Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Робота вузлів і стиків залізобетонних будівель при повторних навантаженнях

05.23.01 -- Будівельні конструкції, будівлі та споруди

Скорук ТЕТЯНА ВЯЧЕСЛАВІВНА

Київ - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі залізобетонних і кам`яних конструкцій Київського національного університету будівництва і архітектури (КНУБА) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник

доктор технічних наук, професор

Барашиков Арнольд Якович,

Київський національний університет будівництва і архітектури, завідувач кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Давиденко Олександр Іванович,

Науково-дослідний інститут будівельних конструкцій (НДІБК, м. Київ), завідувач відділу несучих конструкцій будівель і споруд

кандидат технічних наук, доцент

Першаков Валерій Миколайович,

Національний авіаційний університет, кафедра реконструкції аеропортів та автошляхів Інституту аеропортів, старший науковий співробітник

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. За останні роки у світовій будівельній практиці досягнуті значні успіхи у розвитку і реалізації складних будівель і споруд, виконаних у залізобетоні.

Одним з найбільш відповідальних конструктивних елементів для споруди, зведеної будь-яким способом (монолітної, збірної, збірно-монолітної) є вузли з'єднання несучих конструкцій. Конструктивні рішення стиків і вузлів відрізняються великою різноманітністю. Напружено-деформований стан вузлів у процесі навантаження дуже складний, особливо при повторних прикладаннях навантажень. Виникають проблеми визначення міцності, тріщиностійкості та деформацій стиків та вузлів, пов'язаних з їхніми конструктивними особливостями, рівнем та характером прикладання навантаження.

Практика будівництва свідчить про те, що загального підходу до розрахунку та конструювання стиків і вузлів, пов'язаних з їхніми конструктивними особливостями рівнем та способами навантаження практично не існує. Робота стиків ускладнюється тим, що на стики і вузли діють повторні навантаження, які реалізуються практично завжди в процесі експлуатації будівлі або споруди.

Зважаючи на відзначене вище, слід вважати за необхідне провести комплекс досліджень, пов'язаних з класифікацією навантажень, які діють на залізобетонні споруди, аналіз та узагальнення напруженого стану (рамних, плоских панельних, колон з плитами) при постійних та повторних навантаженнях.

Зазначена проблема здається досить актуальною, а впровадження методів розрахунку, які базуються на уточненому напружено-деформованому стані, буде сприяти реалізації резервів міцності та експлуатаційній надійності стиків і вузлів будівель та споруд.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною науково-дослідних робіт тематики кафедри на 2005-2010 рр. «Дослідження залізобетонних конструкцій при складних впливах», розділ ІІІ «Експериментально-теоретичні дослідження залізобетонних конструкцій, номер держ. реєстрації 0197U005390. На базі експериментів, виконаних різними дослідниками, власної участі при проведенні натурних експериментів над монолітними рамами, автором виконані дослідження напружено-деформованого стану (НДС) вузлів і стиків при змінному навантаженні.

Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційного дослідження є розробка способу урахування впливу повторних навантажень на міцність, тріщиностійкість, деформації та характер руйнування стиків і вузлів залізобетонних споруд.

Для досягнення поставленої мети сформульовані такі задачі:

- дослідити вплив повторних навантажень на міцнісні і деформативні властивості вузлів і монолітних рам;

- проаналізувати роботу плоских збірних стиків перекрить і стінових панелей, які знаходяться під впливом складних навантажень (сейсмічні, підроблювання територій, просідань і зсувів тощо);

- виявити особливості роботи стиків колон з плитами перекрить або ростверками фундаментів при продавлюванні;

- співставити отримані результати розрахунків з даними натурних експериментальних досліджень;

- запропонувати методику урахування конструктивних рішень вузлів або стиків та характеру прикладеного навантаження.

Об'єктом дослідження є теоретичні і практичні проблеми визначення міцності, тріщиностійкості та деформації широкого класу стиків і вузлів залізобетонних конструкцій з урахуванням усіх вихідних факторів (навантаження, конструкції, умови роботи і характеристик матеріалів).

Предметом дослідження є напружено-деформований стан залізобетонних стиків і вузлів при повторних навантаженнях.

Методи дослідження полягають в аналізі та узагальненні експлуатаційних якостей різних стиків і вузлів залізобетонних конструкцій, які працюють у складних умовах змінного навантаження. Дослідження базуються на наявних натурних експериментальних результатах з використанням останніх досягнень у розрахунках на ЕОМ.

Наукова новизна отриманих результатів. У дисертації розглядалось дослідження теоретичних основ розрахунку залізобетонних вузлів та стиків, а саме:

- класифікація змінних навантажень, які базуються на статистичних дослідженнях максимумів зусиль, діючих на споруди;

- встановлення закономірності та характер руйнування монолітних вузлів рам при повторних навантаженнях;

- розрахунок рамних вузлів при повторних навантаженнях високого рівня;

- визначення параметра міцності та деформативності стиків плоских збірних залізобетонних елементів, які знаходяться під дією змінних навантажень, обумовлених сейсмічними впливами, підроблюванням територій, осіданням, зсувами тощо;

- аналіз і узагальнення способів розрахунку та конструювання безкапітельних примикань колон до плит з урахуванням зусиль від продавлювання.

Практичне значення отриманих результатів полягає у розробці конкретних рекомендацій щодо запропонованих методів розрахунку і конструювання залізобетонних вузлів і стиків з урахуванням повторних навантажень різного рівня, які виникають у процесі експлуатації будівель і споруд.

Отримані нові результати, які дозволяють запобігти небезпечному тріщиноутворенню і навіть руйнуванню вузлів внаслідок повторних дій навантаження.

Результати роботи впроваджені у навчальному процесі при вивчені дисципліни «Спеціальні залізобетонні конструкції будівель і споруд» спеціальності «Промислове та цивільне будівництво».

Особистий внесок здобувача:

- аналіз можливих змінних навантажень на будівлі та споруди;

- обробка результатів досліджень різних вузлів та стиків при дії складних навантажень;

- розрахунок на ЕОМ вузлів і стиків залізобетонних елементів з використанням сучасних програм;

- дослідження ефективних конструктивних рішень стиків та вузлів з урахуванням характеру навантаження.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи представлені та обговорені на наукових семінарах кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій КНУБА (2005-2008 рр.) на науково-практичних конференціях КНУБА (2006-2009 рр.), на конференції «Науково-технічні проблеми сучасного залізобетону» у м. Полтаві 2-5 жовтня 2007 р.

Публікації. За час роботи над дисертацією у наукових фахових виданнях, рекомендованих ВАК України, було опубліковано 4 статті.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел. Обсяг дисертації становить 173 сторінок, у тому числі 161 сторінок основного тексту, 85 рисунків, 11 таблиць, список використаних джерел з 120 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі викладена актуальність проблеми, подана загальна характеристика роботи, її мета та задачі, показана наукова новизна та практичне значення отриманих результатів, приведені відомості про апробацію та публікацію результатів дослідження.

У першому розділі розглянуті вузли і стики залізобетонних будівель і споруд за конструктивними рішеннями та характером їхньої роботи.

Дослідження роботи стиків і вузлів будівель у свій час виконували: С. Н. Алтуховский, В. Н. Байков, Т. И. Баранова, А. Я. Барашиков, М. А. Бенашвили, А. А. Бескаев, Ю. Д. Быченков, А. П. Васильев, Г. В. Выжигин, А. А. Гвоздев, В. Н. Горнов, Б. Е. Денисов, С. А. Дмитриев, А. В. Жарский, Т. Ж. Жунусов, К. С. Завриев, А. С. Залесов, М. М. Калишенко, Л. С. Килимник, Э. Н. Кодыш, В. И. Колчунов, Н. Н. Коровин, П. І. Кривошеєв, С. М. Крылов, М. Н. Кукубаев, В. И. Лишак, И. И. Медведев, А. В. Морозов, Л. А. Мурашко, С. А. Мусатов, В. С. Новиков, С. В. Поляков, Г. М. Реминец, Ю. Н Семко, М. В. Сидоренко, Н. Н. Складнев, А. К. Фролов, Ю. Г. Шахновский, А.-Ш. Яхья, G. Bach, W. Gehler, M. Fric, E. Hognestad, D. Pume та багато інших дослідників.

Проведена класифікація змінних навантажень, які впливають на напружено-деформований стан, міцність, тріщиностійкість та деформації конструкцій, вузлів і стиків споруд. Дослідження навантажень і впливів, виконані Є. М. Бабичем, А. Я. Барашиковим, В. М. Бондаренком, О. М. Бурнаєвим, М. Г. Гольдбергом, М. І. Карпенком, Р. І. Кінашем, В. М. Коляковою, Ю. О. Крусем, В. А. Пашинським, А. В. Перельмутером, В. І. Перепечиним, С. Ф. Пічугіним та іншими дослідниками дозволили проаналізувати дії на конструкції та споруди за їх інтенсивністю, тривалістю та характером.

При малоциклових навантаженнях інтенсивність навантаження у циклі та кількість циклів впливають на експлуатаційні якості конструкції. Висока інтенсивність повторних навантажень може привести до появи малоциклової втомленості. Тому, очевидно, для ранжирування навантажень варто розглянути можливі викиди величини навантаження за певний рівень, а також кількість таких викидів на протязі терміну служби споруди. Середню кількість викидів стаціонарної функції на протязі проміжку часу, що дорівнює Т, можна визначити за формулою

(1)

а середню тривалість викиду стаціонарної випадкової функції - згідно зі співвідношенням

(2)

де р (F) - щільність ймовірності ординат випадкової функції навантаження.

Показано, що жодне аналітичне співвідношення для представлення навантажень і впливів не може претендувати на достовірність, особливо для змінних навантажень. Це дає підставу у подальших дослідженнях зосередити увагу на аналізі якісних змін у роботі будівельних конструкцій при повторних прикладаннях навантажень.

Напружено-деформований стан споруди з часом змінюється і, в основному, залежить від зміни зовнішніх навантажень і деформацій. Згідно з існуючою на сьогодні методикою розрахунку, повільні зміни навантажень у часі не враховуються, а конструкцію проектують на дію максимального можливого зусилля, яке може з'явитися у процесі експлуатації. У той же час, згадані вище дослідження показали, що навіть повільні (їх ще називають «квазістатичні») зміни навантаження у більшості випадків не тільки кількісно, але і якісно змінюють напружено-деформований стан конструкцій та їх з'єднань. Нехтування цими умовами може призвести до руйнування навіть відносно правильно запроектованих конструкцій.

Необхідність урахування впливу повторних навантажень зростає у зв'язку з широким застосуванням складних статично-невизначених систем, а також із прагненням застосовувати конструкції великих прольотів. Практично усі промислові та цивільні будівлі являють собою багатократно статично невизначені системи. Отож, тут важливо правильно оцінювати перерозподіл зусиль, які можуть суттєво змінюватись при малоциклових навантаженнях у порівнянні з постійними навантаженнями.

Піддатливість вузлів помітно змінює напружено-деформований стан усієї системи. Це в першу чергу впливає на деформації та ступінь перерозподілу зусиль у статично невизначених системах. Перерозподіл зусиль після появи пластичних деформацій та прогресуючого тріщиноутворення, може призвести до передчасного утворення пластичного шарніру при зміні величини навантаження. Тому урахуванням дійсного розподілу зусиль і деформацій при різних режимах навантаження можна отримати економію матеріалів і коштів, підвищити надійність і довговічність споруд.

Наведений огляд конструктивних рішень монолітних і збірних стиків будівель і споруд свідчать про їх велику різноманітність та складний напружено-деформований стан (НДС) в процесі роботи під навантаженням. Картина зміни напружено-деформованого стану стиків суттєво ускладнюється при повторних навантаженнях. Виникають проблеми визначення міцності, тріщиностійкості та деформацій стиків та вузлів, пов'язаних з їхніми конструктивними особливостями, рівнем та способом прикладання навантажень.

У той же час огляд засвідчив, що на сьогодні загального підходу до розрахунку та конструювання стиків і вузлів залізобетонних будівель та споруд немає. Справа ускладнюється, якщо на стики і вузли діють повторні навантаження, які реалізуються практично завжди в процесі експлуатації.

На підставі проведеного аналітичного огляду була визначена мета та поставлені завдання дослідження.

У другому розділі дається аналіз експериментальних досліджень вузлів монолітних залізобетонних рам при короткочасних повторних навантаженнях.

Дослідження підтвердили ефективність застосування сталефібробетону у монолітних вузлах (рис.1). При цьому циклічна міцність збільшується на 60 %, а характер руйнування з крихкого перетворюється на пластичний, що більш сприятливий з точки зору безпеки при складних навантаженнях (наприклад сейсмічних, на підроблюваних територіях, просідання ґрунтів тощо).

Рис. 1. Дослідні зразки серій І (а), ІІ (б), ІІІ (в), IV і V (г) і схеми їх руйнування при монотонному (д) та циклічному (е) навантаженнях

Аналізом досліджень, виконаним для монолітних рамних вузлів встановлено, що повторні навантаження можуть суттєво змінити їх міцність, тріщиноутворення та деформації.

Підтвердженням суттєвого впливу на міцність та деформативність вузлів монолітних залізобетонних рам є результати експериментальних досліджень, проведених Є. М. Бабичем та Н. І. Ільчук у Національному університеті водного господарства та природокористування у м. Рівному при участі автора (рис. 2).

Рис. 2. Конструктивна схема та режими навантаження дослідних рам першої серії

В ригелі рам другої серії (2Р), крім поперечних рам стержнів, які були передбачені для рам першої серії (1Р), встановлювали додатково ще по чотири похилі стержні у зоні можливої появи похилої тріщини.

Влаштування додаткових похилих стержнів у рамах другої серії обумовлено тим, що після появи повторних навантажень рам першої серії спостерігалось одночасне руйнування ригеля рам за нормальним та похилим перерізами. Як показали дослідження, в рамах другої серії руйнування за похилими перерізами не спостерігалось. В рамах другої серії також була збільшена довжина зони анкерування верхньої арматури.

Дослідженнями встановлено, що міцність монолітних рам з точки зору характеру роботи вузлів після повторного навантаження змінюється не тільки кількісно, але і якісно (рис. 3). Так, циклічне прикладання зусиль до ригелів сприяє порушенню анкерування арматури у вузлах рам, що спричиняє передчасне руйнування у порівнянні з рамами, які навантажені монотонними зусиллями до руйнування.

Рис. 3. Характер руйнування рам серій а - 1Р - 1; б - 1Р - 2; в - 1Р - 3; г - 1Р - 4

Руйнування усіх досліджуваних рам починається з утворення пластичного шарніру у ригелі, у середній його частині, між зосередженими силами. Це рівноцінно перетворенню рами у статично визначену, але ще не відповідає її граничному стану, оскільки конструкція ще може сприймати деяке додаткове навантаження.

Як видно з рис. 3, рама серії 1Р-1 зруйнувалися внаслідок вичерпання несучої здатності нормального перерізу між зовнішніми силами, прикладеними до ригеля рами (рис. 3, а). Решта рам серій 1Р-2, 1Р-3, 1Р-4 (рис. 3, б, в, г) зруйнувалися практично однаково за похилими перерізами, які простягалися від початку вузла до місця прикладання зовнішньої сили. При цьому, повторне навантаження різного характеру зменшило міцність рами від 10 до 22 %, що демонструє досить великий вплив повторних навантажень на міцнісні та деформативні властивості зазначеної конструкції.

Як перший варіант про зміну способу руйнування рам було висунуте припущення про недостатнє анкерування поздовжньої арматури. Але при ретельному дослідженні характеру руйнування ця версія була піддана сумніву з кількох причин. По-перше, похила тріщина виникла при двозначній епюрі моменту зі змінним за знаком моментом, тобто висмикування розтягнутої арматури не виникало. По-друге, руйнування відбувається від роздроблення бетону над похилою тріщиною біля грані, стиснутої від дії моменту (рис. 4). По-третє, біля вузла рами, у місці роздроблення бетону, внаслідок дуже малої її області, можливе значне перевищення напруження у порівнянні з рівнем, який був прикладений зовнішнім навантаженням.

Зміна міцності вузла може відбуватися за рахунок багатьох чинників. Основними чинниками зменшення міцності і вузла у цілому слід вважати зниження міцності бетону на стиск (рис. 5) або розтяг, або настання малоциклової втомленості для високих напружень особливо у локальних зонах при повторних навантаженнях. Міцність перерізів вузлів може також знижуватися внаслідок недостатнього зчеплення робочої арматури. Таке явище характерне для випадку армування новими видами арматури серповидного профілю з бетоном при недостатній довжині анкерування.

Рис. 4. До розрахунку міцності похилих перерізів за поперечною силою: а - схема руйнування; б - зусилля, які діють у блоку елемента, відділеного похилою тріщиною

Рис. 5. Закономірність зниження міцності бетону при повторних навантаженнях

Показано можливість врахування зниження поперечного зусилля Q_b, що сприймається бетоном пропорційно зменшенню R_b при повторних навантаженнях за допомогою коефіцієнта k₁, що може дорівнювати 0,8; 0,7; 0,6:

.(3)

При проектуванні рамних вузлів, які сприймають повторні навантаження, треба ретельно аналізувати можливий характер руйнування вузлів, спираючись на дані досліджень.

Розрахунок рамних вузлів на ЕОМ дає вельми наближену картину, яка дуже відрізняється від реальної. Характер розподілення зусиль і напружень у рамі з монолітними вузлами надає можливість визначити небезпечні перерізи з точки зору руйнування конструкції. У той же час, наприклад, прогини рами, навіть обчислені за нелінійним розрахунком у геометрично нелінійній постановці показують результати, які у порівняно з експериментом менші у 3-5 разів (рис. 6, 7).



Рис. 6. Результати розрахунку за ЕОМ: а) епюри зусиль у арматурі рами, б) зміна модуля пружності у бетонних призмах, в) деформація пружної рами



Рис. 7. Поля напружень у тілі бетону рами: а) при лінійному розрахунку, б) при нелінійному розрахунку

У третьому розділі розглянуто стикування плоских збірних залізобетонних елементів, роботу збірно-монолітних дисків перекриття у своїй площині, а також вплив знакозмінних навантажень на міцність і деформації шпонкових стиків стінових панелей.

Дослідження підтвердили надійність збірно-монолітної конструкції перекриття та доцільність її використання при зведенні будівель і споруд, які зазнають горизонтальні повторні навантаження. Конструкції мають підвищену міцність, тріщиностійкість та додаткову деформативність за рахунок піддатливих стиків.

Результати експериментальних досліджень засвідчили, що повторне циклічне навантаження експлуатаційного рівня (біля 60 % від руйнівного) у обсязі 12 циклів не знижує міцності диску перекриття у порівнянні з міцністю при монотонному навантаженні.

У монолітних стволах та розтягнутих зонах стиків при експлуатаційних навантаженнях виникають ділянки пластичного деформування, які суттєво підвищують загальні деформації фрагментів. Це підтверджує необхідність армування стволів за розрахунком (рис. 8).

Рис. 8. Конструкція перекриття: 1 - багатопорожнинна плита; 2 - отвір для нагнітання бетонної суміші; 3 - порожнинний ствол; 4 - арматурний каркас; 5 - бетон замонолічування ствола; 6 - антисейсмічний пояс

Величина додаткових деформацій досягає 50 % загальних деформацій конструкції. При змінному та знакозмінному навантаженні накопичується залишкові переміщення, які за 12 циклів змінного навантаження одного знаку становлять 0,24 мм, а за 10 циклів знакозмінного навантаження - 0,66 мм (рис. 9).

Результати експериментальних досліджень показали, що відносні переміщення конструкції у стадії експлуатації становлять не більше 1/1170, а на останньому перед руйнуванням ступені - не більше 1/800. Це свідчить про достатню жорсткість балок-стінок.

Рис. 9. Характер руйнування дослідних зразків: а - ФСС; б - ФССМ-1,2; в - ФССМ-3,4; г - БССМ-1,2; д - БССМ-3,4; е - БССМ-5,6; 1 - зона руйнування

Як показують результати експериментальних досліджень незамонолічених стиків, вони виявили приблизно у 2 рази нижчу міцність у порівнянні із замоноліченими стиками, що свідчить про необхідність заповнення шпонок монолітним бетоном.

Дослідження фрагментів вертикальних шпонкових з'єднань стінових панелей цокольних поверхів показали вплив способів навантаження на їх міцність деформативність, та рівень тріщиноутворення (рис. 10). В залежності від того, які зусилля переважають (зсув або згин), міцність конструкції може відрізнятися у межах (15…20) %.

Рис. 10. Розвиток тріщин фрагментів в зразках № 16: 1, 2, 3, 4 - номера тріщин в порядку їх появи; а, б, в, г, д - відповідають номерам циклів завантаження 1…5.

Характер тріщиноутворення у зразках, які навантажені циклічним навантаженням одного або двох знаків практично зростають залишкові деформації після зняття навантаження. Після трьох-чотирьох циклів навантаження експлуатаційного рівня (0,6…0,7 від руйнівного) напружено-деформований стан стикового з'єднання стабілізується: тріщини не розвиваються, деформації практично не змінюються. Це свідчить про пристосування системи.

Вплив повторних навантажень на напружено-деформований стан системи «стінові панелі-шпонкові стики» можливо ураховувати, використовуючи ОК ЛИРА з використанням методу активного навантаження з лінійною гілкою розвантаження (рис. 11). У цьому випадку при розвантаженні можливе урахування закриття тріщин і накопичення пошкоджень у елементі при повторних навантаженнях одного та двох знаків.

Рис. 11. Розвиток тріщин в зразках розрахункової моделі

Результати числових досліджень показали достатньо високий ступінь збіжності з експериментальними даними.

У четвертому розділі виконаний аналіз та дослідження роботи стиків перекриттів багатоповерхових монолітних будівель. Показано розвиток конструкції монолітного та збірно-монолітного безбалкового безкапітельного перекриття, а також методи розрахунку монолітних багатоповерхових будівель з безбалковими перекриттями.

За результатами аналізу конструктивних рішень сучасних найбільш поширених багатоповерхових будівель встановлено, що на сьогоднішній день знайшли найбільше використання каркасно-стінові конструктивні схеми. Для таких конструкцій характерні безбалкові безкапітельні перекриття, які вимагають підсилення зони опирання плити безбалкового перекриття на колону.

Прийняття такого конструктивного рішення поставило задачу дослідження досить складного напружено-деформованого стану зазначених монолітних вузлів.

Узагальнення конструктивних рішень безкапітельних примикань колон до плит перекрить дозволило виявити найбільш вдалі з них. Ці рішення, як правило, містять сильно армовані або металеві ділянки плит, які безпосередньо примикають до колон. Такі стики є найбільш раціональними та надійнішими.

Статичні розрахунки монолітних безбалкових і безкапітельних плит, як правило, розраховують використанням потужних вітчизняних програмних комплексів, таких як ЛИРА, SCAD та ін. Як основний метод розрахунку складних систем, включаючи сходово-ліфтові блоки, пілони і безбалкові перекриття, використовують метод скінчених елементів. Такий підхід дозволяє ураховувати сумісну роботу усіх елементів будівлі та його форму в плані, яка може бути досить складною.

Для уникнення деяких недоліків методу скінчених елементів, таких, як зростання розмірності вирішуваних задач при згущенні сіток розбивання на скінчених елементи та втрати точності у місцях змінення жорстокості, будують ізолінії рівних напружень, змінення площ армування відповідно заданим конструктором діаметром і кроком арматури. Але, на жаль не в усіх обчислювальних комплексах таке програмне забезпечення існує.

Наприклад, у місці сходження вертикального стержня та оболонкового елемента, які моделюють місце з'єднання колони з плитою перекриття, виникає різкий стрибок поля напружень. Внаслідок цього при підборі арматури у цьому місці буде також великий стрибок підібраної площі арматури, що набагато перевищує реальну потребу, навіть з урахуванням продавлювання плити.

На рис. 12 представлено різні варіанти стику колони з плитою, що змодельований у вигляді стержневого і плитних елементів.

Рис. 12. Моделювання стику колони з плитою. Примикання колони до плити перекриття: а) безпосередньо; б) за допомогою похилих стержнів; в) за допомогою стержнів підвищеної жорсткості у «тілі» плити; г) за допомогою об'ємних елементів; д) за допомогою абсолютно жорсткого тіла

На рис. 13 показано поле напружень у плиті при різних схемах моделювання стику колони з плитою.

Причому максимальні значення напружень, що наведені у шкалі, реалізовані саме у місці безпосереднього стику колони з плитою, яке показано на рис. 13, а.

Рис. 13. Напруження у плиті: а) стик згідно рис. 12, а; б) стик згідно рис. 12, б; в) стик згідно рис. 12, в; г) стик згідно рис. 12, г; д) стик згідно рис. 12, д

Експериментальні дослідження продавлювання плит перекрить або фундаментів свідчать про те, що утворення тіла (або піраміди) продавлювання відбувається значно пізніше утворення і розкриття тріщин у розтягнутій зоні. До продавлювання нижньої площини спостерігають утворення і розкриття нормальних та похилих тріщин. З цього випливає, що руйнування стику колон з плитою відбувається внаслідок вичерпання міцності бетону стиснутої зони від роздроблення або зсуву (рис. 14).

Рис. 14. Розрахункові моделі продавлювання: а - за методикою, викладеною у нормах Білорусії; б - за СНиП; при и = 45; Єврокодом при и =26.6⁰ ; в - за нормами Росії

Оцінена роль нагельного ефекту від повздовжньої арматури плити. Встановлено, що нагельний ефект може скласти більше 20 % від загального опору зрізу плити. перекриття фундамент стик збірний

Гранична поперечна сила, яку сприймає переріз, не є результатом простої суперпозиції зусиль зчеплення і нагельного ефекту. Нагельне зусилля визначається зі схеми деформування окремого стержня у бетонному масиві (рис. 15). Нагельний ефект арматури залежить від багатьох параметрів, таких як товщина захисного шару, діаметра стержня, довжини анкерування, якості бетону, способу навантаження.

Рис. 15. Модель нагельного ефекту: 1 - порушення зчеплення; 2 - пластичний шарнір у арматурі; 3 - напруження зчеплення; 4 - зусилля зминання у бетоні

Для бетонів нормальної міцності і нагельне зусилля балкових елементів можна визначити за формулою

,(4)

де - коефіцієнт який ураховує вплив осьового зусилля у поздовжній арматурі на величину нагельного зусилля, - жорсткість нагеля, яку визначають через коефіцієнти жорсткості , - вертикальна компоненти переміщень поверхні тріщин на рівні центру ваги поздовжньої розтягнутої арматури.

Згідно з прийнятими уявленнями після утворення у арматурі (нагелі) пластичного шарніру (див. рис. 15) розкриття тріщин відбувається за рахунок механічного зчеплення, а поперечна арматура практично не чинить обмежуючого впливу на вертикальні переміщення.

Встановлено вкрай обмежений обсяг досліджень впливу повторних навантажень при продавлюванні плит колонами. Це не дає змогу визначити реальні значення міцності та деформацій стиків при повторних навантаженнях.

ВИСНОВКИ

1. Визначена доцільність використання методів теорії надійності для призначення найбільш небезпечних рівнів та характеру прикладених до будівельних конструкцій навантажень.

2. Встановлено, що змінення міцності, тріщиностійкості та деформації монолітних залізобетонних рамних вузлів обумовлено багатьма чинниками. Основними чинниками зниження міцності вузла слід вважати зниження міцності бетону на стиск або на розтяг, настання малоциклової втомленості у локальних зонах вузла, особливо при повторних навантаженнях високого рівня. Несуча здатність вузла може бути вичерпана внаслідок недостатньої довжини анкерування, що відбувається часто при використанні арматури серпуватого профілю.

3. При проектуванні залізобетонних рамних вузлів які сприймають повторні навантаження, треба ретельно аналізувати напружено-деформований стан вузла на основі наявних експериментальних даних, оскільки розрахунки таких вузлів на існуючих програмних комплексах дають результати, які суттєво відрізняються від реальної картини із-за того, що не враховується ціла низка важливих факторів реального НДС.

4. Збірно-монолітні стіни плоских залізобетонних конструкцій плит перекрить та стінових панелей, які зазнають повторних зусиль у своїй площині при відповідному конструюванні мають міцність, тріщиностійкість та деформативність, достатню для надійної експлуатації у складних умовах дії особливих навантажень: сейсмічних, від підроблювання території, осідань, зсувів тощо.

5. Вплив повторних навантажень на напружено-деформований стан системи «панелі-шпонкові стики» можливо урахувати, використовуючи сучасні обчислювальні комплекси для ЕОМ з використанням методу активного навантаження з лінійною гілкою розвантаження.

6. Проаналізовані та узагальнені конструктивні рішення безкапітельних примикань колон до плит перекрить. Експериментальні дослідження продавлювання плит перекрить або ростверків свідчать про те, що утворення піраміди продавлювання відбувається значно пізніше за утворення і розкриття нормальних та похилих тріщин. З цього випливає, що руйнування стику колон з плитою відбувається не внаслідок продавлювання, а за нормальними або похилими перерізами.

7. Встановлено, що конструкції безригельных перекрить з сильно армованими або металевими ділянками плит, які безпосередньо примикають до колон є найбільш раціональними та надійними.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Скорук Т. В. Деякі міркування про класифікацію навантажень / Т. В. Скорук // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди : зб. наук. праць. - Рівне : УДУВГП, 2007. - Вип.15. - С.246-251.

2. Барашиков А. Я. Вплив повторних навантажень на міцність та деформації монолітних рамних вузлів / А. Я. Барашиков, Т. В. Скорук // Будівельні конструкції : міжвідомчий наук. - тех. зб. наук. праць. - К. : НДІБК, 2007. - Вип. 67. - С. 78-85.

3. Скорук Л. М. Робота безбалкового монолітного залізобетонного перекриття при запроектних навантаженнях / Л. М. Скорук, Т. В. Скорук, О. М. Скорук // Будівельні конструкції : міжвідомчий наук. - тех. зб. наук. праць. - К. : НДІБК, 2008. - Вип. 70. - С. 166-173.

4. Барашиков А. Я. Вплив повторних навантажень на характер руйнування залізобетонних рам / А. Я. Барашиков, Ю. А. Климов, Т. В. Скорук, Н. І. Ільчук // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди : зб. наук. праць. - Рівне : УДУВГП, 2009. - Вип. 18. - С. 137-145.

В спільних роботах [2-4] дисертантом виконані чисельні дослідження, обробка даних та побудова графіків.

АНОТАЦІЯ

Скорук Т. В. Робота вузлів і стиків залізобетонних будівель при повторних навантаженнях. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Київський національний університет будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України. - Київ, 2010.

Розглянуті вузли і стики залізобетонних будівель і споруд за конструктивними рішеннями та характером їхньої роботи.

Визначена доцільність використання методів теорії надійності для призначення найбільш небезпечних рівнів та характеру прикладених до будівельних конструкцій навантажень.

Аналізом досліджень, виконаним для монолітних рамних вузлів встановлено, що повторні навантаження можуть суттєво змінити їх міцність, тріщиноутворення та деформації.

Підтверджена ефективність застосування сталефібробетону у монолітних вузлах. При цьому збільшується циклічна міцність вузла, а характер руйнування з крихкого перетворюється на пластичний.

Встановлено, що змінення міцності, тріщиностійкості та деформації монолітних залізобетонних рамних вузлів обумовлено багатьма чинниками. Основними чинниками зниження міцності вузла слід вважати зниження міцності бетону на стиск або на розтяг, настання малоциклової втомленості у локальних зонах вузла, особливо при повторних навантаженнях високого рівня. Несуча здатність вузла може бути вичерпана внаслідок недостатньої довжини анкерування, що відбувається часто при використанні арматури серпуватого профілю.

При проектуванні залізобетонних рамних вузлів які сприймають повторні навантаження, треба ретельно аналізувати напружено-деформований стан вузла на основі наявних експериментальних даних, оскільки розрахунки на ЕОМ дають результати, які суттєво відрізняються від реальної картини.

Підтверджена надійність збірно-монолітної конструкції перекриття та доцільність її використання при зведенні будівель і споруд, які зазнають горизонтальні повторні навантаження. Конструкції мають підвищену міцність, тріщиностійкість та додаткову деформативність за рахунок піддатливих стиків.

Збірно-монолітні стіни плоских залізобетонних конструкцій плит перекрить та стінових панелей, які зазнають повторних зусиль у своїй площині при відповідному конструюванні мають міцність, тріщиностійкість та деформативність, достатню для надійної експлуатації у складних умовах дії особливих навантажень: сейсмічних, від підроблювання території, осідань, зсувів тощо.

Вплив повторних навантажень на напружено-деформований стан системи «панелі-шпонкові стики» можливо урахувати, використовуючи сучасні обчислювальні комплекси для ЕОМ з використанням методу активного навантаження з лінійною гілкою розвантаження.

Проаналізовані та узагальнені конструктивні рішення безкапітельних примикань колон до плит перекрить. Експериментальні дослідження продавлювання плит перекрить або ростверків свідчать про те, що утворення піраміди продавлювання відбувається значно пізніше за утворення і розкриття нормальних та похилих тріщин. З цього випливає, що руйнування стику колон з плитою відбувається не внаслідок продавлювання, а за нормальними або похилими перерізами.

Встановлено, що конструкції безригельных перекрить з сильно армованими або металевими ділянками плит, які безпосередньо примикають до колон є найбільш раціональними та надійними.

Оцінена роль нагельного ефекту від повздовжньої арматури плити. Встановлено, що нагельний ефект може скласти більше 20 % від загального опору зрізу плити.

Встановлено вкрай обмежений обсяг досліджень впливу повторних навантажень при продавлюванні плит колонами. Це не дає змогу визначити реальні значення міцності та деформацій стиків при повторних навантаженнях.

Ключові слова: вузли і стики залізобетонних будівель, напружено-деформований стан, повторні навантаження, порівняння експериментальних та теоретичних даних.

Скорук Т. В. Работа узлов и стыков железобетонных зданий при повторных нагрузках. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения. - Киевский национальный университет строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины. - Киев, 2010.

Рассмотрены узлы и стыки железобетонных зданий и сооружений за конструктивными решениями и характером их работы.

Определена целесообразность использования методов теории надежности для назначения наиболее опасных уровней и характера приложенных к строительным конструкциям нагрузок.

Анализом исследований, выполненным для монолитных рамных узлов установлено, что повторные нагрузки могут существенно изменить их прочность, трещинообразование и деформации.

Подтверждена эффективность применения сталефибробетона в монолитных узлах. При этом увеличивается циклическая прочность узла, а характер разрушения из хрупкого превращается в пластический.

Установлено, что изменение прочности, трещиностойкости и деформации монолитных железобетонных рамных узлов обусловлено многими факторами. Основными факторами снижения прочности узла следует считать снижение прочности бетона на сжатие или на растяжение, наступления малоцикловой усталости в локальных зонах узла, в особенности при повторных нагрузках высокого уровня. Несущая способность узла может быть исчерпана вследствие недостаточной длины анкеровки, что происходит часто при использовании арматуры серповидного профиля.

При проектировании железобетонных рамных узлов которые воспринимают повторные нагрузки, надо тщательно анализировать напряженно-деформированное состояние узла на основе имеющихся экспериментальных данных, поскольку расчеты на ЭВМ дают результаты, которые существенно отличаются от реальной картины.

Подтверждена надежность сборно-монолитной конструкции перекрытия и целесообразность ее использования при возведении зданий и сооружений, которые испытывают горизонтальные повторные нагрузки. Конструкции имеют повышенную прочность, трещиностойкость и дополнительную деформативность за счет податливых стыков.

Сборно-монолитные стены плоских железобетонных конструкций плит перекрытий и стеновых панелей, которые испытывают повторные усилия в своей плоскости при соответствующем конструировании имеют прочность, трещиностойкость и деформативность, достаточную для надежной эксплуатации в сложных условиях действия особых нагрузок: сейсмических, от подработки территории, осадок, сдвигов и т. п.

Влияние повторных нагрузок на напряженно-деформированное состояние системы «панеле-шпоночные стыки» возможно учесть, используя современные вычислительные комплексы для ЭВМ с использованием метода активной нагрузки с линейной ветвью разгрузки.

Проанализированы и обобщены конструктивные решения безкапительных примыканий колонн к плитам перекрытий. Экспериментальные исследования продавливания плит перекрытий или ростверков свидетельствуют о том, что образования пирамиды продавливания происходит значительно позже, чем образование и раскрытие нормальных и наклонных трещин. Из этого следует, что разрушения стыка колонн с плитой происходит не вследствие продавливания, а за нормальными или наклонными сечениями.

Установлено, что конструкции безригельных перекрытий с сильно армированными или металлическими участками плит, которые непосредственно примыкают к колоннам есть наиболее рациональными и надежными.

Оценена роль нагельного эффекта от продольной арматуры плиты. Установлено, что нагельный эффект может составить больше 20 % от общего сопротивления среза плиты.

Установлен крайне ограниченный объем исследований влияния повторных нагрузок при продавливании плит колоннами. Это не дает возможность определить реальные значения прочности и деформаций стыков при повторных нагрузках.

Ключевые слова: узлы и стыки железобетонных зданий, напряженно-деформированное состояние, повторные нагрузки, сравнение экспериментальных и теоретических данных.

Skoruk Т. V. Behaviour of reinforced-concrete building connections and joints of under repeated loads. - Manuscript.

Thesis for application of scientific degree of the candidate of technical sciences by specialty 05.23.01 - Building structures, buildings and construction. - The Kyiv National University of Construction and Architecture. - Kyiv, 2010.

Design and performance of reinforced-concrete building connections and joints are proposed.

Appropriateness оf application of theory of reliability methods for designation the most dangerous levels and loading condition applied to building structures is defined.

By test analysis of monolithic frame joints is ascertained that repeated loads can appreciably change their durability, crack formation and deformation.

It is ascertained that changing of durability, crack formation and deformation of monolithic frame joints depend on a lot of factors. Basic factors of stress reduction of joint should be considered concrete stress reduction on compressive resistance or tensile strength, approaching low-cycle fatigue in local zone of joint, specially under high level repeated loads.

Design of colon joining to floor slabs without chapiter are analised and colligated. Experimental investigation of floor slabs piercing or grillage capping show that formation pyramid piercing occurs appreciably subsequently than cracking and crack opening of inclined and normal cracks. Results from this that breaking colon splice with slab occurs not in consequence of piercing but along inclined and normal cracks.

Key words: reinforced-concrete building connections and joints, deflected mode, repeated loads, comparison of the experimental and theoretical result.

Размещено на Allbest.ru

...