Введение к работе
Актуальность работы. Успешное решение задач по развитию капитального строительства требует повышения технико-экономической эффективности строительных конструкций. Учитывая, что сжатые элементы составляют весьма значительную часть общего объема железобетонных конструкций вопросы их рационального проектирования и расчета являются весьма актуальными.
При расположении в таких конструкциях продольных стержней вблизи граней с соблюдением минимального защитного слоя установка поперечной арматуры необходима для предотвращения выпучивания продольных стержней. Представляется целесообразным обеспечить достаточную устойчивость продольных стержней за счет значительного увеличения толщины защитного слоя. Это позволит отказаться от поперечного армирования (полностью или частично), что приведет к существенной экономии арматурной стали.
В настоящее время очень мало работ, посвященных этой проблеме. Не установлено влияние толщины защитного слоя на несущую способность и де-формативность стоек. Не уточнены методы расчета таких конструкций. Не установлено оптимальное положение арматуры по сечению колонны, соответствующее максимальному критическому усилию, разрушающему конструкцию. Следует установить изменения оптимального защитного слоя бетона колонн с увеличением размеров поперечного сечения.
Исследованию этих и других малоизученных вопросов посвящена настоящая диссертационная работа.
Цель диссертационной работы: получение новых экспериментальных данных о работе железобетонных колонн с заглубленной продольной арматурой без поперечного армирования; разработка методов расчета таких конструкций и установление оптимальных параметров толщины защитного слоя по критерию максимальных критических усилий.
Автор защищает:
- новые экспериментальные данные о работе под нагрузкой железобетонных колонн без поперечной арматуры, в которых варьировались толщина защитного слоя бетона, процент продольного армирования, эксцентриситет
внешней силы;
новые данные о характере развития продольных и поперечных деформаций элементов без поперечного армирования, влиянии процента продольного армирования на несущую способность сжатых элементов в зависимости от эксцентриситета внешней силы;
данные о влиянии продольной арматуры А500 на диаграмму деформирования тяжелого бетона и рекомендации по описанию этой диаграммы при различных процентах армирования;
корреляционные зависимости предельной сжимаемости тяжелого бетона от процента армирования и эксцентриситета внешней силы; рекомендации по расчету прочности железобетонных колонн, армированных сталью А500, основанные на перераспределении усилий с бетона на арматуру на нисходящем участии диаграммы деформирования бетона;
предложения по эффективному использованию арматуры А500 в сечении железобетонной колонны и приближенные методы расчета таких конструкций с учетом полных трансформированных диаграмм деформирования материалов;
методику оптимизационного анализа пространственной конструкции железобетонной колонны на основе параметрической конечно-элементной модели с учетом явлений трещинообразования и пластических деформаций;
результаты анализа напряженно-деформированного состояния конструкции армированной колонны при изменении геометрических и физических характеристик при нелинейном деформировании, позволившего установить существование оптимальных значений толщины защитного слоя бетона по критерию максимальных критических усилий.
методику оптимизационного анализа конструкции по расположению вертикальной арматуры колонны при сжатии на основе исследования плоского НДС сечения колонны.
данные перепроектирования типовых железобетонных колонн на элементы с заглубленной арматурой.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается статистической обработкой опытных данных автора, а также результатов численного
эксперимента с расширенными границами варьирования изучаемых факторов. Научная новизна работы:
получены и проанализированы новые экспериментальные данные о несущей способности и деформативности железобетонных колонн с заглубленной арматурой без поперечного армирования; установлено влияние на работу таких конструкций процента продольного армирования, эксцентриситета внешней силы, толщины защитного слоя бетона;
установлено влияние продольной арматуры А500 на диаграмму деформирования тяжелого бетона и предложены рекомендации по описанию диаграммы «cFb — еь» при различных процентах армирования;
разработаны корреляционные зависимости предельной сжимаемости тяжелого бетона от процента армирования и эксцентриситета внешней силы и даны предложения по расчету прочности железобетонных колонн, армированных сталью А500;
предложены приближенные методы расчета железобетонных колонн с учетом полных трансформированных диаграмм деформирования материалов и даны рекомендации по эффективному использованию арматуры А500 в сечении железобетонной колонны;
разработана методика оптимального анализа пространственной конструкции железобетонной колонны с использованием параметрической конечно-элементной модели при учете неупругих деформаций бетона;
проанализировано влияние различных факторов на работу железобетонных колонн с заглубленной арматурой и определен характер изменения оптимального значения защитного слоя бетона колонны при увеличении размеров поперечного сечения, имеющий тенденцию к стабилизации, начиная с некоторой величины сечения;
установлена взаимосвязь между результатами проведенного оптимизационного анализа пространственной конструкции колонны при сжатии и результатами анализа плоской деформации сечения колонны с целью выбора оптимального положения арматуры в ней, а также рассмотрены возможности оптимизационного исследования по армированию колонны введением эффективных упругих модулей.
Практическая ценность работы
Разработаны практические рекомендации по проектированию железобетонных колонн с заглубленной арматурой, учету влияния арматуры класса А500 на диаграмму деформирования бетона и работу железобетонных колонн.
Определены области рационального применения железобетонных колонн с заглубленной арматурой без поперечного армирования, установлены оптимальные величины защитного слоя бетона для обеспечения устойчивости арматурных стержней.
Разработана программа поиска оптимального расположения продольной вертикальной арматуры в колонне, пригодная для практического использования в проектной практике.
Внедрение результатов работы
Рекомендации по проектированию железобетонных колонн с заглубленными продольными стержнями и программа поиска оптимального защитного слоя бетона используется в проектной практике в проектных организациях ООО «Севкавнипиагропром», ОАО «Ростовгражданпроект», ЗАО «Озон» и др.
Результаты исследований автора внедрены также в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете - они включены в лекционные курсы по железобетонным конструкциям, в спецкурс, дипломное проектирование и научно-исследовательскую работу студентов.
Апробация результатов. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Международных научно-практических конференциях «Строи-тельство-2010», «Строительство-2011», «Строительство-2012», «Инновационные исследования строительных конструкций в работах молодых ученых Ростовской области».
Публикации. По материалам диссертации получен патент №2012130127/3, опубликованы 6 печатных работ, из них 4 - в рецензируемых научных изданиях, рекомендуемых ВАКом РФ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы и приложений.
Работа изложена на 140 страницах, содержит 17 таблиц, 65 рисунков, библиографический список из 125 наименований.
