Просторова робота залізобетонних перекритів. Теорія та методи розрахунку

Шостий розділ дисертації присвячений практичним методам розрахунку й обґрунтуванню переваг розроблених методів. Для практичних розрахунків при варіантному проектуванні для попереднього встановлення кількості арматури запропоновано метод визначення згинальних і крутних моментів у плитах збірного перекриття без попереднього розрахунку зусиль взаємодії між ними. Ці зусилля визначаються з апроксимації залежностей, отриманих із багатьох розрахунків різних перекриттів на основі розробленого загального методу.

Наведено методику визначення згинальних і крутних моментів, поперечних сил та переміщень в елементах перекриття, розрахунок міцності поздовжніх перерізів багатопустотних плит, у тому числі міцності на відрив частини збірної пустотної плити над шпонкою, розрахунок міцності елементів ребристого перекриття, міцності монолітного шва, зокрема у випадках, коли осі шпонок суміжних плит не збігаються.

Запропоновано послабити вимоги до деформативності збірних перекриттів, крайні плити яких обпираються поздовжніми сторонами, за рахунок врахування їх просторової роботи.

Наведено інженерну методику розрахунку міцності збірних ребристих плит, методику розрахунку монолітних ребристих перекриттів, яка ґрунтується на визначенні згинальних та крутних моментів розробленим методом з урахуванням можливого розташування постійних і тимчасових навантажень, побудовою обвідних епюр різних зусиль і підбору арматури по цих епюрах.

Зазначено, що в результаті розрахунку з урахуванням просторової роботи в полицях ребристого перекриття в місцях їх стику з ребрами можуть з'являтись не тільки негативні, але й позитивні моменти, що враховується під час проектування за допомогою обвідних епюр.

Показано, що просторова робота залежить від крутильної жорсткості ребер. У той же час відсутня методика визначення жорсткості на кручення залізобетонних елементів із нормальними тріщинами. У зв'язку із цим у шостому розділі розроблена методика визначення крутильної жорсткості елементів із нормальними тріщинами. Розроблено методику визначення жорсткості елементів залізобетонних перекриттів при крученні за наявності в полицях та ребрах нормальних і похилих тріщин з урахуванням інтегральної оцінки та двовісного напруженого стану полиць. Відмічено, що існуючі методи не дозволяють визначати жорсткість залізобетонного елемента з нормальними тріщинами на кручення. На основі розрахунків із використанням цієї методики зроблений важливий висновок про те, що після утворення тріщин крутильна жорсткість ребер ребристих перекриттів може зменшуватись як швидше за згинальну жорсткість, так і повільніше. Це ставить під сумнів існуючу раніше однозначну думку про більш швидке зменшення крутильної жорсткості порівняно зі згинальною, яка ґрунтується тільки на одноманітних експериментах. Показано, що крутильна жорсткість залежить від глибини тріщини, діаметра робочої арматури, довжини блока між тріщинами.

У розділі наведено результати порівняння розрахунків за розробленим методом з експериментальними дослідженнями, які описані в третьому розділі.

У шостому розділі, крім того, наведено конструктивні пропозиції з поліпшення просторової роботи перекриттів. Показано, що в перекриттях із плит типу Т і ТТ ефект просторової роботи найменший у зв'язку з малою жорсткістю Т-подібного перерізу на кручення. Для збільшення крутильної жорсткості при збереженні параметрів згинальної запропонована конструкція, що суміщає в собі функції балки та плити з перерізом у вигляді порожнистого трикутника.

Такі плити виготовляються на будівельному майданчику. Плоскі елементи бетонуються на підлозі в горизонтальному положенні. Кути бетонуються після надання балці трикутної форми й установлення робочої арматури в робочій зоні.

При рівній жорсткості у вертикальному напрямі крутильна жорсткість і згинальна жорсткість у горизонтальному напрямі такої балки в багато разів перевищує відповідні жорсткості таврової балки. Показано, що просторова робота збірного перекриття, яке складається з таких елементів, істотно ефективніша, оскільки просторова робота залежить від крутильної жорсткості та згинальної жорсткості в горизонтальному напрямі.

Наведено наближений метод "ручного" розрахунку перекриттів з урахуванням просторової роботи. У таких розрахунках у тригонометричних рядах використовується тільки один член. Наближені розрахунки рекомендується проводити при варіантному проектуванні для визначення попередньої кількості арматури. Показано, що для збірних перекриттів похибка не перевищує 10%. Як приклад у таблиці 1 наведено результати розрахунку наближеним "ручним" методом збірного перекриття з п'яти багатопустотних плит шириною 1,5 м прогоном 6 м. Крайні плити перекриття обперти не тільки торцями, але й поздовжніми сторонами. Варіанти навантаження: 1 - усе перекриття завантажено рівномірно q=8 кН/м 2; 2 - усі плити навантажені q=4 кН/м 2, локальне навантаження qloc=20 кН/м 2 на першій плиті; 3 - локальне навантаження на другій плиті; 4 - локальне навантаження на третій плиті.

Плити розраховуються на найневигідніше сполучення зусиль. Величина максимальних згинальних моментів Mmax значно менша, ніж моменти, визначені без урахування просторової роботи (Mod у таблиці 1), але в плитах діють значні крутні моменти Tmax.

У шостому розділі також обґрунтовуються переваги запропонованого загального методу розрахунку порівняно з тими, що існують, у тому числі й з МКЕ. Показано, що в основному чисельно-аналітичні методи призначені, як правило, для вирішення окремих задач.

Таблиця 1 Зусилля з різними варіантами положения навантаження на збірному перекритті

У запропонованому методі умови сумісності деформацій виконуються диференціально, а отже, точніше. Він є загальним методом, що легко перетворюється в окремі задачі розрахунку ребристих плит, збірних пустотних настилів тощо. Метод дозволяє розраховувати перекриття із змінними жорсткостями, в т.ч. у результаті утворення тріщин, наявності отворів, дефектів тощо. Зазначено, що, на відміну від багатьох методів, розроблений метод дозволяє розраховувати суцільні й ребристі системи з урахуванням поздовжнього вигину, опору пружної основи, врахування осідання опор та ін. Урахування всіх перерахованих чинників проводиться автоматично в програмах для ЕОМ, які є простими і які може скласти навіть непрофесійний програміст. При всіх величезних перевагах та можливостях методу кінцевих елементів показані переваги розробленого методу порівняно з програмними комплексами МКЕ в частині завдання жорсткісних параметрів, істотного зменшення кількості невідомих.

При варіантному проектуванні достатньо часто потрібно визначити яке-небудь переміщення або зусилля на певній ділянці чи навіть в окремій точці, причому цей параметр необхідно визначати багато разів для дослідження впливу певного чинника (наприклад, жорсткості, розташування навантаження тощо). Навіть у такому разі розрахункова схема МКЕ повинна містити чималу кількість кінцевих елементів. Розрахунок же за наведеними методами дає змогу отримати розв'язок з необхідною точністю, не розбиваючи прогін балки (плити) на велику кількість елементів, для будь-якої кількості варіантів, не змінюючи розрахункової схеми.

Показано, що, на відміну від апроксимаційних методів, розроблений метод дозволяє задавати не еквівалентні жорсткості, а реальні, що у багатьох випадках приводить до істотного уточнення результатів. Наведено докладні пояснення відмінностей та переваг запропонованого методу (для розгляданого класу задач) порівняно з існуючими методами, у т.ч. і з МКЕ.

Загальні висновки

У результаті досліджень, проведених у дисертації, вирішено важливу науково-технічну проблему розрахунку залізобетонних перекриттів з урахуванням просторової роботи, тріщиноутворення, умов обпирання, дефектів і використання ефекту просторової роботи для виявлення резервів несучої спроможності та жорсткості залізобетонних перекриттів під час їх обстеження і підсилення, що дозволяє зробити такі висновки:

1. Дослідження просторової роботи перекриттів показали, що традиційне проектування не передбачає просторові розрахунки. В існуючих методах просторового розрахунку відсутній єдиний підхід до проектування різних перекриттів з урахуванням тріщиноутворення, умов обпирання, розташування суцільних і локальних навантажень. Точність рішення в МКЕ залежить від кількості розбиття на кінцеві елементи по довжині прогону перекриття. У розрахунках не враховується зсув монолітного шва, подовжній згин, згин збірних пустотних плит у поперечному напрямі. При визначенні жорсткісних параметрів елементів ребристих перекриттів ураховуються не всі види тріщин у полицях та ребрах, а також плоский напружений стан полиць і дискретне розташування дефектів та пошкоджень. Під час обстеження перекриттів практично не береться до уваги просторова робота для виявлення резервів несучої здатності й жорсткості.

2. Розроблений загальний метод просторового розрахунку суцільних і ребристих плоских перекриттів на основі одержаного розв'язку задачі визначення внутрішніх зусиль по лініях розсічення та примикання збірних і монолітних елементів перекриття вздовж прогону за допомогою виведеної в загальному розгорненому вигляді і розв'язаної системи диференціальних рівнянь дискретно-континуальної моделі Власова В.З. Із загального методу шляхом виключення деяких невідомих отримані окремі випадки розрахунку суцільних і ребристих плоских систем, збірних пустотних, збірних ребристих, монолітних суцільних та ребристих перекриттів, плит типу Т і ТТ, панелей-оболонок, перекриттів із плитами коробчастого перерізу, кесонних перекриттів, головних балок монолітного перекриття, перекриттів з накладною залізобетонною плитою.

3. Розроблена методика визначення жорсткостей на кручення та згин елементів ребристих залізобетонних перекриттів із різними тріщинами в полицях і ребрах з урахуванням інтегральної оцінки двовісного напруженого стану їх полиць. Запропонована й обґрунтована універсальна методика врахування тріщиноутворення за допомогою фіктивних зусиль, що дозволило при істотно меншій, ніж у МКЕ, кількості невідомих отримати рішення задачі з урахуванням зміни згинальних і крутильних жорсткостей у результаті тріщиноутворення.

4. На основі чисельного аналізу за МКЕ обґрунтована апроксимація плитно-ребристих перекриттів у вигляді перехресно-стрижневої системи з урахуванням кручення стрижнів. Викладені принципи підбору жорсткостей стрижнів, що дозволяє обходитися без застосування діагональних стрижнів, а використовувати тільки взаємно-перпендикулярні. Показано, що врахування кручення полиць збільшує точність розрахунку до 30%. Розроблена методика розрахунку із застосуванням дискретно-континуальної моделі з урахуванням кручення полиць.

5. Розроблені методики розрахунку перекриттів з урахуванням факторів, що не були взяті до уваги раніше, таких як осідання опор ребер, дефекти монтажу, дія осьових стискаючих сил (урахування подовжнього згину), врахування опору пружної основи під ребрами. Показаний вплив зсуву монолітного шва на роботу збірного перекриття і розроблена методика розрахунку з урахуванням цього фактора.

6. Запропоновані методи врахування просторової роботи для виявлення резервів несучої здатності експлуатованих залізобетонних перекриттів; зазначено, що врахування просторової роботи й обпирання подовжніми сторонами дозволяє у багатьох випадках відмовитися від підсилення ослаблених дефектами конструкцій. Розроблена методика розрахунку конструкцій із дефектами на основі запропонованого загального методу, методика врахування обпирання збірних плит перекриттів подовжніми сторонами, способи страхування перекриттів та методика розрахунку страхувальних конструкцій.

7. Удосконалена методика розрахунку ригелів спільно із збірним настилом. Показано, що між збірним настилом і ригелем виникають не тільки дотичні, але і нормальні зусилля взаємодії, що раніше не були враховані й здатні відірвати настил від ригеля. Створена методика визначення цих зусиль на основі теорії складених стрижнів. Розроблена методика розрахунку ригелів при обмежених деформаціях кручення, методика визначення опорних згинальних моментів у місці закладення збірних плит у кам'яні стіни, що підвищує достовірність розрахунків і дозволяє відмовитися від підсилення плит при використанні названих факторів.

8. Запропонована нова конструкція балки, що суміщає в собі функції плит та балок, перевагою якої є значно більша жорсткість на кручення. Показано, що цей чинник істотно поліпшує просторову роботу перекриття, що робить застосування таких балок вигідним зі всіх точок зору. Розроблені конструктивні заходи, що дозволяють підвищити ефект просторової роботи.

9. Експериментально і теоретично показаний неістотний вплив зміни жорсткостей ригелів у реальних межах на зусилля взаємодії збірних плит між собою, що під дією локальних навантажень у плитах ребристих перекриттів у зоні їх примикання до ребер з'являються не тільки негативні, але й позитивні згинальні моменти. На основі цього запропонована методика розрахунку збірних та монолітних перекриттів з урахуванням різного розташування локальних навантажень по обвідних епюрах і невигідних сполученнях зусиль.

10. Запропоновані наближені методики розрахунку, зокрема "ручні" при варіантному проектуванні. Експериментально доведена можливість нетрадиційної форми руйнування збірних плит у результаті відриву ділянки над шпонкою і на основі цього розроблена методика розрахунку міцності на відрив. Наведені суттєві відмінності роботи ребристих залізобетонних перекриттів під дією локальних навантажень від традиційного уявлення. Показані переваги розроблених методів порівняно з тими, що існують, і хороший збіг розрахунків запропонованими методами з експериментальними даними, що свідчить про достовірність запропонованих методів розрахунку.

Усі задачі обґрунтовані теоретично, методи розрахунку запропоновані для застосування при проектуванні та впроваджені при виконанні проектів і обстеженні об'єктів у різних містах України.

Список опублікованих робіт

1. Азизов Т.Н. Теория пространственной работы перекрытий. - Киев: Науковий світ, 2001. - 276 с.

2. Азизов Т.Н. Экономичные конструкции покрытий и перекрытий. - Умань: Алми, 2002. - 64 с.

3. Азизов Т.Н. Работа сборно-монолитного перекрытия при неравномерном загружении вертикальными нагрузками // Монолитные и сборно-монолитные конструкции зданий и сооружений промышленного назначения: Сб. научн. трудов. - М.: ЦНИИпромзданий, 1992. - С. 97-101.

4. Азізов Т.Н. Розрахунок перекриття на вертикальні нерівномірні навантаження // Будівництво України. - 1994. - № 3. - С.29-32.

5. Рабинович Р.И., Азизов Т.Н. Применение теории составных стержней к расчету опорных зон балок с подрезками // Строительная механика и расчет сооружений. - 1992. - № 1. - С. 20-23.

6. Азизов Т.Н. Расчёт системы балок, работающих на кручение // Материалы международной научно-практической конференции "Совершенствование строительных материалов, технологий и методов расчёта конструкций в новых экономических условиях". - Сумы, 1994. - С. 138-139.

7. Азизов Т.Н. Расчёт гибкой нити с промежуточными упругооседающими опорами // Материалы международной научно-практической конференции "Совершенствование строительных материалов, технологий и методов расчёта конструкций в новых экономических условиях". - Сумы, 1994. - С. 124-125.

8. Азизов Т.Н. Расчёт плит, опертых по контуру, при действии прерывных нагрузок // Материалы международной научно-практической конференции "Совершенствование строительных материалов, технологий и методов расчёта конструкций в новых экономических условиях". - Сумы, 1994. - С. 140-141.

9. Патент № 2045633. Россия. Сборное железобетонное перекрытие / Э.Н. Кодыш, О.С. Гончарова, Л.Л. Лемыш, И.И. Мордухович, Т.Н. Азизов. -Заявл. 27.11.92; опубл. 10.10.95. бюл. №28. - 4 с.

10. Азизов Т.Н. Методика расчёта ребристых плит при неравномерных вертикальных нагрузках // Будівництво України. - 1995. - №4. - С. 35-37.

11. Азизов Т.Н., Верещага А.И. Влияние сдвига монолитного шва и изгиба плит в поперечном направлении при расчёте перекрытия с учётом совместной работы плит // Будівництво України. - 1997. - № 3. - С. 43-44.

12. Верещага А.И., Азизов Т.Н. Влияние трещинообразования при расчёте перекрытия с учётом пространственной работы сборных плит // Будівництво України. - 1997. - № 3. - С. 34-35.

13. Азизов Т.Н. Расчёт сборных и монолитных ребристых плит // Материалы международной конференции "Инженерные проблемы современного бетона и железобетона". - Минск, 1997. - С. 1-4.

14. Фомица Л.Н., Азизов Т.Н. Применение и расчет гибких нитей, предназначенных для защиты перекрытий от обрушения // Будівництво України. - 1997. - № 2. - С. 30-32.

15. Азізов Т.Н. До розрахунку ребристих плит при нерівномірних навантаженнях // Вісник Сумського сільськогосподарського інституту. - Вип. 1. - Суми, 1997. - С. 65-66.

16. Азізов Т.Н. Метод стрижневих кінцевих елементів для розрахунку плит // У зб. "Проблеми теорії і практики будівництва". - Том 1. - Львів: Львівська політехніка, 1997. - С. 15-18.

17. Азізов Т.Н. Наукові основи енергозбереження в будинках // Вісник Сумського державного аграрного університету. - Суми, 1998. - С. 3-5.

18. Азізов Т.Н., Касем Н.Ж. Особливості розрахунків монолітних ребристих перекрить // Вісник Сумського державного аграрного університету. Сер. "Будівництво". - Суми, 1998. - С. 84-85.

19. Азізов Т.Н. Визначення моменту в затисненні плити перекриття в цегляну стіну // Вісник Сумського державного аграрного університету. Вип..4 Серія "Будівництво" - Суми, 1999. - С. 9-12.

20. Азизов Т.Н. Расчёт ребристых плит на упругом основании // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 52. - Київ: НДІБК, 1999. - С. 8-12.

21. Азізов Т.Н., Савченко О.С. Просторовий розрахунок збірно-монолітних перекрить // Вісник Сумського державного аграрного університету. Серія "Будівництво". Вип. 4.- Суми, 1999. - С. 3-8.

22. Азізов Т.Н. Оцінка необхідності підсилення перекрить // Матеріали IV науково-технічної конференції "Будівництво в сейсмічних районах України". - Ялта, 1999. - С. 211-216.

23. Азизов Т.Н. Учёт пространственной работы при оценке эксплуатационной надёжности перекрытий // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 51. - Київ: НДІБК, 1999. - С. 258-264.

24. Азизов Т.Н. К расчёту коробчатых железобетонных настилов // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 52. - Київ: НДІБК, 2000. - С. 3-7.

25. Азізов Т.Н. Методика розрахунку суцільних фундаментів // Вісник Сумського ДАУ. Вип. 5. Серія "Будівництво". - Суми, 2000. - С. 4-8.

26. Азізов Т.Н., Верещага О.І. Експериментальні дослідження збірного перекриття // Вісник Сумського державного аграрного університету. Вип. 5. - Суми, 2000. - С. 8-12.

27. Азизов Т.Н. Влияние поперечних ребер на работу ребристих плит на пролет // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 54. - Київ: НДІБК, 2001. - С. 60-64.

28. Азизов Т.Н. Упрощенный расчет коробчатых систем // Вісник Сумського національного аграрного університету. Серія КВ №3393 "Будівництво". Вип. 8. - Суми, 2002 - С. 5-7.4.

29. Азизов Т.Н. Расчет сборных перекрытий с учетом защемления плит и распора в швах между ними // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 57. - Київ: НДІБК, 2002. - С. 8-14.

30. Азизов Т.Н., Савченко А.С. Влияние вертикальных усилий взаимодействия элементов сборного перекрытия на пространственную работу // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 57. - Київ: НДІБК, 2002. - С. 15-20.

31. Азизов Т.Н., Савченко А.С. Расчет системы ригель-настил с учетом совместной работы // Вісник Сумського національного аграрного університету. Серія КВ №3393 "Будівництво". Вип. 8. - Суми, 2002. - С. 7-11.

32. Азизов Т.Н. Учет кручения полок при расчете ребристых перекрытий // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 58. - Київ: НДІБК, 2003. - С.3-7.

33. Азизов Т.Н., Вараница А.В. К расчету сборных железобетонных перекрытий с плитами, объединенными дискретными связями // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 59. - Київ: НДІБК, 2003. - С.294-299.

34. Азизов Т.Н. К расчету железобетонных перекрытий, поврежденных землетрясением // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 60. - Київ: НДІБК, 2004. - С. 518-523.

35. Азизов Т.Н. Способ расчета железобетонных ребристых перекрытий с трещинами в полках // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 62. Том 1. - Київ: НДІБК, 2005. - С. 3-8.

36. Азизов Т.Н. Жесткость железобетонных элементов на кручение с нормальными и наклонными трещинами // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 63. - Київ: НДІБК, 2005. - С. 31-36.

37. Азизов Т.Н. К расчету железобетонных перекрытий по деформациям // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. Вип. 21. - Одеса: ОДАБА, 2006. - С. 7-11.

Размещено на Allbest.ru