценка коррозионных повреждений с учетом изменения прочностных и деформативных характеристик бетона выполнена на основе математической модели В.М. Бондаренко:

Rb,cr(z) = К(z) Rb; Eb,cr(z) = К (z) Eb, (8)

где Rb - прочность неповрежденного бетона, Eb - его модуль мгновенной деформации, К - функция повреждения.

Функция повреждения принята в виде следующего полинома:

(9)

Моделирование коррозионных повреждений эксплуатируемой конструкции выполнено с применением слоистой модели сечения железобетонных элементов.

Несущая способность железобетонного изгибаемого элемента по нормальному сечению при внезапно приложенной нагрузке определяется внутренними предельными усилиями. При определении несущей способности изгибаемого элемента по нормальному сечению от внезапно приложенной нагрузки учтена динамическая прочность составляющих ее конструкционных материалов: бетона цd и арматурной стали цS, зависящие от времени приложения импульсного воздействия td. Расчетная схема изгибаемого железобетонного элемента по нормальным сечениям на стадии разрушения с учетом эволюционного накопления повреждений представлена на рис. 2.

Деформационная модель изгибаемого элемента слоистого сечения для определения его несущей способности включает:

- уравнения равновесия внешних и внутренних сил в нормальном сечении;

- условие линейного распределения продольных деформаций бетона и арматуры по высоте элемента слоистого сечения;

- диаграммы состояния бетона и арматуры.

Особенностью данного варианта расчетной модели является использование энергетического подхода к трансформированию эталонных диаграмм сжатия и растяжения бетона в диаграммы неоднородного деформирования, соответствующие напряженно-деформированному состоянию внецентренно сжатых и изгибаемых элементов конструкций, а также возможность учета эволюционных повреждений на основе использования функции повреждения (9).

Рисунок 2 - Расчетная схема железобетонного изгибаемого элемента при расчете по нормальным сечениям на стадии разрушения

При расчете железобетонного элемента, нагруженного эксплуатационной нагрузкой и внезапным запроектным воздействием, наряду с традиционными предпосылками теории железобетона для рассматриваемых конструкций приняты следующие дополнительные гипотезы:

- критерием исчерпания прочности сечения является достижение фибровым волокном сжатой зоны предельного сопротивления сжатию и соответствующей величины предельной относительной деформации при неоднородном сжатии bu;

- предельная величина удельной энергии деформирования бетона при неоднородном сжатии равна удельной энергии разрушения центрально сжатого бетонного образца;

- глубина поврежденного слоя бетона принимается равной не более высоты сжатой зоны сечения;

- учитывается изменение прочности бетона при длительном нагружении конструкции эксплуатационной нагрузкой и динамическая прочность бетона и арматурной стали при динамических запроектных воздействиях.

В традиционной форме записи уравнения равновесия имеют вид:

(11)

(12)

где c,1, c,сr, c,2, t,2, c,1 , c,cr , c,2 , t,2 - интегральные геометрические характеристики эпюр напряжений в сжатой и растянутой зонах бетона.

В третьей главе изложена методика и результаты экспериментальных исследований железобетонных рам в запредельных состояниях в виде мгновенного выключения из работы отдельных элементов.

В ходе эксперимента были поставлены и решены следующие основные задачи:

- исследование работы слоистого железобетонного элемента в рамной конструкции в предельном и запредельном состояниях;

- определение параметров жесткости и трещиностойкости, характера развития и ширины раскрытия трещин в элементах рам на всех этапах нагружения конструкций проектной и запроектной нагрузками;

- определение приращений динамических кривизн в сечениях элементов рамы до и после образования трещин от запроектного воздействия;

- определение схем и характера разрушения опытных рам при внезапном выключении моментной связи.

Для решения сформулированных задач были разработаны и изготовлены конструкции двух серий двухпролетных рам, каждая из пяти сборных элементов. Каждая серия включала по два образца. Первая конструктивная система была рассчитана и заармирована таким образом, чтобы при загружении её проектной и запроектной нагрузками произошло локальное разрушение первого пролета. Для второй системы расчетом определялось прогрессирующее разрушение всей системы.

В соответствии с принятой расчетной моделью учета средовых повреждений железобетонных элементов, опытная конструкция сборной двухпролетной рамы выполнена в виде двух сборных ригелей сечением 120х40 мм длиной 1200 мм и стоек такого же сечения длинной 700 мм. Сечения ригелей приняты слоистыми из бетонов классов В12,5, В15, В27,5 (для образцов первой серии) и В12,5, В15, В25 (для образцов второй серии) с толщиной каждого слоя по 40 мм. Стойки изготавливаются из бетона класса В27,5. Армирование сборных образцов ригелей принято плоскими сварными каркасами с рабочей арматурой диаметром 5 мм класса А400 (для образцов первой серии) и диаметром 4 мм класса В500 (для второй серии); поперечная арматура запроектирована из проволоки диаметром 1,5 мм с шагом 60 мм. Стойки армировались плоскими сварными каркасами с рабочей арматурой диаметром 8 мм класса А400.

Для моделирования запроектного воздействия как внезапного выключения связей соединительные элементы сборной рамы выполнялись из прокалиброванных на заданное разрывное усилие закладных деталей.

Испытания конструкций производили на специально разработанном стенде, включающем опорные, нагрузочные и распределительные устройства (рисунок 3). Нагружение опытных конструкций рам проектной нагрузкой производилось ступенями по 0,05 - 0,1 от теоретической разрушающей нагрузки. Приложение запроектной нагрузки в виде внезапного выключения моментной связи в месте сопряжения крайней левой стойки и ригеля осуществлялось вследствие разрыва сечения соединительного элемента от растягивающего усилия, действующего в этом элементе, при приложении к раме проектной расчетной нагрузки.

Рисунок 3 - Общий вид испытаний

В процессе испытаний измерялись и фиксировались продольные деформации сжатого и растянутого бетона, деформации растянутых соединительных элементов (калиброванных накладок), прогибы ригелей во всех пролетах, характер трещинообразования и ширина раскрытия трещин, характер разрушения конструкции.

Для измерения перечисленных опытных параметров конструкций рам применялись метод электротензометрии с использованием цифрового тензометрического измерителя ЦТИ-1, механические приборы (индикаторы часового типа и прогибомеры), микроскоп МБП-3 и видеокамеры.

В результате проведенных экспериментальных исследований были выявлены особенности деформирования, трещинообразования и разрушения эксплуаируемых железобетонных рам при проектной и запроектной нагрузках. В частности, проанализирован характер распределения деформаций бетона по высоте сечения ригеля рамы слоистого сечения. Установлено, что качественное распределение деформаций по высоте сечения близко к распределению деформаций в сплошных конструкциях. Это подтвердило предположение о том, что для слоистых конструкций, в которых не наблюдается деформаций сдвига между отдельными слоями справедливо использование гипотезы плоских сечений.

Сопоставление теоретической (рисунок 4, кривая 1) и опытной (кривая 3) зависимостей «момент - кривизна» для ригеля слоистого сечения показали удовлетворительное их согласование. Удовлетворительное согласование опытных и расчетных данных полученно и для значений ширины раскрытия трещин при нагружении рам проектной нагрузкой (рисунок 5).

Анализ результатов испытаний железобетонных рам запроектной нагрузкой показал следующее. В результате хрупкого разрыва сварного шва соединительного элемента в узле сопряжения левой стойки и ригеля возникали затухающие во времени колебания элементов рамы. Изгибающие моменты и, соответственно, кривизны в ригелях и стойках в течение первого полупериода их колебаний превышали соответствующие моменты и кривизны, если бы переход n раз статически неопределимой в n-1 раз статически неопределимую раму осуществлялся путем его медленной принудительной разгрузки от значения действующего в опорном сечении ригеля момента до его нулевого значения. Коэффициент динамичности , равный отношению кривизн рамы до и после выключения моментной связи жn-1/жn и вычисленный с учетом перераспределения усилий в раме составил 1,59. По значению коэффициента , найдена динамическая кривизна в рассматриваемом сечении для рам первой серии (см. рисунок 4). Из рисунка видно, что значение этой кривизны ж существенно больше расчетного предельного значения кривизны для этого же сечения ж0,sp = 2,4·10-2 м-1 при статическом нагружении. Следовательно, согласно расчета при рассматриваемом запроектном воздействии ригель первого пролета рамы должен разрушиться. Этот вывод был подтвержден опытными результатами разрушения рамы первой серии.



Рисунок 4 - Диаграммы «М - ж»: 1, 2 - расчетная для пролетного и опорного сечений рамы первой серии; 3 - опытная, для пролетного сечения рамы

Приложение запроектной нагрузки к рамам осуществлялось в два этапа.

На первом этапе приложение запроектной нагрузки к опытным конструкциям рам обеих серий осуществлялось при статической нагрузке P = 0,8 Pcrc. В результате запроектного воздействия в среднем сечении первого пролета рам обеих серий образовались трещины. Момент в пролетном сечении M (вычисленный по опытным деформациям), возникший в результате внезапного запроектного воздействия, был в 1,45 раз больше момента трещинообразования в том же сечении. Это явилось ещё одним подтверждением наличия динамического эффекта в оставшихся неразрушенными частях рамы при хрупком выключении моментной связи.

На втором этапе нагружения опытных конструкций при значении проектной нагрузки P = 0,8 Pu установлено, что при более высоком уровне нагружения рам проектной нагрузкой, когда в конструкциях имеют место неупругие деформации и трещины, коэффициент динамичности и заметно снижается. Так, если при первом нагружении (до появления трещин) опытное значение этого коэффициента составило 1,73, то при втором нагружении оно равнялось 1,51.

Измерениями ширины раскрытия трещин в ригелях до (рисунок 5) и после (таблица 1) запроектного воздействия установлено увеличение этого параметра в пролетных и опорных сечениях. Полученные количественные данные о приращениях ширины раскрытия трещин в опытных рамах также подтвердили наличие динамического эффекта в конструктивной системе при внезапном разрушении отдельных ее элементов.

Рисунок 5 - Ширина раскрытия трещин теоретическая (кривая 1), экспериментальная в ригеле первого пролета (кривая 2) и второго пролета (кривая 3) образцов первой серии

В тоже время относительные значения приращений ширины раскрытия трещин от запроектного воздействия оказались значительно меньшими, чем относительные приращения прогибов от этих же динамических догружений рам. Причиной этого явилось, с одной стороны, запаздывание во времени процесса трещинообразования при динамическом запроектном воздействии, с другой - частичное закрытие трещин при затухании динамического эффекта (в последней строке таблицы 1 приведены остаточные значения ширины раскрытия трещин).

Таблица 1 - Остаточная ширина раскрытия трещин в первой конструктивной системе после запроектного воздействия

Запроектная нагрузка, М, кНм	Номер загружения	Ширина раскрытия трещин первого типа (в пролете) аcrc , мм для	Ширина раскрытия трещин второго типа (на опоре) аcrc , мм
		1-го пролета	2-го пролета	В ригеле слева	В ригеле справа
		расчет	экс-т	расчет	экс-т	расчет	экс-т	расчет	экс-т
0,3	1	0,074	0,05	-	-	-	-	-	-
1,06	2	0,36	0,3	0,3	0,25	0,3	0,3	0,4	0,3

Ещё одной важной особенностью, полученной в испытаниях конструкций рам со слоистым сечением ригелей, явился характер их разрушения. Если нормально армированные рамы сплошного сечения имели пластичный характер разрушения (по арматуре), то опытные рамы с тем же армированием, но с верхним слоем меньшей прочности разрушились хрупко (по бетону).

В четвертой главе разработаны методика, алгоритм и программа расчета для оценки временной живучести железобетонных рамных конструкций при запроектных воздействиях с учетом предыстории нагружения и накопления повреждений. Методика расчета живучести включает следующие основные этапы:

- проектный расчет эксплуатируемой n-раз статически неопределимой системы;

- расчет с видоизмененной расчетной схемой на эксплуатационную нагрузку и запроектное воздействие, вызванное внезапным выключением отдельных элементов системы;

- критериальный анализ разрушения элементов конструктивной системы при запроектных воздействиях и оценка живучести конструктивной системы.

Разработанный алгоритм расчета живучести железобетонных рамных конструктивных систем включает следующие основные блоки: «Управляющий блок», «Длительная прочность», «Эволюционные повреждения», «Динамические характеристики», «Бетон», «Арматура», «Сечение», «Конструкция».

Результатами численных исследований выявлено влияния предыстории нагружения, эволюционного накопления повреждений и других факторов на живучесть внезапно повреждаемых рам. Так, установлено не только существенное снижение предельного изгибающего момента при коррозионном повреждении сечения, но и что главное - изменение качественного характера разрушения сечений от разрушения по арматуре к разрушению по бетону при распространении повреждений в пределах сжатой зоны сечения (). В тоже время проведенный анализ трещиностойкости эксплуатируемых рам при различной глубине повреждения сечений позволили сделать вывод о существенно меньшем влиянии коррозионных повреждений сжатой зоны сечения на трещиностойкость элементов рамы. Испытания подтвердили полученный расчетом количественный и качественный характер разрушения опытных конструкций рам. Рамы первой серии имели локальный характер разрушения только одного близко расположенного к выключенной связи ригеля. Разрушение рам второй серии имело прогрессирующий (лавинообразный) характер: после внезапного выключения моментной связи на левой опоре разрушился ригель первого пролета, а затем почти мгновенно и ригель второго пролета.

Установленные закономерности деформирования и разрушения железобетонных рам явились основой подготовки конкретных рекомендаций по повышению живучести рассматриваемых конструкций при запроектных воздействиях.

В приложения к диссертации включены: текст программы и примеры расчета живучести эксплуатируемых железобетонных рам.

живучесть железобетонный запроектный воздействие

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Построена расчетная модель силового сопротивления эксплуатируемых железобетонных рам, позволяющая производить оценку их живучести при внезапных повреждениях с учетом предыстории нагружения и эволюционного накопления повреждений, а также динамических пределов прочности бетона и арматурных сталей.

Сформулированы критерии живучести для эксплуатируемых железобетонных внезапно повреждаемых рамно-стержневых конструктивных систем.

Экспериментальными исследованиями на специальных образцах - сборных железобетонных рамах с элементами слоистого сечения выявлены особенности их силового сопротивления и подтверждены основные положения предложенной расчетной методики для оценки живучести эволюционно повреждаемых железобетонных рамно-стержневых конструкций.

На основе предложенного расчетного аппарата разработаны алгоритм и программа для оценки живучести рассматриваемых конструкций при запроектных воздействиях в виде внезапного выключения в них отдельных элементов или сечений.

Численными исследованиями и анализом имеющихся экспериментальных данных установлено влияние длительности эксплуатации конструкции, жесткости элементов, наличия и глубины коррозионных повреждений и других факторов на живучесть рассматриваемых конструкций рам при запроектных воздействиях.

6. Результаты проведенных исследований и предложенный расчетный аппарат были использованы Орловским академическим научно-творческим центром РААСН при выполнении расчетов каркасов реконструируемых зданий газетно-журнального комплекса в по ул. Кромское шоссе, а также при расчете каркаса жилого дома по ул. Наугорское шоссе г. Орле (генпроектировщик ОАО «Орелпроект»). Результаты исследований внедрены в учебный процесс Орловского государственного технического университета.

Основное содержание диссертации представлено в следующих публикациях

1. Ветрова, О.А. К разработке методики экспериментальных исследований эволюционно и внезапно повреждаемых рамно-стержневых железобетонных конструкций в запредельных состояниях [Текст]/ В.И. Колчунов, О.А. Ветрова. // Известия ОрелГТУ. Серия «Строительство. Транспорт» - Орел: ОрелГТУ, 2005. - № 1-2. - С. 9-13.

2. Ветрова, О.А. Экспериментальные исследования рамно-стержневых железобетонных конструкций в запредельных состояниях [Текст]/ О.А. Ветрова, Н.В. Клюева. // Известия ОрелГТУ. Серия «Строительство. Транспорт» - Орел: ОрелГТУ, 2005. - № 3-4. - С. 10-15.

3. Ветрова, О.А. Алгоритм расчета рамно-стержневых конструкций с внезапно выключающимися связями [Текст]/ Н.В. Клюева, Н.Б. Андросова, О.А. Ветрова // Известия ОрелГТУ. Серия «Строительство. Транспорт» - Орел: ОрелГТУ, 2005. - № 3-4. - С. 32-41.

4. Ветрова, О.А. Исследование живучести рамно-стержневых железобетонных конструкций с внезапно выключающимися элементами [Текст] / В.И. Колчунов, Н.В. Клюева, О.А. Ветрова.// Проект и реализация - гаранты безопасности жизнедеятельности: Тр. общего собрания РААСН 2006г.: В 2 т. Ред. кол.: В.М. Бондаренко (отв. редактор) и др. - Спб.: Спб гос. архит.-строит. ун-т, 2006. - Т.2. С.32-41.

5. Ветрова, О.А. Экспериментально-теоретические исследования эволюционно и внезапно повреждаемых железобетонных рамных конструкций [Текст] / Н.В. Клюева, В.И. Колчунов, О.А. Ветрова // Вестник Центрального регионального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук. - Воронеж-Орел: РААСН, ОрелГТУ, 2006. С. 42-52.

6. Ветрова, О.А. Построение варианта деформационной расчетной модели трещиностойкости изгибаемых железобетонных элементов эксплуатируемых конструкций [Текст] / Никулин А.И., Ветрова О.А. // Вестник Центрального регионального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук- Воронеж-Орел: РААСН, ОрелГТУ, 2006. С. 126-133.

7. Ветрова, О.А. К оценке живучести железобетонных рамно-стержневых конструктивных систем при внезапных запроектных воздействиях [Текст]/ Н. В. Клюева, О.А. Ветрова // Промышленное и гражданское строительство. - 2006. - №11. - С. 56-57.

Подписано в печать 18.06.06.

Формат 60х84 1/16. Усл. печ. л.1,03.

Тираж 100 экз. Заказ №

Подразделение оперативной типографии ОрелГТУ

302020, Орел, Наугорское шоссе, 29

Размещено на Allbest.ru