Введение к работе
Актуальность темы. В строительстве здания и сооружений в настоящее время, благодаря высоким экономическим показателям, повышенной несущей способности, технологичности изготовления и монтажа, . применяется большой набор тонкостенных пространственных конструкция в виде пологих оболочек положительной гауссовой кривизны и плоской прямоугольной плиты из сборного' и монолитного железобетона, используемые для перекрытия большепролетных строений, в междуэтажных пере крытиях и других инженерных сооружениях. Широкое использование железобетона для несущих строительных конструкций, обладающего специфическими свойствами пластичности, ползучести, а'также низкой трещиностойкости требует углубленного изучения их действительной работы под нагрузкой. Это делает актуальным выявления резервов несущей способности 'путем учета нелинейных 'и специфических свойств на основе реальных диаграмм деформирования материала/
Однако, несмотря на непрерывное совершенствование, приемуще-ства тонкостенных пространственных конструю^ий реализованы неполностью. Одним из факторов, сдерживающих широкое распространение этих конструкций, является недостаточная разработанность методов расчета, отсутствие разносторонных экспериментальных данных.
Практические методы расчета оболочкл рассматривают' в основ
ном упругую или пластическую стадию работы. ' „ -
С ростом нагрузки'конструкция деформируется, геометрические
оси конструкций получают изгиб. На каждом этапе загружения проис
ходит изменение геометрии, что приводит к изменению соотношении
усилиий системе. Изменение прогибов констукций в свою очеред ДОЛЖ- '
но оцениваться с учетом проявления неупругих свойств железобетона
и трещинообразования. Учет: основных свойств железобетона и факто
ров, влияющих на деформативность системы позволяет более доставер-
но определять напряженно-деформированное состояние конструкция на
всех стадиях нагружения, а несущую способность оценивать с учетом
предыстории загружения. ' '
Существующие методы расчета пологих оболочек и плит на кратковременное, и длительное действие нагрузки не учитывают совокупность указанных выше факторов, либо учитывают их частично. Кроме того, учет трещинообразования производят приближенно с помощью различных коэффициентов неравномерности. Последнее обстоятельства делают эти методы приближенными и неприемлемыми для учета треиин в растянутой зоне бетноа.тяк как при таких .подходах".вопрос о степени его приближения к ^Пстрителыгой' і-х^мр обра'ЗО і .4 чия it гл^вития трещи» в коне-
/
трукциях остаётся открытым.
В связи с этим проблема расчета прочности и устойчивости.пологих оболочек и плит в условиях упругопластических деформаций и ползучести' на основе использования эквивалентных параметров упругости с учетом достаточно строго. нелинейных свойств и трещинообразования в бетоне на базе реалных диаграмм О..- Є.= , а также разработка удобной и простой методики численной реализации представляется актуальной и имеющей важное практическое'значение.
Цель диссертационной работы. Создание эффективного метода расчета кратковременного, длительного деформирования и устойчивости пологих оболочек положительной гауссовой кривизны и плоских плит как единых физически и геометрически нелинейных .систем с учетом упругопластических деформаций и трещинообразования,
В сответствии с этим определны основные задачи исследований:
1} построение аналитической зависимости параметров напряженно-деформированного состояния сечения на основе реалных диаграмм о^-є^ материала и вывод системы разрешающих уравнения в смешанной форме : на базе нелинейной теории для пологих оболочек и плит с учетом физической, нелинейности,- наличия трещин а растянутой зоне бетона при кратковременном загружении; ,' '
-
вывод системы квазистатических уравнения.движения рассматриваемых оболочек и плит вследствие изменения внешней нагрузки и нелинейной ползучести;
-
Разработка методики определения кратковременной недлительной критических нагрузок для пологих железобетонных оболочек и плит и критического времени для изгибаемых стежневых плит-покрытий;
-
построение алгоритма и разработка программ расчета для чис-лэнной реализации оценки напряженно-деформированного состояния и устойчивости рассматриваемых оболочек и плит на персональном компьютере IBM PC;
5) анализ изменения параметров напряженно-деформированного состояния оболочек и плит от уровня загружения и во времени, определение мгновенной и длительной критической нагрузки, а также разработка рекомендаций для практического применения полученных результатов;
6) .сопоставление результатов расчета с известными эксперимен-.тальными и теорр гическими данными и оценка эффективности разработанной методики,
Научная новизна работы: '
- получены аналитические зависимости нелинейных уравнений рявнове-
- о -
;ия, погонных внутренних усилий в сечении железобетонной оболочки с использованием криволинейных диаграмм О,- є* материала и выражения іутя эквивалентных' параметров упругости, реализующие достаточно строго проблему учета трещин в растянутой зоне бетона;,
- разработан метод расчета прочности и устойчивости пологих желе
зобетонных оболочек и плит при действии кратковременной нагрузки с
учетом физической и геометрической нелинейности и трещинообразова-
ния; на базе теории гибких пологих оболочек и полученных аналити
ческих (нелинейных) зависимостей построены разрешающая система диф
ференциальных уравнений движения рассматриваемых оболочек вследст
вие изменение внешней нагрузки",
построена разрешающие уравнения кваэистатического движения для расчета пологих'железобетонных оболочек на длительное действие нагрузки с учетом нелинейной ползучести и наличия трещин, позволяющая учитывать изменение ж^сткостных параметров в зависимости от уровня нагружения; 'предложен удобный И простой способ интегрирования разрешающих уравнений с использованием ЭЦВМ;
разработана численная методики опр^грлюния кратковременной и . длительной критической нагрузки для пологих железобетонных оболочек и плит; с этой целью выведены уравнения варьированного состояния эквивалентно-упругого аналога оболочки о конечными степенями
СВОбоДЫ И ПОЛучеН Критерий МГНОВеїІНОП ПО'ІфИ устойчивости орнов-
ного состояния; ', " ч '
- По разработанному алгоритму cocTaivwHljl программы Дли численной
реализации предложенной методики расчета напряжений, деформаций,
перемещений, схем распределения трещин на, компьютер» типа tBM КЗ.
На защиту выносятся; ,
нелинейные уравнения равновесия тгонинм» внутренних усили*'6 сечений железобетонной оболо,чк« и вьцмжения для окививалентяых Параметров упругости,'реализухяцие учог нелинйниИого ярфпрМиїчдааиия И напичия трещин в расчетах прочности и устойчивости рассмаїриваеммх оболочек;
разрешающая система диффоре'нциаяьны» (квазисгь-гичеоких} уравнр-ниа движения пологих 'железобетонных оболочек При зйдапном рочіим-і изменение внешних воздействия, а так** иелинейний fttwrcjriWTM маї';*-риала; '
численная методика анализа краткоррпуенчив и длитпльчой уступчивости пологих железобетонных Ьболочок н іиштї
результаты численных исследования iMrnrt'WMMx пологи.» огЬлочик 'Л плит в условиях упругопластических .тЧюр^ц-и* и і іолиу wot и;
- алгоритм и программа расчеіч на IBM іиряимтрпи пмпряжншю-дефор-
мироваккого состояния и уотойчинооти рлсомнгриьаимых оболочек и
плит. '
ДииЖйЩ;аос:гь полученных и дисоо^мпии інсульт атоь и ныьодом обеспечивается корі*!КТниС!їі>кі пистаноши ьцдачи, -использованием rid-
щеприНЯТЫ* ГфИ рйсЧеТ ПОЛОГИХ ШЛеЗОЙеТОЛММХ ПЙОЛПЧоК и шит допущений, а также тщательной отладкой и топтироьтшем компьтарной программы, о помощью которой подучены ыю чиіілрніііііо ікізулм'ш'ьі,удовлетворительно соглаоуми,И« о известными гда:гк>римента.лышми денными.
ВЕШшаайіаа..іК'Шіша'л рчйоты состоит в следующем:
выполненная работа даеуг возможной гь достаточно строго р^ссматри-вать пгюйлвму тревднообрязойшия и ба.тч* точно, по (..равнению с линейно упругим рйЛЧеТоМ, ОЦЙНИШіТЬ 1ШГГрЯЖеПШО~Д<формировШНО« СООТО-яние ПОЛОГИХ ЖвЛИ;)ОС5йГОНИІіІХ оболочек и плит, подвергающегося действию распределенной по поверхности Нагрууки",
разработанные программы TlfflAN, PUT, ffi)Ji позволяют" с ігриемлемм-ми затратами трудя пользователя и ресурсов ЭВМ получать численные результаты расчетов пологих оболочек и плит а уч«гом физической и
Геометрической НОЛИНОЙНОСІ'ГИ.
Внедрение. Реиультаты теоретических иооледсшпний и программа ма расчета стержневых плит-покрытий 5CD„R нашли применений п Ленинградском Государственном институте иректирования строительных материалов /ЛенГЩРОСТРОМ/ при расчете структуры производственного здания U- 2 Сокольского заводя керамического кирпича.
Апробация работы. Основные результаты выполненных и дисоор-
тац>ш исследоішний'докладовались на:'
50-й, 51-й, 52-й научных конференциях СШГАГ<У /г. Санкт-Летер-йург, 1993 г., 1994 г., 1995 г./; ..
2-ом, 3--ем международном симпозиуме "Реконструкция Санкт-Петербург -2005." /г. Санкт- Петербург, 199? г., 1994 г./,
' Публикации. Основные резульїатьі диссертации изложены в чете-рех статьях.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения.че-
терех глав, заключения, приложения и списка использованной литера
туры. Обіций о'бьем работы . страниц, в том числе страниц
машинописного текста, . рисунков; таблиц, список исполь
зованной литературы из наименований, из них на иностран
ном языке.