Напружено-деформований стан та міцність сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом

Размещено на http://allbest.ru

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Напружено-деформований стан та міцність сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

балка залізобетонний напружений деформований

Актуальність теми. Одним із основних завдань будівельної галузі в Україні є скорочення термінів виробництва продукції та зменшення енерго- і трудозатрат 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 і ефективніші методи будівництва з меншою трудомісткістю та енергозатратами, а також створюючи нові прогресивні конструктивні елементи (форми, перерізи), які б задовольняли вимоги зменшення витрат матеріалів, маси як окремих несучих конструкцій, так і будівель у цілому. Зазвичай цю задачу вирішують, використовуючи високоміцні й ефективні матеріали, створюючи нові конструктивні форми перерізів. На сьогодні конструктивні рішення форм перерізів, видів арматурних каркасів і методи розрахунку залізобетонних конструкцій із традиційним стержневим армуванням досягли такого рівня розвитку, що подальше їх удосконалення не дає суттєвої економії сталі та бетону.

Одним із можливих шляхів зменшення матеріало- та трудомісткості, підвищення несучої здатності несучих конструкцій є раціональне поєднання прокатних або зварних сталевих елементів із залізобетонним тілом (масивом). Це дає можливість зменшити трудо- й енергозатрати на виготовлення і одержати відповідний приріст міцності та жорсткості за рахунок раціонального розміщення різних складових комплексної конструкції. Таке поєднання знайшло застосування у сталезалізобетонних двотаврових балках із залізобетонним верхнім поясом, де розтягуючі зусилля сприймаються сталевим елементом (тавром або двотавром), а стискаючі - верхньою залізобетонною поличкою. При використанні сталевого таврового елемента зменшується кількість сталі у стиснутій частині перерізу та значно спрощується процес виготовлення таких конструкцій, стиснута залізобетонна поличка порівняно зі сталевою не втрачає стійкість.

Але до цього часу не вирішена проблема проектування цих конструкцій, яка полягає у визначенні кількості арматури у стиснутій залізобетонній поличці, розмірів поперечного перерізу та способів з'єднання двох складових комплексної конструкції, що були б простими й економічними у виготовленні та надійними в експлуатації. Для підвищення ефективності і більш широкого розповсюдження двотаврових сталезалізобетонних балок необхідне розроблення теорії і методів їх розрахунку.

Таким чином, дослідження згинальних сталезалізобетонних двотаврових елементів із залізобетонним верхнім поясом викликає практичний і науковий інтерес.

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 „Розвиток методів розрахунку та проектування будівельних конструкцій”.

Мета роботи - запропонувати нові типи сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом, розробити рекомендації по їх розрахунку і проектуванню на основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень.

Задачі досліджень:

1. Розробити конструкції сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом.

2. Експериментально дослідити особливості роботи балок із використанням різних типів з'єднання залізобетонної полички зі сталевим тавровим елементом.

3. Виявити закономірності зміни напружено-деформованого стану балки при дії згинального моменту, поперечної сили, сумісної дії згинального і крутного моментів та дії малоциклового навантаження.

4. Дослідити характер руйнування балок при дії згинального моменту, поперечної сили, сумісної дії згинального і крутного моментів та дії малоциклового навантаження.

5. Розробити аналітичні та чисельні методи оцінювання напружено-деформованого стану й методику розрахунку міцності досліджуваних конструктивних елементів.

6. Упровадити результати досліджень у практику проектування і будівництва.

Об'єкт дослідження - сталезалізобетонні двотаврові балки із залізобетонним верхнім поясом.

Предмет дослідження - напружено-деформований стан і міцність сталезалізобетонних балок при навантаженні.

Методи дослідження - експериментальні та теоретичні дослідження напружено-деформованого і граничного станів сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Створені нові форми сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом, в яких забезпечується сумісна робота залізобетонної полички і сталевого тавра.

2. Визначені експериментально впливи різних нових типів з'єднання залізобетонної полички зі сталевим тавровим елементом на несучу здатність та деформативність досліджуваних конструкцій.

3. Отримані нові результати експериментально-теоретичних досліджень напружено-деформованого стану сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом.

4. Запропоновані методики оцінювання напружено-деформованого стану згинальних елементів з урахуванням композитної структури поперечного перерізу та з використанням методу граничної рівноваги і деформаційної моделі.

5. Розроблені рекомендації щодо розрахунку міцності сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом.

Практичне значення отриманих результатів:

1. Розроблені нові конструкції балок із жорстким армуванням.

2. Запропоновані нові типи з'єднання залізобетонної полички зі сталевим тавром.

3. Надані пропозиції щодо виготовлення та методів розрахунку і конструювання сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом.

4. Здійснене проектування несучих згинальних конструкцій, що складаються із залізобетонної плити та сталевого тавра.

5. Запропоновані для впровадження в будівництво несучі конструкції, які працюють на згин.

Особистий внесок здобувача:

1. Запроектовані й виготовлені експериментальні зразки сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом, в яких спільна робота залізобетонної полички і сталевого таврового елемента забезпечується за допомогою анкерних пристроїв.

2. Розроблені нові типи з'єднання залізобетонної полички зі сталевим тавровим елементом.

3. Здійснений аналіз і оформлені результати експериментальних досліджень.

4. Розроблені методики розрахунку запропонованих балок.

Апробація результатів роботи. Результати експериментально-теоретичних досліджень доповідались і обговорювались на П'ятій всеукраїнській науково-технічній конференції „Науково-технічні проблеми сучасного залізобетону” (м. Полтава) у 2007 році, на науковій конференції „Сучасні проблеми проектування, будівництва та експлуатації споруд на шляхах сполучення” (м. Київ) у 2007 році, на Сьомому міжнародному симпозіумі „Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій” (м. Київ) у 2007 році, на IX Українській науково-технічній конференції „Металеві конструкції сьогодення та перспективи розвитку” (м. Київ) у 2008 році, на Восьмій науково-технічній конференції „Сталезалізобетонні конструкції: дослідження, проектування, будівництво, експлуатація” (м. Кривий Ріг) у 2008 році, на 56 - 60 наукових конференціях Полтавського НТУ в 2004 - 2008 роках.

Публікації. По темі дисертаційної роботи опубліковано 11 праць, в тому числі 6 у фахових збірниках, 4 авторські свідоцтва і монографія у співавторстві.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків і додатків. Роботу виконано на 197-ми сторінках машинописного тексту. Крім основного тексту на 128-ми стор., дисертація містить 87 рисунків, 16 таблиць та 14 сторінок додатків. Список використаних джерел складається із 210 найменувань на 22 сторінках.

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 висвітлені особливості сталезалізобетонних балок із жорстким армуванням, проведений аналіз їх розвитку, окреслені передумови розрахунку, сфери застосування та способи об'єднання сталевої складової із бетонною з їх перевагами та недоліками.

Питання досліджень і теорій розрахунків сталезалізобетонних конструкцій із різним армуванням та пов'язаних з ними комбінованих конструкцій розглянуті в роботах Ю.Г. Аметова, О.Я. Берга, О.О. Гвоздєва, Г.А. Генієва, О.А. Долженка, М.Ю. Ізбаша, В.І. Єфіменка, О.І. Кікіна, Ф.Є. Клименка, Л.К. Лукші, Г.П. Передерія, В.А. Росновського, Р.С. Санжаровського, О.В. Семка, Л.І. Стороженка, В.М. Сурдіна, М.М. Стрелецького, В.А.Трулля, Е.Д. Чихладзе, О.Л. Шагіна, В.М. Фонова, Ю.М. Фабрики, Ю.Г. Аметова та інших.

Порівняно із перекриттями зі сталевими балками сталезалізобетонні конструкції за рахунок включення в роботу залізобетонної плити дозволяють зменшити переріз стиснутого пояса сталевої балки.

Відкрита частина прокату дозволяє спростити конструктивне рішення підсилення сталезалізобетонних конструкцій при збільшенні корисного навантаження, а також використовувати прокат в якості закладних деталей, кріплення різних комунікацій і обладнання.

Другий розділ присвячений особливостям запропонованих сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом та конструюванню дослідних зразків-балок і технології їх виготовлення, визначенню фізико-механічних властивостей прийнятих матеріалів (бетону і сталі) та розробленню методики проведення випробувань. з'єднань залізобетонної полички зі сталевим тавровим елементом та конструкція комплексних балок у цілому. Загальна кількість дослідних балок - 16. Усі зразки (рис. 2) являють собою двометрові двотаврові балки висотою 185 мм, що утворені залізобетонною поличкою із поперечним розміром 180Ч55 мм (запланований клас бетону В 40) і сталевим тавровим елементом - прокатний двотавр №16 із зрізаною верхньою поличкою. У тілі залізобетонної полички міститься арматурна сітка з розміром комірки 70Ч40 мм (арматурний дріт Вр-1, Ш 4 мм), товщина захисного шару становить 5 - 7 мм. По краях кожної балки приварені опорні ребра розмірами 190Ч81Ч8 мм, які сприймають зсувні зусилля разом із анкерами. Відрізняються зразки один від одного типами з'єднання залізобетонної полички зі сталевим тавром: г- та петлеподібні, які приварені до стінки тавра із кроком 100 мм; анкерів у вигляді ламаної та ребер. Перші три виготовлені з арматури класу А-І Ш 6 мм, а останній із фасонного листа товщиною 4 мм, у верхній частині кожного ребра перпендикулярно приварені арматурні стержні Ш 4 мм, довжиною 240 мм. Встановлені ребра в шаховому порядку по обидва боки стінки тавра із кроком 500 мм.

Щодо анкерів у вигляді ламаної, то тут кількість стержнів, які працюють на зріз від зсувного зусилля, дорівнює кількості стержнів у г- та петлеподібних анкерах, приварені вони також у шаховому порядку.

Особливістю виготовлення сталезалізобетонних балок двотаврового перерізу є те, що для бетонування верхнього залізобетонного поясу вони встановлюються в перевернутому положенні (рис. 3). При цьому заздалегідь підготовлену арматурну сітку вкладають в опалубку, потім сталевий елемент балки у вигляді тавра з привареними анкерами встановлюють у перевернутому положенні на бетонні підкладки, які забезпечують утворення захисного шару. При цьому конструкція анкерів повинна фіксувати положення тавра. Після цього проводиться бетонування верхнього поясу з послідуючим ущільненням на вібраційному столі.

Згідно з програмою експериментальних досліджень вивчалася зміна напружено-деформованого стану дослідних зразків при дії згинального моменту, поперечної сили, сумісної дії згинального і крутного моментів та дії малоциклового навантаження. Характеристики дослідних зразків наведені в табл. 1.

Випробування проводилися за схемою однопролітної вільно обпертої балки, навантаженої двома або однією зосередженою силою. Розрахунковий проліт балок складав 1940 мм. Під час проведення експериментальних досліджень напружено-деформованого стану зразків на дію згинального моменту (серія Б 1) відмічались характерні особливості розподілення деформацій по висоті перерізу і ширині поличок, а також інтенсивність росту прогинів та характери руйнування. Відносні поздовжні деформації по висоті та ширині елементів із метою виключення зусиль зсуву вимірювалися в зоні чистого згину, яка становила 500 мм, за допомогою електротензорезисторів, для контролю деформацій у найбільш стиснутих і розтягнутих волокнах зразка встановлювалися індикатори годинникового типу. Вертикальні переміщення зразків у процесі навантаження фіксувалися за допомогою прогиноміра.

Випробування зразків на дію поперечної сили (серія Б 2) проводилися за аналогічною схемою, тільки змінювалася зона чистого згину шляхом збільшення відстані між зосередженими силами до 1000 мм, плече зрізу при цьому становило 470 мм. До вимірювальних приладів добавлялись розетки із тензорезисторів, що наклеювалися на стінку балки у приопорній зоні.

Досліджуючи балки на сумісну дію згинального та крутного моментів, зразки (серія Б 3) завантажувалися однією силою посередині прольоту, зміщеною відносно стінки на 50 мм, зусилля передавалось через подвійний шарнір, який не перешкоджав поворотам відносно осей, паралельних поздовжній та поперечній осям балки, площина опирання шарніра становила 240Ч40 мм.

Таблиця 1. Характеристика експериментальних зразків

Схема розміщення вимірювальних приладів така ж, як і для першого випадку, тільки добавлялись два прогиноміра, які заміряли вертикальні переміщення верхньої полички відносно нижньої.

При дослідженні на дію малоциклового навантаження (серія Б 4) використовувалася схема завантаження і розміщення вимірювальних приладів така, як і при дослідженні на дію згинального моменту. Із цих досліджень бралася несуча здатність балок-близнюків і використовувалася для вибору верхньої межі навантаження, близької до руйнівної, - 0,75 M_u та 0,9 M_u. При завантаженні досліджуваних конструкцій навантаженням, більшим ніж 0,7 M_u, у зразках спостерігався прояв пластичних деформацій, який зі збільшенням кількості циклів поступово згасав, після відновлення пружної роботи збільшення кількості циклів припинялось, а зразки доводилися до руйнування.

У третьому розділі дисертації подані результати проведення досліджень напружено-деформованого стану та міцності дослідних балок-зразків.

Відповідно до прийнятої методики проведення досліджень несучої здатності і деформативності експериментальних зразків на дію згинального моменту вимірювання деформацій проводилося в зоні чистого згину. У результаті випробувань отримані діаграми розподілу деформацій по висоті перерізу. Усі зразки незалежно від типу з'єднання залізобетонної полички зі сталевим тавровим елементом на початкових стадіях навантаження носили пружний характер як у стиснутій, так і в розтягнутій зонах поперечного перерізу згинального елемента. Поява пластичних деформацій у нижньому розтягнутому поясі (сталева поличка тавра) спостерігалась при навантаженнях, що складали 60 - 65% від руйнівного, згинальний момент при цьому дорівнював 25 - 27 кНм. Прояв пластичної роботи балки в цілому спостерігався при навантаженнях 70 - 75% від максимального, згинальний момент дорівнював 30 - 33 кНм.

При проведенні випробувань особлива увага приділялась перевірці сумісної роботи сталевої та залізобетонної складових комплексних балок. На всіх епюрах розподілу деформацій по висоті нормального перерізу у місцях переходу сталевої стінки у залізобетонну поличку видно стрибки. Їх можна пояснити неоднорідністю будови бетонного тіла - наявністю крупного заповнювача біля поверхні, де були наклеєні тензорезистори, наприклад на рис. 6, величина стрибків на всіх ступенях завантаження для балки Б 1.2 становить =(10 - 12)10^-5 відносних одиниць і (2 - 4)10^-5 для Б 1.3 із більшими значеннями у сталевій стінці. У балці Б 1.4 деформації у стінці дещо менші, ніж у поличці, тому що тензорезистор на стінці розташований ближче до нейтральної лінії. Залежність прогинів від величини згинального моменту зображена на рис. 7.

В усіх зразках серії Б 1 руйнування проходило майже однаково, характеризуючись різким збільшенням прогинів і руйнуванням верхнього стиснутого поясу на середній ділянці між точками прикладання навантаження (рис. 8). Крихке руйнування зразків не відмічалось, а навпаки, проходило пластично, що характерно для сталевих конструкцій.

Після завершення випробувань кожен зразок ретельно оглядався, особлива увага приділялась місцю переходу сталевої стінки у залізобетонну поличку. На їх межі ніяких суттєвих порушень зв'язку не було, що свідчить про сумісну роботу двох складових комплексної балки.

При дослідженні експериментальних балок на дію поперечної сили (серія Б 2) характер розподілу поздовжніх деформацій у зоні чистого згину та прогинів такий же, як і в зразків серії Б 1. На розподіл поздовжніх деформацій на плечі зрізу в приопорній зоні значний вплив спричинює жорстке опорне ребро, яке викликає деформації розтягу по всій висоті стінки.

При дослідженні балок на дію поперечної сили та сумісної дії згинального і крутного моментів (серія Б 3) також не виявлено порушень зв'язку залізобетонної полички зі сталевим тавровим елементом. Фізичне руйнування у балках серії Б 2 відбувалося від прояву текучості у нижній частині сталевого тавра та послідуючого руйнування стиснутої залізобетонної полички у приопорній зоні , у балках серії Б 3 - від місцевого продавлювання верхньої залізобетонної полички.

При дослідженні зразків на дію малоциклового навантаження використовувалась така схема завантаження і розміщення вимірювальних приладів, як і при дослідженні на дію згинального моменту. Із цих досліджень бралася несуча здатність балок-близнюків і використовувалася для вибору верхньої межі навантаження, близької до руйнівної, - 0,75 M_u та 0,9 M_u.

При дослідженні зразків із верхньою межею завантаження 0,75 M_u починаючи з восьмого циклу відновлювалася пружна робота, значні пластичні деформації з'являлись після збільшення навантаження до 0,9 M_u. У всіх зразках, які завантажувалися навантаженням із верхньою межею 0,75 M_u, спостерігалось підвищення несучої здатності на 7 - 8 %. Це можна пояснити тим, що при дії на бетон стискаючим повторним короткочасним навантаженням із верхньою межею завантаження меншою ніж 0,85R_b cпостерігається збільшення призмової міцності.

При дослідженні зразків на дію малоциклового навантаження з верхньою межею завантаження 0,9 M_u відновлення пружної роботи також спостерігалось після 8-9-ти циклів, при збільшенні навантаження відразу ж проявлялися значні пластичні деформації, збільшення несучої здатності тут не спостерігалось. Пояснюється це тим, що стискаюче повторне короткочасне навантаження з верхньою межею завантаження більшою ніж 0,85R_b призводить до малоциклової втоми.

Руйнування всіх зразків, які випробовувалися під дією малоциклового навантаження, проходило по нормальному перерізу аналогічно зразкам серії Б 1.

Несуча здатність дослідних зразків наведена в табл. 1.

Експериментальні дослідження показали, що сталезалізобетонні двотаврові балки із залізобетонним верхнім поясом на всіх етапах і за різних умов завантаження працюють як єдина монолітна конструкція, а запропоновані анкерні пристрої повністю забезпечують сумісну роботу сталевої та бетонної складових. Несуча здатність і жорсткість досліджуваних конструкцій практично не залежить від типів застосованих з'єднань залізобетонної полички зі сталевим тавровим елементом. Прояв пластичної роботи досліджуваних конструкцій спостерігається при навантаженнях, які становлять 70 - 75% від руйнівного, що говорить про високу надійність таких конструкцій. Характер розподілу поздовжніх деформацій по висоті і ширині поперечного перерізу майже на всіх стадіях напружено-деформованого стану близький до лінійного, що дає можливість використання при розрахунках гіпотези плоских перерізів.

У четвертому розділі наведені методики розрахунку несучої здатності і деформативності сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом.

Для розрахунку запропонованих сталезалізобетонних двотаврових балок застосовується класична модель напружено-деформованого стану композитного бруса (МНДСКБ) при згині. За цією моделлю можна розраховувати згинальні елементи, що включають фази з різних матеріалів, які відрізняються фізико-механічними властивостями, розташовані симетрично відносно вертикальної осі поперечного перерізу та пов'язані нерозривністю переміщень на границях фаз. Модуль пружності у довільній точці записується як

, (1)

де и(x), и(y) - узагальнені функції Хевісайда, що визначаються

(2)

- координати лівої і правої, нижньої й верхньої граней включення.

Із формул (1) та (2) випливає, що з усіх доданків сум у виразі (1) залишаються лише ті, що належать точці з координатами фази Згідно з МНДСКБ нормальні та дотичні напруження дорівнюють

; (3)

, (4)

де - функція прогину згинального елемента;

- функція розподілу поздовжніх переміщень та нормальних напружень по висоті перерізу;

- стала інтегрування, що характеризує поздовжню деформацію перерізу на початку координат та визначається умовами закріплення кінців стержня і майже для всіх випадків закріплень кінців стержня дорівнює нулю;

- функція розподілу дотичних напружень по площі перерізу вздовж координати .

При застосуванні МНДСКБ для розрахунку сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом поперечний переріз даної балки розбивається на три прямокутні фази - сталева поличка та стінка і залізобетонна поличка. Координати крайніх точок кожної фази для зручності слід визначати відносно найнижчої точки перерізу. Зсуваюче зусилля, яке виникає на межі між залізобетонною поличкою і сталевим тавровим елементом, дорівнює

. (5)

Прогини сталезалізобетонних двотаврових балок визначалися за уточненим методом початкових параметрів, який ґрунтується на диференційних залежностях для елементарної ділянки балки довжиною , що зазнає деформацій згину і зсуву. Середній кут зсуву

(6)

де - коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу дотичних напружень по висоті перерізу і для поперечного перерізу сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом, які експериментально досліджувалися (рис. 12), буде дорівнювати

, (7)

де - площа приведеного перерізу (для зручності краще приводити до сталі);

- осьовий момент інерції приведеного перерізу;

, - статичні моменти площ верхньої залізобетонної полички та нижньої сталевої полички відносно центра жорсткості відповідно;

, - статичні моменти площ частин перерізу, які знаходяться вище і нижче осі .

При визначенні прогинів сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом жорсткість балки необхідно домножувати на 0,85 - коефіцієнт, що враховує розвиток непружних деформацій за час прикладання і дії короткочасного навантаження, тому стріла прогину для балки, вільно опертої на двох опорах і завантаженої симетрично двома зосередженими силами, буде дорівнювати

. (8)

За запропонованою методикою розраховані прогини дослідних зразків і зіставлені з експериментальними значеннями. Оскільки дослідженнями встановлено, що експериментальні прогини сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом перевищують теоретичні, визначені за запропонованою методикою, то доцільно враховувати середнє значення коефіцієнта підвищення теоретичних значень прогинів k_f=1,16 для наближення значення теоретичного прогину до експериментального.

Розрахунок за міцністю нормальних перерізів згинальних елементів проводився відповідно до діючих норм. Оцінка міцності елементів для вказаних форм руйнування може бути представлена на основі сумісного рішення рівноваги поздовжніх сил відповідно до схеми внутрішніх зусиль, що виникають у поперечному перерізі. Висота стиснутої зони перерізу x визначається за формулою

. (9)

Міцність нормального перерізу визначається з умови відносно центра ваги нижньої сталевої полички

, (10)

де - відстань від верхньої грані балки до центра ваги нижньої полички.

При оцінюванні напружено-деформованого стану і міцності нормальних перерізів розроблені дві методики розрахунку за деформаційною моделлю та програми їх реалізації на ЕОМ.

За першою методикою для побудови повної діаграми та визначення напружень у стиснутій поличці використовується залежність, яку пропонує ЕКБ-ФІП для опису діаграми стиску бетону

,. (17)

Коефіцієнт у свою чергу буде дорівнювати:

. (18)

Для визначення деформації у вершині повної діаграми деформування, що відповідає призмовій міцності , використовується залежність

. (19)

При визначенні напружень в елементах сталевого тавра використовується діаграма Прандтля. Висота стиснутої зони визначається з умови .

Друга методика була розроблена відповідно до пропозицій С.І. Рогового, тут у розрахунок береться перетворена (трансформована) діаграма, отримана на основі реальних діаграм стану бетону. На основі досліджень запропонований математичний алгоритм і реалізована програма розрахунку із використанням програми „MathCAD Professional” за методами гіпотези плоских перерізів та послідовних наближень з урахуванням реальних діаграм деформування „” матеріалів, що відповідають роботі реальної сталезалізобетонної конструкції.

Отримані результати розрахунків мають хорошу збіжність з експериментальними даними, розбіжність коливається в межах 8,6 - 12,6 %.

Розділ п'ятий присвячений проектуванню і виявленню економічної ефективності сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом. Було запроектовано 24-метрову сталезалізобетонну балку із шириною плити 3 м та проведено порівняння покриття із запропонованих конструкцій і збірного залізобетонного покриття з ребристих плит 6Ч3 м серії 1 ПГ-5АІУТ, укладених по залізобетонних фермах (попередньо напружені сегментні ферми прольотом 24 м серії ПК-01-129/78). Для порівняння бралась комірка утворена двома сталезалізобетонними балками, та комірка із однієї ферми та восьми плит. Кошторисні розрахунки велися за допомогою програмного комплексу АВК-3 у поточних цінах станом на 24 квітня 2008 року. За результатами порівняння встановлено, що сталезалізобетонне покриття має більшу масу за рахунок великої кількості сталі, але воно значно простіше у виготовленні і монтажі - трудомісткість на 35% менша порівняно зі збірним залізобетонним покриттям, що й сприяє меншій вартості покриття.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Запропоновані нові типи сталезалізобетонних балок із залізобетонним верхнім поясом порівняно з існуючими видами балок із жорстким армуванням мають ряд безсумнівних переваг: наявність бетону тільки в стиснутій зоні і можливість використання полички в якості плити перекриття, при виготовленні конструкцій практично не використовується опалубка, вони простіші у виготовленні і монтажі порівняно зі збірними залізобетонними.

2. На всіх етапах завантаження згинальними моментами, поперечними силами, сумісною дією згинального та крутного моментів, малоцикловим навантаженням у досліджуваних конструкціях забезпечується сумісна робота бетону і сталі при відповідному з'єднанні двох складових комплексної балки. Суттєвих ушкоджень на межі сталевої стінки й залізобетонної полички не було навіть у момент руйнування. Прояв пластичної роботи досліджуваних конструкцій спостерігається при навантаженнях, що становлять 70 - 75% від руйнівного.

3. Запропоновані анкерні засоби надійно з'єднують залізобетонну поличку зі сталевим тавровим елементом і практично не впливають на несучу здатність та жорсткість запропонованих конструкцій. Несуча здатність і жорсткість повністю залежать від механічних характеристик матеріалів, що входять до складу балки.

4. На підставі експериментально і теоретично отриманої схеми руйнування розроблено методики оцінювання міцності нормальних перерізів згинальних елементів: на основі моделі напружено-деформованого стану композитного бруса; за методом граничної рівноваги; на основі деформаційної моделі.

Результати розрахунку за всіма методиками задовільно збігаються з даними експерименту, максимальна розбіжність становить 12,6 %

5. Розроблені методики й програми розрахунків вирішують проблему оцінювання міцності та напружено-деформованого стану нормальних перерізів сталезалізобетонних двотаврових елементів із залізобетонним верхнім поясом при різних силових впливах, враховуючи при цьому пружно-пластичні властивості бетону й сталевого тавра.

6. Дослідне проектування і техніко-економічне порівняння дали можливість оцінити доцільність використання запропонованих конструкцій у будівництві та підтвердити їх економічну ефективність. При їх застосуванні на 15% знижується вартість та на 35% трудомісткість при виготовленні та монтажі.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ

1. Крупченко О.А. Результати експериментальних досліджень сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом /

2. Стороженко Л.І. Сталезалізобетонні часторебристі перекриття: [монографія] / Л.І. Стороженко, О.В. Нижник , О.А. Крупченко. - Полтава: ACMI, 2008. - 164 с. (Експериментальні дослідження та розрахунок сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом).

3. Стороженко Л.І. Експериментально-теоретичне дослідження сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом / Л.І. Стороженко, О.А. Крупченко // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво). - Полтава: ПолтНТУ, 2007. - Вип. 20. - C. 84 - 88. (Проведення експериментальних досліджень. Аналіз отриманих результатів та формулювання висновків).

4. Стороженко Л.І. Робота сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом під дією малоциклового навантаження / Л.І. Стороженко, О.А. Крупченко // Дороги і мости: зб. наук. пр. - К.: ДерждорНДІ, 2007. - Вип. 7 в 2-х т., т. 2. - С. 358 - 364. (Проведення експериментальних досліджень. Аналіз отриманих результатів та формулювання висновків).

5. Стороженко Л.І. Особливості роботи сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом / Л.І. Стороженко, О.В. Нижник, О.А. Крупченко // Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій: зб. наук. праць. - Л.: Каменяр, 2007. - Вип. 7. - С. 546 - 550. (Аналіз останніх досліджень, пов'язаних із даною тематикою та проведення випробувань. Аналіз отриманих результатів).

6. Стороженко Л.І. Розрахунок сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом / Л.І. Стороженко, В.М. Чередніков, О.А. Крупченко // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: зб. наук. пр. - Рівне: НУВГтаП, 2008. - Вип. 16. - С. 358 - 364. (Застосування моделі напружено-деформованого стану композитного бруса при згині для розрахунку сталезалізобетонних двотаврових балок із залізобетонним верхнім поясом).

7. Стороженко Л.І. Розрахунок згинальних сталезалізобетонних двотаврових елементів із залізобетонним верхнім поясом / Л.І. Стороженко, В.А. Кириченко, О.А. Крупченко // Сталезалізобетонні конструкції: дослідження, проектування, будівництво, експлуатація: зб. наук. пр. - К.: НДІБК, 2008. - Вип. 70. - С. 43 - 51. (Аналіз останніх досліджень, пов'язаних із даною тематикою).

8. Пат. 15893 Україна, МПК Е 04 В 1/02. Вузол сполучення залізобетонного пояса зі сталевою стінкою сталезалізобетонної балки за допомогою стержня у вигляді ламаної / Стороженко Л.І., Крупченко О.А., Нижник О.В.; власник Полтав. нац. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка. - № u 2006 01108; заявл.

Размещено на Allbest.ru