Энергетическая оценка силового сопротивления элементов железобетонных конструкций при режимных нагружениях и температурных воздействиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Башкатова, Мария Евгеньевна

• Башкатова, Мария Евгеньевна
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Башкатова, Мария Евгеньевна

Введение.

Глава I. Состояние вопроса и исследуемые задачи.

§1.Состояние вопроса.

1 1 ■ *

§2.Исследуемые задачи.

Глава П. Структурно-энергетический анализ силового деформирования бетона.

§1.Энергетический подход к исследованию силового сопротивления бетона.

§2.Структурно-энергетический подход к исследованию силового деформирования бетона.

§3.Функция нелинейности силового деформирования.

§4.Применение энергетических инвариантов для оценки силового сопротивления элементов железобетонных конструкций.

§5.Реологические уравнения силового сопротивления бетона.

Глава Ш. Об особых условиях деформирования бетона.

§1.Диаграммы деформирования бетона при одноосном напряжении.

§2.Интегральный модуль деформаций с учетом ниспадающей ветви диаграммы «а-е».

§3.Оценка жесткости сечений железобетонных элементов.

§4.Виброползучесть бетона при неоднородном напряженном состоянии.

Глава 1У.Оценки режимных и термосиловых воздействий на элементы железобетонных конструкций.

§ 1 .К вопросу термосилового сопротивления бетона.

§2.Оценки импульсивных воздействий на элементы железобетонных конструкций.

§З.К анализу разрушения элементов железобетонных конструкций.

§4,Оценка поглощения энергии при вибрационных воздействиях на железобетонную балку.

§5.Оценка прочности изгибаемого железобетонного элемента.

§6.Влияние ниспадающей ветви диаграммы «а-е» на несущую способность и жесткость изгибаемых железобетонных элементов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Энергетическая оценка силового сопротивления элементов железобетонных конструкций при режимных нагружениях и температурных воздействиях»

В настоящее время сохраняется актуальность проблемы развития теории расчета стилового сопротивления элементов железобетонных конструкций при силовых нагружениях и воздействиях окружающей среды. Среди задач этой теории значимое место занимает исследование силового сопротивления несущих элементов сооружений при режимных нагружениях и температурных воздействиях, имеющих свою специфику.

Потеря силового сопротивления части несущих элементов сооружения порождает догружение оставшихся конструктивных элементов и возникает необходимость оценки усилий в их сечениях.

Несмотря на наличие большого разнообразия существующих и вновь создаваемых строительных материалов, основными из них в несущих конструкциях сооружений в- настоящее время и в обозримом будущем являются бетон и железобетон.

I t

В силу этого силовое сопротивление железобетонных элементов конструкций определяют в основном надежное и безопасное их существование в период эксплуатации.

Согласно положениям синергетики при образовании любого материала (например, бетона) в неконсервативных системах (например, в бетонной смеси) происходит интенсивный неравномерный обмен вещества и энергии с окружающей средой.

Этот процесс сопровождается непрерывной трансформацией энергии в силы связи на микро и макро уровнях, определяющих прочность материала.

Разрушение материала наступает в результате разрыва связей, инициированного различными воздействиями.

Существенно значимыми среди них являются силовые и коррозионные воздействия.

Силовые воздействия, деформируя элемент конструкции, аккумулируют в нем потенциальную (упругую) энергию. Достижение ею определенного порогового значения создает возможность ее уменьшения за счет затраты на работу разрушения элемента.

Это соответствует физическому принципу стремления потенциальной энергии к минимуму и тем самым разрушение элемента является для него энергетически выгодным процессом.

Пороговое значение потенциальной энергии элемента конструкции, представляя максимально возможную для него энергоемкость, порождается работой внешних усилий для реализации в данный момент его разрушения.

Величина этой работы, рассматриваемая как параметр элемента, называется энергией его целостности. Эта энергия представляет максимальную энергию сопротивления элемента разрушению, энергетическим барьером, преодоление которого внешними усилиями и влечет его разрушение.

Пороговая величина потенциальной энергии элемента является частью его энергии целостности и равна работе внутренних усилий на осуществление обратимой части деформаций при возможном полном разрушении элемента.

Несущая способность элемента конструкции представляет усилие в элементе, отвечающее этому порогу и, следовательно, величине энергии целостности, которая уменьшается из-за ее диссипации, порожденной, в частности, коррозионными воздействиями окружающей среды, имеющими в основном химическую природу.

Коррозионные воздействия ослабляют силы связи в материале элемента и влекут непрерывную деградацию его несущей способности.

Проблема изучения механизма коррозионных повреждений бетона и железобетона является важной во многих аспектах и, в том числе, в исследуемой в диссертации динамике силового сопротивления конструкционных элементов.

При достаточно быстрых (динамических) и мгновенных (импульсивных) догружениях, возникающие в элементах динамические и импульсивные усилия превышают порождающие их внешние догружения, влекущие быстрое или мгновенное приращение (всплеск) потенциальной энергии к уже имеющейся ее величине.*

Превышение результирующего значения потенциальной энергии ее порога приводит к разрушению элемента.

Следует заметить, что при тех же догружениях, осуществляемых статически (медленно), возникают меньшие приращения потенциальной энергии, а потому элемент, сохраняя свою целостность при статическом догружении, может разрушиться при равном динамическом или импульсивном догружении.

Медленное разрушение некоторых элементов конструкции сопровождается статическим, а мгновенное — импульсивным догружениями остальных ее элементов и возникает вопрос сохранения их целостности.

Иначе говоря, повлечет или нет разрушение одного или нескольких элементов конструкции разрушение еще нескольких ее элементов? В зависимости от этого последствие разрушения будет локальным или прогрессирующим.

Прогрессирующее разрушение может оказаться лавинообразным, влекущим разрушение большей части элементов или всей конструкции. ^

Таким образом, на стадии проектирования конструкции возникает задача анализа возможных сценариев разрушения с целью принятия превентивных мер, предотвращающих лавинообразное разрушение элементов конструкции.

Существенной частью такого анализа является вводимый и используемый, в данной диссертации энергетический критерий разрушения элементов конструкции, с помощью которого определяются разрушающие и< допустимые для них статические или импульсивные воздействия.

Рассматриваемая проблема является актуальной, ибо в реальных условиях причинами разрушения некоторых элементов конструкции могут оказаться непредусмотренные обычными условиями эксплуатации воздействия, ошибки при проектировании и возведении сооружений, возможные воздействия другого происхождения.

Основная цель данной диссертации — развитие энергетического подхода для анализа силового сопротивления элементов конструкции с учетом'температурных воздействий. Эта работа представляется полезной как в теории прогнозирования поведения конструкций в период их эксплуатации, так и в практических расчетах.

Энергетический подход в механике хрупкого разрушения материалов' использовал один из ее основоположников А. Гриффите (1920г.) в построении теоретических основ, а его значительное развитие получено в работах Г.А. Гениева, В.Н. Колчунова, В.М. Бондаренко и их последователей.

Идея использования энергетических соотношений, определяющих поведение сооружений, является емкой и перспективной и становится одной из основных в проблеме их конструктивной безопасности.

Естественно, что для ее развития и применения необходимы' дальнейшие исследования.

Заключение диссертации по теме «Строительные конструкции, здания и сооружения», Башкатова, Мария Евгеньевна

Общие выводы.

1. Развит структурно-энергетический подход к исследованию силового сопротивления элементов железобетонных конструкций, основанный на их энергетических параметрах.

2. Выявлены особенности сопротивления бетона при температурных воздействиях, связанные с динамикой изменения прочности бетонных волокон.

3. Получены оценки допустимых импульсивных догружений на элементы конструкций, и возникающих в них динамических напряжений.

4. Нелинейным анализом деформирования изгибаемых железобетонных элементов определена их несущая способность.

5. Разработан метод нахождения интегрального модуля деформаций с учетом ниспадающей ветви диаграммы «гг-сг» бетона и определена жесткость нормальных сечений изгибаемых элементов железобетонных конструкций по такой диаграмме.

6. Приведен способ учета деформаций виброползучести при неоднородном напряженном состоянии.

7. Предложен алгоритм расчета несущей способности сечений элементов железобетонных конструкций с учетом выявленных особенностей деформирования современных бетонов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Башкатова, Мария Евгеньевна, 2008 год

1. Аванесов М.П., Бондаренко В.М., Римшин В.И. Теория силового сопротивления железобетона. Алтайский ГТУ, Барнаул, 1996

2. Александровский С.В. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на температурные и влажностные воздействия с учетом ползучести. Стройиздат, Москва, 1973

3. Александровский С.В., Бондаренко В.М., Прокопович В.М. Приложение теории ползучести к практическим расчетам железобетонных конструкций. Сб. «Ползучесть и усадка бетона и железобетонных конструкций», Стройиздат, Москва, 1976

4. Александровский С.В. Прикладные методы теории теплопроводности и влагопроводности бетона. Изд. Компании «Спутник», Москва, 2001

5. Александровский С.В., Соломонов В.В. Зависимость деформаций ползучести стареющего бетона от начального уровня напряжений. Межотраслевые вопросы строительства. Отечественный опыт. ф. Реферативный сборник, вып. 6, Москва, 1972

6. Альтшулер Б.А. Сборные жаростойкие железобетонные конструкции, Стройиздат, Москва, 1976, 120 с.

7. Арнольд В.И. Теория катастроф. Москва, Наука, 1990

8. Арутюнян Н.Х. Некоторые вопросы теории ползучести. Изд. «Машиностроение», Москва, 1952

9. Арутюнян Н.Х., Колмановский В.Б. Теория ползучести неоднородных тел. Изд. «Наука», Москва, 1983

10. Арутюнян Н.Х., Наумов В.Ф. Механика растущих вязкоупругих тел. Институт проблем механики АН СССР, Москва, 1984

11. Ахметзянов Ф.Х. К оценке прочности и доловечности поврежденных бетонных и железобетонных элементов. Изд. «Новое знание», Казань, 1997

12. Баженов Ю.М. Бетон при динамическом нагружении. Сройиздат, Москва, 1970

13. Балабин Ю.А. К оценке деформаций виброползучести при неоднородном напряженно-деформированном состоянии конструкций. Юбилейные научные чтения по проблемам теории железобетона. Москва, ИПЦ МИКХиС, 2005, с. 22-31

14. М.Бамбура А.Н. Диаграмма напряжения-деформаций для бетона при центральном сжатии. Сб. «Вопросы прочности, деформативности и трещиностойкости железобетона», РИСИ, Ростов- на-Дону, 1980

15. Башкатова М.Е. Интегральный модуль деформаций с учетом ниспадающей ветви диаграммы «е-ст». Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. Москва, вып. 1, с. 50-53, 2008

16. БашкатоваМ.Е. О деформациях элементов конструкций. Изд-во

17. ACADEMIA, Архитектура и строительство, Москва, 2008

18. Башкатова М.Е., Ларионов А.Е. Оценка динамических усилий при импульсивных воздействиях. Москва, ИПЦ МИКХИС, т.2, с. 19-22, 2007

19. Берг О .Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. Стройиздат, Москва, 1962

20. Берг О.Я. Исследования прочности железобетонных конструкций при воздействии на них многократно повторной нагрузки. Сб. «Труды ЦНИИС». Вып. 19, Москва, 1956

21. Берг О.Я., Хромец Ю.Н. Влияние длительного загружения на прочностные и деформативные свойства бетона. Сб. «Труды ЦНИИС», вып. 60, Москва, 1986

22. Берг О.Я., Писанко Г.И., Хромец Ю.Н. Исследование физического процесса разрушения бетона под воздействием статической и многократно повторяющейся нагрузки. Сб. «Труды ЦНИИС», вып. 60, Москва, 1986

23. Бондаренко В.М. Фрагменты теории сопротивления бетона и железобетона. Юбилейные научные чтения по проблемам теории железобетона. Москва, 2005, ИПЦ МИКХиС, с. 10-15

24. Бондаренко В.М. О деформациях виброползучести бетона. Сб. «Структура, прочность и деформации бетонов», Стройиздат, Москва, 1996

25. Бондаренко В.М. Некоторые вопросы нелинейной теории железобетона. Изд. ХГУ, Харьков, 1968

26. Бондаренко В.М. О нелинейных деформациях бетона и расчета железобетонных конструкций. Сб. ЦНИИСК, Совещание по вопросам ползучести, 1962

27. Бондаренко В.М. Адаптированные конструктивные решения, причины и расчеты. Журнал ПН, 1994, № 7

28. Бондаренко В.М., Бондаренко С.В. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. Стройиздат, Москва, 1982

29. Бондаренко С.В. Теория сопротивления строительных конструкций режимным нагружениям. Стройиздат, Москва, 1984

30. Бондаренко С.В., Тутберидзе О.Б. Инженерные расчеты ползучести строительных конструкций. Изд-во «Ганатлеба», Тбилиси, 1988

31. Бондаренко В.М., Боровских А.В. Износ, повреждения и безопасность сооружений. Москва, 2000

32. Бондаренко В.М., Боровских А.В., Марков С.В., Римшин В.И. Элементы теории реконструкции железобетона. РААСН, Москва, 2002

33. Бондаренко В.М., Иоселевский Л.И., Чирков В.П. Надежность строительных конструкций и мостов. Изд. РААСН, Москва, 1997

34. Бондаренко В.М., Башкатова М.Е. Влияние нисходящей ветви режимного силового сопротивления бетона на несущую способность железобетонныхконструкций. Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. Москва, вып. 3, с. 53-56

35. Бондаренко В.М., Башкатова М.Е., Ларионов Е.А. Оценка прочности изгибаемого железобетонного элемента. Изв. Орел ГТУ, 2/14 (530), с. 2528, 2007

36. Бондаренко В.М., Залесов А.С., Серых Р.Л. Тенденции будущего развития сборного строительства. Бетон и железобетон. 1998

37. Бондаренко В.М., Ларионов Е.А. К вопросу виброползучести. Сборник трудов секции «Строительство» РИА, вып. 5, ч. 2, с.299-308, 2004

38. Бондаренко В.М., Ларионов Е.А. Виброползучесть бетона. Известия ВУЗов, Строительство, Новосибирск, 2004, № 3

39. Бондаренко В.М., Сухарев А.А. Длительная прочность и выносливость бетона конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений. Материалы конференции МИКХиС, 4.1, Москва, 2003

40. Бондаренко С.В., Санжаровский Р.С. Усиление железобетонных конструкций при реконструкции зданий. Стройиздат, Москва, 1990

41. Боровских А.В., Назаренко В.Г. Теория силового сопротивления сжатых железобетонных конструкций. МИКХиС, Москва, 2000

42. Гвоздев А.А. Ползучесть бетона и пути ее исследования. Сб.

43. Исследование прочности, пластичности и ползучести строительных материалов», ЦНИПС, Стройиздат, 1955

44. Гвоздев А.А. Некоторые особенности деформирования бетона и теории ползучести. Сб. «Ползучесть строительных материалов и конструкций». Стройиздат, 1964

45. Гениев Г. А., Клюева Н.В. К оценке резерва несущей способности железобетонных статически неопределимых систем послезапредельных воздействий. Сб. «Критические технологии в строительстве». РААСН, МПХ, Москва, 1998

46. Гениев Г.А., Киссюк В.Н., Тюпин Г.А. Теория пластичности бетона и железобетона, Стройиздат, Москва, 1974

47. Гениев Г.А. О динамических эффектах в стержневых системах из физически нелинейных хрупких материалов. Промышленное и гражданское строительство. 1999, № 9

48. Ильин Н.А. Последствия огневого воздействия на железобетонные конструкции. Стройиздат, Москва, с. 198, 1979

49. Кальгин А.А., Римшин В.И. Особенности силового сопротивления железобетонной фундаментной балки при вибрационном нагружении. Юбилейные научные чтения по проблемам железобетона. Москва, 2005, ИПЦ МИКХиС, с. 43-48

50. Карпенко Н.И. Общие методы механики железобетона. Стройиздат, Москва, 1996

51. Карпенко Н.И. О расчете деформаций ползучести бетона. Строительная механика и расчет сооружений, Москва, 1979

52. Милованов А.Ф. Стойкость железобетонных конструкций при пожаре. Стройиздат, Москва, с. 304,1998

53. Мурашев В.И. Трещиностойкость, жесткость, прочность железобетона. Машстройиздат, Москва, 1980

54. Назаренко В.Г. Развитие основ теории расчета железобетонных конструкций с учетом особенностей режимного нагружения . Дис. д.т.н. 1988

55. Назаренко В.Г., Боровских А.В. Диаграмма деформирования бетонов с учетом ниспадающей ветви. Журнал «Бет и железобетон», № 8, 1998

56. Назаренко В.Г., Творогова М.Н. Уравнения механического состояния как функционал напряжений, отнесенных к прочности бетона в момент нагружения. Материалы VI научно-практической конференции факультета РИСЗиС, ИПЦ МИКХиС, 2006

57. Работнов Ю.Н. Элементы наследственной механики твердых тел. Изд-во «Наука», Москва, 1977

58. Работнов Ю.Н., Милейко С.Е. Кратковременная ползучесть. Изд-во «Наука», Москва, 1970

59. Рейнер М. Реология. Москва, 1965

60. Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. Москва, 2001

61. Рекомендации по учету ползучести и усадки бетона при расчете бетонных и железобетонных конструкций. Стройиздат, Москва, 1988

62. Федоров B.C., Левитский В.Е. Эффект повышения деформативности бетона в условиях кратковременного нестационарного нагрева под нагрузкой. Вестник РААСН, Воронеж-Иваново, с. 125-134, 2005

63. Федоров B.C., Левитский В.Е. Анализ термосилового сопротивления бетона с позиций структурно- статистического подхода. Изв. Орел ГТУ, 2/14 (530), с. 138-145, 2007

64. Федоров B.C. Основы обеспечения пожарной безопасности зданий. Изд-во АСВ, Москва, 2004

65. Фомин С.Л. Основные положения оценки огнестойкости железобетонных зданий. Юбилейные научные чтения по проблемам теории железобетона, с. 90-99, Москва, 2005

66. Фрайфельд С.Е. Собственные напряжения в бетоне. Стройиздат, 1941

67. Фрайфельд С.Е. Современные задачи развития теории расчета строительных конструкций. АСИА УССР, Киев, 1962

68. Холмянский М.М. Бетон и железобетон: деформативность и прочность. Москва, Стройиздат, 1997, с. 576

69. Хромец Ю.Н. О физических основах теории прочности бетона. Сб. Труды ЦНИИС Промзданий, Москва, 1981

70. Чихладзе Э.Д. Напряженно-деформированное состояние сталебетонных конструкций при силовых и температурных воздействиях. Юбилейные научные чтения по проблемам теории железобетона, Москва, с. 100-106, 2005

71. Шкербелис К. К. О связи между деформациями ползучести и скоростью нагружения, исследования по бетону и железобетону. Сб. 3, Изд-во АНЛатвССР, Рига, 1959

72. Шмуклер B.C., Лучковский И.Я., Капнов Ю.А. Нелинейный анализ деформирования изгибаемого железобетонного элемента. Юбилейные научные чтения по проблемам теории железобетона, ИПЦ МИКХиС, Москва, 2005

73. Щербаков Е.А. Физические и феменологические основы прогнозирования механических свойств бетона для расчета железобетонных конструкций. Дис. д.т.н., Москва, 1987