Delist.ru

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

Автор: Никоноров Руслан Михайлович

Для определения секущего модуля деформации в настоящей работе предложено использовать трехлинейную диаграмму состояния железобетонных конструкций, состоящую из отдельных линейных отрезков, проходящих через три параметрические точки (рис. 6).

Для изгибаемых, внецентренно сжатых, а также внецентренно растянутых элементов, с предварительным напряжением и без предварительного напряжения, в работе приведены формулы для определения значений параметрических точек.

Значение секущего модуля деформации между параметрическими точками диаграммы определяется с использованием формул (2 – 5).

По формуле 2 определяют характеристику жесткости для всех стадий напряженно-деформированного состояния при соответствующем значении

определяют по формуле 3, полученной на основании трехлинейной диаграммы (рис. 6):

где М - изгибающий момент в сечении, принимаемый равным:

- в монолитном ригеле - значению момента в стержневом конечном элементе

» в ПК «ЛИРА» и формулы:

Nу,up, Nу,dw – узловые усилия в верхней и в нижней полке плиты, действующие вдоль оси y;

Mx,up, Mx,dw, Мx,m - узловые изгибающие моменты верхней, нижней полки плиты и ребра, относительно оси х ;

(1/r)i, (1/r)i-1, Mi, Mi-1 – значения параметрических точек, показанных на рис. 6.

Значение секущего модуля деформации между параметрическими точками диаграммы определяется по формуле:

где I - момент инерции сечения элемента без трещин.

?Љ?Љ? и связь между элементами каркаса нарушается, если для восприятия растягивающих усилий не выполнено никаких мероприятий. После этого производится перерасчет без исключенных элементов. По окончании расчета для каждого элемента определяется участок диаграммы, в соответствии с возникающим в нем усилием (рис.6). Используя значения параметрических точек для найденных участков диаграммы и формулы (2–5) для каждого элемента определяется новое значение модуля деформации. После введения в расчетную схему новых значений модуля деформации элементов производится перерасчет КЭМ.

По окончании расчета значения вновь полученных усилий в элементах схемы сверяются с ранее полученными усилиями. Если значения усилий остались близкими предыдущим, то расчет считается оконченным. В противном случае для каждого вновь полученного усилия необходимо определить модуль деформации по вышеизложенному методу. Расчет проводится до стабилизации параметров. По достижении стабилизации параметров (усилий) расчет считается оконченным.

В третьей главе приводятся сравнительный анализ по деформативности КЭМ предварительно напряженных многопустотных плит, смоделированных согласно главе 2 с экспериментальными данными по многопустотным плитам.

Для проведения анализа соответствия экспериментальных данных по многопустотным плитам, полученных ранее, данным численного эксперимента, было отобрано несколько вариантов ранее испытанных в МГСУ плит. Критерием выбора было принято наличие не менее двух результатов испытаний, выполненных в разный период времени, для каждой плиты. Все отобранные из испытанных заводских плит были изготовлены по типовому проекту (серии 1.141-1, выпуска 63).

Плиты различались по следующим параметрам:

поперечный размер;

диаметр и количество напрягаемой арматуры;

величина предварительного напряжения;

диаметр и количество арматуры без предварительно напряжения.

На рис.7 представлен типичный график прогиба многопустотной плиты от равномерно распределенной нагрузки, рассчитанные по методу КЭ и полученные экспериментально.

Из рис. 7 видно, что предложенная КЭМ отражает действительную работу плит. Расхождение между экспериментальным и расчетным значением прогиба для момента образования трещин в плитах составляет менее 0.5мм (1%). Остальные результаты удовлетворяют точности практических расчетов, погрешность которых составляет 5 %.

В четвертой главе проведен расчет модели сборно-монолитного каркаса с плоскими плитами и скрытыми ригелями, и приведено сравнение полученных результатов с натурными испытаниями с целью подтверждения метода расчета сборно-монолитного каркаса с плоскими плитами, в которой учтены следующие эффекты: наличие реактивного распора при изгибе сборных многопустотных плит, перераспределение усилий на менее нагруженные элементы перекрытия.

В данной работе в качестве натурной модели был выбран сборно-монолитный каркас с плоскими плитами и скрытыми ригелями, разработанный БелНИИС'ом.

Расчет сборно-монолитного каркаса с плоскими плитами и скрытыми ригелями был выполнен согласно главе 2.

Полученные значения погрешностей прогибов для элементов каркаса в ходе апробации метода расчета сборно-монолитного каркаса с учетом физической нелинейности материалов не превышают 10%. Полученные результаты свидетельствуют о приемлемости предложенного метода расчета сборно-монолитного каркаса с плоскими плитами перекрытия и скрытыми ригелями с учетом физической нелинейности материалов и использованием

Для оценки влияния распора на напряженно-деформированное состояние плит перекрытия, входящих в состав сборно-монолитного каркаса, был произведен расчет фрагмента каркаса, без элементов, учитывающих распор. Работа плит перекрытия в каркасе без распора может быть достигнута установкой вкладышей в зоне примыкания плит к несущим ригелям (рис. 8). В дальнейшем вкладыши могут быть удалены после набора прочности бетоном или оставлены.

Рис. 8. Решение узла, исключающее возникновение распорных усилий в зоне опоры плит

В результате расчета было установлено, что в каркасе с вкладышами (без элементов, учитывающих распор) прогибы в плитах перекрытия больше по сравнению с каркасом без вкладышей (с элементами, учитывающими распор).

На начальных этапах работы каркаса без трещин, в каркасе без вкладышей от нагрузки возникает распор, в связи с этим в плитах перекрытия уменьшается прогиб в среднем на 6,1% по сравнению с прогибами в каркасе с вкладышами. После образования трещин в несущих ригелях влияние распора на значения прогиба в плитах перекрытия снижается до 2%, это связано с уменьшением жесткости несущих ригелей. В результате образования трещин в плите перекрытия влияние распора на значения прогиба снижается до 1%.

В плите перекрытия, работающей в каркасе с вкладышами, значения момента вдоль крайнего несущего ригеля можно считать нулевым по сравнению со значением, полученным в каркасе без вкладышей. Значения момента в противоположном торце плиты вдоль среднего несущего ригеля при начальных нагружениях в обоих каркасах совпадают. Начиная с 6 этапа, нагрузку от блоков можно считать равномерно распределенной, значение момента в плите вдоль среднего несущего ригеля в каркасе с вкладышами в 1.5 раза меньше момента в каркасе без вкладышей. Суммарный момент плит (M?=2Мопр+Мпр) в каркасах совпадают. Значение пролетного момента в плите, работающей в каркасе с вкладышами, больше момента плиты в каркасе без вкладышей на величину, равную разнице между опорными моментами, полученными для плиты в каждом каркасе.

В результате расчета установлено, что прогиб ригелей сборно-монолитного каркаса зависит от наличия распора в перекрытии. При этом прогиб несущих ригелей в сборно-монолитном каркасе без вкладышей на начальных этапах работы меньше в среднем на 4,2% прогиба несущих ригелей в сборно-монолитном каркасе c вкладышами. После образования трещин прогибы несущих ригелей в каркасе без вкладышей становятся равными или близкими к прогибам несущих ригелей в каркасе с вкладышами.

Качественный и количественный характер влияния распора на перераспределение усилий зависит от конструктивных особенностей рамы (геометрические размеры, армирование) и уровня нагружения вертикальными

Проведенные нами исследования показали, что плиты включаются в работу ригеля, тем самым увеличивая его жесткость.

На основе характера распределения усилий в плитах и совместной деформации с монолитным ригелем установлено, что ригель в продольном направлении работает как двутавровая балка. Напряжения в плитах вдоль несущего монолитного ригеля меняют свой знак. Полки плит неравномерно включены в работу несущего монолитного ригеля. Проведенные нами экспериментальные исследования показали, что длина полок плит, включающихся в работу несущего монолитного ригеля, составляет две толщины ригеля.

Для определения величины полок плит, включающихся в работу несущего монолитного ригеля, был произведен расчет КЭМ рамы сборно-монолитного каркаса без многопустотных плит. Жесткость несущих монолитных ригелей, при которой прогибы ригелей в раме совпадают с прогибами в расчетной модели каркаса, была определена с использованием метода последовательных приближений.

При предварительных расчетах по прочности и деформациям несущего монолитного ригеля как двутавровой балки можно использовать вышеописанные результаты исследования о совместной работе ригеля с плитами. Для более точных расчетов целесообразно производить расчет всего каркаса. Такой расчет отражает наиболее правильную картину работы всех элементов, входящих в состав сборно-монолитного каркаса.

В диссертации разработаны практические рекомендации по расчету прочности шпоночного стыка плиты с несущем ригелем.

загрузка...