Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
ПАНФИЛОВ ДЕНИС АЛЕКСАНДРОВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОГИБОВ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ
Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Самара - 2012
Работа выполнена на кафедре железобетонных и каменных конструкций Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Самарский государственный архитектурно - строительный университет.
- Научный руководитель доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РААСН Мурашкин Геннадий Васильевич - Официальные оппоненты Петров Алексей Николаевич доктор технических наук, доцент, советник РААСН, заведующий кафедры архитектуры, строительных конструкций и геотехники ФГБОУ ВПО Петрозаводский государственный университет - Филиппов Валерий Ахмеджанович кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедры городское строительство и хозяйство ФГБОУ ВПО Тольяттинский государственный университет - Ведущая организация ФГБОУ ВПО Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
Защита состоится У29Ф марта 2012 года в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212. 213. 01 в ФГБОУ ВПО Самарский государственный архитектурно - строительный университет по адресу:
443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д.194, ауд. 04Факс: (846)242-17-84; e-mail: sgasu@sgasu.smr.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Самарский государственный архитектурно - строительный университет
Автореферат разослан У29Ф февраля 2012 г.
Ученый секретарь Алпатов Вадим Юрьевич диссертационного совета к.т.н., доцент
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Возведение современных строительных объектов, требующих высокой надежности и ответственности, таких как - высотные, зрелищные или олимпийские спортивные объекты - предполагает использование самых современных строительных материалов, технологий возведения, а также методик оценки реальной работы строительных конструкций. Для железобетонных конструкций таких сооружений в мировой строительной индустрии, наряду с обычными (В20-40) и высокопрочными (В50-В60) бетонами, используют бетоны сверхвысокой прочности (В70-В200) с улучшенными физико-химическими свойствами.
За последнее десятилетие предприятия отечественной стройиндустрии освоили серийный выпуск современных подвижных бетонных смесей сверхвысокой прочности (В60-В120) и успешно используют их на практике. Применение высокопрочного бетона позволяет уменьшать поперечное сечение конструкций, но при этом неизбежно уменьшается жесткость и увеличивается деформативность конструкции. Во многих конструкциях деформации, а не прочностные свойства являются определяющим фактором. Тем самым контроль и прогнозирование деформаций, в частности, прогибов, является важным аспектом при расчетах и проектировании современных зданий и сооружений.
Отсутствие нормативной базы и исследований бетонов сверхвысокой прочности накладывает определенные ограничения на повсеместное использование этих бетонов при проектировании, а также на оценку реального напряженно-деформированного состояния таких конструкций. Проведенные исследования показывают, что при всем многообразии представленного на российском строительном рынке программного обеспечения по расчету железобетонных конструкций, в т.ч. прогибов, их возможности ограниченны.
Например, большинство из них используют только стандартные расчетные характеристики бетона до класса В60.
Таким образом, совершенствование методики расчета прогибов изгибаемых железобетонных элементов, изготовленных из бетонов, в т.ч. сверхвысокой прочности, является актуальной задачей, что также определяет новизну и общую концепцию диссертационного исследования.
Особая благодарность за ценные научные рекомендации и помощь выражается научному консультанту доценту кафедры ЖБК СГАСУ, к.т.н. Мурашкину Василию Геннадьевичу.
Целью диссертационного исследования является совершенствование методики определения прогибов изгибаемых железобетонных конструкций с учетом трещинообразования на основе применения нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры.
Для осуществления поставленной цели в работе решались следующие задачи:
1. Анализ методик расчета прогибов и влияющих на прогибы факторов, представленных в отечественных и зарубежных источниках.
2. Совершенствование методики расчета прогиба, возникающего при эксплуатационных кратковременных нагрузках в статически определимых изгибаемых железобетонных элементах с учетом трещинообразования и нелинейного деформирования бетона и арматуры.
3. Разработка конечно-элементной модели изгибаемой железобетонной балки с дискретными трещинами и армированием в соответствии с проектом опытных образцов.
4. Выполнение и анализ численного эксперимента по расчету прогибов конечно-элементной модели в программном комплексе Лира 9.4.
5. Проведение экспериментальных исследований изгибаемых железобетонных образцов с различными геометрическими и физическими параметрами:
нормально и переармированных сечений элементов;
изготовленных из бетона обычной и сверхвысокой прочности;
армированных с использованием традиционных (A-III) и современных высокопрочных (А500) классов арматуры.
6. Анализ и сопоставление результатов натурных испытаний изгибаемых железобетонных элементов и образцов, описанных в научных трудах отечественных и зарубежных ученых, с результатами расчета по предложенной авторской методике, а также методикам отечественных и зарубежных нормативных документов.
7. Разработка рекомендаций по расчету прогиба конструкций, с учетом трещинообразования, с использованием нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры для конструкций, изготовленных из бетонов обычной, высокой и сверхвысокой прочности при кратковременном загружении.
Объект исследования - статически определимые железобетонные балки с зоной чистого изгиба при кратковременном нагружении.
Предмет исследования - прогибы, трещиностойкость и напряженнодеформированное состояние изгибаемых железобетонных балок.
Научная новизна. Получены следующие научные результаты:
1. Предложена методика определения кривизны в сечении с трещиной и в середине бетонного блока между трещинами с использованием нелинейных свойств бетона и арматуры, позволяющая более точно определять параметры напряженно-деформированного состояния рассматриваемого элемента.
2. Предложена синусоидальная функция распределения кривизны по длине статически определимого изгибаемого железобетонного элемента в зоне дискретного образования трещин.
3. Разработаны алгоритмы автоматизированного расчета кривизны, относительной деформации, высоты сжатой и растянутой зон бетона в сечении с трещиной и в середине бетонного блока между трещинами, глубины развития трещины, момента образования трещин, расстояния между трещинами и прогиба в статически определимых изгибаемых железобетонных элементах при кратковременном загружении.
4. Получены экспериментальные значения прогибов статически определимых изгибаемых железобетонных элементов, изготовленных из бетона сверхвысокой прочности (В90).
5. Проанализированы результаты испытаний 27 серий изгибаемых железобетонных образцов, проведенных отечественными и зарубежными учеными, с широким диапазоном прочностных характеристик бетона (В15-В145), расчетным пролетом 1,3-3,8м, степенью армирования 0,5-6,8%.
Практическое значение результатов исследований:
1. Предложена методика расчета прогибов, позволяющая более точно оценивать прогибы изгибаемых железобетонных элементов при кратковременной нагрузке в сравнении с существующими отечественными и зарубежными методиками.
2. Разработаны расчетные алгоритмы, реализованные в программном комплексе MathCAD 14, позволяющие использовать усовершенствованную методику расчета прогибов при проектировании и обследовании изгибаемых железобетонных элементов.
Автор выносит на защиту:
1. Усовершенствованную методику определения прогибов изгибаемых железобетонных конструкций с учетом трещинообразования с применением нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры;
2. Результаты собственных экспериментальных исследований прогибов шести серий изгибаемых железобетонных элементов, выполненных из бетона обычной (В25-В30) и сверхвысокой прочности (В90);
3. Сравнительный анализ авторских, отечественных и зарубежных экспериментальных исследований прогибов 27 серий изгибаемых железобетонных образцов с результатами расчета по предложенной методике.
Достоверность полученных результатов подтверждается применением классических методов строительной механики в области деформации изгибаемых железобетонных элементов под нагрузкой, использованием сертифицированных расчетных программ и современного аттестованного измерительного оборудования, значительным объемом авторских экспериментальных исследований и обработанных экспериментальных данных других ученых.
Результаты исследований внедрены:
в ООО НТ - РААСН ВолгаАкадемЦентр для использования при проектировании (в частности, железобетонных конструкций стадиона Строитель в г. Тольятти);
в экспериментальных исследованиях при выполнении государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации, согласно заявке 7.5796.2011, в НИЛ ЖБК СГАСУ по теме: Моделирование деформационных свойств высокопрочного бетона (класса до В200), в том числе твердеющего под давлением (БТД), с учетом фактора времени, для расчета и проектирования;
в учебном процессе СГАСУ при проведении учебных занятий с включением в рабочую программу по курсу УЖелезобетонные и каменные конструкцииФ для факультета УПромышленное и гражданское строительствоФ.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на 65-68-й всероссийских научно-технических конференциях СГАСУ (Самара, 2006-2011), Всероссийской научно-практической конференции Вопросы проектирования и расчета зданий и сооружений (Махачкала, 2011), II и III международных симпозиумах Проблемы современного бетона и железобетона (Минск, 2009 и 2011).
Публикации. Основные положения диссертационного исследования опубликованы в 16 печатных работах, в их числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, двух приложений и библиографического списка. Общий объем диссертации: 160 страниц, в т.ч. 43 таблицы, 101 рисунок и библиографический список из 156 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, показана научная новизна, дана общая характеристика работы.
В первой главе проведен анализ существующих диаграмм деформирования бетона, работающего на сжатие и растяжение, рассмотрены предложения ученых по описанию диаграммы деформирования арматуры, описаны методики определения расстояния между трещинами, представлены существующие методики определения кривизны, приведенного момента инерции и прогибов изгибаемых статически определимых железобетонных элементов при кратковременном загружении.
Учет нелинейных свойств бетона позволяет раскрыть физические процессы и наиболее точно отразить напряженно-деформированное состояние железобетонных конструкций. Современная база отечественных и зарубежных нормативных документов учитывает влияние нелинейных свойств бетона при расчете железобетонных конструкций с помощью нелинейной деформационной модели, основанной на диаграммах деформирования бетона.
Использование деформационной модели можно встретить в работах В.Н.
Байкова, С.Х. Байрамукова, В.М. Бондаренко, А.С. Залесова, В.И. Колчунова, В.П. Крамского, Л.Р. Маиляна, Н.С. Михайловой, Т.А. Мухаметдиева, Е.К.
Нурмаганбетова, Е.Г. Пахомовой, Е.Н. Пересыпкина, В.Н. Пимочкина, Ю.В.
Починка, Г.К. Рубена, Е.А. Чистякова и др.
Предложения по совершенствованию методов расчета прогибов изгибаемых железобетонных элементов описываются в работах А.Л. Балушкина, В.С. Верещагина, А.С. Залесова, Э.Н. Кодыша, Л.Л. Лемыша, И.К. Никитина, А.И. Валового, П.И. Герба, Н.С. Михайловой, D. E. Branson и др.
Аналитическое описание диаграмм деформирования бетона регламентируется нормативными документами России (СП 52-101-2003), Европы (EuroCode 2), Индии (IS-456-2000), Китая (GB50010-2002), Бразилии (ABNT NBR 6118 - 2003), Японии (JSCE-2007), Украины (ДБН В.2.6-98:2009), Белоруссии (СНБ 5.03.01-02).
Предложения по учету криволинейной эпюры напряжений сжатой зоны бетона в явном виде можно также встретить в работах В.Н. Байкова, C.Х. Байрамукова, А.Н. Бамбуры, В.М. Бондаренко, Е.И. Иващенко, Н.И. Карпенко, Л.Р. Маиляна, Г.В. Мурашкина, Н.Н. Попова, С.И. Рогового, О.М. Клюка, Р.И.
Пахомова, M.M. Attard and P.A. Mendis, Michael A. Caldarone, D. Kent, E.
Hognestad, C.Shi, Y.Mo, F.J. Vecchio и M.P. Collins,E. Thorenfeldt, S.P. Shah, W.J. Weiss и др.
Аналитическое описание диаграмм деформирования арматуры предложено в работах В.М. Бондаренко и В.И. Колчунова, Н.И Карпенко, Ю.В. Починка, P. Wang, S. Shah и A. Naaman, A. Esmaeily и Y. Xiao, G. Serhan and Frank J. Vecchio, F. Mast Robert, M. Dawood, H. Sami и P. Zia., а также нормативными документов России (СП 52-101-2003) и Европы (EuroCode 2).
Методики расчета расстояний между трещинами описываются в работах Т.И. Астровой, О.Я. Берга, Н.И. Карпенко, И.И. Лучко, Г.А. Молодченко, Л.А.
Мукминева, В.А. Никитина и Г.И. Пирожкова, Э.Г. Портера, В.А. Клевцова и Г.Н. Бердичевского, М.М. Холмянского, M. Chi, A. Kirstein, R. Ian Gilbert, D.
Stanculescu, а также в нормативных документах России (СП 52-101-2003), Белоруссии (СНБ 5.03.01-02) и Европы (EuroCode 2).
Описание методик определения кривизны, приведенного момента инерции и прогибов изгибаемых статически определимых железобетонных элементов представлено нормативными документами СССР и России (НиТУ 12355, СНиП II-B.1-62*, СНиП II-21-75, СНиП 2.03.01-84* и пособие к СНиП 2.03.01-84*, СП 52-101-2003 и пособие к СП 52-101-2003), Белоруссии (СНБ 5.03.01-02), Европы (EuroCode 2) и США (ACI 318M-08, ACI 435R-95).
Во второй главе предложена методика проведения теоретических исследований и численного эксперимента и представлены алгоритмы автоматизированного расчета кривизны, относительной деформации, высоты сжатой и растянутой зон бетона в сечении с трещиной и в середине бетонного блока между трещинами, глубины развития трещины, момента образования трещин, расстояния между трещинами и прогиба для статически определимого изгибаемого железобетонного элемента при кратковременном загружении, реализованные в программном комплексе MathCAD 14.
Расчетная модель представлена в виде шарнирно опертой однопролетной балки, загруженной двумя сосредоточенными силами, приложенными на расстоянии 1/3 пролета. При определении изменения кривизны по длине элемента выделяются два характерных участка: участок I без трещин и участок II с трещинами в зоне чистого изгиба (рисунок 1).
Распределение кривизны на участке I принимается по линейному закону.
Кривизна на границе левой и правой трещин принимается одинаковой - R, в середине между трещинами - R11.
Рисунок 1 - Схема расположения расчетных участков Рисунок 2 - К расчету кривизны изгибаемых элементов Кривизна в любом сечении, согласно СП 52-101-2003, определяется по формуле (1) как отношение относительной деформации сжатого бетона к высоте сжатого бетона (рисунок 2):
b n Rn , (1) kn где n - индекс, характеризующий I и II участки.
Значения b и k в сечении с трещиной определяются в результате решения системы уравнений (2) исходя из условия равновесия системы, записанной в следующем виде:
Nb Nsc Nbt Ns 0, (2) Z1 Nsc h0 a2 Nbt Z2 Mu 0, Nb где Nb - усилие в сжатом бетоне; Nsc - усилие в сжатой арматуре; Ns - усилие в растянутой арматуре; Nbt - усилие в растянутом бетоне; Mu - внешний изгибающий момент; h0 - рабочая высота сечения элемента; а1 и а2 - защитные слои соответственно растянутой и сжатой арматуры; Z1 и Z2 - плечи пары сил.
Рисунок 3 - Схема внутренних усилий изгибаемого элемента В вычислительном комплексе MathCAD 14 система уравнений (2), с учетом функций нелинейной зависимости напряжений от деформаций, записана в следующей форме:
t k b bt bt b b h0 k As b bt x dx t y dy fs t 0 k fsс b k a2 Asc 0 ;
k k b b x x dx k b k b h0 k (3) b k x dx k b b x dx 0 k b fs k k a2 Asc h0 a1 a t bt bt t t y y dy bt M 0, bt u t y b dy h0 k t bt bt t y dy 0 где b (bx) - напряжение в сжатом бетоне; bt (bty) - напряжение в растянутом бетоне; s(s) - напряжение в растянутой арматуре; sс (sс) - напряжение в b сжатой арматуре; - текущее значение относительной деформации в x bx k bt y - текущее значение относительной деформации в сжатом бетоне;
by t b k a2 - текущее значение относительной дефоррастянутом бетоне;
sc k bt мации в сжатой арматуре; h0 k- текущее значение относительной s t деформации в растянутой арматуре; b2 - предельное значение относительной деформации сжатого бетона; bt2 - предельное значение относительной деформации растянутого бетона; x - текущая высота сжатой зоны бетона; y - текущая высота растянутой зоны бетона; k - высота сжатой зоны бетона; t - высота растянутой зоны бетона; H - полная высота сечения; b - ширина сечения; a1 и a2 - толщина защитного слоя бетона растянутой и сжатой арматуры соответственно; As и Asc - площадь соответственно растянутой и сжатой арматуры.
Значения b11 и k11 для определения кривизны R11 в поперечном сечении середины бетонного блока между трещинами определяются в результате решения той же системы уравнений (2), с введением условия, что значения относительных деформаций растянутого бетона не превышают предельных (при bt= bt2). Исходя из этих граничных условий в блоке между трещинами не возникнет новых трещин.
В алгоритме расчета прогибов использовалось фактическое расстояние между трещинами Ls экспериментальных образцов. В случае отсутствия этих данных при проектировании рекомендуется использовать методику EuroCode2, которая наиболее достоверно оценивает расстояние между трещинами, что в результате исследований подтверждается в таблице 2.
Функция изменения кривизны в зоне чистого изгиба по длине элемента из учета фактического (или расчетного значения) расположения трещин принимается синусоидального вида по формуле:
R R11 2 2 m R11 R P(x) sin x , (4) 2 Ls 2 Ls График изменения кривизны по длине элемента в зоне чистого изгиба представлен на рисунке 4.
Рисунок 4 - График изменения кривизны по длине элемента в зоне чистого изгиба Функция изменения кривизны в зоне без трещин описывается линейным законом. Таким образом, общая зависимость распределения кривизны вдоль балки W(v) примет вид, представленный на рисунке 5.
Рисунок 5 - Эпюра изменения кривизны по длине элемента Для расчета общего прогиба конструкции по общим правилам строительной механики находятся эпюры изменения момента M1 и поперечной силы Qот единичной нагрузки, а также момента Mx и поперечной силы Qx от внешней нагрузки.
Величина общего прогиба включает прогиб, обусловленный деформациями изгиба FMmax и сдвига FQmax.
F FM FQmax Общий прогиб конструкции равен:.
max Согласно СП52-101-2003, прогиб FMmax, обусловленный деформацией изгиба, находится по формуле (5), а по формуле (6) - прогиб FQmax, обусловленный деформацией сдвига.
L u crc W (v) M1(v)dv, M M (br ) FM (5) L max R 0 d M1(v)dv, M u M crc (br ).
L 9 Iredсп Qx (v) Q1(v) W (v)dv, M M (br ) u crc b H M (v) x FQmax (6) L 0 Eb b H Qx (v) Q1(v)dv, M u M crc (br ), где Iredсп - приведенный момент инерции сечения; Eb - модуль упругости бетона; Mcrc(br) - значение момента образования трещины.
В качестве оценки достоверности разработанной методики был проведен численный эксперимент в нелинейной постановке на конечно-элементных моделях экспериментальных образцов, изготовленных из бетона обычной прочности (В25, В30) в программном комплексе Лира 9.4. При построении модели использовались следующие типы конечных элементов: тип 10 - универсальный пространственный стержневой КЭ для моделирования арматуры, тип 44, 244 - универсальный четырехугольный КЭ оболочки для моделирования бетона.
Рисунок 6 - Расчетная модель исследуемой балки Рисунок 7 - Эпюра распределения напряжений в бетоне исследуемой балки Рисунок 8 - Эпюра напряжения Рисунок 9 - Эпюра напряжения бетона бетона в сечении с трещиной в середине блока между трещинами Показанные эпюры напряжений в бетоне отражают физическую картину напряженного состояния бетона в указанных сечениях и соответствуют напряженно-деформированному состоянию исследуемого образца при натурных испытаниях.
В третьей главе выполнены экспериментальные исследования шести серий изгибаемых железобетонных балок по три балки в каждой серии. Серии 1-3 выполнены из обычного бетона (B25 и B30), серии 4-6 выполнены из высокопрочного бетона HPC (B90). Схема армирования исследуемых образцов представлена на рисунке 10.
Исходные характеристики исследуемых образцов и физические характеристики материалов показаны в таблице 1.
В качестве расчетной схемы при испытании изгибаемых образцов принята схема шарнирно-опертой однопролетной балки, загруженной двумя сосредоточенными силами, приложенными на расстоянии 1/3 пролета. Для изучения напряженно-деформированного состояния элемента в зоне чистого изгиба по высоте сечения на поверхность бетона и арматуры наклеивались тензометрические датчики омического сопротивления. Для фиксирования прогиба в середине пролета балки и под опорами предусмотрена установка трех индикаторов часового типа КИ с ценой деления измерений 0,01 мм.
Рисунок 10 - Схема армирования опытных образцов Загружение исследуемых образцов выполнялось ступенями с помощью гидравлического пресса ГРМ-1. Величина ступени загружения принималась равной 0.05-0.1 от ожидаемой разрушающей нагрузки.
Таблица 1 - Исходные характеристики исследуемых образцов Прочность Геометрические Соотношение бетона при характеристики, Армирование армирования, сжатии, м % МПа Маркировка образца Rbn Об1.1-1.3 1.2 0.22 0.12 112 110 0.428 0.296 18.Об2.1-2.3 1.2 0.22 0.12 116 110 0.761 0.296 21.Об3.1-3.3 1.2 0.22 0.12 120 110 1.189 0.296 21.Об4.1-4.3 1.2 0.22 0.12 212 210 0.85 0.592 64.Об5.1-5.3 1.2 0.22 0.12 216 210 1.522 0.592 64.Об6.1-6.3 1.2 0.12 0.22 225 - 3.71 - 64.пролет высота сжатия сжатия ширина сечения сечения арматура арматура арматура арматура расчетный растяжения растяжения Сводные таблицы отклонения расстояния между трещинами, а также ширины раскрытия трещин от экспериментальных данных представлены в таблицах 2 и 3.
Таблица 2 - Сводная таблица отклонения теоретических значений расстояния между трещинами от экспериментальных данных Отклонение значения расстояния между трещинами по Маркировка указанной методике от экспериментального значения, % образца СНБ СП ACI EC Об1.1-1.3 -57,0 -181,7 -92,3 13,Об2.1-2.3 -55,2 -244,8 -68,1 12,Об3.1-3.3 -3,5 -181,7 3,5 38,Об4.1-4.3 -81,1 -288,9 -56,7 2,Об5.1-5.3 -27,1 -145,8 8,4 29,Об6.1-6.3 40,5 -197,6 36,9 23,.
Таблица 3 - Сводная таблица отклонения теоретических значений ширины раскрытия трещин от экспериментальных данных Отклонение значения ширины раскрытия трещин по укаМаркировка занной методике от экспериментального значения, % образца СНиП СНБ СП ACI EC Об1.1-1.3 -65,0 -86,2 45,5 -23,6 * Об2.1-2.3 30,8 33,6 38,3 47,2 20,Об3.1-3.3 28,4 35,8 13,9 40,0 21,Об4.1-4.3 -0,3 5,6 -17,5 30,6 -19,Об5.1-5.3 -8,2 -7,3 * 9,1 * Об6.1-6.3 ** -18,9 -50,0 17,8 34,Примечание. Символом л* обозначены результаты расчета, имеющие отклонения от опытных значений более 100 %.
Символом л** обозначены результаты расчета, при которых данная методика неприменима в силу е ограничения (процент армирования сечения не должен превышать 3.5 %) Графики зависимости прогиба конструкции от доли предельного усилия представлены на рисунках 11-16.
Рисунок 11 - График зависимости Рисунок12 - График зависимости общего прогиба от F/Fu для Об1.1-1.3 общего прогиба от F/Fu для Об2.1-2.Рисунок 13 - График зависимости Рисунок 14 - График зависимости общего прогиба от F/Fu для Об3.1-3.3 общего прогиба от F/Fu для Об4.1-4.Рисунок 15 - График зависимости Рисунок16 - График зависимости общего прогиба от F/Fu для Об5.1-5.3 общего прогиба от F/Fu для Об6.1-6.В четвертой главе представлены результаты собственных исследований, а также экспериментальные данные, полученные другими учеными. Проведен сравнительный анализ предложенной методики расчета прогибов с методиками отечественных и зарубежных нормативных документов.
Для сопоставления результатов экспериментальных исследований были использованы результаты испытаний прогибов изгибаемых железобетонных балок, представленные в работах В.М. Бондаренко и С.В. Бондаренко, А.И.
Валового и П.И. Герба, Ванус Дахи Сулеймана, Н.Ф. Давыдова и О.М. Донченко, Г.В. Мурашкина, В.Б. Филатова и Ю.В. Жильцова, А.А. Пищулева, M.
A. Rashid и M. A. Mansur, Sato R. et al, Shuaib H. Ahmad и R. Barker., Shuaib H.
Ahmad и J. Batts.
В качестве оценки сходимости результатов по предлагаемой методике с методиками нормативных документов рассматривались: СП 52-101-2003, пособие к СП 52-101-2003, СНиП 2.03.01-84*, пособие к СНиП 2.03.01-84*, Eurocode 2, а также ACI 318M-08 и ACI 435R-95.
Сводные результаты отклонений прогибов рассматриваемых экспериментальных серий по различным методикам представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Сводная таблица результатов исследования Отклонение прогиба по указанной методике от экспериментального значения, % Маркировка серии Об 1.1-1.3 -4.72 40.84 28.81 25.08 28.81 -15.47 -6.Об 2.1-2.3 -5.47 35.53 24.53 15.52 35.43 -19.52 -9.Об 3.1-3.3 -6.97 30.81 24.06 18.86 29.13 -28.49 -14.Об 4.1-4.3 -5.62 20.98 -28.57 8.82 29.22 -19.46 -12.Об 5.1-5.3 -6.19 23.91 6.41 17.46 34.98 -21.69 -8.Об 6.1-6.3 -2.87 -0.81 -25.81 -15.83 -25.81 -33.40 1.БК 7.38 31.91 20.13 18.73 22.99 -15.12 -4.ОБ 1.1, 1.2 3.48 44.42 -13.72 8.58 13.97 -15.17 3.ОБ 2.1, 2.2. 2.79 -1.41 -3.77 -14.23 -12.40 -36.90 -14.Б-I-1 -5.76 43.94 8.51 1.98 16.20 - -1.Б-II-1 -3.38 4.39 -5.12 -12.10 -4.42 - -15.C211 2.33 3.94 -20.14 -8.91 -1.43 -31.58 -14.C311 -8.83 -11.71 -29.03 -18.11 -10.06 -38.68 -19.C411 -4.85 -4.07 -22.15 -9.48 -2.03 -33.74 -12.C511 -5.12 -13.53 -28.35 -14.95 -8.00 -38.55 -16.D211 3.48 11.64 -18.79 -4.05 2.65 -28.18 -7.E211 2.33 12.26 -19.48 -5.70 -0.88 -29.34 -9.V-01-10WB 7.95 - 27.16 13.19 28.13 13.35 17.V-01-10DB -7.23 - 0.51 -2.14 10.92 -1.80 2.V-01-13WB -4.34 - 15.30 6.55 19.25 -5.43 8.V-01-16WB -6.45 - 19.67 6.50 16.46 -10.51 7.V-01-16DB -5.24 - 10.10 1.87 11.84 -13.93 4.Б-1-1 9.7 41.53 19.26 9.05 17.49 -15.45 -10.И-1-0 9.47 -18.97 -23.21 -34.70 -28.83 -48.11 -36.Б1-Бп 5.31 -15.44 -24.97 -24.92 1.02 -45.60 -34.Б2-Бп -2.85 -4.0 -8.93 -16.38 -7.56 -44.71 -27.Б3-Бп -8.99 -12.16 -19.69 -16.24 6.96 -47.35 -36.LR5-19 -4.56 28.58 -20.70 -26.34 -18.81 -22.24 -24.LR8-22 -4.62 32.15 -22.19 -22.27 -10.49 -21.35 -19.LR11-24 -1.69 34.87 -21.61 -15.82 -5.20 -19.06 -13.LJ-6-16 5.91 37.01 -5.64 -13.76 -1.25 -13.05 -8.LJ-7-31 -10.19 32.85 -11.73 -12.12 4.67 -15.99 -4.LJ-8-44 -2.71 21.81 -13.96 -12.28 7.33 -18.73 -2.СП методика Пособие к Пособие к Eurocode 52-101-20ACI 435R-Разработанная СП 52-101-20СНиП 2.03.-СНиП 2.03.-Выводы и рекомендации 1. Предложенная методика позволяет определять прогибы изгибаемых элементов с учетом трещинообразования на основе применения нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры для железобетонных конструкций из обычного и высокопрочного бетона с различным диапазоном армирования.
2. Численный эксперимент расчета прогибов изгибаемых железобетонных конечно-элементных моделей с учетом трещинообразования, реализованный в программном комплексе Лира 9.4, подтвердил адекватность выбранной функции распределения кривизны вдоль балки и возможность применения предложенной методики в автоматизированных комплексах.
3. Разработанные алгоритмы, реализованные в программном комплексе MathCAD 14, позволяют автоматизированно выполнять расчеты:
кривизны в бетоне;
относительных деформаций бетона и арматуры;
высоты сжатой и растянутой зоны бетона;
глубины развития трещины;
момента образования трещин;
расстояния между трещинами;
прогиба.
4. Анализ результатов испытаний отечественных и зарубежных ученых с широким диапазоном прочностных характеристик бетона (В15-В146) и степенью армирования от 0.5 до 6.8% показал наилучшую сходимость результатов расчета по предложенной методике.
5. Проведенные автором экспериментальные исследования изгибаемых железобетонных образцов с прочностью бетона до В90 подтвердили возможность применения предложенной методики и показали лучшую сходимость определения прогибов в сравнении с другими, существующими в нормативных материалах.
6. Предложенная методика имеет хорошую сходимость с экспериментальными данными и может быть использована в отечественных нормативных документах.
Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:
- Издания, рекомендованные ВАК РФ 1. Панфилов, Д.А. Усовершенствованная методика расчета общих прогибов изгибаемых железобетонных элементов с учетом дискретного трещинообразования, применительно к обычным и высокопрочным бетонам [Текст]/ Д.А. Панфилов, В.Г. Мурашкин // Строительство и реконструкция/ ГУУНПК. - Орел, 2011. - №6. - С.30Ц42.
2. Панфилов Д.А. Экспериментальные исследования прогибов изгибаемых железобетонных элементов, изготовленных из обычных и высокопрочных бетонов [Текст]/ Д.А. Панфилов // Бетон и железобетон. - М., 2011. - №6.
- С. 8-12.
- Сборники материалов международных конференций 3. Панфилов, Д.А. Подбор продольной рабочей арматуры изгибаемых железобетонных элементов по трещиностойкости с использованием нелинейной деформационной модели [Текст]/ Д.А. Панфилов, Г.В. Мурашкин, Н.А.
Бородачев // Проблемы современного бетона и железобетона: материалы II Междунар. симп./ БеНИИС. - Минск, 2009. - Ч.1. - C. 337-342.
4. Панфилов, Д.А. Расчет и сопоставление общего прогиба изгибаемых железобетонных элементов по различных методикам и расчетновычислительным комплексам [Текст]/ Д.А. Панфилов, Н.А. Бородачев// Проблемы современного бетона и железобетона: материалы III Междунар. симп./ БеНИИС. - Минск, 2011. - Т.1. ЦС. 275-287.
- Сборники материалов всероссийских конференций и научных трудов:
5. Панфилов, Д.А. Расчет прочности и трещиностойкости железобетонных элементов на действие изгибающего момента по новым нормативных документам [Текст] / Д.А. Панфилов // Студенческая наука: Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды: тез. докл. 25й юбилейной межвуз. студ. науч.-техн. конф. по итогам НИР студентов в 20г. / Самарск. гос. арх.-строит. ун-т. - Самара, 2006.-С. 269-270.
6. Панфилов, Д.А. Расчет статически неопределимых железобетонных балок по стадии эксплуатации [Текст]/ Д.А. Панфилов // Студенческая наука:
Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды: тез. докл. 26-й межвуз. студ. науч.-техн. конф. по итогам НИР студентов в 2006 г./ Самарск.гос. арх.-строит. ун-т. - Самара, 2007. - С.172-173.
7. Панфилов, Д.А. Расчет сечений изгибаемых железобетонных элементов по стадии эксплуатации [Текст]/ Д.А. Панфилов // Общественные, естественные и технические науки: тез. докл. XXXIII Самарской обл. студ. науч.
конф./Самарск. гос. аэрокос. ун-т - Самара, 2007. - Ч.1. - С. 222.
8. Бородачев, Н.А. Исследование особенностей напряженнодеформированного состояния изгибаемого железобетонного элемента прямоугольного профиля без предварительного напряжения в случае применения арматуры повышенной прочности [Текст]/ Н.А. Бородачев, Д.А. Панфилов // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука.
Практика: материалы 65-й Всерос. науч.-техн. конф. по итогам НИР в 2007 г./ Самарск. гос. арх.-строит. ун-т. - Самара, 2008. - С. 441-442.
9. Мурашкин, Г.В. Определение момента образования трещин и кривизны изгибаемого железобетонного элемента на основе нелинейной деформационный модели [Текст]/ Г.В. Мурашкин, Д.А. Панфилов // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика: материалы 66-й Всерос. науч.-техн. конф. по итогам НИР в 2008 г. / Самарск. гос.
арх.-строит. ун-т. - Самара, 2009. - Ч. II. - С. 166.
10. Панфилов, Д.А. Современное состояние методик расчета по определению расстояния между трещинами изгибаемого железобетонного элемента [Текст]/ Д.А. Панфилов // Традиция и инновации в строительстве и архитектуре: материалы 67-й Всерос. науч.-техн. конф. по итогам НИР в 20г./ Самарск. гос. арх.-строит. ун-т - Самара, 2010. - С. 694-698.
11. Мурашкин, Г.В. Учет особенностей железобетона при расчетах на исключение прогрессирующего разрушения [Текст]/ Г.В. Мурашкин, В.Г.
Мурашкин, А.И. Пятница, Д.А. Панфилов // Вестник отделения строительных наук/ Российская Академия архитектуры и строительных наук. - М.-ОреКурск, 2011. - №15. - С.127Ц130.
12. Мурашкин, Г.В. Описание диаграмм деформирования бетона в отечественных и зарубежных нормах [Текст]/ Г.В. Мурашкин, В.Г. Мурашкин, Д.А. Панфилов // Вестник Волжского регионального отделения: сб.
науч. тр./ Нижегород. гос. арх.-строит. ун-т. - Н. Новгород, 2011 - Вып.14. - С.
144-150.
13. Панфилов, Д.А. Определение общего прогиба изгибаемых железобетонных элементов с учетом дискретного трещинообразования на основе нелинейной деформационной модели [Текст]/ Д.А. Панфилов // Традиция и инновации в строительстве и архитектуре: материалы 68-й Всерос. научнотехнической конференции по итогам НИР 2010 г. / Самарск. гос. арх.-строит.
ун-т - Самара, 2011. - С. 858-859.
14. Панфилов, Д.А. Исследование напряженно-деформированного состояния изгибаемых железобетонных элементов, выполненных из бетона класса В90 [Текст]/ Д.А. Панфилов // Традиция и инновации в строительстве и архитектуре: материалы 68-й Всерос. науч.-техн. конф. по итогам НИР в 20г./ Самарск. гос. арх.-строит. ун-т - Самара, 2011. - С. 859-860.
15. Панфилов, Д.А. Исследование деформативности изгибаемых железобетонных конструкций изготовленных из обычного и высокопрочного бетона [Текст]/ Д.А. Панфилов // Вопросы проектирования и расчета зданий и сооружений: материалы Всерос. науч.-практ. конф./ДГТУ - Махачкала, 2011.
- С.57Ц65.
16. Мурашкин Г.В. Обзор методик расчета ширины раскрытия трещин изгибаемых железобетонных элементов в отечественных и зарубежных нормативных документах [Текст]/ Г.В. Мурашкин, Д.А. Панфилов, В.Г. Мурашкин // Наука: 21 век/ СГТУ. - Саратов, 2011. - №3. - С.57Ц65.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям