Прочность железобетонных плит, опертых по контуру, при кратковременном динамическом воздействии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Мажди Махжуб Саад Хамад

• Мажди Махжуб Саад Хамад
• кандидат технических наук
• 2001

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мажди Махжуб Саад Хамад

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Особые динамические воздействия, вызывающие кратковременные динамические нагрузки на сооружения.

1.2. Динамические диаграммы деформирования материалов.

1.3. Предельные состояния железобетонных конструкций при кратковременных динамических нагрузках.

1.4. Методы расчета конструкции на действие кратковременных динамических нагрузок.

1.5. Методы расчета плит, опертых по контуру.

1.5.1. Методы расчета плит на действие статических нагрузок.

1.5.2. Расчет плит при динамических нагрузках.

1.6. Выводы и задачи исследования.

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ, ОПЕРТ 1>1Х ПО КОНТУРУ.

2.1. Расчетные предпосылки.

2.2. Расчет плит в стадии без трещин и с трещинами над защемленными опорами (стадия 1).

2.3. Расчет плит в стадии с трещинами в пролете и над опорами (стадия 2).

2.4. Расчет плит в пластической стадии (стадия 3).

2.5. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. СОПОСТАВЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ И ОПЫТНЫХ ДАННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ

ПРИ СТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ.

3.1. Расчетные зависимости при статическом нагружении.

3.2. Расчет плит защемленных по двум сторонам и шарнирно опертых по остальным двум (угловые плиты).

3.2.1. Плита П-5.

3.2.2. Плиты П-1 и П-3.

3.2.3. Плита П-7.

3.3. Расчет плит, защемленных по трем сторонам и шарнир но опертой по четвертой (боковые плиты).

3.3.1. Плита П-4.

3.3.2. Плиты П-2 и П-8.

3.3.3. Плита П-6.

3.4. Расчет плиты, защемленной по контуру (центральная плита) - П

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ПРИМЕРЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ МОНОЛИТНОГО

ПЕРЕКРЫТИЯ.

4.1. Динамический расчет средней плиты П-1 перекрытия (защемленной по всему контуру).

4.2. Динамический расчет боковой плиты П-2 перекрытия (защемленной по трем сторонам и шарнирно опертой по четвертой).

4.3. Динамический расчет угловой плиты П-3 перекрытия (защемленной по двум смежным сторонам и шарнирно опертой по остальным двум).

4.4. Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прочность железобетонных плит, опертых по контуру, при кратковременном динамическом воздействии»

Некоторые здания и сооружения в процессе эксплуатации и строительства могут подвергнуться особым воздействиям, к которым относятся взрывные, ударные и сейсмические воздействия. Возникающие при этом динамические нагрузки отличаются малой продолжительностью действия (от нескольких миллисекунд до нескольких секунд), внезапностью приложения и часто большой интенсивностью. Многие из кратковременных динамических нагрузок относятся к категории случайных воздействий с малой вероятностью возникновения в аварийных ситуациях.

Ударные воздействия характерны для периода строительства, когда возможны падения отдельных конструкций при монтаже и даже обрушения частей здания. При эксплуатации ударные нагрузки возникают в производственных зданиях при падении грузов, транспортируемых кранами; при падении конструкций; при наезде транспорта на сооружения; при падении самолета и т.п. Аварийные воздействия, приводящие к большим разрушениям в жилых зданиях, возникают вследствие взрывов бытового газа, причем наибольшие разрушения в здании происходят при падении конструкций перекрытий и стен.

Взрывные воздействия возникают в результате взрывов паровых котлов; баллонов с сжиженным газом; на технологических установках, работающих при высоких давлениях и температурах; при взрывном горении газо-, паро- и пылевоздушных смесей; при транспортировке и хранении горючих и взрывчатых веществ; террористических актах и т.п. Наблюдается тенденция к увеличению частоты таких воздействий на конструкции зданий вследствие непрерывного развития химической, нефтяной, текстильной и других отраслей промышленности, связанных с горючими газами и жидкостями.

В зависимости от расположения источника взрыва различают внутренний и внешний взрывы. При проектировании зданий обычно проводится комплекс комплекс мероприятий, направленных на предотвращение взрыва и снижение интенсивности взрывных волн. При внутреннем взрывов устраиваются легко сбрасываемые конструкции (ЛСК) в стеновом ограждении и иногда в покрытии, которые сбрасываются при низких давлениях, допустимых для несущих строительных конструкций. При внешнем взрыве снижение давления осуществляется достаточным удалением здания от источника взрыва, устройством заградительных стенок и т.п. Несмотря на эти мероприятия во многих случаях взрывные волны вызывают значительные повреждения и даже полное разрушение строительных конструкций, нанося значительный ущерб производству и обслуживающему персоналу. Поэтому для обеспечения взрыво-устойчивости зданий необходимо удовлетворять специальные требования к расчету и проектированию конструкций.

При однократном действии аварийной динамической нагрузки к конструкциям во многих случаях предъявляется только одно требование: конструкция должна выдержать нагрузку, не вызвав обрушения сооружения. В этом случае может быть допущена работы конструкций в стадиях, когда возникают значительные остаточные деформации, сопровождающиеся большим раскрытием трещин и локальными разрушениями бетона. Это позволяет проектировать экономичные сооружения, так как используются полные запасы прочности конструкций. Поэтому в большинстве случаев конструкции рассчитываются только по предельному состоянию, обеспечивающему от потери несущей способности.

Решение этих задач расчета базируется на методах специального раздела динамики сооружений, основными особенностями которого являются изучение поведения конструкций с начального периода деформирования до достижения максимальных усилий и деформаций и учет всех стадий деформирования вплоть до разрушения.

Были разработаны методы расчета широкого класса железобетонных конструкций: однопролетных балок с различными закреплениями опор, неразрезных балок, колонн, стен, арок, оболочек некоторых видов, висячих конструкций, каркасов зданий. По сравнению со стержневыми конструкциями динамическому расчету плит опертых по контуру было уделено меньшее внимание: были рассмотрены лишь плиты шарнирно-опертые по контуру.

Между тем во многих зданиях и сооружениях встречаются плоские конструкции, расчетные схемы которых представляются железобетонными плитами, опертыми по контуру с различными закреплениями сторон: шарнирные, жесткие, податливые, свободные. К таким конструкциям относятся плиты монолитных перекрытий в промышленных и жилых зданиях, наружные и внутренние стены. Методы динамического расчета таких плит в настоящее время отсутствуют.

Целью диссертационной работы является разработка методов расчета прямоугольных железобетонных плит с различными закреплениями сторон на действие кратковременной динамической нагрузки.

Научная новизна работы:

- введение трех стадий для описания всего процесса деформирования опертых по контуру плит ребрйстого монолитного перекрытия с учетом реальных закреплений сторон и последовательности развития трещин над опорами и в пролете;

- представление защемленных сторон как податливых относительно поворотов и получение коэффициентов жесткости закреплений;

- теоретическое исследование деформирования плит перекрытий при статическом и динамическом нагружений.

Практическое значение работы: 7

- предложена методика определения всех стадий деформирования железобетонных плит, опертых по контуру;

- разработан аналитический метод динамического расчета плит, опертых по контуру, во всех стадиях вплоть до разрушения.

Достоверность результатов исследования обеспечивается последовательным использованием общих методов специального раздела динамики сооружений и удовлетворительным совпадением результатов расчетов плит при статическом нагружении с данными опытов других исследователей.

Объем выполненной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы. Общий объем работы 142 страниц, в том числе страниц 127 машинописного текста, 13 рисунков, 2 таблицы.

Заключение диссертации по теме «Строительные конструкции, здания и сооружения», Мажди Махжуб Саад Хамад

основные выводы

1. Наибольшую защиту от взрывных воздействий обеспечивают здания из монолитного железобетона, перекрытия и покрытия в которых часто образуются из неразрезных в обоих направлениях плит опертых по контуру.

2. При равномерном загружении статической и динамической нагрузками всего перекрытия производится расчленение его на отдельные плиты с возможными тремя типами закрепления на контуре: защемленные по всему контуру, защемленные по трем сторонам и шарнирно опертые на четвертой, защемленные по двум смежным сторонам и шарнирно опертые по остальным.

3. При расчете весь процесс деформирования разбивается на три стадии: стадия 1 - без трещин и с трещинами над защемленными опорами; стадия 2 -с трещинами в пролете и над опорами; стадия 3 - пластическая стадия. В стадиях 1 и 2 учитывается податливость защемленных сторон относительно поворотов вследствие раскрытия трещин над опорами.

4. При расчете плит в стадиях 1 и 2 используются соответственно уравнения колебаний изотропной пластинки и ортотропной пластинки с главными осями вдоль направления стержней арматуры. Изгибные жесткости в стадии 2 определены для полосок единичной ширины, как для балочных элементов.

5. Для получения аналитических расчетных зависимостей в стадиях 1 и 2 использован приближенный метод с заданием формы прогибов плиты в виде произведения форм прогибов балки с соответствующими условиями опирания концов. Для учета влияния трещин вдоль защемленных сторон в стадии 1 цилиндрическую жесткость следует определять с коэффициентом фс = 0>7.

134

6. В пластической стадии форма перемещений плиты принимается совпадающей со схемой излома, получаемой кинематическим методом предельного равновесия для плит с различными условиями опирания контура.

Предельное состояние плиты характеризуется углами раскрытия в линейных пластических шарнирах или отношением прогибов.

7. Расчетные зависимости, полученные для случая действия квазистатической нагрузки, могут применяться для расчета железобетонных плит при статических нагружениях. В этом случае в формулу для цилиндрической жесткости вводится, кроме коэффициента фс = 0,7, еще коэффициент срь для учета влияния ползучести бетона. Сопоставление расчетных (при срь = срЬ1 = = 0,85) и опытных данных квадратных железобетонных плит, испытанных при кратковременном статическом нагружении, показало удовлетворительную точность.

8. Динамический расчет монолитного железобетонного перекрытия, запроектированного из условия равнопрочности всех плит, показал, что времена конца стадий 1, 2 и 3 плит всех типов близки. Отсюда следует обоснованность расчленение перекрытия на отдельные плиты при равномерном за-гружении всего перекрытия.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мажди Махжуб Саад Хамад, 2001 год

1. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий // Под ред. К.Е.Кочеткова, В.А.Котляровского, А.В.Забегаева. Книга 1, 2. М.: АСВ, 1995, 1996.

2. Андреев В.Г. Прочность внецентренно-сжатых стержней // Бетон и железобетон. 1981. № 5. С. 26-27.

3. Баженов Ю.М. Бетон при динамическом нагружении. М.: Стройиздат, 1970.263 с.

4. Байков В.Н., Владимиров В.Ф. Исследование железобетонных плит на ЭВМ "Урал-2" с учетом действительной жесткости на кручение / Труды VI Всесоюзной конференции по бетону и железобетону. 1-я секция НТО. М.: Стройиздат, 1966.

5. Белобров И.К., Тихонов И.Н. Внецентренное сжатие // Новое о прочности железобетона. М.: Стройиздат, 1977. С. 198-223.

6. Боданский М.Д., Горшков JI.M., Морозов В.И., Расторгуев Б.С. Расчет конструкций убежищ. М.: Стройиздат, 1974. С. 207.

7. Боднер С.Р., Саймондс П.С. Пластические деформации при ударном и импульсном нагружении // Механика. М.: 1961. № 4. С. 79-91. Пер. с англ.

8. Бондаренко В.М. Некоторые вопросы нелинейной теории железобетона. Харьков, 1968.

9. Вайнберг Д.В. Справочник по прочности, устойчивости и колебаниям пластин. Киев, 1973.

10. Гвоздев A.A. К расчету конструкций на действие взрывной волны // Строительная промышленность. М.: 1943. № 1-2. С. 18-21.

11. Гвоздев A.A. Расчет несущей способности конструкций по методу предельного равновесия: Госстройиздат, 1949. 280 с.

12. Голышев А.Б. и др. Проектирование железобетонных конструкций: Справочн. пособие. Киев: Будивэльнык, 1990.

13. Горбатов C.B. Несущая способность изгибаемых элементов с арматурой, имеющей площадку текучести, при учете неупругих свойств бетона // Изв. вузов. Сер. Строительство и архитектура. 1981. № 10. С. 18-22.

14. Горев Ю.Г. О динамическом расчете железобетонных конструкций методом конечных элементов // Изв. вузов. Сер. Строительство и архитектура. М.: 1983. №7. С. 7-10.

15. Динамический расчет сооружений на специальные воздействия: Справочник проектировщика // Под ред. Б.Г.Коренева, И.М.Рабиновича. М.: Стройиздат, 1981.

16. Дмитриев A.B. Динамический расчет изгибаемых железобетонных элементов с учетом влияния скорости деформирования: Дис. канд.техн.наук. М.: МИСИ им. В.В.Кйбышева, 1983. 168 с.

17. До донов М.И., Мухамедиев Т. А. К расчету прогибов плит, опертых по контуру // Бетон и железобетон. 1977. № 1 Г.

18. Дубинский A.M. Расчет несущей способности железобетонных плит. Киев: Госстройиздат, УССР. 1961.

19. Жарницкий В.И., Попов H.H., Расторгуев Б.С. Расчет конструкций заглубленных сооружений на действие взрывных волн // Динамический расчет специальных инженерных сооружений и конструкций: Справочник проектировщика. М.: Стройиздат, 1986. С. 116.

20. Зырянов B.C. К расчету по деформированной схеме плит, опертых по контуру // Бетон и железобетон. 1977. - № 4 - с.37 - 39.

21. Карпенко Н.И. Теория деформирования железобетона с трещинами. М.: Стройиздат, 1976.

22. Карпенко Н.И., Мухамедиев Т.А., Петров А.Н. Исходные и трансформированные диаграммы деформирования бетона и арматуры // Напряженно-деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций. М.: НИИЖБ, 1986. С. 7-25.

23. Киселев В.А. Строительная механика: Специальный курс. М.: Стройиздат, 1980. С. 610.

24. Кодекс образец ЕКБ-ФИП для норм по железобетонным конструкциям. М.: НИИЖБ, 1984. 284 с.

25. Коренев Б.Г., Цейтлин А.И. Колебания пластинок: Справочник по динамике сооружений. М.: Стройиздат, 1972.

26. Королев А.Н. Разработка способа расчета прогибов железобетонных плит, опертых по контуру и безбалочных перекрытий при действии кратковременной нагрузки: Автореф. дис. канд.техн.наук. М.: НИИЖБ, 1960.

27. Королев А.Н. Метод расчета прогибов, опертых по контуру плит, при кратковременной нагрузке // Бетон и железобетон. № 3. 1960.

28. Королев А.Н., Крылов С.М. Способ расчета прогибов железобетонных плит, опертых на контур, и безбалочных перекрытий при действии кратковременной нагрузки // Труды НИИЖ. 1962. Вып. 26. С. 59-119.

29. Котляревский В.А. Механические характеристики малоуглеродистой стали при импульсивном нагружении с учетом запаздывания текучести // Прикладная механика и техническая физика. 1961. № 6. С. 145-152.

30. Котляревский В.А. и др. Убежища гражданской обороны. Конструкции и расчет. М.: Стройиздат, 1989. С. 603.

31. Крылов А.Н. Вибрация судов. Т. X. М.: АН СССР. 1948 т.х. С. 403.

32. Лившиц Я.Д., Онищенко М.М. Расчет железобетонных плит с учетом трещинообразования и ползучести // Строительная механика и расчет сооружений. 1962. № 6.

33. Лужин О.В. Динамика упругих оболочек « Справочник по динамике • сооружений.». М.: Стройиздат, 1972.

34. Лужин О.В., Попов H.H., Расторгуев Б.С. Расчет конструкций сооружений на действие взрывных волн // Динамический расчет сооружений на специальные воздействия: Справочник проектировщика. М.: Стройиздат, 1981. С. 5-28.

35. Мамедов Т.Н. Расчет прочности нормальных сечений элементов с использованием диаграмм арматуры // Бетон и железобетон. 1988. № 8. С. 22-25.

36. Михайлов В.В. и др. Некоторые предложения по описанию диаграммы деформаций бетона при разрушении // Изв. вузов. Сер. Строительство и архитектура. 1984. № 2. С. 23-27.

37. Муамар Махмуд Абед. Расчет плит, опертых по контуру, на действие кратковременных динамических нагрузок. Автореферат диссертации к.т.н., МИСИ им. В.В. Куйбышева. М., 1986.

38. Мурашов В.И. Трещиноустойчивость, жесткость и прочность железобетона. Машстройиздат, 1950.268 с.

39. Огибалов П.М. Изгиб, устойчивость и колебания пластинок. М.: МГУ, 1958.

40. Палатников Е.А. Расчет железобетонных плит покрытий аэропортов. М.: Оборонгиз, 1961.

41. Плотников А.И. Динамика упругопластических железобетонных балок при действии интенсивных кратковременных нагрузок аварийного характера. Дис. На соискание ученой степени к.т.н. М. 1994. Моск. Гос. строит. Ун-т.

42. Попов Г.И. Железобетонные конструкции, подверженные действию импульсных нагрузок. М.: Стройиздат, 1986. 128 с.

43. Попов Г.И. Механические свойства арматурных сталей при динамическом нагружении: Научное сообщение на VIII конгрессе Федерации пред-напряженного железобетона (ФИП). Москва-Лондон, 1978. 30 с.

44. Попов H.H., Расторгуев Б.С., Забегаев A.B. Расчет конструкций на динамические специальные нагрузки. М.: Высшая школа, 1992. С. 319.

45. Попов H.H., Расторгуев Б.С. Динамический расчет железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1974. 207 с.

46. Попов H.H., Расторгуев Б.С. Расчет железобетонных конструкций на действие кратковременных нагрузок. М.: Стройиздат, 1964. 151 с.

47. Попов H.H., Расторгуев Б.С, Вопросы расчета и конструирования специальных сооружений. М.: Стройиздат, 1980. С. 190.

48. Попов H.H., Расторгуев Б.С. Расчет сооружений на действие кратковременных нагрузок большой интенсивности: Справочник по динамике сооружений. М.: Стройиздат, 1972. С. 349-380.

49. Попов H.H., Расторгуев Б.С. Расчет конструкций специальных сооружений. М.: Стройиздат, 1990. С. 204.

50. Расторгуев Б.С. К вопросу об определении зависимостей для диси-пативных сил в уравнениях колебаний // Строительная механика и расчет сооружений. 1983. № 6. С. 41-45.

51. Расторгуев Б.С. Прочность железобетонных конструкций зданий взрывоопасных производств и специальных сооружений, подверженных кратковременным динамическим воздействиям: Дис. . докт.техн.наук. М.: МИСИ им. В.В.Куйбышева, 1987. 360 с.

52. Расторгуев Б.С. Упрощенная методика получения диаграмм деформирования стержневых элементов в стадии с трещинами // Бетон и железобетон. 1993. № 5. С. 22-24.

53. Рекомендации по методу динамических испытаний бетона. М.: ВНИИЖелезобетон, 1985. 25 с.

54. Рекомендации по методу динамических испытаний арматуры. М.: ВНИИЖелезобетон, 1985. 40 с.

55. Рыков Г.В. и др. Механические характеристики бетонов с учетом их разрушения при кратковременных динамических нагрузках // Строительная механика и расчет сооружений. 1992. № 4. С. 31-34.

56. Рыков Г.В. и др. Экспериментальные исследования процессов деформирования и разрушения бетона при циклических динамических нагрузках // Строительная механика и расчет сооружений. 1992. № 1. С. 71-76.

57. Складнев Н.Н. Оптимальное проектирование железобетонных конструкций с учетом требований экономичности, технологичности, надежности, долговечности: Автореф. дисс. . докт.техн.наук. М.: МИСИ им. В.В.Куйбышева, 1979. 354 с.

58. СНиП II-11-77. Защитные сооружения гражданской обороны. М.: Стройиздат, 1978. С. 62.

59. Справочник по теории упругости. Киев: Будивэльник, 1971.

60. Справочник по динамике сооружений // Под ред. Б.Г.Коренева, И.М.Рабиновича. М/. Стройиздат, 1972.

61. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. Физматгиз, 1959.

62. Тимошенко С.П., Войковский-Кригер С. Пластины и оболочки. М.: Наука, 1966. 635 с.

63. Тюкалов Ю.Я. Расчет железобетонных плоских стержневых систем на кратковременные динамические воздействия с учетом физической линейности: Автореф. дис. . канд.техн.наук. М.: ЦНИИСК им. В.Кучеренко, 1990. С. 21.

64. Цейтлин А.И., Кусаинов A.A. Методы учета внутреннего трения в динамических расчетах конструкций. М., 1987.

65. Чарыев М. Сопротивление железобетонных конструкций с комбинированным армированием статическим и динамическим воздействиями. М.: Информэнерго, 1993. С. 90.

66. Чернов Ю.Т. Исследования нелинейных систем при кратковременных динамических воздействиях // Строительная механика и расчет сооружений. 1982. № 2. С. 35-40.

67. Bach G. Versuche mit zweiseitig aufliegenden eisenbeton Platten bei konzentrierter belastung. Heft 52. Berlin, 1923.

68. Bach G.U., Graf O. Versuche mit allseitig aufliegenden. Quadratischen und rechtechigen eisenbetonplatten. Berlin, 1915.

69. Gehler W., Arnos H. Versuche mit kreuzweise bewehrtenaPlatten. Heft 70. Berlin, 1932.

70. Huber M.G. Probleme der statischen berechnung orthotroper Platten. Warshawa, 1929.