Исследование напряженно-деформированного состояния армокирпичных диафрагм жесткости численным методом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ АРМОКИРПИЧНЫХ ДИАФРАГМ ЖЕСТКОСТИ ЧИСЛЕННЫМ МЕТОДОМ

Туманов Антон Вячеславович кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры строительные конструкции

Котунова Мария Александровна студент

Аннотация

Статья посвящена решению задачи численного эксперимента в армокирпичных диафрагмах жесткости. Приводится анализ результатов расчетов. Произведена классификация напряжений в армокирпичных диафрагмах жесткости при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил.

Ключевые слова: армированных кирпичные диафрагмы жесткости, исследование, модели образцов, численный метод

Численный эксперимент проводился с целью увеличения информации по характеру напряженно-деформированного состояния стен. Величина деформаций (напряжений) не принималась во внимание при анализе полученных результатов. Объясняется это большим расхождением результатов численного и физического эксперимента. Таким образом, проводилась работа по выявлению характера распределения нормальных и касательных напряжений по поверхности армокирпичных стен при изменении исследуемых факторов. Для выполнения поставленной задачи была разработана программа расчета моделей кирпичных и армокирпичных стен, показанная на рис. 1. Исследуемые факторы, включенные в программу, в полной мере соответствуют факторам, изучаемым на основе физического эксперимента, изменения величины вертикальной нагрузки следующий: N = 0; 0,25; 0,5; 1Nu. Схема армирования менялась так: образцы кирпичных стен не армировались, для образцов армированных стен шаг сеток изменялась от 60 до 120 мм (через два и четыре ряда). В таком же порядке располагались сетки в образцах кирпичных стен, армированных пространственным каркасом (рис. 1).

Рис. 1. Схема программы исследований моделей кирпичных и армокирпичных стен численным методом

Изучение напряженно-деформированного состояния армированных стен из кирпичной кладки проводилось методом конечных элементов по ППП АП ЖБК - программе "Лира". При разработке расчетных схем ставилась задача получить напряженно-деформированное состояние для каждого вида материала, то есть кирпича, раствора и арматуры. Построены два типа расчетных схем конечных элементов, имитирующих исследуемые стены. Размеры и схемы конечных элементов принимались одинаковыми. Размер конечных элементов, имитирующих кирпич, составляет 60х60 мм; размер конечных элементов, имитирующих раствор, - 15х15 мм. В связи с тем что исследуемая арматура располагается в швах кирпичной кладки, то есть в растворе, размеры конечных элементов, имитирующих наличие арматуры, принимались аналогичными размерам элементов имитирующих наличие раствора, то есть 15х15 мм. Таким образом, отличительной особенностью двух типов схем является то, что схемы второго типа имитируют армокладку; при этом вводятся два вида модуля деформаций: модуль деформации кладки и модуль деформации арматуры. В схемах первого типа присутствуют также два вида модулей деформаций - кирпича и раствора [1-3].

Расчетные схемы конечных элементов, описанные выше, показаны на рис. 2 и 3.

Схемы нагружения принимались в полном соответствии с физическим экспериментом - это означает, что вертикальное и горизонтальное усилие прикладывалось равномерно по длине стен в узлах пересечения стержней - сетки конечных элементов.

Рис.2. Расчетные схемы кирпичных и армокирпичных стен:

а - серии СК-1; б - серии СКА-2

Рис. 3. Расчетные схемы армокирпичных стен:

а - серии СКА-3; б - серии СКА-4

Расчет кирпичных и армокирпичных стен, имеющих расчетные схемы, изображенные на рис. 3.2 и 3.3, производился на персональном компьютере Pentium III-700. Получены величины и эпюры распределения нормальных и касательных напряжений, а также траектории и эпюры распределения главных напряжений.

На рис. 4…7 показаны характеры распределения нормальных напряжений (деформаций) по горизонтальным и вертикальным сечениям, проходящим через центр тяжести конечных элементов. Характер распределения нормальных напряжений sx и sy отличается неравномерным распределением указанных напряжений по поверхности стены. Наибольшее значение напряжений соответствует зонам, близкорасположенным к линии действия сил. Таким образом, центральная часть поверхности стен оказывается слабонапряженной нормальные напряжения sx и sy в образцах стен с N = 0 имеют одну нулевую линию. С увеличением величины вертикальной нагрузки происходит образование новых нулевых линий. При нагрузке N = 0,5Nu количество нулевых линий увеличивается вдвое. Одновременно растет величина напряжений. С дальнейшим ростом величины вертикальной нагрузки количество нулевых линий не увеличивается, изменяются зона и траектория их расположения. В целом характер напряжений характеризуется искривлением и увеличением числа линий и смещением их в малонапряженные зоны, в сторону верхней правой грани.

Рис.4. Эпюры напряжений sх: а - серии СК-1; б - серии СКА-2

Рис. 5. Эпюры напряжений sх: а - серии СКА-3; б - серии СКА-4

Наличие арматурных сеток приводит к перераспределению деформаций (напряжений) от максимальных значений (в уровне расположения сеток), до минимального значения (между сетками). Степень неравномерности увеличивается по мере уменьшения шага сеток. В целом горизонтально расположенная арматура не меняет общей картины распределения нормальных напряжений sx и sy, описанных выше.

При армировании стен пространственным каркасом, в который входят горизонтальные сетки, редко расположенные по высоте стены и имеющие меньшее количество стержней, принцип воздействия арматурных стержней не изменяется, то есть вертикальные стержни каркаса оказывают сдерживающее влияние на развитие деформаций по высоте и толщине стены. Горизонтальные стержни препятствуют развитию деформаций по длине и толщине. Сдерживающее влияние арматурных стержней снижается и становится минимальным на вертикальных и горизонтальных линиях, проходящих по средней части участков стен, расположенных соответственно между соседними вертикальными, либо горизонтальными арматурными стержнями. армирование каркас армокирпичный жесткость

Рис. 6. Эпюры напряжений sу: а - серии СК-1; б - серии СКА-2

Рис. 7. Эпюры напряжений sу: а - серии СКА-3; б - серии СКА-4

Библиографический список

1. Туманов А.В. Прочность армированных стен из кирпичной кладки при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил: дис…канд. техн. наук/А.В. Туманов. - Пенза, 2000. - 180 с.

2. Баранова Т.И., Туманов А.В. Экспериментальная теория сопротивления кирпичных и армокирпичных стен при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил. - Москва, Издательство "Спутник+", 2011. - 108 с.

3. Баранова Т.И., Туманов А.В. Прочность и устойчивость каменных и армокаменных конструкций. - Пенза: ПГУАС, 2013. 280 с.

Размещено на Allbest.ru