Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ II
1.1. Методы расчета прочности нормальных сечений железобетонных элементов II
1.2. Расчет статически неопределимых железобетонных балок с учетом перераспределения усилий
1.2.1. Несущая способность статически неопределимых балок и методы ее оценки 14
1.2.2. Перераспределение усилий в различных стадиях загружения 21
1.3. Задачи исследования 26
2. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРШЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ • 30
2.1. Программа испытаний и свойства исходных материалов 30
2.2. Характеристика и конструкция опытных балок.. 31
2.3. Методика испытаний опытных образцов 32
3. ПРОЧНОСТЬ НОРМАЛЬНЫХ СЕЧЕНИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ЕЕ ОЦЕНКА С УЧЕТОМ НИСХОДЯЩЕЙ ВЕТВИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ. 44
3.1. Особенности работы опытных слабо- и переармированных однопролетных балок 44
3.2. Учет влияния местных напряжений на прочность нормальных сечений изгибаемых элементов... 53
3.3. Методика расчета прочности нормальных сечений железобетонных элементов с учетом нисходящей ветви деформирования бетона 63
3.4. Приближенная зависимость "момент-кривизна"..
3.5. Анализ теоретических и опытных и результатов численного эксперимента 78
Выводы по главе 3 89
4. НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ И ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В НЕРАЗРЕЗНЫХ ПЕРЕАРМИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛКАХ 90
4.1. Изменение внутренних усилий в опытных балках на всех стадиях работы и их оценка существующими методами 90
4.2. Предлагаемый метод расчета статически неопределимых балок с учетом реальной диаграммы деформирования и его основные предпосылки 1
4.2.1. Алгоритм предлагаемого метода расчета итерационным способом НО
4.2.2. Реализация предлагаемого метода расчета приближенным способом 1
4.3. Сходимость опытных и расчетных усилий, определенных предлагаемым методом. Численный эксперимент.. 123
4.4. Особенности деформирования свободно опертых одно-пролетных и неопределимых балок в "закритической" стадии работы 132
Выводы по главе 4 137
5. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НЕРАЗРЕЗНЫХ БАЛОК ПРИ ЗНАЧИТЕЛЬНО ОТЛИЧАЮЩЕМСЯ АРМИРОВАНИЙ РАСЧЕТНЫХ СЕЧЕНИЙ И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА 139
5.1. Характер развития моментов в опытных балках с ростом нагрузки и их расчет существующими методами 139
5.2. Предлагаемая расчетная схема излома балки переменной жесткости 147
5.3. Расчет опытных условных неразрезных балок численного эксперимента по предлагаемому методу итерационным и способаїли... 151
Выводы по главе 5. 156
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДИ 157
ЛИТЕРАТУРА 159
ПРИЛОЖЕНИЯ 171
Введение к работе
Совершенствование методов расчета и проектирования железобетонных строительных конструкций, являющихся основой современного строительства, повышение их экономичности и надежности - одна из важнейших задач современного строительства.
Наиболее распространенным видом железобетонных конструкций являются балки. Придание им неразрезности позволяет уменьшить сечения и снизить расход материалов и вес конструкций, поскольку многолролетные неразрезные балки значительно выгоднее системы од-нопролетных элементов вследствие более благоприятного распределения внутренних усилий.
Расчет статически неопределимых железобетонных балок как упругих систем соответствует их действительной работе лишь при невысоких уровнях нагрузки, не вызывающей образования трещин и существенных неупругих деформаций бетона и арматуры. При эксплуатационных нагрузках фактическое распределение внутренних усилий может уже значительно отличаться от найденного по расчету упругой системы. С ростом уровня нагрузки и приближением конструкции к пределу несущей способности неупругие деформации бетона и арматуры возрастают, развиваются трещины, нарушается сцепление арматуры с бетоном на отдельных участках. Наблюдается отход от прямой пропорциональности между ростом нагрузки и возрастанием усилий и перемещений - перераспределение усилий.
Исследованиям и разработке методов расчета статически неопределимых железобетонных балок с учетом перераспределения усилий посвящено немало работ, однако многие вопросы оставались недостаточно выясненными. К ним, в частности, относились особенности перераспределения усилий в неразрезных переармированных балках, а также в балках с резко отличавшимся армированием расчетных сечений. Не полностью была исследована возможность использования для оценки несущей способности таких систем метода предельного равновесия.
Особый интерес вызывало перераспределение усилий в "закрити-ческих" стадиях работы неразрезных балок, когда моменты в некоторых расчетных сечениях после достижения предельных значений начинают снижаться при увеличении моментов в других расчетных сечениях. Это явление связано с наличием и реализацией в полной диаграмме деформирования "момент-кривизна" нисходящей ветви, которая, в свою очередь, обусловлена наличием нисходящей ветви в диаграмме "напряжения-деформации" бетона.
Расчетные методы построения полных диаграмм деформирования как материалов, так и сечений с нисходящими ветвями и использование их в явном виде в расчетах несущей способности и перераспределения усилий в статически неопределимых балках разработаны в настоящее время далеко не полностью.
Исследованию этих и других малоизученных вопросов посвящена данная работа. Решение поставленных задач позволит уточнить методы расчета и проектирования статически неопределимых железобетонных балок, повысить их экономичность и надежность.
Тема выполнялась в соответствии с отраслевой программой 0.55.16.031 Госстроя СССР на 1981-85 гг. (тема 03.01.сП.в4). Она входит также в план важнейшей тематики по программе СМР (приказ Минвуза РСФСР # 394).
Цель диссертационной -работы:
- исследование работы неразрезных и свободно опертых одно-пролетных балок со слабо- и переармированными сечениями, получение полных диаграмм деформирования "напряжения-деформации", "момент-кривизна" и "нагрузка-моменты"с нисходящими ветвями;
- разработка метода расчета прочности нормальных сечений с учетом в явном виде нисходящей ветви бетона на основе итерационного подхода, составление алгоритма и программы расчета, реализация ее на ЕС ЭВМ;
- получение расчетной диаграммы "момент-кривизна" изгибаемых элементов с нисходящей ветвью итерационным и приближенным способами;
- выявление возможности применения для оценки несущей способности неразрезных балок метода предельного равновесия в тех случаях, когда его вторая предпосылка в явном виде не выполняется;
- разработка нового метода расчета неразрезных балок на основе использования полных диаграмм деформирования материалов и сечений с нисходящими ветвями, позволяющий оценить несущую способность и перераспределение усилий на всех стадиях работы, включая и "закритическую" с позиций единого подхода;
- разработка итерационного способа реализации предложенного метода расчета неразрезных балок, составление его алгоритма и программы на ЕС ЭВМ и приближенного способа, позволяющего вести расчеты вручную;
- проверка всех предложенных расчетных рекомендаций на данных собственных опытов и результатов других исследователей;
- выполнение численного эксперимента для оценки приближенных методов и анализа перераспределения усилий при широком варьировании изучаемых факторов.
Автор защищает:
- результаты экспериментальных исследований однопролетных и неразрезных двухпролетных железобетонных балок с арматурой класса A-III со слабо- и переармированными сечениями;
- способ учета влияния местных напряжений в зоне действия сосредоточенных сил на напряженно-деформированное состояние нормальных сечений; - метод расчета прочности нормальных сечений с учетом в явном виде нисходящей ветви бетона на основе шагово-итерационного подхода;
- рекомендации по построению полных расчетных диаграмм "момент-кривизна" с нисходящей ветвью итерационным и приближенным способами;
- новый метод расчета несущей способности и перераспределения усилий на всех стадиях работы статически неопределимых балок;
- итерационный и приближенный способы реализации нового метода расчета, алгоритм и программу расчета на ЕС ЭВМ.
Научная новизна работы:
- получены новые экспериментальные данные о работе статически неопределимых двухпролетных балок с переармированными расчетными сечениями, а также при резком отличии их армирования при постоянной скорости деформирования в стадиях, близких к разрушению;
- получены полные диаграммы деформирования с нисходящими ветвями - "напряжения-деформации", "момент-кривизна" и "нагрузка-моменты" неразрезных балок;
- выявлено, что несущая способность лереармированных неразрезных балок, а также балок с сильно отличающимся армированием расчетных сечений не может быть оценена методом предельного равновесия, так как их поведение не удовлетворяет его основным предпосылкам;
- предложен новый метод расчета статически неопределимых балок на основе использования полных диаграмм деформирования материалов и сечений с нисходящими ветвями, позволяющий оценить несущую способность и перераспределение усилий на всех стадиях работы с позиций единого подхода;
- разработан итерационный способ реализации предложенного метода расчета, составлены его алгоритм и программа расчета на ЕС ЭВМ;
- разработан приближенный способ реализации нового метода, в котором для балок со ступенчато переменной жесткостью используется более достоверная схема излома;
- предложен метод расчета прочности нормальных сечений с учетом в явном виде нисходящей ветви бетона на основе итерационного подхода, составлены алгоритм и программа расчета, реализованная на ЕС ЭВМ;
- разработаны итерационный и приближенный способы построения полных расчетных диаграмм "момент-кривизна" нормальных сечений с нисходящей ветвью;
- предложен способ учета влияния местных напряжений в зоне действия сосредоточенных сил на напряженно-деформированное состояние нормальных сечений.
Достоверность разработанных рекомендаций и предложенных методов расчета подтверждается статистической обработкой экспериментальных данных автора, других исследователей, а также результатов численного эксперимента со значительно расширенными границами варьирования изучаемых факторов.
Практическое значение и внедрение результатов работы
На основании выполненного исследования разработаны практические рекомендации по учету нисходящей ветви бетона в расчетах несущей способности и перераспределения усилий в статически неопределимых балках. Составлены алгоритм и программа расчета на ЕС ЭВМ и предложен приближенный метод для расчета вручную.
Рекомендации автора позволяют более точно оценивать несущую способность и перераспределение усилий и деформаций в статически неопределимых железобетонных системах, армировать их более рационально и снижать расход арматуры.
Разработанные рекомендации приняты НЙИЖБ Госстроя СССР для использования при подготовке новой редакции "Руководства по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций".
Результаты исследований автора внедрены также в учебный процесс в Ростовском инженерно-строительном институте - они включены в программу общего и специального курса железобетонных конструкций для студентов строительных специальностей.
Апробация работы и публикации
Основные положения диссертации опубликованы в 4 научных статьях, а также научно-техническом отчете РИСИ.
Материалы диссертации доложены и обсуждены на заседании секции железобетонных конструкций Ростовского областного правления НТО Стройиндустрии, на научно-технических конференциях института СевкавЗДШЭЛсельстрой и Ростовского ИСИ в 1982-83 гг.
Диссертационная работа выполнена в Ростовском-на-Дону инженерно-строительном институте Минвуза РСФСР под руководством доктора технических наук, профессора Р.Л.Маиляна и кандидата технических наук Л.Р.Маиляна.
