Совершенствование метода расчета железобетонных элементов при косом внецентренном статическом и кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе 05. 23. 01 Строительные конструкции, здания и сооружения

На правах рукописи

САРКИСОВ ДМИТРИЙ ЮРЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ КОСОМ ВНЕЦЕНТРЕННОМ СТАТИЧЕСКОМ И КРАТКОВРЕМЕННОМ ДИНАМИЧЕСКОМ СЖАТИИ, РАСТЯЖЕНИИ И ИЗГИБЕ

05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Томск – 2008

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Томский государственный архитектурно-строительный университет (ГОУ ВПО ТГАСУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Плевков Василий Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Картопольцев Владимир Михайлович

кандидат технических наук, профессор

Яров Вячеслав Алексеевич

Ведущая организация: 26 Центральный Научно-исследовательский

институт МО РФ

Защита состоится 12 декабря 2008 г. в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д212.265.01 при ГОУ ВПО Томский государственный архитектурно-строительный университет по адресу: 634003 г. Томск, пл. Соляная, 2, ауд. 307/5.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО Томский государственный архитектурно-строительный университет.

Автореферат разослан « » ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Копаница Н.О.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Вероятность возникновения и воздействия на здания и сооружения случайных кратковременных динамических нагрузок аварийного характера постоянно увеличивается. Такие нагрузки часто вызывают значительные деформации конструкций, их полное или частичное разрушение, которое может привести к повреждениям дорогостоящего оборудования, травмам и даже гибели людей.

Современный подход к проектированию требует создания расчетных схем, отвечающих пространственной работе несущих систем зданий и сооружений и возникновению в элементах изгибающих моментов в двух плоскостях, продольных и поперечных сил, что приводит к сложному напряженно-деформированному состоянию при динамическом воздействии.

В отдельных конструкциях зданий и сооружений (колоннах, стойках, опорах) возникает косое внецентренное сжатие вследствие появления дополнительных эксцентриситетов из-за смещений конструкций от проектного положения (неточностей монтажа) или при реконструкции зданий с изменением их объемного или конструктивного решения (устройство антресольных этажей в одной части здания, надстройка мансардных этажей, перестановка связей, наращивание сечений отдельных конструкций и т.д.).

Численное исследование работы каркасов зданий при кратковременном динамическом воздействии показало, что при учете пространственной работы здания в колоннах каркаса кроме моментов в плоскости рамы возникают значительные моменты из плоскости рам. Таким образом, при работе в составе пространственных систем и учете кратковременных динамических воздействий существенно изменяется напряженное состояние колонн зданий, которое необходимо учитывать при проектировании и оценке несущей способности железобетонных конструкций.

Практически все имеющиеся на сегодняшний день исследования работы железобетонных элементов при косом внецентренном сжатии, растяжении и изгибе как теоретические, так и экспериментальные, проводились для статически нагруженных конструкций. В связи с этим задача разработки и совершенствования методов расчета железобетонных элементов при косом внецентренном кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе является актуальной, имеющей практическое значение при проектировании экономичных и надежных зданий и сооружений.

Объектом исследования являются симметрично армированные железобетонные элементы прямоугольного, круглого и кольцевого сечений.

Предметом исследования является напряженно-деформированное состояние железобетонных элементов при косом внецентренном статическом и кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе.

Цель работы. Разработка, реализация и экспериментальная проверка метода расчета по прочности железобетонных элементов при косом внецентренном кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе на основе поверхностей относительного сопротивления, реализующих деформационную модель с учетом физической нелинейности бетона и арматуры.

Задачи исследования:

  • на основе обзора, систематизации и анализа современных теоретических и экспериментальных данных определение предельных состояний и способов их нормирования, а также предпосылок расчета железобетонных элементов при косом внецентренном кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе с учетом нелинейной работы бетона и арматуры;

  • разработка аналитических зависимостей для динамического расчета железобетонных элементов на косое внецентренное кратковременное динамическое сжатие, растяжение и изгиб на основе поверхностей относительного сопротивления по прочности и реализация программы их автоматизированного расчета;

  • проведение экспериментальных исследований железобетонных элементов на косое внецентренное кратковременное динамическое сжатие, растяжение и изгиб с разрушением по нормальным сечениям при различном уровне продольной силы;

  • сопоставление и анализ расчета по предлагаемому методу с полученными результатами экспериментальных исследований.

Методология работы. Исследования выполнены на основе использования фундаментальных положений в области железобетона. Физический эксперимент выполнялся с использованием оригинального измерительного оборудования в лаборатории кафедры железобетонных и каменных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета, которое обеспечило необходимую достоверность полученных результатов.

Научная новизна работы заключается в получении новых знаний о прочности и деформативности железобетонных элементов при косом внецентренном кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе, а именно:

  • на основе поверхностей относительного сопротивления нормальных сечений по трещиностойкости и прочности разработаны расчетная модель и алгоритм расчета для железобетонных элементов прямоугольного, круглого и кольцевого сечений при косом внецентренном кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе;

  • разработаны и экспериментально проверены аналитические зависимости расчета симметрично армированных железобетонных элементов при косом внецентренном статическом и кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе, реализующие деформационную модель и учитывающие нелинейную работу бетона и арматуры;

  • получены новые экспериментальные данные о напряженно-деформированном состоянии, прочности и деформативности железобетонных элементов при косом внецентренном кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе; установлено влияние величины продольной силы на прочность и деформативность таких железобетонных элементов;

  • разработана методика, оригинальные стенды и измеряющие устройства для экспериментальных исследований железобетонных элементов при косом внецентренном кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе, новизна которых подтверждена пятью патентами РФ.

Практическая значимость работы заключается в получении научно-обоснованных результатов для совершенствования методов расчета железобетонных элементов прямоугольного, круглого и кольцевого сечений с симметричным армированием на статическое и кратковременное динамическое нагружение при любом сочетании продольных сил и изгибающих моментов двух плоскостей, а также в получении графиков (кривых взаимодействия  при фиксированной продольной силе), позволяющих упростить решение задач прямого и обратного проектирования железобетонных элементов при таких видах нагружения.

Достоверность результатов работы. Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным использованием основных положений теории железобетона; расчетными предпосылками, основанными на анализе обширных экспериментальных данных о поведении материалов и конструкций при кратковременном динамическом нагружении; методологически обоснованным комплексом экспериментальных исследований, с применением сертифицированных лабораторных приборов и установок, применением современных средств регистрации деформаций бетона и арматуры, достаточной воспроизводимостью экспериментальных величин; необходимая точность метода расчета подтверждена удовлетворительным совпадением теоретических и экспериментальных данных.

Реализация работы.Программный продукт используется в расчетах симметрично армированных железобетонных элементов при косом внецентренном кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе в 26 ЦНИИ МО РФ, а результаты исследований включены в специальный курс и проведение лабораторных работ на кафедре железобетонных и каменных конструкций при подготовке специалистов и магистров по направлению 270100 «Строительство» в Томском государственном архитектурно-строительном университете.

Личный вклад диссертанта:

  • разработка методики и проведение экспериментальных исследований железобетонных элементов при косом внецентренном кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе;

  • разработка метода, алгоритма и программы расчета железобетонных элементов прямоугольного, круглого и кольцевого сечений на статическое и кратковременное динамическое воздействие при любом сочетании продольных сил и изгибающих моментов;

  • проведение аналитических расчетов железобетонных элементов при косом внецентренном статическом и кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе.

На защиту выносятся:

  • метод расчета железобетонных элементов по прочности при косом внецентренном кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе на основе поверхностей относительного сопротивления, реализующий деформационную модель и нелинейную работу бетона и арматуры;

  • результаты определения влияния продольной силы на прочность и деформативность железобетонных элементов при косом внецентренном кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе;

  • методика и результаты экспериментальных исследований железобетонных элементов, испытанных при косом внецентренном кратковременном динамическом сжатии, растяжении и изгибе.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных семинарах кафедры железобетонных и каменных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета (2004 – 2008 гг.); на международной конференции Korea-Russia International Symposium on Science and Technology «KORUS 2004» (г. Томск, 2004 г., ТПУ); на десятой научно-технической конференции Общества железобетонщиков Сибири и Урала (Новосибирск, 23-25 ноября 2004 г., НГАСУ); на конференции «ИННОВАТИКА-2006» (г. Томск, 2006 г., ТГУ), на V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии» (г. Томск, 2007 г. ТПУ); на VII Российской национальной конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию с международным участием (г. Сочи, 2007 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано восемнадцать печатных работ, в том числе пять патентов РФ на полезную модель и четыре статьи без соавторов, одна из которых опубликована в журнале «Вестник ТГАСУ», входящем в перечень изданий, рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Объем и структура работы. Диссертация объемом 191 страница машинописного текста состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 147 наименований, шести таблиц, 97 рисунков, одного приложения.

  1. Бюллетень новых поступлений за январь 2009 года (2)

    Бюллетень
    Международная Славянская Академия наук, образования, искусств и культуры. Волго-Вятское отд-ние. Ученые записки Волго-Вятского отделения Международной Славянской академии наук, образования, искусств и культуры : [сб.
  2. Новые поступления в библиотеку за октябрь 2009г. У

    Документ
    УФ 39Фельдман, Арсений Борисович. Производные финансовые и товарные инструменты [Текст] : учебник для вузов: рек. УМО / Фельдман, Арсений Борисович. - М.
  3. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» Специальность

    Учебно-методический комплекс
    Учебно-методический комплекс по дисциплине «Железобетонные и каменные конструкции» составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специальности 270102 «Промышленное
  4. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Экономика отрасли» Специальность (2)

    Учебно-методический комплекс
    Учебно-методический комплекс по дисциплине «Строительные конструкции» составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специальности 270201 Мосты и транспортные тоннели (ЗМТ),
  5. Учебно методический комплекс Владивосток 2009 Рецензенты

    Учебно-методический комплекс
    Его содержание определяется рекомендуемой структурой УМК: он включает в себя рабочую учебную программу, конспект лекций, методические указания к практическим работам и выполнению курсового проекта, вопросы для проверки усвоения материала дисциплины.
  6. Общие рекомендации Ограничение воздействий технологического процесса и систем инженерного оборудования Защита от атмосферных осадков и грунтовых вод

    Руководство по эксплуатации
    РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УЧЕТУ ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ И ОСОБЕННОСТЕЙ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ СТРУКТУРЫ И СОСТАВА РАБОТНИКОВ ОТДЕЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТА ЗДАНИЙ ПРЕДПРИЯТИЯ

Другие похожие документы..