Введение к работе
Актуальность работы. Значительную долю жилых домов, строящихся в нашей стране, представляют бескаркасные крупнопанельные и кирпичные здания. Конструктивные системы таких зданий подразделяются в зависимости от способа передачи нагрузки с перекрытий на фундаменты. Наибольшее распространение получила перекрестно-стеновая система. В случае, когда все стены являются несущими, плиты перекрытий изготовляются размером на комнату (как правило пролетом 3,6...4,5 м) и опираются по контуру. В этой системе применяются сплошные плиты без предварительного напряжения арматуры (или ненапряженные). В системе с несущими поперечными и продольными внутренними стенами, при шаге поперечных стен до 7,2 м, перекрытие ячейки осуществляется двумя плитами, опертыми ио трем сторонам, либо сплошными ненапряженными, либо сплошными или многопустотными с предварительным напряжением арматуры {ілшпреднапряжепньит).
Удельный вес перекрытий в конструктивной системе достаточно велик, как и значение их в статической работе конструктивной системы. Плиты перекрытий образуют горизонтальный диск, объединяющий вертикальные копструкции в единую систехму, перераспределяют усилия между ними, то есть обеспечивают их эффективную пространственную работу. Поэтому внимание ученых всегда привлекалн теоретические н экспериментальные исследованич железобетонных плит с различными условиями опирання.
Применяемая в проектной практике мегодика позволяет рассчитывать по прочности и деформативности спШошпые железобетонные плиты, опертые по контуру. Однако вопросы расчета деформативности плит, щарнирно опертых по трем сторонам, в том числе иреднапряженных, изучены недостаточно. Кроме того, отсутствуют па сегодня четкие рекомендации и обоснованные методаки по расчету прочности и деформативности, а также оптимизации армирования жестко защсмлпнных по трем или четырем сторонам железобетонных плит. С учетом вышескззанного сформулированы цель и задачи исследования.
Цель работы. Совершенствование методов расчета прочности и деформативности железобетонных плнт перекрытий гражданских зданий, опертых по трем и четырем сторонам, и разработка алгоритма программы автоматизированного расчета и конструирования плит.
Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:
проверить достоверность существующих нормативных методик расчета железобетонных плит на основании анализа опубликованных результатов экспериментальных исследований; выявить недостатки методик расчета;
по экспериментальным данным выявить особенности схем трещинообразо-вапия в плитах, работающих на изгиб в двух направлениях, и уточнить методику расчетного определения схемы и нагрузки трещинообразования в плитах перекрытий'различных типов;
уточнить методику расчета полных деформаций железобетонных плит, работающих на изгиб в двух направлениях;
разработать методику оптимизации армирования плит, жестко защемленных по трем и четырем сторонам, позволяющую получить армирование плит, минимальное по расходу стали;
на основе проведенных теоретических исследований разработать атгоритм и программу автоматизированного расчета, оптимизации армирования и конструирования плит, имеющих разные типы поперечных сечений и условия опирання.
Объект исследования. Плиты перекрытий гражданских зданий, прямоугольные в плане, опертые по трем и четырем сторонам и загруженные равномерно распределенной нагрузкой.
Предмет исследования. Методики расчета прочности и деформативно-сти плит перекрытий.
Методы исследования: анализ и обобщение литературных источников и результатов эксиеримеатов; статистическая обработка экспериментальных данных; математическое моделирование; технико-экономический анализ результатов теоретических исследований.
Научная новизна работы.
проверена достоверность и выявлены недостатки существующих нормативпых методик расчета железобетонных плит на основании анализа опубликованных результатов экспериментальных исследований;
усовершенствована методика расчета по образованию трещин в плитах при работе па изгиб в двух направлениях, позволяющая выявить расчетную схему образования трещин и определить нагрузку трещинообразования;
уточнена методика расчета прогиба многопустотных плит, опертых по трем сторонам, в упругой стадии, позволяющая избежать переоценки их жесткости;
усовершенствовапа методика расчета по деформациям плит в стадии работы с трещинами, позволяющая учесть реальную схему излома плит разных типов и получить экономию арматурной стали;
разработапа методика оптимизации армирования плит, жестко защемленных по трем и четырем сторонам;
предложен алгоритм определения рационального уровня предварительного напряжения арматуры в плитах;
разработапа программа "ПЛИТЛ-ПРО" автоматизированного расчета гатит перекрытий с различными условиями опирания и чипами поперечного сечения.
Практическое значение работы:
разработаны практические рекомендации по определению деформаций сплошных и многопустотных плит перекрытий, шарнирно опертых по трем и четырем сторонам, что позволяет рационально проектировать такие плиты;
применение разработанного алгоритма определения рационального уровня преднапряже1шя арматуры позволяет экономично конструировать плиты;
использование разработанной программы "ПЛИТА-ПРО" расчета плит перекрытий с различными условиями опирання и типами поперечного сечения позволяет автоматизировать процесс проектирования и оптнмнзировать параметры плит перекрытий.
Достоверность полученных результатов обеспечивается прнменением апробированных методов статистической обработки, математического моделирования и сопоставимостью результатов исследования с данными опытов.
Па защиту выносятся:
уточненная методика расчета плит перекрытий, шарнирпо опертых по трем и четырем сторонам, от начала загружения до образования первых трещин;
уточненная методика расчета прочности и деформацій плит перекрытий, шарнирно опертых по трем и четырем сторонам, в стадии работы с трещинами;
результаты анализа опубликованных экспериментальиых исследований плит перекрытий, шарнирно опертых по трем и четырем сторонам, и сопоставления их с теоретически полученными по существующим и предлагаемым методикам расчета;
- методика оптимизации армирования плит, жестко защемленных по трем v. четырем сторонам.
Реализация работы. Программа расчета плит перекрытий с различными условиями опирания и типами поперечного сечения "ПЛИТА-ПРО" зарегистрирована в Российском агентстве по правовой охране программ для ЭВМ, ба; данных и топологий интегральных микросхем (Свидетельство об официатьной регистрации № 960498 от 22.11.1996) [5]. Программа использовалась при разработке индивидуальных рабочих проектов жилых зданий ОАО "Краснодар-гражданпроект" и 0ОО "Стройпроект-ХХГ.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на впутриву-зовском конкурсе научных работ студентов, г. Краснодар, КубГТУ, 1996 г; конкурсе "На лучшую экспериментально-конструкторскую, научно-техническую, научную и творческую работу" среди студентов и аспирантоБ вузов края, г, Краснодар, ]996 г; Ш Всероссийской научно-методической конференции «Педагогические нововведения в высшей школе: технологии, методики, опыт», г. Краснодар, 1997 г; внутривузовском смотре-конкурсе на лучшую компьютерную разработку для учебного процесса, г. Краснодар, 1997 г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 статьях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 100 наименований. Работа изложена на 92 стр. машинописного текста, включает 28 рисунков и 9 таблиц.