Delist.ru

 Совместная сопротивляемость, деформативность железобетонных элементов перекрытия сборно-монолитных каркасов с плоскими плитами и скрытыми ригелями (17.12.2008)

Автор: Никоноров Руслан Михайлович

Апробация работы. Результаты исследований были доложены и одобрены на двух научных семинарах кафедры ЖБК МГСУ, проведенных 31.01.2003г. и 25.05.2007г.

Публикация работы. Материалы диссертации были опубликованы в двух печатных статьях, в журналах из Перечня ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения с основными результатами и выводами, списка литературы из 69 наименований, приложений. Работа изложена на 219 страницах, содержит 103 рисунка и 21 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована важность решения научной проблемы и актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, рассмотрена изученность решаемой проблемы, представлены научная новизна и практическое значение проведенных исследований, приведены сведения о реализации и апробации полученных результатов, о структуре и объеме диссертационной работы.

В первой главе приведен обзор зарубежных и отечественных каркасных систем и применяемые методы расчета для сборно-монолитных систем.

В результате анализа конструктивных решений каркасных несущих систем отмечена эффективность и перспективность применения сборно-монолитных каркасных систем (РАДИУСС и АРКОС), позволяющая обеспечить практически неограниченное разнообразие архитектурных форм, свободную и гибкую планировку, а также высокую надежность и экономичность зданий.

В диссертации проведена систематизация ряда требований, предъявляемых к сборно-монолитным конструкциям различными нормативными документами.

Значительный вклад в развитие теории и методов расчета сборно-монолитных конструкций внесли многие отечественные и зарубежные ученные. Результаты их исследований нашли отражение в “Руководстве по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций ” в нашей стране, а также в Американских нормах (ACI code), в которых рассматриваемым конструкциям посвящена отдельная глава.

С развитием вычислительной техники расчет конструктивных систем стал выполняться на основе модели конечных элементов с использованием автоматизированных программных средств.

БелНИИС’ом для расчета сборно-монолитного каркаса с плоскими плитами и скрытыми ригелями (АРКОС и РАДИУСС) предложена пространственная оболочечно-стержневая конечно-элементная модель (рис.1).

В расчетной модели колонны и монолитные ригели представлены стержневыми элементами общего вида, а многопустотные плиты перекрытий изгибно-плосконапряженными конечными элементами (элементами плоской оболочки).

Рис. 1. Схема расчетной конечно-элементной модели сборно-монолитного

а) конструкция каркаса; б) расчетная модель каркаса;

1) колонны; 2) монолитные ригели; 3) сборные многопустотные плиты; 4) и 5) стержни моделирующие колоны и ригели; 6) элементы плоской оболочки, моделирующие многопустотные плиты; 7) связевые элементы; А….В) типы сопряжений элементов.

Разработчиками расчетной модели было отмечено, что в настоящей модели не могут быть учтены следующие эффекты: наличие реактивного распора при изгибе сборных многопустотных плит, перераспределение усилий на менее нагруженные элементы перекрытия.

При статическом расчете конструктивных систем с использованием автоматизированных программных средств жесткостные (деформационные) характеристики железобетонных элементов определяются, в основном, как для сплошных упругих тел без учета реального возможного образования трещин и неупругих деформаций. Это приводит, с одной стороны, к недооценке прогибов, с другой стороны, к переоценке максимальных усилий в элементах.

В настоящее время существует ряд предложений по учету трещин и неупругих деформаций при определении жесткостных характеристик как линейных, так и плоских железобетонных элементов. Однако предлагаемые методы содержат весьма сложные, громоздкие и одновременно достаточно условные зависимости, которые приводят к чрезмерному и неоправданному усложнению программных комплексов.

Из анализа методов расчета сборно-монолитных конструктивных систем следует, что работу элементов сборно-монолитных конструктивных систем, близкую к фактической работе, позволяет получить пространственный расчет сборно-монолитных конструктивных систем с использованием метода конечных элементов. При этом основным фактором, влияющим на результаты расчета, является учет в жесткостных характеристиках конечных элементов, особенностей работы элементов входящих в сборно-монолитные конструктивные системы (образование трещин, неупругих деформаций бетона и арматуры).

Во второй главе приведена методика расчета сборно-монолитных каркасов с плоскими плитами перекрытия и скрытыми ригелями методом конечных элементов с учетом физической нелинейности.

На рисунке 2 показана конечно-элементная модель сборно-монолитного каркаса с плоскими плитами перекрытия и срытыми ригелями. Данная модель позволяет учитывать ранее не возможные эффекты в других моделях: наличие реактивного распора при изгибе сборных многопустотных плит, перераспределение усилий на менее нагруженные элементы перекрытия.

Рис. 2. КЭМ сборно-монолитных каркасных систем с плоскими плитами перекрытия и скрытыми ригелями, смоделированная в ПК «ЛИРА»

Для каждого конструктивного элемента сборно-монолитного каркаса разработана конечно-элементная модель (КЭМ), с учетом возможности дальнейшего объединения в единую расчетную модель каркаса.

В конечно-элементной модели плиты полка моделируется конечными элементами (КЭ) № 41, ребро КЭ № 10. Связь между конечно-элементной моделью полки и ребром создается КЭ № 10. Жесткость связевых конечных элементов модели плиты определяется с учетом разбивки ее в продольном направлении.

Следующий элемент, создаваемый в модели перекрытия, – несущий монолитный ригель (рис. 3). Ригель представляет собой брус с цилиндрическими шпонками по продольным вертикальным граням. Ригель моделируется КЭ №

На рисунке 3 показан узел соединения плиты с несущим ригелем в единую КЭМ, в которой шпонка связана с плитой КЭ № 10.

Рис. 3. Узел КЭМ несущего ригеля с плитой в трехмерном изображении

Модель связевого ригеля состоит из поперечных шпонок, вертикальных связевых и продольных КЭ №10 (рис. 4). КЭ шпонок воспринимают сжимающие усилия, возникающие в соответствии с предполагаемой деформацией перекрытия, и передают их на связевый ригель, а также воспринимают сдвигающие усилия, возникающие в шпоночном соединении между плитой и связевым ригелем.

Рассматриваемое в данной работе сборно-монолитное перекрытие имеет продольные межплитные швы, которые заполняются монолитным бетоном, образуя шпоночное соединение. В этом стыке возникают сжимающие и сдвигающие усилия. КЭМ шва представляет собой КЭ № 10 в трех уровнях, так как сжимающее усилие в шве изменяется по высоте вдоль пролета.

Особенностью работы многопустотных плит в составе такого перекрытия является их изгиб под нагрузкой в условиях ограничения продольных перемещений замкнутыми по контурам ячеек железобетонными рамами, образованными монолитными ригелями. В результате внутри контура каждой ячейки в плоскости перекрытия возникают продольные и поперечные распорные усилия, вызывающие изгиб в горизонтальной плоскости и кручение бортовых (крайних) монолитных ригелей. В КЭ модели распор учитывается вводом КЭ № 10, показанных на рис. 5.

В работе приведены примеры определения характеристик элементов конструкций сборно-монолитного каркаса с плоскими плитами перекрытия и скрытыми ригелями, вводимых при расчете.

Как правило, железобетонные конструкции работают физически нелинейно, и для полноценного внедрения новых конструкций необходимо уметь проводить расчеты с учетом нелинейной работы материалов.

Жесткость железобетонных элементов изменяется под нагрузкой. Значение жесткости можно описать формулой:

ВJ=ЕJ . I ,

где ЕJ – модуль деформации, который учитывает нелинейную работу

I– момент инерции сечения элемента.

В данной работе расчет сборно-монолитных каркасных систем с плоскими плитами перекрытия и скрытыми ригелями ведется с использованием упругой модели. При этом момент инерции в формуле (1) остается без изменений для каждого элемента. Следовательно, модуль деформации, вводимый при расчете КЭМ сборно-монолитных каркасных систем с плоскими плитами и скрытыми ригелями, является переменным и зависит от нагрузки.

Рис. 4. КЭМ связевого ригеля в трехмерном изображении

Рис. 5. Сборно-монолитное перекрытие с колоннами, смоделированное в ПК

В данной работе предлагается итерационный подход определения секущего модуля деформации, который учитывает нелинейную работу элемента.

загрузка...