Delist.ru

 Сопротивление сжатию гибких элементов монолитного железобетонного каркаса (17.12.2008)

Автор: Беликов Николай Александрович

Научная новизна работы.

разработаны методика и оригинальный алгоритм расчета гибких внецентренно сжатых колонн в составе несущей системы здания;

в разработанном алгоритме удалось совместить два инженерных подхода по расчету конструкций – современный подход к оценке жесткости на основе диаграммного метода расчета нормальных сечений железобетонных конструкций и метод строительной механики – метод перемещений;

расчеты согласно разработанному алгоритму производятся с одновременным учетом и геометрической, и физической нелинейности;

произведен анализ современных программно-вычислительных комплексов Лира и SCAD на предмет реализации в них нелинейных расчетов, а также сравнительная оценка результатов расчета в программах с результатами согласно разработанному методу и согласно современным нормам.

Достоверность результатов исследований основывается на сопоставлении теоретических результатов с экспериментальными, полученными при испытаниях внецентренно сжатых колонн.

Практическая значимость исследований.

Разработанный метод позволяет анализировать действительную работу гибких железобетонных колонн с учетом влияния:

нелинейных свойств железобетона;

продольного изгиба;

работы «смежных» с колонной конструкций (плиты перекрытия, ригели, фундамент);

Кроме этого, произведена сравнительная оценка результатов расчета, полученных с помощью современных вычислительных комплексов Лира и SCAD.

Внедрение исследований.

Основные результаты исследований использованы ООО «ПСК «АТРИУМ» при разработке вертикальных несущих железобетонных конструкций в рабочих проектах зданий бизнес-центра с многофункциональным торгово-выставочным залом в г. Серпухов Московской области на пересечении улицы Ворошилова и улицы Джона Рида, бизнес-центра с торгово-развлекательным комплексом по адресу: Московская область, г. Видное, ПЛК в пойме р. Битца.

Апробация работы и публикации.

Основные положения и результаты диссертации докладывались на семинарах кафедры «Железобетонных и каменных конструкций» Московского Государственного Строительного Университета, а также на юбилейной научно-технической конференции преподавателей факультета ПГС (г. Москва, 19 апреля 2006 года)

По теме диссертации опубликованы две статьи, в том числе одна статья в рецензируемом журнале.

На защиту выносятся:

Разработанный метод анализа действительной работы внецентренно сжатых гибких железобетонных колонн в составе несущей системы здания с учетом физической и геометрической нелинейности.

Результаты расчетов, полученных с помощью разработанного алгоритма расчета, а также оценка достоверности и надежности разработанного метода путем сопоставления полученных результатов с экспериментальными, а также с результатами, полученными с помощью современных вычислительных комплексов.

Выявленные факторы, влияющие на работу железобетонных колонн, на основе результатов расчета ряда колонн по разработанной методике.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и двух приложений. Общий объем диссертации – 125 машинописных страниц. Список литературы включает 100 наименований, в том числе 8 источников иностранных авторов. Работа содержит 13 таблиц и 45 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи исследования, определены научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе изложено состояние вопроса, дан обзор литературных источников, посвященных изучению работы гибких сжатых конструкций из железобетона, а также приведен обзор некоторых современных вычислительных комплексов.

Первые попытки расчета несущей способности сжатых элементов были осуществлены в 1899 году Риттером. Позже, в 1902 году Консидером были произведены первые опытные исследования сжатых элементов с различным армированием. В начале ХХ века Карпентером, Кристенсеном, Лондоном, Макмилланом и другими учеными были произведены также первые экспериментальные и теоретические исследования внецентренно сжатых

В СССР в 30-х годах А.Ф. Лолейтом была предложена теория расчета, основанная на принципе предельного равновесия.

Исследования М.С. Боришанского в 1935-1936 г.г. внецентренно сжатых коротких и гибких железобетонных колонн удостоверили правильность подхода по расчету внецентренно сжатых колонн по стадии разрушения. Созданная на базе этих исследований методика расчета просуществовала довольно долгое время.

С 1955 года в нашей стране был создан и применяется до сих пор метод расчета конструкций по предельным состояниям, который был положен в основу норм проектирования бетонных и железобетонных конструкций. Экспериментальные и теоретические исследования К.Э Таля, Е.А Чистякова и других стали базой для разработки основы теории расчета стержневых железобетонных элементов с учетом различных факторов. Основы этих исследований с учетом некоторых поправок легли в существующие нормы и правила в разделы по расчету сжатых железобетонных элементов.

В 60-е годы большое количество исследований было проведено В.М. Бондаренко. Исследования ученого были направлены на изучение нелинейной работы железобетона и устойчивости железобетонных элементов. Позже Н.Н. Попов, Б.С. Расторгуев, В.И. Пугачев, Г.А. Гениев, Ю.П. Гуща, Л.Л. Лемыш, В.Я. Сухман, В.Н. Байков, С.В. Горбатов, Л.Л. Паньшин, А.Ф. Остапенко, Л.Л. Лемыш, С.В. Бабич и другие также в своих трудах исследовали нелинейную работу железобетона, в том числе, в стадиях близких к разрушению. Для исследования работы и расчета внецентренно сжатых элементов из железобетона предлагались к использованию различного вида диаграммы состояния бетона и арматуры. В некоторых работах присутствовала критика существующих норм из-за того, нормативные документы перенасыщены эмпирическими зависимостями, в результате чего они потеряли ясный физический смысл и универсальность, а также применяемые зависимости стали очень громоздкими. Кроме того, существовавшие методы расчета не могли дать ответа на ряд сложных задач, возникающих при проектировании.

на коэффициент продольного изгиба ?, учитывающий ряд факторов.

Физическую нелинейность в нелинейном расчете предлагается учитывать с помощью одной из двух диаграмм состояния бетона (билинейной и трилинейной) и билинейной диаграммой состояния арматурной стали. Предлагаемая в проекте нового Свода Правил криволинейная диаграмма состояния бетона с ниспадающей ветвью, наиболее полно описывающая работу бетона и присутствующая в европейских нормах, в окончательную редакцию отечественных норм не вошла.

В настоящее время для расчета и анализа работы конструкций используются программно-вычислительные комплексы, основанные на методе конечных элементов. Расчетные модули программ позволяют вести расчет по деформированной схеме. Однако некоторые программы не учитывают физическую нелинейность конструкции, другие используют не полные диаграммы деформирования бетона и имеют недостатки в ходе выполнения итерационных расчетов.

Во второй главе приведен разработанный инженерный подход по расчету гибких внецентренно сжатых железобетонных конструкций по деформированной схеме с учетом физической нелинейности. На базе обобщения различных расчетных схем был создан универсальный расчетный модуль, в котором возможно вести расчет не отдельной стойки, а рамы в целом, с вводом в общем случае различных упругих связей (возможна установка шарнира, жесткой заделки, свободного конца и т.д.), имитирующих закрепления концов колонны. Кроме того, данный модуль предполагает наличие горизонтальных конструктивных элементов, связанных с колонной, которые имитируют ригель или плиту перекрытия с соответствующей жесткостью. Такая схема представлена на рис.1.

Расчет по деформированной схеме состоит из двух основных этапов. После подготовки исходных данных на первом этапе производится статический расчет конструкции. Для его проведения, ввиду сложности и значительной трудоемкости при ручном счете, создан расчетный модуль на IBM-совместимом компьютере. В его основу положен классический метод строительной механики – метод перемещений, в который введен ряд функций строительной механики, учитывающих продольный изгиб элементов стойки.

Система уравнений метода перемещений для разработанной универсальной схемы имеет следующий вид:

rij – реакции в введенных связях от единичных перемещений (угловых и линейных) в основной системе;

Rip – реакции в введенных связях от внешних нагрузок в основной системе.

Основная система метода перемещений представлена на рис. 2. Каждая из стоек (нижняя, средняя и верхняя) разбита на 6 элементарных составляющих (далее элементов), верхний и нижний ригели разбиты на 5 элементов.

загрузка...