Введение к работе
Актуальность темы. Широкое применение железобетонных конструкций в различных, в последние годы все более сложных и ответственных сооружениях, вызывает необходимость развития теории и совершенствования методов их расчета.
Тонкостенные железобетонные оболочки и складки являются наиболее сложными конструкциями. Их расчет по предельным состояниям с учетом специфических свойств железобетона производится до настоящего времени чаще всего с использованием обратных поверочных методов, например на основе кинематического метода предельного равновесия.
Значительное число исследований, выполненных за последние годы в области создания физических моделей железобетонных конструкций, свидетельствует скорее о важности, чем о достаточной изученности этих вопросов.
По ряду причин экспериментальным исследованиям оболочек и их элементов посвящено существенно меньше работ по сравнению с другими типами железобетонных конструкций, например стержневых. Более того, значительная часть этих работ проводилась на моделях из упругих материалов и ограничивалась получением в большинстве случаев только качественной картины. Количественная сторона деформирования и трещинообразования железобетонных элементов оболочек и складок до настоящего времени остается исследованной крайне мало. При проектировании этих конструкций физические параметры заимствуются, в основном, по результатам исследований стержневых и плоскостных конструкций. Это не в полной мере отражает действительную картину деформирования, образования и раскрытия трещин в оболочках и складках. Имеющиеся же фрагментарные опытные данные не могут быть использованы для нормирования параметров физических моделей.
Из изложенного следует, что проведение экспериментально-теоретических исследований тонкостенных железобетонных элементов при напряженных со-
стояниях, характерных для участков поверхности, оболочек и складок, в которых проверяется жесткость и трещиностойкость этих конструкций, представляет собой актуальную и практически важную задачу. Ее решение будет способствовать развитию теории и совершенствованию методов проектирования железобетонных тонкостенных конструкций.
Цель диссертационной работы. Разработка практического метода расчета трещиностоикости и жесткости тонкостенных элементов железобетонных оболочек и складок на основе экспериментально-теоретических исследований их деформирования при обобщенном плоском напряженном состоянии.
Научная новизна работы:
новые элементы в характере деформирования, образования, развития и раскрытия трещин в тонкостенных железобетонных элементах при обобщенном плоском напряженном состоянии «растяжение-сжатие», выявленные экспериментально;
расчетные схемы и аналитические зависимости деформирования арматурного стержня в зоне пересечения его неортогоналыю ориентированной трещиной;
предложения по уточнению физической природы "нагельного эффекта" в плосконапряженном железобетонном элементе;
методика, алгоритм и программные средства для расчета жесткости и трещиностоикости в тонкостенных плосконапряженных железобетонных элементах;
результаты сопоставительного анализа опытных и расчетных данных деформирования и трещиностоикости плосконапряженных железобетонных элементов с использованием предложенного расчетного аппарата. Автор защищает:
- результаты экспериментальных и теоретических исследований деформирова
ния и трещиностоикости тонкостенных железобетонных элементов с различным!
схемами армирования при обобщенном напряженном состоянии «растяжение
сжатие»;
новые элементы деформационной физической модели анизотропных железобетонных элементов с трещинами, направленные на уточнение осевых и тангенциальных смещений арматурного стержня в неортогонально ориентированной трещине;
методику, алгоритм расчета, результаты численных исследований и сопоставительного анализа элементов железобетонных оболочек и складок.
Обоснованность и достоверность научных положений базируется на использовании общих закономерностей теории упругости анизотропных материалов и механики железобетона и подтверждается сопоставлением результатов расчета по разработанной методике с экспериментом и данными расчета другими методами.
Практическое значение работы. Разработанная методика расчета трещи-[юстойкости тонкостенных плосконапряженных элементов позволяет более строго (по сравнению с существующими расчетными положениями) производить расчет железобетонных оболочек и складок по предельным состояниям второй группы, и, как следствие - рационально проектировать такие конструкции.
Реализация работы. Результаты проведенных исследований применены іри выполнении ряда проектов институтом Центрогипроруда, Белгородгипро-шщепром, в том числе при проектировании цилиндрической оболочки завода ;олода в г.Белгороде.
Запатентованная автором методика испытаний использовалась в Бел-ТАСМ при исследовании трещиностойкости новых типов железобетонных іространственньїх конструкций, а также в учебном процессе.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации юложены и одобрены на заседании секции «Железобетонных и каменных инструкций» 50-й Международной научно-технической конференции (г. Санкт-Тетербург, 1996 г.), Международной конференции «Ресурсосберегающие ехнологии строительных материалов, изделий и конструкций (г. Белгород, 1993 .), Международной конференции «Ресурсо- и энергосберегающие технологии
строительных материалов, изделий и конструкций» (г. Белгород 1995 г.), 54-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета (г. Санкт-Петербург, 1997 г.), 29-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов, студентов Российских вузов (г. Пенза, 1997 г.).
В полном объеме диссертационная работа доложена и одобрена на семинаре кафедры железобетонных и каменных конструкций Киевского государственного технического университета строительства и архитектуры (г. Киев, 1997 г.), семинаре кафедры строительных конструкций Белгородской государственной технологической академии строительных материалов (г. Белгород, 1998 г.). По теме диссертации опубликовано семь статей и получены два патента Российской Федерации на изобретение (N2008406 «Составная железобетонная панель»; N2071599 «Способ оценки механических свойств тонкостенных железобетонных конструкций при растяжении и сжатии и устройство для его осуществления»).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения с основными выводами, списка литературы и приложений. Она изложена на 207 страницах, содержит 149 страниц основного текста, 15 таблиц, 43 рисунка, 297 наименований литературы и 4 приложения на 35 страницах.