Прочность и деформативность деревожелезобетонных изгибаемых элементов при статических и повторных нагружениях

Закономерности развития прогибов опытных образцов деревожелезобетонных плит также зависят от шага стальных гвоздей в зоне сопряжения бетонной плиты и деревянной доски и, как следствие, от степени податливости шва контакта. Во всех испытанных образцах происходило увеличение прогибов при возрастании уровня нагружения, причем интенсивность их развития была различной на разных этапах нагружения.

Оценка воздействия малоцикловой нагрузки проводилась путем сравнения несущей способности исследуемого образца при повторной нагрузке с ее статической несущей способностью. В этих целях перед испытанием на выносливость один образец с каждой серии испытывался на действие статической нагрузки. Исходя из величин разрушающей статической нагрузки назначались максимальные и минимальные нагрузки цикла. Деформации с различной интенсивностью развивались на всем протяжении испытаний. При высоких уровнях максимальной нагрузки цикла вследствие того, что уже при первых нагружениях достигаются значительные деформации бетона, последующие повторные нагружения не вызывают заметного их увеличения. Однако при низких и средних значениях максимальной нагрузки повторное приложение нагрузки приводит к значительному их возрастанию.

Отмечено, что на стадии полного физического разрушения опытного образца деформации сжатого бетона не достигли своего предельного значения и составили всего . Разрушение произошло по древесине, т.к. деформации растянутой зоны составного элемента значительно превышают данные параметры по бетону и в момент разрушения плиты составили . При первых циклах нагружения деформации древесины достигли наибольших значений, при последующем увеличении числа циклов их значения уменьшились. Все опытные образцы деревожелезобетонных изгибаемых элементов разрушились по нормальному сечению вследствие достижения напряжениями в растянутой зоне деревянных элементов предела выносливости на растяжение. Следует отметить, что во всех испытанных образцах напряжения в сжатой зоне бетона были существенно меньше предельных. Результаты исследований показали, что выносливость деревожелезобетонных конструкций с увеличением податливости шва-контакта уменьшается.

В диссертации экспериментальный материал представлен в виде графиков и таблиц развития прогибов, деформаций бетона и древесины, схем развития трещин и разрушения.

Глава четвертая. Предлагаемые методы были использованы при расчете прочности и малоцикловой выносливости нормальных сечений деревожелезобетонных элементов, испытанных автором и другими исследователями. В рассмотренных исследованиях в широком диапазоне варьировались геометрия сечений, прочность бетона и древесины, количество и вид связей между бетоном и древесиной.

Сопоставление результатов расчета и эксперимента при статическом нагружении представлено на рис. 4.1

Рис.4.1 Сопоставление опытных и расчетных значений прочности нормальных сечений деревожелезобетонных балок при расчете деформационным методом с учетом податливости соединения.

Об эффективности предлагаемых методов можно судить по результатам статической обработки:

а) деформационный метод расчета с учетом податливости соединения:

Математическое ожидание:

(M_m-M_оп)/М_оп%=-9,85%

Коэффициент вариации: С_х=0,104

б) деформационный метод расчета без учета податливости соединения:

(M_m-M_оп)/М_оп% = 28% ;С_х=0,112

в) упрощенный метод расчета с учетом податливости соединения:

(M_m-M_оп)/М_оп%= 15,58% ;С_х=0,109

г) упрощенный метод расчета без учета податливости соединения:

(M_m-M_оп)/М_оп%= 32,0% ;С_х=0,128

Аналогичные методы были использованы при расчете малоцикловой выносливости нормальных сечений деревожелезобетонных балок и плит, испытанных автором. Об эффективности предлагаемых методов можно судить по результатам аналитической обработки:

а) деформационный метод расчета с учетом податливости соединения при малоцикловом нагружении:

;

б) деформационный метод расчета с учетом податливости соединения при статическом нагружении:

в) деформационный метод расчета без учета податливости соединения при малоцикловом нагружении:

г) деформационный метод расчета без учета податливости соединения при статическом нагружении;

д) упрощенный метод расчета с учетом податливости соединения при малоцикловом нагружении:

е) упрощенный метод расчета с учетом податливости соединения при статическом нагружении;

ж) упрощенный метод расчета без учета податливости соединения при малоцикловом нагружении:

з) упрощенный метод расчета без учета податлимвости соединения при статическом нагружении:

Данные методы использованы при расчете прочности деревожелезобетонных балок в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил, испытанных автором. В рассмотренных исследованиях в широком диапазоне варьировались количество и вид связей между бетоном и древесиной, а также возраст древесины.

Об эффективности предлагаемых методов можно судить по результатам статистической обработки:

а) метод расчета прочности деревожелезобетонных балок в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил с учетом податливости соединения слоев:

= 1,008; 0,084.

б) метод расчета прочности деревожелезобетонных балок в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил без учета податливости соединения слоев:

= 2,127; 0,424.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1.В действующих нормах проектирования железобетонных конструкций , деревянных конструкций , мостов и труб отсутствуют методы расчета прочности и выносливости деревожелезобетонных изгибаемых элементов. Методы расчета прочности составных деревянных, сталежелезобетонных, железобетонных конструкций не в состоянии в должной мере учитывать особенности напряженно-деформированного состояния и прочности деревожелезобетонных изгибаемых элементов, что приводит к снижению надежности проектных решений. В связи с этим назрела необходимость в разработке практических методов расчета прочности и выносливости деревожелезобетонных изгибаемых элементов с учетом физической нелинейности бетона, древесины и податливости соединения слоев.

2.Впервые получены аналитические зависимости для описания изменения прочности и деформаций соединения железобетонной плиты и деревянной балки при действии сдвигающих усилий на основе аналитических диаграмм деформирования материалов. Сопротивление соединения сдвигу складываются из сопротивления стальных гвоздей изгибу и древесины под стальными гвоздями смятию.

Сдвигающие усилия по плоскости сопряжения железобетона и древесины в зоне действия максимальных изгибающих моментов определяются с учетом податливости соединения слоев, что позволяет более точно оценивать прочность нормальных сечений деревожелезобетонных изгибаемых элементов.

3. Разработаны деформационные методы расчета прочности и малоцикловой выносливости нормальных сечений деревожелезобетонных изгибаемых элементов на основе аналитических трансформированных диаграмм деформирования бетона, стали и древесины, реальных режимов деформирования материалов в составе конструкции и податливости соединения слоев железобетона и древесины.

Такой подход позволяет с единых позиций рассчитывать прочность и малоцикловую выносливость и прогибы конструкций при статических и малоцикловых нагружениях. В диссертации приведены уравнения изменения деформаций по высоте сечения с учетом неупругих свойств бетона, древесины, податливости соединения слоев, уровня статического нагружения, количества и режима малоциклового нагружения. Изложенный метод расчета позволяет с высокой точностью оценить напряженно-деформированное состояние, прочность и малоцикловую выносливость нормальных сечений на всех стадиях нагружения (для малоцикловой выносливости среднее математическое ожидание - 1.007; коэффициент вариации 0.063).

4.В диссертации предложена методика трансформирования исходных диаграмм деформирования древесины для учета влияния циклического нагружения и его режимов. Полученные аналитические зависимости для описания трансформированных диаграмм деформирования древесины в компактной форме учитывают наблюдаемые в экспериментах влияния уровня максимальной нагрузки цикла, коэффициента асимметрии цикла, количества циклов нагружения на выносливость и относительные деформации материала при циклическом нагружении. Использование предложенного способа трансформирования диаграмм деформирования древесины позволяет более точно оценивать малоцикловую выносливость нормальных сечений деревожелезобетонных изгибаемых элементов.

5.Разработаны упрощенные методы расчета прочности и малоцикловой выносливости нормальных сечений деревожелезобетонных изгибаемых элементов при статическом и малоцикловом нагружении, учитывающие физическую нелинейность бетона и древесины, податливость соединения слоев железобетона и древесины в реальном их режиме деформирования в составе конструкции. Трудоемкость меньше по сравнению с деформационным методом, что позволяет анализировать изменение всех основных параметров (среднее математическое ожидание 0.928; коэффициент вариации 0.146 при малоцикловых нагружениях).

6.Выполнены экспериментальные исследования прочности и малоцикловой выносливости деревожелезобетонных изгибаемых элементов с целью обоснования гипотез, положенных в основу расчетных моделей по оценке прочности и выносливости нормальных сечений при статическом и малоцикловом нагружении, а также для проверки точности и надежности инженерных методов расчета. Результаты исследований показали, что при статическом и малоцикловом нагружении все опытные образцы разрушились по нормальному сечению вследствие достижения напряжениями в растянутой зоне деревянных несущих балок предела выносливости на растяжение. Трещины (зоны разрыва) в растянутой грани деревянных балок образовались, в основном, в местах дефектов структуры материала и, затем, распространялись по ширине и по высоте сечения элементов и приводили к окончательному физическому разрушению опытных деревожелезобетонных балок и плит.

Закономерности развития прогибов, полных и остаточных деформаций бетона и древесины деревожелезобетонных изгибаемых элементов зависят от диаметра и шага стальных гвоздей в плоскости сопряжения железобетона и древесины и, как следствие, от степени податливости соединения слоев.

При статическом и малоцикловом нагружении происходит изменение деформаций бетона сжатой зоны и растянутой зоны древесины балок и плит. Деформации с различной интенсивностью развиваются на всем протяжении испытаний, наиболее заметные изменения происходят в начальный период нагружения. Испытания позволили установить, что увеличение податливости соединения приводит к увеличению деформаций бетона, древесины и прогибов, к изменению закона распределения деформаций по высоте сечения, а также к снижению прочности и выносливости опытных деревожелезобетонных элементов при статическом и малоцикловом нагружении.

7.Результаты расчетов по предложенным методам удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. Их достоверность и надежность подтверждаются данными испытаний 114 деревожелезобетонных изгибаемых элементов на статическое нагружение и малоцикловую выносливость, отличающихся размерами, конструкцией соединения слоев железобетона и древесины.

8.Разработаны методы расчета прочности деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил с учетом физической нелинейности бетона, древесины при жестком объединении слоев железобетона и древесины и с учетом податливости соединения. Метод расчета с учетом податливости соединения слоев железобетона и древесины позволяет с высокой точностью оценить напряженно-деформированное состояние и прочность деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил на всех стадиях нагружения (среднее математическое ожидание - 1.008; коэффициент вариации 0.084).

9.Выполнены экспериментальные исследования прочности деревожелезобетонных изгибаемых элементов с целью обоснования гипотез, положенных в основу расчетных моделей по оценке прочности деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил, а также для проверки точности и надежности методов расчета. Результаты исследований показали, что при однократном кратковременном статическом нагружении опытные образцы разрушились по наклонному сечению вследствие достижения напряжениями в растянутой зоне деревянных несущих элементов предела прочности на растяжение при статическом нагружении.

Трещины (зоны разрыва) в растянутой грани деревянных элементов образовались, в основном, в местах дефектов структуры материала, по мере возрастания статической нагрузки, распространялись по ширине и по высоте сечения элементов и привели к окончательному физическому разрушению опытных деревожелезобетонных балок и плит. Закономерности развития прогибов, деформаций бетона и древесины деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил зависят от диаметра и шага стальных гвоздей в плоскости сопряжения железобетона и древесины и, как следствие, от степени податливости соединения слоев. Испытания позволили установить, что увеличение податливости соединения приводит к увеличению деформаций бетона, древесины и прогибов, к изменению закона распределения деформаций по высоте сечения, а также к снижению несущей способности опытных деревожелезобетонных элементов.

10.Результаты расчетов по предложенному методу расчета прочности деревожелезобетонных изгибаемых элементов в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил с учетом податливости соединения слоев удовлетворительно согласуются с данными проведенных экспериментальных исследований. Их достоверность и надежность подтверждаются данными испытаний 32 деревожелезобетонных изгибаемых элементов, отличающихся конструкцией соединения слоев железобетона и древесины, геометрическими размерами, а также возрастом древесины.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1.МирсаяповИ.Т.,АбдрахмановИ.С. Деревожелезобетонные конструкции при реконструкции исторических городов// Проблемы реконструкции и возрождения исторических городов/ Материалы Российского научно-практического семинара.-Казань, КГАСА. 1999, с.8-21.

2.АбдрахмановИ.С.,МирсаяповИ.Т. Деревожелезобетонные конструкции при реконструкции зданий// Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов Поволжья./ Сборник докладов Региональной научно-практической конференции. - Тольятти, 1999, с.3-12.

3. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С. Экспериментальные исследования деревожелезобетонных изгибаемых элементов// Актуальные проблемы транспорта России./ Материалы российской научно-практической конференции. - Саратов, 1999, с.150-154.

4. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С. Экспериментально- теоретические исследования деревожелезобетонных конструкций// Бюллетень строительной техники, 1999. №12-с.46-49.

5. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С Прочность нормальных сечений деревожелезобетонных конструкций // Научно-практическая конференция/ Cборник статей. - Пенза,2000., с.61-64.

6. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С. Оценка прочности сопряжения деревожелезобетонных конструкций// Научно-практическая конференция/Cборник статей. - Пенза,2000., с.68-72.

7. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С. Оценка прочности нормальных сечений деревожелезобетонных конструкций с учетом податливости связей сдвига на основе аналитических диаграмм деформирования материалов//РААСН, НГАСУ, Сборник статей.-Нижний Новгород,2001., с.48-53.

8. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С. Упрощенный метод расчета прочности нормальных сечений деревожелезобетонных изгибаемых элементов//РААСН, НГАСУ, Сборник статей.-Нижний Новгород,2001., с.54-58.

9. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С. Экспериментальные исследования деревожелезобетонных балок// Эксплуатация и реконструкция зданий и сооружений // МО РФ, II межрегиональный научно-практический семинар/ Cборник статей. - Чебоксары, 2001., с. 71-74.

10. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С. Экспериментальные исследования деревожелезобетонных плит // Эксплуатация и реконструкция зданий и сооружений // МО РФ, II межрегиональный научно-практический семинар/ Cборник статей. - Чебоксары, 2001., с. 75-79.

11. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С. Напряженно-деформированное состояние и метод расчета выносливости деревожелезобетонных изгибаемых элементов при малоцикловом нагружении// Cоломатовские чтения. Проблемы современного материаловедения/ МО РФ, РААСН, МГУ им Н.П.Огарева. Сборник статей.- Саранск,2002., с.73-77.

12. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С., Сафин Д.Р. Малоцикловая выносливость нормальных сечений деревожелезобетонных изгибаемых элементов// Эффективные строительные конструкции: теория и практика/ II Международная научно-практическая конференция// Cборник статей.-Пенза, 2003г.,с.69-72.

13. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С., Сафин Д.Р. Экспериментальные исследования деревожелезобетонных балок// Эффективные строительные конструкции: теория и практика/ II Международная научно-практическая конференция// Cборник статей.-Пенза, 2003., с.72-75.

14. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С., Сафин Д.Р. Экспериментальные исследования деревожелезобетонных плит// Эффективные строительные конструкции: теория и практика/ II Международная научно-практическая конференция/ Cборник статей.-Пенза, 2003., с.75-77.

15. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С. Оценка прочности нормальных сечений деревожелезобетонных конструкций с учетом податливости сопряжения слоев при неупругом деформировании материалов// РААСН, Казанский региональный академический научно-творческий центр реконструкции и возрождения РААСН, КГАСА/ Труды РААСН.- Казань.2003.

16. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С., Сафин Д.Р. Экспериментальные исследования малоцикловой выносливости деревожелезобетонных конструкций// Бюллетень строительной техники, 2003.,№3, с.54-55.

17. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С., Сафин Д.Р. Малоцикловая выносливость нормальных сечений деревожелезобетонных изгибаемых элементов // Бюллетень строительной техники, 2004.,№3, с.38-40.

18. Абдрахманов И.С., Яжлев И.К., Гончаренко В.Л. Экологическая безопасность в градостроительной деятельности и техническое регулирование// Проблемы гармонизации Российского законодательства с нормами международного права при разработке технических регламентов// международная конференция в Совете Федерации/ Наука Москвы и регионов, 2005.,№1, с.30-33.

19. Абдрахманов И.С. Проблемы стандартизации на современном этапе: региональный подход// Труды НИИПГрадостороительства/ Стойиздат. Промышленное и гражданское строительство,2005.,№1, с.15-16.

20. Абдрахманов И.С., Яжлев И.К., Гончаренко В.Л. Экологическая безопасность в градостроительной деятельности и техническое регулирование// Проблемы гармонизации Российского законодательства с нормами международного права при разработке технических регламентов//Комитет Совета Федерации по науке, культуре, образованию, здравоохранению и экологии. Охрана окружающей среды и природопользование, 2005., №1, с.50-55.

21. Рахимов Р.З., Абдрахманов И.С. Разработка региональной целевой программы «Устойчивое развитие строительного комплекса Республики Татарстан на 2005-2010 годы»// УДК 69(470.41). РААСН./ Вестник отделения строительных наук. Периодическое издание. Выпуск№9.- Белгород,2005., с.343-346.

22. Абдрахманов И.С. Перспективы развития строительного комплекса Республики Татарстан// В регионах России / Бюллетень строительной техники, 2005., №11, с.12-20.

23. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С ШакировИ.Ф. Экспериментальные исследования прочности деревожелезобетонных конструкций в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил // Город и экологическая реконструкция жилищно-коммунального комплекса ХХI века // Четвертая Международная научно-практическая конференция.-Москва., МИКХиС, 2006., с.368-372.

24. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С., ШакировИ.Ф. Экспериментально-теоретические исследования прочности деревожелезобетонных конструкций в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил // Проект и реализация - гаранты безопасности жизнедеятельности.// Труды общего собрания РААСН,т.2-Москва.,СПб.,2006., с.41-47.

25. Абдрахманов И.С., Мирсаяпов И.Т., ШакировИ.Ф. Прочность и деформативность деревожелезобетонных конструкций в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил // Материалы 58-й республиканской (РТ) научной конференции // Cборник научных трудов докторантов и аспирантов. - Казань, КГАСУ, 2006.,с.-222-227.

26. Мирсаяпов И.Т., АбдрахмановИ.С., ШакировИ.Ф. Прочность деревожелезобетонных конструкций в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил с учетом податливости соединения // Бюллетень строительной техники, №11, 2006., с.43-45.

27. Мирсаяпов И.Т., АбдрахмановИ.С., ШакировИ.Ф. Прочность деревожелезобетонных конструкций в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил с учетом податливости соединения // Росстрой. (ФГУП ВНИИНТПИ) «Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений», №1, 2007г., с.38-41 .

28. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С. Метод расчета прочности нормальных сечений деревожелезобетонных изгибаемых элементов на основе аналитических диаграмм деформирования бетона и древесины.// Известия ОрелГТУ. «Строительство. Транспорт», № 3/15, 2007.(537), с.40-45.

29. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С. Вопросы безопасности при реконструкции и реставрации архитектурных памятников. Упрощенный метод расчета прочности нормальных сечений деревожелезобетонных изгибаемых элементов. // РАН, Всероссийский институт научной и технической информации (ВИНИТИ) Экономика природопользования. Обзорная информация, №5, 2007., с.84-90.

*30. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С. Упрощенный метод расчета малоцикловой выносливости нормальных сечений деревожелезобетонных изгибаемых элементов при жестком сопряжении слоев.// РААСН, «Академия» Архитектура и строительство, №4, 2007., с.78-79.

*31. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С. К расчету малоцикловой выносливости деревожелезобетонных изгибаемых элементов. «Транспортное строительство», №1 2009., с.21-24.

*32. Абдрахманов И.С. Вопросы безопасности при реконструкции и реставрации архитектурных памятников. ООО «Издательство ПГС» журнал «Промышленное и гражданское строительство», №2 2009., с.48-50.

*33. Абдрахманов И.С. Прочность деревожелезобетонных конструкций в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил с учетом податливости соединения. ООО «Издательство ПГС», журнал «Промышленное и гражданское строительство», №3 2009., с.72-75.

*34.Абдрахманов И.С. Выносливость деревожелезобетонных изгибаемых элементов без учета податливости соединения Федеральное Агентство по образованию, «Известия Казанского Государственного архитектурно- строительного университета» №2 (10) 2008г., с.37-40.

*35. Мирсаяпов И.Т., Абдрахманов И.С. Учет податливости связей сдвига в расчетах малоцикловой выносливости нормальных сечений деревожелезобетонных изгибаемых стержневых элементов. Федеральное Агентство по образованию, «Известия Казанского Государственного архитектурно- строительного университета» №2 (10) 2008г., с.60-63.

*36. Абдрахманов И.С. Нелинейные свойства материалов в расчетах прочности нормальных сечений деревожелезобетонных конструкций. ООО «Издательство ПГС», журнал «Промышленное и гражданское строительство», №4 2009г., с.45-46.

Размещено на Allbest.ru