Напружено-деформований стан просторових сталезалізобетонних структурних конструкцій при складних навантаженнях

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОЛТАВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

УДК 624.074:[624.012.4+624.014.2]

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ПРОСТОРОВИХ СТАЛЕЗАЛІЗОБЕТОННИХ СТРУКТУРНИХ КОНСТРУКЦІЙ ПРИ СКЛАДНИХ НАВАНТАЖЕННЯХ

Мурза Сергій

Олександрович

Полтава 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі конструкцій із металу, дерева і пластмас Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

- доктор технічних наук, професор

Стороженко Леонід Іванович, Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка Міністерства освіти і науки України, професор кафедри конструкцій із металу, дерева і пластмас.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор

Азізов Талят Нуредінович, Уманський державний педагогічний університет імені Павла Тичини Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри техніко-технологічних дисциплін;

- кандидат технічних наук, доцент

Ватуля Гліб Леонідович, Українська державна академія залізничного транспорту Міністерства транспорту та зв'язку України, доцент кафедри будівельної механіки та гідравліки.

Захист відбудеться „19” жовтня 2010 р., о 1330, на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 44.052.02 при Полтавському національному технічному університеті імені Юрія Кондратюка за адресою: 36011, м. Полтава, проспект Першотравневий, 24, ауд. 218.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка за адресою: 36011, м. Полтава, проспект Першотравневий, 24.

Автореферат розісланий 17” вересня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.В. Чернявський

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одним із основних завдань будівельної галузі в Україні є створення нових прогресивних конструктивних елементів (форм, перерізів), скорочення термінів виробництва продукції та зменшення енерго- і трудовитрат на її виготовлення, більш повне й ефективне використання будівельних матеріалів, створення нових економічних і довговічних конструкцій. Цього можна досягти оптимізуючи існуючі способи виготовлення та запроваджуючи нові, простіші й ефективніші методи будівництва з меншою трудомісткістю та енергозатратами.

Перекриття і покриття є найбільш відповідальними та матеріалоємними елементами будівель. Вони виконують важливі функції - сприймають експлуатаційні навантаження, забезпечують просторову жорсткість будівель. Структурні конструкції покриття дозволяють використовувати повторюваність простих елементів конструкцій, що робить особливо раціональним їх упровадження в будівництво. Саме такою системою є структурна сталезалізобетонна конструкція. Вона поєднує переваги сталі й залізобетону, виконує огороджувальну і несучу функції, має невелику вагу, не є складною у монтажі. За допомогою такої конструкції можна перекривати значні прольоти, виконувати покриття різноманітних архітектурних форм, будувати перекриття під великі навантаження.

Таким чином, дослідження напружено-деформованого стану сталезалізобетонних структурних конструкцій при складних навантаженнях є актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема відповідає напряму науково-технічної політики держави в галузі оцінювання технічного стану будівель і споруд згідно з Постановою Кабінету Міністрів України №409 від 5 травня 1997 р. „Про забезпечення надійності і безпечної експлуатації будівель, споруд та мереж ”. Робота виконана на кафедрі конструкцій із металу, дерева і пластмас Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка відповідно до плану робіт за темою „Розробка методів розрахунку, проектування і будівництва сталезалізобетонних структурних конструкцій покриттів на основі дослідження їх дійсної роботи” та держбюджетної теми „Прогресивні залізобетонні конструкції з армуванням прокатними профілями ” (державний реєстраційний номер 0109u001521).

Мета роботи - дослідити напружено-деформований стан структурних сталезалізобетонних конструкцій при складних навантаженнях, розробити рекомендації щодо їх розрахунку і проектування на основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень.

Задачі досліджень:

1. Розробити методику розрахунку параметрів напружено-деформованого стану структурних сталезалізобетонних конструкцій при дії нерівномірного навантаження та при локальних пошкодженнях їх елементів.

2. Експериментально дослідити параметри напружено-деформованого стану просторових структурних сталезалізобетонних конструкцій при дії нерівномірного навантаження та при локальних пошкодженнях їх елементів.

3. Дослідити математичні моделі просторових структурних сталезалізобетонних конструкцій та виконати їх розрахунок на ЕОМ методом скінченних елементів.

4. Розробити методику оптимізації параметрів структурних сталезалізобетонних конструкцій.

5. Розробити пропозиції до проектування реальних перекриттів на основі структурних сталезалізобетонних конструкцій.

6. Упровадити результати досліджень у практику проектування і будівництва.

Об'єкт дослідження: структурна сталезалізобетонна конструкція.

Предмет дослідження: параметри напружено-деформованого стану і міцність структурних сталезалізобетонних конструкцій при складних навантаженнях, а саме - при дії нерівномірного навантаження та при локальних пошкодженнях їх елементів.

Методи дослідження:

- експериментальні методи дослідження параметрів напружено-деформованого стану структурних сталезалізобетонних конструкцій;

- методи будівельної механіки при аналізі параметрів напружено-деформованого стану структурних сталезалізобетонних конструкцій при складних навантаженнях.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Розроблено методику розрахунку параметрів напружено-деформованого стану просторових структурних сталезалізобетонних конструкцій при дії нерівномірного навантаження та при локальних пошкодженнях їх елементів.

2. Експериментально досліджено параметри напружено-деформованого стану просторових структурних сталезалізобетонних конструкцій при різних типах завантажень та при локальних пошкодженнях їх елементів.

3. Досліджено математичні моделі просторових структурних сталезалізобетонних конструкцій при складних навантаженнях за допомогою методу кінцевих елементів.

4. Розроблено методику оптимізації параметрів структурних сталезалізобетонних конструкцій.

5. Отримано нові конструктивні рішення на основі структурних сталезалізобетонних конструкцій.

Практичне значення отриманих результатів:

1. Подано пропозиції щодо розрахунку і оптимізації параметрів структурних сталезалізобетонних конструкцій при складних навантаженнях.

2. Розроблено легку структурну конструкцію та сталезалізобетонну структурну конструкцію зі шпренгельною системою.

3. Запропоновано новий тип опорного вузла з'єднання сталевих елементів із залізобетонною плитою структурної сталезалізобетонної конструкції.

4. Здійснено проектування сталезалізобетонних структурних конструкцій.

Особистий внесок здобувача:

1. Розроблено методику розрахунку й оптимізації параметрів структурних сталезалізобетонних конструкцій при дії нерівномірного навантаження та при локальних пошкодженнях їх елементів.

2. Запроектовано, виготовлено й випробувано експериментальні структурні сталезалізобетонні конструкції при дії нерівномірного навантаження і при локальних пошкодженнях їх елементів.

3. Здійснено аналіз та оформлено результати експериментальних досліджень структурних сталезалізобетонних конструкцій.

4. Розроблено новий тип опорного вузла з'єднання сталевих елементів із залізобетонною плитою структурної сталезалізобетонної конструкції, легку структурну конструкцію та сталезалізобетонну структурну конструкцію зі шпренгельною системою.

Апробація результатів роботи. Результати експериментально-теоретичних досліджень доповідались і обговорювались на Міжнародній науковій конференції із сільськогосподарського будівництва (м. Полтава) у 2006 році, на науковій конференції „Сучасні проблеми проектування, будівництва та експлуатації споруд на шляхах сполучення” (м. Київ) у 2007 році, на Восьмій науково-технічній конференції „Сталезалізобетонні конструкції: дослідження, проектування, будівництво, експлуатація” (м. Кривий Ріг) у 2008 році, на Міжнародній науковій конференції „Новітні будівельні конструкції” (м. Липецьк, Росія) у 2009 році, на Міжнародній науково-технічній конференції „Збірно-монолітні і збірні попередньо напружені залізобетонні конструкції мостів” (м. Львів) у 2010 році, на 58-ій - 62-ій наукових конференціях Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка в 2006 - 2010 роках.

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 7 праць, у тому числі 5 у фахових збірниках, 1 патент на корисну модель та монографія у співавторстві.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних літературних джерел (199 найменувань) та 2-х додатків. Дисертація викладена на 224 сторінках машинописного тексту, у тому числі 123 сторінки основного тексту, 75 повних сторінок з рисунками й таблицями, 21 сторінка списку використаних джерел, 5 сторінок додатків.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету та задачі досліджень, наукову новизну, практичну цінність і застосування отриманих результатів.

У першому розділі дисертаційної роботи висвітлено особливості сталезалізобетонних та структурних конструкцій, а також розглянуто сталезалізобетонну структурну конструкцію. Проведений аналіз розвитку досліджуваних конструкцій, окреслено передумови розрахунку, сфери застосування й способи об'єднання сталевої складової із бетонною, розглянуто їх переваги і недоліки.

Дослідженню сталезалізобетонних конструкцій присвячені праці Стрелецького М.М., Клименка Ф.Є., Стороженка Л.І., Семка О.В., Шагіна О.Л., Чихладзе Е.Д., Єфіменка В.І., Аметова Ю.Г., Ізбаша М.Ю., Кінаша Р.І., Козаря В.І., Єрмоленка Д.А., Пенца В.Ф. та інших.

Дослідженню структурних конструкцій присвячені праці Трофімова В.І., Хасімова Р.І., Файбищенка В.К., Бєгуна Г.Б., Третьякової Е.В. й інших.

Дослідженню структурних конструкцій із залізобетонним верхнім поясом присвячені праці Абовської С.М., Абовського М.П., Арончика В.Б., Когана В.С., Абрамовича К.Г., Стрижакова Ю.Д. та інших.

Дослідженню сталезалізобетонних структурних конструкцій присвяченні праці Стороженка Л.І., Гасія Г.М., Нижника О.В., Тимошенка В.М. та ін.

Аналіз показав, що сталезалізобетонні конструкції, у яких залізобетон і сталь працюють сумісно, дозволяють найбільш ефективно використовувати кожен із цих матеріалів, оскільки в них бетон працює на стиск, а сталь в основному на розтяг.

Поєднання сталезалізобетонних конструкцій зі структурними дає можливість отримати новий ефективний тип конструкцій - сталезалізобетонні структурні конструкції покриття. Переваги таких конструкцій полягають у зручності монтажу, в зменшенні витрат на виготовлення, скороченні термінів будівництва та в забезпеченні необхідної жорсткості. Головним є те, що залізобетонна плита, виконуючи роль верхнього пояса структури, поєднує несучу та огороджувальну функції. У результаті такого сполучення забезпечується сумісна робота сталевої решітки із залізобетонною плитою.

Структурна сталезалізобетонна конструкція, яка складається з залізобетонної плити та сталевої решітки, вирізняється тим, що стиснуті елементи поясів структури замінено на залізобетонну плиту. Такі конструкції можуть бути використані при спорудженні великопролітних громадських та промислових будівель.

Другий розділ присвячений розрахунку просторових сталезалізобетонних структурних конструкцій аналітичним методом. Напружено-деформований стан сталезалізобетонної структурної конструкції при просторовій роботі суттєво відрізняється як від сталевої, так і від просторової сталезалізобетонної конструкції, що зумовлює необхідність розроблення нового методу її розрахунку.

У сталезалізобетонній структурній конструкції залізобетонна плита працює одночасно на згин як плита, що обперта на вузли структури, і на стиск, оскільки вона виконує функції верхнього пояса. Для визначення зусиль у структурній сталезалізобетонній конструкції перекриття розділяємо на окремі лінійні елементи (рис. 1) площинами, перпендикулярними до осі ребер та застосуємо підхід, розроблений Т.Н. Азізовим на основі теорії В.З. Власова.

Розглянемо і-тий відсічений лінійний елемент з діючими в місці розрізу зусиллями, які необхідно визначити. В загальному випадку по лінії розрізу будуть діяти 5 невідомих зусиль.

Рис. 1. Структурне сталезалізобетонне перекриття

У залізобетонній плиті це - дотичні зусилля Ті-1, Ті, вертикальні погонні зусилля Si-1, Sі, погонні поперечні згинальні моменти Мі-1, Мі, погонні горизонтальні сили розпору Ні-1, Ні, та зусилля розтягу, що діють у нижньому поясі, Ni-1, Ni. Для зручності обчислень зусилля розтягу, які діють у нижньому поясі Ni-1, Ni, можна представити у вигляді погонних горизонтальних сил ni-1, ni.

Для визначення невідомих зусиль у перерізах конструкції були записані умови сумісності деформацій:

1. Рівність деформацій е(х) ліворуч та праворуч від і-го перерізу.

2. Рівність кривизни у вертикальній площині ліворуч та праворуч від і-го перерізу.

3. Рівність кутів повороту ліворуч та праворуч від і-го перерізу.

4. Рівність кривизни в горизонтальній площині у верхньому поясі ліворуч та праворуч від і-го перерізу.

5. Рівність кривизни в горизонтальній площині в нижньому поясі ліворуч та праворуч від і-го перерізу.

Рис. 2. Переріз конструкції

Для створення системи диференціальних рівнянь складено праві частини виразів умов сумісності деформацій та прирівняно до суми лівих частин за тими ж формулами. Після сумування та приведення подібних отримано систему п'яти диференціальних рівнянь:



де Mqi - функція згинальних моментів в і-ому елементі від дії зовнішнього навантаження;

аЛ , аП - відстані від центру ваги перерізу до і-го перерізу;

b - відстань від центру ваги перерізу до центру ваги верхнього пояса;

b1 - відстань від центру ваги перерізу до центру ваги нижнього пояса;

EI - згинальна жорсткість і-го елемента;

EА - осьова жорсткість і-го елемента;

EIГ - згинальна жорсткість елемента в горизонтальній площині;

GI - крутильна жорсткість елемента.

Систему диференційних рівнянь (1 - 5) потрібно записувати для кожного поздовжнього перерізу і розв'язувати, представляючи розв'язки у вигляді рядів Фур'є по синусах. У цьому випадкові автоматично задовольняються граничні умови для невідомих при шарнірному обпиранні. Рішення приймаються у вигляді:

;

;

;

;

;

,

де - коефіцієнт ряду Фур'є функції згинальних моментів від зовнішнього навантаження;

- невідомі коефіцієнти рядів Фур'є, які необхідно визначити;

х - координата вздовж елемента перекриття;

l - проліт.

У розв'язках (7) - (11) верхні границі суми доцільно замінити на скінченне число m, як правило, 5-8 непарних членів ряду достатньо для отримання інженерної точності. Підставивши отримані вирази в систему диференційних рівнянь, після проведення диференціювання та скорочуючи на , отримаємо систему лінійних рівнянь, де невідомими є постійні члени ряду Фур'є . Також ураховуючи, що , отримаємо систему лінійних рівнянь. Розв'язати отриману систему лінійних рівнянь можна будь-яким з відомих методів. У результаті розв'язання отримуємо значення коефіцієнтів ряду Фур'є, за допомогою яких можна визначити невідомі зусилля, що діють у перерізах конструкції.

Особливістю розв'язання цієї системи є представлення функції згинальних моментів від дії зовнішнього навантаження у вигляді ряду Фур'є (6). Так, при завантаженні структурної сталезалізобетонної конструкції по смузі навантаженням q коефіцієнти ряду Фур'є будуть визначатися як

.

Аналогічно до цього можуть представлятися у вигляді рядів Фур'є функції моментів від інших типів завантаження. При більш складних випадках (навантаження на конструкцію q є змінним за довжиною) можливий варіант, коли навантаження задається чисельно в табличній формі.

Іншим варіантом є неосьове прикладення навантаження: в такому випадку після розділу конструкції на окремі лінійні елементи необхідно додати в рівняння рівності кривизни у вертикальній площині: член, що враховує кривизну від кручення позацентрово прикладеного навантаження, а в рівняння рівності кутів повороту: член, що враховує зміщення від кручення позацентрово прикладеного навантаження. Якщо навантаження прикладене не вертикально, тоді його необхідно розкласти на складові вздовж осей x і z. Складові зовнішнього навантаження враховуються в системі диференційних рівнянь за допомогою введення додаткових членів.

Для визначення зусиль в елементах конструкції необхідно прикласти отримані зусилля, що діють у перерізах, до лінійної конструкції. Далі лінійну конструкцію розраховують за допомогою відомих методів будівельної механіки. Таким чином, за допомогою отриманих зусиль у перерізах просторової конструкції можна визначати напруження і деформації що, виникають від зовнішнього навантаження в будь-якій точці просторової конструкції.

За допомогою розробленого методу проведено дослідження впливу нерівномірного навантаження на просторову конструкцію. Результати розрахунків показали, що при завантаженні крайньої конструкції горизонтальні зусилля H та зусилля в нижньому поясі N можуть змінювати знак, тобто в поперечному напрямку у верхньому поясі конструкції діють зусилля розтягу, а в нижньому - зусилля стиску. Розроблено рекомендації щодо розрахунку закладних деталей збірних структурних сталезалізобетонних конструкцій з урахуванням дійсних умов роботи на дію нерівномірного навантаження.

Розроблено методику для визначення параметрів напружено-деформованого стану сталезалізобетонних структурних конструкцій при локальних пошкодженнях. Розглянуто пошкодження як верхнього, так і нижнього поясів структури. Наявність локальних пошкоджень у конструкції призводить до зміни жорсткостей по довжині окремих лінійних елементів. Тому, для отримання зусиль конструкція розбивається на ділянки сталої довжини і сталої жорсткості, на ділянках із локальними пошкодженнями жорсткості необхідно визначати з урахуванням цих умов.

У третьому розділі дисертації подано результати експериментальних досліджень елементів сталезалізобетонної структурної конструкції.

Метою проведення експериментальних досліджень у рамках цієї роботи було отримання даних щодо роботи та параметрів напружено-деформованого стану сталезалізобетонних структурних конструкцій. Результати планувалось проаналізувати і порівняти з даними, отриманими аналітичним методом, описаними в розділі 2, а також із результатами розрахунку моделей сталезалізобетонних структурних конструкцій за допомогою сучасного програмного комплексу, основаного на методі кінцевих елементів.

Для експериментального дослідження сталезалізобетонної структурної конструкції були виготовлені зразки розмірами 1200х1200 мм у плані та 200 мм висотою (рис. 3). Експериментальні зразки були виготовленні в м. Полтаві на базі Полтавського національного технічного університету ім. Ю. Кондратюка.

При виготовленні зразків були застосовані: для нижнього пояса сталеві електрозварні прямошовні холоднодеформовані труби (ГОСТ 10707-80) із зовнішнім діаметром 15 мм та товщиною стінки 2,8 мм; для розкосів арматурні стрижні класу А-І Ш 10 мм, закладні деталі з листової сталі товщиною 4 мм.

Залізобетонна плита армована арматурними сітками Вр-1Ш3 з чарункою 50х50 мм. Після виготовлення за допомогою електрозварювання сталевої структури до неї приварювалися закладні деталі. В перевернутому стані структура встановлювалася на бойок на місці виготовлення, після чого вкладалися арматурні сітки та опалубка з кутиків по контуру майбутньої плити. деформований конструкція навантаження залізобетонний

Рис. 3. Схема дослідного зразка сталезалізобетонної структурної конструкції:

1 - розкоси; 2 - нижній пояс; 3 - закладна деталь; 4 - залізобетонна плита

Для вимірювання деформацій застосовувались індикатори годинникового типу та електротензорезистори (рис 4). Для зняття показань із електротензорезисторів при випробуванні конструкції використовувався вимірювач деформацій ВНП-8. Загальний вигляд структурної сталезалізобетонної конструкції під час випробувань наведено на рисунку 5.



Рис. 4. Схема розташування електротензорезисторів

Відповідно до завдань експериментальних досліджень у двох конструкціях були виконані локальні пошкодження: нижнього пояса (рис 7, а) та залізобетонної плити (рис 7, б). На першому етапі експериментальних досліджень навантаження на конструкцію прикладалось у вигляді спеціальних чавунних дисків, кожен із яких до випробувань був зваженим. Диски мали вагу в середньому по 42 кг.

Рис. 5. Дослідний зразок в робочому положенні

Результати проведених досліджень елементів структурної сталезалізобетонної конструкції при дії нерівномірного навантаження показали, що зусилля перерозподіляються по всіх елементах конструкції незалежно від виду навантаження. Порівнявши значення деформацій при несиметричному завантаженні зі значеннями при симетричному завантаженні можна зробити висновок, що за рахунок багаторазової статичної невизначеності конструкції деформації зазнавали всі елементи. Деформації поступово знижувались від зони дії зусилля до крайніх елементів.

Рис. 7. Локальні пошкодження:

а) нижнього пояса; б) верхнього пояса

При випробуванні сталезалізобетонної структурної конструкції з локальним пошкодженням нижнього пояса було виявлено, що відсутність елемента нижнього пояса спричиняє збільшення деформацій у сусідніх елементах в перерізі 2-2 (рис. 8 а). В результаті перерозподілу зусиль значення деформацій у крайніх елементах структури (переріз 1-1 рис. 4) порівняно з конструкцією без пошкоджень у тому ж перерізі, більші на 10%. Значення зусиль у середньому елементі, що примикає до пошкодженого, менші на 27%.

Значення деформацій у залізобетонній плиті пошкодженої конструкції порівняно з конструкцією без пошкоджень по краях плити збільшилися на
10-12 %. Слід відзначити незначний перерозподіл зусиль в елементах конструкції, що знаходяться близько до пошкодження.

На наступному етапі випробувань конструкція доводилась до руйнування. Навантаження прикладалося за допомогою гідродомкрата та було розподілене на чотири середні вузли. Для цього було запроектовано й виготовлено установку, яка складалась з контуру, виконаного із прокатного двотавра №20. Для зручності обпирання структурної конструкції було виготовлено рамку з кутику 90 х 6. Конструкція обпиралась залізобетонною плитою, ширина обпирання плити становила 20 мм. Руйнування конструкції відбувалось поступово: спочатку розкоси конструкції втрачали стійкість, починаючи з найбільш навантажених, далі, в результаті перерозподілу зусиль, втрачали стійкість сусідні розкоси, поступово збільшувалися прогини конструкції. Одночасно з втратою стійкості найбільш навантажених розкосів відбувалось руйнування залізобетонної плити, тріщини розпочинались від опорних вузлів конструкції та розвивались до середніх вузлів. Далі тріщини розподілялись між середніми вузлами Після появи тріщин у плиті (115 кН) суттєво збільшувались прогини конструкції. Далі конструкція продовжувала витримувати зростаюче навантаження, яке становило приблизно 35-40% від того, коли з'явилися перші тріщини в плиті (152 кН).

У четвертому розділі представлено дослідження і порівняльний аналіз параметрів напружено-деформованого стану сталезалізобетонних структурних конструкцій за допомогою методу кінцевих елементів.

Проведено дослідження впливу кінцево-елементної моделі на параметри напружено-деформованого стану сталезалізобетонних структурних конструкцій. Результати показали, що для інженерних розрахунків достатньо моделювати елементи структури як стрижні, а залізобетонну плиту - як пластину з відповідною товщиною (рис. 9).



Рис. 9. Параметри напружено-деформованого стану:

Для більш детальних досліджень плиту слід моделювати об'ємними кінцевими елементами і моделювати закладні деталі у вигляді пластин.

За допомогою кінцево-елементної моделі було проведено дослідження роботи конструкції при нерівномірному завантаженні та при різних умовах обпирання. Результати показали, що просторова структурна сталезалізобетонна конструкція ефективно сприймає нерівномірне завантаження й добре працює при різних умовах обпирання, про що свідчить характер епюр та значення зусиль в елементах.

Проведено порівняння результатів експериментальних досліджень з результатами розрахунку за аналітичним методом, описаними в другому розділі та створених кінцево-елементних моделей. Отримані дані показують, що в загальному напружено-деформований стан змодельованих конструкцій досить чітко збігається з результатами експериментальних випробувань. Різниця значень не перевищує 11%.

Результати розрахунку моделі конструкції з локальним пошкодженням нижнього пояса показують, що виключення з роботи одного стрижня спричиняє перерозподіл зусиль по всій конструкції. Так, на полях напружень можна побачити, що більші значення знаходяться в зоні локального пошкодження. На епюрі N чітко видно, що зусилля в крайніх стрижнях стали більшими в зоні пошкодження на 24%. Розрахунок конструкції з локальним пошкодженням залізобетонної плити показав, що в місці послаблення є невелика концентрація зусиль, яка не суттєво впливає на напружено-деформований стан плити.

Розділ п'ятий присвячено оптимізації та дослідженню економічної ефективності сталезалізобетонних структурних конструкцій

Отримано залежності для визначення оптимальної висоти структурної сталезалізобетонної конструкції. Подано рекомендації до розрахунку несучої здатності перерізів структурної сталезалізобетонної конструкції, розрахунку залізобетонної плити на місцеву дію навантажень, розрахунку вузла з'єднання структури та опори.

Рис.10. Елемент збірної сталезалізобетонної структурної конструкції:

Розроблено сталезалізобетонну структурну конструкцію зі шпренгельною системою, котра являє собою конструкцію зі встановленими шпренгельними стрижнями, які зменшують розрахунковий прогін залізобетонної плити та розрахункову довжину розкосів. Таку конструкцію доцільно виготовляти у вигляді окремих чарунок (рис. 10), що дозволяє знизити трудовитрати на будівельному майданчику.

Розроблено легку структурну конструкцію покриття, що складається із профільованого настилу та системи зі сталевих стрижнів, сутність якої полягає у тому, що профільований настил розміщений своїми ребрами впоперек верхніх поясів структури та виконує роль верхнього пояса в перпендикулярному напрямку.

Виконано проектні пропозиції щодо будівництва і реконструкції мосту через річку Сула та пропозицію до проектування перебудови нежитлового приміщення під магазин непродовольчих товарів із застосуванням сталезалізобетонних структурних конструкцій.

Проведені економічні вишукування досліджуваних конструкцій показують, що використання структурних сталезалізобетонних конструкцій є вигідним і конкурентноздатним.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1 Проведений аналіз структурних та просторових сталезалізобетонних конструкцій дозволив виявити їх переваги і недоліки. При аналізі сталезалізобетонних структурних конструкцій виявлено, що актуальними залишаються питання їх оптимізації, розрахунку й експериментального дослідження параметрів напружено-деформованого стану при дії нерівномірного навантаження та при локальних пошкодженнях окремих елементів.

2. За допомогою розробленого методу розрахунку параметрів напружено-деформованого стану просторових сталезалізобетонних структурних конструкцій можливо оцінювати їхню роботу при складних навантаженнях та локальних пошкодженнях. Проведені дослідження впливу нерівномірного навантаження на просторову конструкцію дозволили виявити характер перерозподілу зусиль в елементах конструкції. Розроблена методика розрахунку дає змогу визначати параметри закладних деталей збірних сталезалізобетонних структурних конструкцій, ураховуючи дійсні умови роботи конструкції й дію нерівномірного навантаження.

3. Результати експериментальних досліджень зразків сталезалізобетонних структурних конструкцій при дії нерівномірного навантаження показали, що зусилля перерозподіляються по всіх елементах конструкції незалежно від виду навантаження. При випробуванні конструкції з локальним пошкодженням було виявлено, що відсутність елемента нижнього пояса спричиняє збільшення деформацій у сусідніх елементах на 27%. Випробування конструкції з локальним пошкодженням залізобетонної плити показало, що деформації в залізобетонній плиті пошкодженої конструкції порівняно з конструкцією без пошкоджень збільшилися на 10-12 %.

4. Проведене дослідження впливу типу кінцево-елементної моделі на параметри напружено-деформованого стану сталезалізобетонних структурних конструкцій показало, що для інженерних розрахунків достатньо моделювати елементи структури як стрижні, а залізобетонну плиту як пластину з відповідною товщиною. Здійснене порівняння результатів експериментальних та теоретичних досліджень показує, що параметри напружено-деформованого стану досить чітко збігаються, а їх різниця не перевищує 11%.

5. Отримані залежності дають можливість визначати оптимальну висоту структурної сталезалізобетонної конструкції. На основі проведеної оптимізації розроблено легку структурну конструкцію покриття, що складається із профільованого настилу та системи зі сталевих стрижнів, сутність якої полягає у тому, що профільований настил в одному напрямку виконує роль верхнього пояса. Розроблено сталезалізобетонну структурну конструкцію, в котрій установлені шпренгельні стрижні, за допомогою яких зменшується розрахунковий прогін залізобетонної плити та розрахункова довжина розкосів.

6. За результатами теоретичних і експериментальних досліджень виконано проектні пропозиції щодо будівництва та реконструкції мосту через річку Сула й пропозицію перебудови нежитлового приміщення під магазин непродовольчих товарів із застосуванням сталезалізобетонних структурних конструкцій. Проведені економічні вишукування досліджуваних конструкцій показують, що використання структурних сталезалізобетонних конструкцій є вигідним і конкурентноздатним.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ

1. Стороженко Л.І. Статичний розрахунок сталезалізобетонних структурних конструкцій при нерівномірному завантаженні / Л.І. Стороженко, С.О. Мурза // Дороги і мости. - К.: ДДНДІ імені М.П. Шульгіна, 2007.- С. 218 - 220. (Розробка методу розрахунку сталезалізобетонних структурних конструкцій при нерівномірному завантаженні).

2. Стороженко Л.І. Розподіл зусиль в елементах сталезалізобетонної структурної конструкції при нерівномірному завантаженні / Л.І. Стороженко, С.О. Мурза // Будівельні конструкції. - К.: ДНДІБК, 2008.- С. 72 - 78. (Проведення розрахунків сталезалізобетонних структурних конструкцій при нерівномірному завантаженні).

3. Стороженко Л.І. Розрахунок закладних деталей сталезалізобетонної структурної конструкції при нерівномірному завантаженні / Л.І. Стороженко, С.О. Мурза // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: збірник наукових праць. Вип. 18. - Рівне, 2009. - С. 348 - 353. (Отримання залежностей для розрахунків закладних деталей сталезалізобетонних структурних конструкцій при нерівномірному завантаженні).

4. Стороженко Л.І. Визначення зусиль в структурних сталезалізобетонних конструкцій при локальних пошкодженнях / Л.І. Стороженко, С.О. Мурза // Строительство, материаловедение, машиностроение: сб. науч. трудов. Вып. 50. - Д.: ПГАСА, 2009. - С. 550 - 554. (Отримання залежностей для розрахунків сталезалізобетонних структурних конструкцій при локальних пошкодженнях).

5. Стороженко Л.І. Прольотні будови мостів зі структурних сталезалізобетонних конструкцій / Л.І. Стороженко, С.О. Мурза // Теорія і практика будівництва: вісник національного університету “Львівська політехніка” Вип. 664. - Львів, 2010. - С. 238 - 244. (Розробка можливих прольотних будов мостів зі структурних сталезалізобетонних конструкцій).

6. Дослідження і проектування сталезалізобетонних структурних конструкцій / Л.І. Стороженко, В.М. Тимошенко, О.В. Нижник, Г.М. Гасій, С.О. Мурза. - Полтава: АСМІ, 2008. - 262 с. (Розробка методики розрахунку сталезалізобетонних структурних конструкцій).

7. Пат. 35382 Україна, МПК (2006) Е 04 В 1/02. Опорний вузол з'єднання сталевих елементів із залізобетонною плитою структурної сталезалізобетонної конструкції / Стороженко Л.І., Мурза С.О., Нижник О.В., Тимошенко В.М.; власник Полтав. нац. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка. - № u 2008 05701 ; заявл. 30.04.08 ; опубл. 10.09.08, Бюл. № 17. - 4 с. (Сформульована сутність винаходу, оформлена відповідна документація).

АНОТАЦІЯ

Мурза С.О. Напружено-деформований стан просторових сталезалізобетонних структурних конструкцій при складних навантаженнях. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди. Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка. - Полтава, 2010.

Дисертація присвячена дослідженню параметрів напружено-деформованого стану просторових сталезалізобетонних структурних конструкцій при дії складних навантажень.

Розглянуті питання пов'язано з проектуванням й конструюванням сталезалізобетонних структурних конструкцій. Розроблено методику розрахунку параметрів напружено-деформованого стану просторових структурних сталезалізобетонних конструкцій при дії нерівномірного навантаження та при локальних пошкодженнях їх елементів. Експериментально досліджено параметри напружено-деформованого стану просторових структурних сталезалізобетонних конструкцій при різних типах завантажень і при локальних пошкодженнях їх елементів. Виконано й досліджено математичні моделі просторових структурних сталезалізобетонних конструкцій при складних навантаженнях та локальних пошкодженнях. Розроблено методику оптимізації параметрів структурних сталезалізобетонних конструкцій. Отримано нові конструктивні рішення на основі структурних сталезалізобетонних конструкцій.

Ключові слова: сталезалізобетонні конструкції, структурна конструкція, залізобетонна плита, напружено-деформований стан, нерівномірне навантаження, локальні пошкодження.

Мурза С.О. Напряженно-деформированное состояние пространственных сталежелезобетонных структурных конструкций при сложных нагрузках. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения. Полтавский национальный технический университет имени Юрия Кондратюка. - Полтава, 2010.

Диссертация посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию параметров напряженно-деформированного состояния пространственных сталежелезобетонных структурных конструкций при действии неравномерной нагрузки и при локальных повреждениях её элементов.

Введение содержит обоснование актуальности темы, научной новизны и практической ценности работы, сформулированы цель и задачи исследования, дана общая характеристика работы.

В первом разделе диссертационной работы проведен анализ и обзор особенностей пространственных сталежелезобетонных конструкций и структурных конструкций. Рассмотрено сталежелезобетонную структурную конструкцию, проведен анализ ее теоретических и экспериментальных исследований. Выполнен анализ существующих методик расчета пространственных конструкций. На основе проведенного анализа сформулированы задачи исследований.

Второй раздел посвящен разработке методики расчета параметров напряженно-деформированного состояния пространственных сталежелезобетонных структурных конструкций. С помощью разработанной методики проведено исследование влияния неравномерной нагрузки на пространственную конструкцию. С помощью разработанной методики расчета возможно исследовать параметры напряженно-деформированного состояния пространственных сталежелезобетонных структурных конструкций при локальных повреждениях.

В третьем разделе диссертации представлены результаты экспериментальных исследований элементов пространственной сталежелезобетонной структурной конструкции. Целью проведения экспериментальных исследований в рамках данной диссертационной работы было получение параметров напряженно-деформированного состояния сталежелезобетонных структурных конструкций при действии неравномерной нагрузки и при локальных повреждениях.

В четвертом разделе осуществлены исследования и сравнительный анализ параметров напряженно-деформированного состояния пространственной сталежелезобетонной структурной конструкции с помощью метода конечных элементов. Выполнено сравнение результатов экспериментальных исследований с результатами расчета созданных конечно-элементных моделей и с помощью методики разработанной во втором разделе.

В пятом разделе получены зависимости для определения оптимальной высоты сталежелезобетонной структурной конструкции. Разработано сталежелезобетонную структурную конструкцию со шпренгельной системой и легкую структурную конструкцию покрытия. Проведены экономические изыскания исследуемых конструкций.

Ключевые слова: сталежелезобетонные конструкции, структурные конструкции, железобетонная плита, напряженно-деформированное состояние, неравномерная нагрузка, локальные повреждения.

Murza S.O. Tense and deformed state of spatial steel and reinforced concrete rod structure at complex loadings. - Manuscript.

The thesis to obtain the scientific degree of Candidate of Engineering, speciality 05.23.01 “Building structures, buildings and constructions”. - Poltava: The Poltava National Technical University named by Yuri Kondratyuk. - 2010.

The dissertation is devoted research of parameters of the intense-deformed condition spatial steel and reinforced concrete rod structure at complex loadings. Designing questions are considered of steel and reinforced concrete rod structure. The design procedure of parameters of the intense-deformed condition spatial steel and reinforced concrete rod structure is developed at action of non-uniform loading and at local damages of their elements.

Parameters of the intense-deformed condition spatial steel and reinforced concrete rod structure are experimentally investigated at different types of loadings and at local damages of their elements. Mathematical models of spatial steel and reinforced concrete rod structure are executed and investigated at difficult loadings and local damages. The technique of optimisation of parameters is developed of steel and reinforced concrete rod structure. The new constructive decisions is developed on the basis of steel and reinforced concrete rod structure.

Keywords: Steel and reinforced concrete structure, structural design, reinforced concrete slab, tense and deformed state, non-uniform loading, local damage.

Підписано до друку 16.09.2010 р.

Папір офсетний. Друк трафаретний.

Ум. друк. арк. 0,9. Наклад 120 прим.

Зам. № 505.

Виготовлювач: ТОВ "Фірма "Техсервіс".

Адреса: 36011, м. Полтава, вул. В. Міщенка, 2

Свідоцтво суб'єкта видавничої справи

Серія ДК № 3356 від 25.12.2008 р.

Размещено на Allbest.ru

...