ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

БАРДАНОВ ВОЛОДИМИР ЮРІЙОВИЧ

УДК 624.012.4

РОЗРАХУНОК ЕЛЕМЕНТІВ КОНСТРУКЦІЙ,

ЩО ЗГИНАЮТЬСЯ, З УРАХУВАННЯМ

ПОВНОЇ ДІАГРАМИ ДЕФОРМУВАННЯ

БЕТОНУ

05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ОДЕСА – 2001

Дисертацiєю є рукопис.

Робота виконана на кафедрi залізобетонних та кам‘яних конструкцій Одеської державної академiї будiвництва та архiтектури Мiнiстерства освiти і науки України

Науковий керiвник: | доктор технiчних наук, професор

Дорофеєв Віталій Степанович

Одеська державна академiя будiвництва та архiтектури,

професор кафедри залізобетонних та кам‘яних конструкцій. |

Офiцiйнi опоненти:

доктор технiчних наук, професор СТОРОЖЕНКО Леонід Іванович,

Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка,

кандидат технiчних наук, доцент ТВАРДОВСЬКИЙ Ігор Олександрович,

Одеська державна академія будівництва та архітектури, доцент кафедри

будівельної механіки.

Провiдна установа – Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, кафедра залізобетонних конструкцій, Міністерство науки і освіти України, м. Харків.

Захист вiдбудеться “ 16 ” травня 2001 р. о 13 годинi на засiданнi спецiалiзованої вченої ради Д 41.085.01 при Одеськiй державнiй академiї будiвництва та архiтектури за адресою:

65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4, ауд. 210.

З дисертацiєю можна ознайомитись в науковій бiблiотецi Одеської державної академiї будiвництва та архiтектури за адресою:

65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4, ОДАБА.

Автореферат розiсланий “12” квітня 2001 р.

Вчений секретар

спецiалiзованої вченої ради Макарова С.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми складається в необхідності розробки єдиного інженерного методу розрахунку залізобетонних конструкцій, заснованого на дійсних фізичних уявленнях про природу міцності деформованого бетону і залізобетону, що знаходиться в узгодженні з фізикою і механікою твердого тіла. Найбільше прийнятними для рішення цієї задачі є аналітичні методи, що припускають існування єдиної фізичної залежності - для всього діапазону завантаження залізобетонного елемента.

Діючі будівельні норми і правила дозволяють із достатньою точністю визначати міцність, тріщиностійкість і деформативність бетону при наявності згинальних моментів та поперечних сил. Проте, методи розрахунку залізобетонних елементів, що використовуються у вітчизняних нормах та правилах, насичені численними емпіричними співвідношеннями і мають фрагментарний характер, у результаті чого вони багато в чому втратили ясний фізичний зміст і універсальність. У зв'язку з чим набув розвитку напрямок побудови загальної теорії бетону та залізобетону, пов'язаний з використанням аналітичної залежності між напруженнями та відносними деформаціями, що описують повну діаграму деформування бетону -.

Відомо, що бетон має явно виражені непружні властивості, у зв'язку з чим діаграма деформування має криволінійне окреслення. Важливою особливістю повних діаграм деформування бетону є наявність нисхідних ділянок, що дозволяє більш повно оцінювати роботу бетону в стадії руйнування.

В даний час є багато різних пропозицій по створенню методів розрахунку, заснованих на використанні повних діаграм деформування бетону. Слід зазначити, що всі запропоновані методи мають свої позитивні якості та недоліки. В своїй більшості запропоновані аналітичні залежності - громіздкі, коефіцієнти не мають чіткого фізичного смислу. Запропоновані залежності не дають можливості вивести формули для визначення величини нормальних і дотичних напружень у будь-якій точці довільного перерізу елемента, що згинається, в залежності від внутрішніх зусиль.

Все це дає можливість зробити висновок про необхідність подальшого пошуку й експериментально-теоретичного обгрунтування найбільш простої аналітичної залежності, що має фізичний смисл, і достатньо добре апроксимуючої як висхідну, так і нисхідну гілки діаграми -

Зв'язок роботи з науковими планами. Робота виконана в рамках держбюджетної тематики ОДАБА за 1996-2000 роки: “Дослідження напруженого стану залізобетонних елементів, що згинаються, при урахуванні нелінійного закону деформування бетону”.

напруженого стану залізобетонних елементів, що згинаються, при урахуванні нелінійного закону деформування бетону ”.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є - розробка та удосконалення методики розрахунку залізобетонних елементів конструкцій, що згинаються, при одноразовому короткочасному завантаженні з урахуванням дійсної діаграми деформування бетону.

Для реалізації сформульованої цілі необхідно розв‘язати слідуючі задачі:

-вибрати та обгрунтувати аналітичну залежність - для бетону, що має чіткий фізичний смисл з дотриманням задовільної простоти її запису та достатньої точності одержаних результатів;

-отримати фундаментальну залежність, що зв'язує міцністну та деформативні характеристики бетону.

Використовуючи запропоновану двоквадратичну аналітичну залежність:

-визначити значення механічних характеристик для всіх класів важких бетонів з метою їхнього подальшого використання в розрахунках по розробленій методиці;

-вивести формули для визначення значень нормальних і дотичних напружень в поперечних перерізах бетонних та залізобетонних елементів, що згинаються;

-на основі розгляду третьої стадії напружено-деформованого стану розробити методику розрахунку на міцність поперечних перерізів залізобетонних елементів, що згинаються;

-запропонувати методику розрахунку елементів, що згинаються, на тріщиностійкість;

-результати, отримані на основі запропонованої методики, зіставити з експериментальними даними і даними за методом діючого БНіП 2.03.01- 84*

Об'єкт дослідження - розробка методики розрахунку на міцність та тріщиностійкість бетонних і залізобетонних елементів, що згинаються з урахуванням повної діаграми деформування бетону.

Предмет дослідження - бетонні та залізобетонні елементи, що згинаються.

Методи дослідження:

- експериментально-теоретичне обгрунтування нелінійного закону деформу- вання бетону з використанням методів математичної статистики при обробці дослідних даних;

- аналіз і синтез статичної, геометричної і фізичної сторін задачі при виведенні формул для визначення компонентів тензора напружень та оцінки міцності нормальних переризів;

- використання методів математичної статистики для оцінки точності одержуваних результатів на основі використання експериментальних даних.

Наукова новизна одержаних результатів:

-на основі експериментально-теоретичних досліджень запропонована двоквадратична залежність, що описує повну діаграму деформування бетону;

-отримана фундаментальна залежність, що зв'язує міцністну та деформативні характеристики бетону;

-визначені механічні характеристики для всіх класів важких бетонів;

-на основі запропонованої аналітичної залежності виведені формули для визначення значень нормальних і дотичних напружень;

-використовуючи двоквадратичну залежність, розроблена методика розрахунку нормальних перерізів елементів, що згинаються, на міцність та тріщиностійкість.

Практичне значення одержаних результатів складається у використанні отриманих формул для визначення нормальних і дотичних напружень у довільній точці залізобетонного елемента, що згинається. Це дозволяє аналізувати напружений стан і уточнювати розрахунок небезпечних перерізів на підставі обгрунтованої в дисертаційній роботі нелінійної залежності деформування бетону.

На базі двоквадратичної залежності деформування з урахуванням гіпотези плоских перерізів розроблені методики розрахунку залізобетонних елементів, що згинаються, при різноманітному характері навиникнення граничних станів. Запропоновані методики можуть мати практичне застосування для розрахунку на міцність залізобетонних балок. Розроблені блок-схеми за всіма групами станів для розрахунку міцності нормальних перерізів елементів, що згинаються, а також для розрахунку на тріщиностійкість, і можуть бути використані при проектуванні конструкцій.

Результати досліджень викладені в дисертаційній роботі і були використані в слідуючих організаціях: “ЧерноморНДІпроекті” при виконанні перевірочних розрахунків та проектуванні конструкцій залізобетонних балок 11-го причалу порту Іллічівськ; НПП “ Гідротехніка ” для перевірки міцності монолітних залізобетонних балок причалу Миколаївського річкового порту.

Особистий внесок здобувача:

Обрана й обгрунтована двоквадратична аналітична залежність b - b, яка може виступати в якості закону деформування бетону.

На основі запропонованої двоквадратичної залежності:

-отримано формулу, що зв'язує міцністну та деформативні характеристики бетону;

-визначені механічні характеристики для всіх класів важкого бетону, що містяться в законі деформування;

-виведені формули для визначення значень нормальних і дотичних напружень у поперечних перерізах елементів, що згинаються ;

-розроблена методика розрахунку залізобетонних елементів, що згинаються, на міцність і тріщиностійкість.

Апробація результатів досліджень. Основні результати дисертаційної роботи були опубліковані і обговорені на міжнародній науково-технічній конференції Білоруського науково-дослідного інституту будівництва (м.Мінськ, 1997 р.), на міжнародній науково-технічній конференції Полтавського державного технічного університету ім. Ю.Кондратюка в 1997 році; на науково-технічній конференції Одеської державної академії будівництва та архітектури в 1998 році, на міжнародній науково-технічній конференції Української державної академії водного господарства (м.Рівне, 1999 р.).

Публікації. По темі дисертаційної роботи опубліковано 11 робіт, у тому числі 7 - у збірниках наукових праць, 4 - у матеріалах і тезах науково-технічних конференцій.

Структура дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаної літератури та додатку загальним обсягом 208 сторінок друкарського тексту, в тому числі 112 сторінок основного тексту, 37 рисунка, 18 таблиць, списку літератури з 151 джерел на 16 сторінках, і 30 сторінок додатку.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі приведене обгрунтування актуальності теми дисертаційної роботи, її ціль і задачі, наукова новизна та зв'язок досліджень із загальною направленістю сучасної теорії опору залізобетону.

Перший розділ дисертаційної роботи присвячений розгляду літературних джерел, що мають відношення до створення і розробки методів оцінки міцності елементів конструкцій, заснованих на використанні повних діаграм деформування бетону.

Розглянуто стислий історичний огляд розвитку загальної теорії розрахунку залізобетонних конструкцій.

Особлива увага приділяється аналізу недоліків методів розрахунку залізобетонних елементів, що рекомендується в БНіП 2.03.01- 84*. В розглянутих методах не використовується гіпотеза плоских перерізів, а також не використовується залежність між напруженнями і відносними деформаціями бетону. Розрахункові формули побудовані на умовах рівноваги. Умовність вихідних передумов методу, відмова від урахування дійсних діаграм - призводить до недооцінки несучої здатності залізобетонних елементів. В наслідок цього виникає необхідність створення методів розрахунку елементів конструкцій, що базуються на чітких фізичних передумовах із використанням повних діаграм деформування бетону.

Відзначається, що в постановці та розвитку досліджень, спрямованих на розробку методів оцінки міцності залізобетонних елементів на основі аналітичного опису зв'язку між напруженнями та деформаціями бетону, особливе значення мають роботи В.Н.Байкова, А.Н.Бамбури, А.Я.Барашикова, В.Я.Бачинського, В.М.Бондаренка, П.Ф.Вахненка, С.В.Горбатова, Ю.П.Гущі, З.А.Димітрова, О.М.Донченко, В.С.Дорофеєва, А.С.Залесова, М.Л.Зака, Н.І.Карпенка, В.М.Кобринця, В.В.Михайлова, Б.С.Расторгуєва, Л.І.Стороженка, В.Г.Щелкунова, О.Ф.Яременка та ін.

В нинішній час відома безліч різновидів аналітичного уявлення рівноважних діаграм деформування бетону.

Приводяться й аналізуються діаграми деформування бетону, які використовуються в іноземних нормах. В даний час немає особливих відмінностей у проблемі оцінки міцності елементів, що згинаються, за будівельними нормами і правилами розвинутих країн. Слід зазначити, що загальним для цих методів є урахування нисхідної гілки повної діаграми деформування бетону. У нормах США, Англії, Франції, Німеччини, кодексі-зразку ЄКБ-ФІП і в Єврокоді враховують наявність нисхідної гілки діаграми - у стиснутій зоні бетону.

Аналіз стану питання на підставі розглянутих вище літературних джерел свідчить про те, що в останні десятиріччя проведена значна робота з опису кривих - деформування бетону. Розглянуто ряд пропозицій аналітичних залежностей, на основі яких побудовані і розроблені методи оцінки міцності елементів залізобетонних конструкцій, що згинаються, при різноманітних силових впливах.

Спроба розгляду кривої деформування з урахуванням нисхідної ділянки потребує використання многочленів, що мають ступінь не нижче 3-ї, в результаті чого неможливо одержати прості залежності, що визначають напруження через внутрішні зусилля.

У другому розділі експериментально-теоретично обгрунтувана двоквадратична залежність - .

Для вибору і дослідно-теоретичного обгрунтування нелінійної залежності деформування бетону попередньо розглядається й аналізується двочленна ступінева залежність із невизначеним показником ступеня m, у вигляді

(1)

При цьому повинні додержуватись умови

(2)

(3)

(4)

Таким чином, крива ОМ згідно з (1) проходить через дві точки: початок координат і точку екстремума (рис.1). В залежності від показника ступеня m крива більш-менш щільно притискається до сторін кута ОВМ. Величина показника ступеня m повинна визначатися в результаті експерименту. Розглядаючи похідну функції b() у формі (1), отримаємо

(5)

Зауважимо, що умова (2) виконується автоматично, а умови (3) і (4) приводять до системи лінійних рівнянь відносно невідомих коефіцієнтів Е0 і Еm.

(6)

Розвязання цієї системи рівнянь приводить до співвідношень

(7)

(8)

Підставляючи (7) і (8) в рівняння (1), одержемо

(9)

Таким чином, бачимо, що існує два еквівалентних вирази для закону деформування бетону на висхідній гілці: перше - через модулі Е0 і Еm , а друге - через граничну деформацію bR і нормативний опір бетону Rbn. Характерно, що методи їхнього визначення принципово відрізняються.

У першому випадку Е0 і Еm можуть бути отримані шляхом обробки методом найменших квадратів дослідних даних b і bR . При цьому необхідно попутно вирішувати задачу щодо значень показника ступеня m. Очевидно, що при цьому варто задати серію значень m і для кожного з них виконати обробку результатів експерименту, а потім зробити відповідні оцінки відхилень дослідних точок від отриманих теоретичних (за результатами обробки). Аналізуючи ці результати, можна зробити висновок про стабільність показника ступеня m для різноманітних бетонів.

У другому випадку - залежність (9) виражає напруження b через координати точки екстремума bR і Rbn кривої деформування - . Зв'язок між першою і другою групами величин, як згадувалось раніше, визначається залежностями (7) і (8).

Слід зазначити, що в результаті аналізу виразу (1) була отримана фундаментальна залежність, що зв'язує міцністну та деформативні характеристики бетону. Розглядаючи (5) за умови (3), можна одержати

(10)

Підставляючи (10) в (1), одержимо

(11)

З огляду на вираз (4) можна записати

(12)

Експериментальні дослідження свідчать про те, що в розглянутому ступеневому законі деформування бетону показник ступеня m = 1. Це дозволяє записати отримані в цьому розділі залежності (1), (8), (10), (12) відповідно у вигляді

Пропонується закон деформування бетону на всьому діапазоні завантаження у вигляді однієї аналітичної функції, що описує як висхідну, так і нисхідну гілки діаграми b-b.

(13)

0 < Rt , R

де

1 > Rt , R

Тому при < bR- висхідна гілка описується квадратичною залежністю у вигляді

(14)

При > bR нисхідна гілка діаграми - описується повною двоквадратичною залежністю (13). Прийнятий закон деформування містить три деформативні характеристики Е0, Е1 та Е2. Де Е0 - початковий модуль пружності бетону; Е1 - модуль, що враховує пластичну складову деформацій; Е2 - модуль, що враховує деформативність бетону на нисхідній гілці діаграми -. Значення модуля Е2 одержимо з умови, що нисхідна гілка проходить через точки М и К (рис.1), що відповідають її початку і кінцю. Використовуючи це в (13), отримуємо

(15)

Слід зазначити, що модуль Е2 у залежності від складу бетону може мати як додатні, так і від‘ємні значення, а також приймати значення Е2 = 0.

Величина кінцевої деформації визначається за даними ЄКБ-ФІП, аналіз яких показав, що між Rbn та bu існує лінійна залежність. У результаті обробки цих даних методом найменших квадратів отримана залежність

(16)

де Rbn вимірюється в Мпа.

Для експериментального обгрунтування запропонованого закону деформування бетону була проведена серія дослідів, а також використані дані експериментів І.О.Узуна і Г. Рюша по визначенню коэффіцієнтів Е0, Е1 та Е2 при осьовому однократному короткочасному завантаженні бетонних призм. Обробка результатів цих дослідів методом найменших квадратів і зроблені при цьому оцінки свідчать про достатню відповідність дослідних і теоретичних значень.

Запропонована залежність має деякі переваги в порівнянні з іншими: достатньо проста форма запису; можливість вивести формулу, що зв'язує міцністну та деформативні характеристики бетону; можливість вивести формули для визначення величин нормальних та дотичних напружень у поперечних перерізах бетонних та залізобетонних елементів, що згинаються; дозволяє розробити методику оцінки міцності нормальних перерізів залізобетонних елементів, що згинаються.

Третій розділ присвячений виводу формул для визначення нормальних та дотичних напружень у поперечних перерізах бетонних та залізобетонних елементів, що згинаються, при двоквадратичному законі деформування бетону. Для цього приймаються такі допущення: при виводі формул передбачається, що бетон являє собою однорідне, ізотропне, середовище; при чистому згинанні в кожній точці виникає лінійний напружений стан, для якого справедливий двоквадратичний закон деформування .

При виводі формул для визначення величин нормальних напружень у поперечних перерізах бетонних балок розглянуті три сторони задачі: статична, геометрична і фізична. При аналізі статичної сторони задачі розглянута рівновага відсіченої частини балки (рис.2).При розгляді геометричної сторони задачі використовується гіпотеза плоских перерізів. При розгляді фізичної сторони задачі використовується двоквадратичний закон деформування (13). Зауважимо, що max bt Rbtn ,тобто враховується робота бетону в розтягнутій зоні. На основі синтезу геометричної і фізичної сторін задачі, можна записати

(17)

(18)

Додатково розглядаючи статичну сторону задачі із рівняння моментів з урахуванням (17) і (18), можна записати вираз для кривизни нейтрального шару у вигляді

(19)

де Bred – приведена жорсткість балки визначається за формулою

(20)

Після підстановки залежності (19) у вирази (17) і (18) одержимо формули для визначення нормальних напружень, виражених через згинальний момент М та приведений момент інерції перерізу Ired = (1/E0) Вred у вигляді

(21)

(22)

При визначенні нормальних напружень у поперечних перерізах залізобетонних балок отримані аналогічні формули, причому для арматури передбачається справедливість закону Гука уs = Es е.

Приводиться вивід формул для визначення величин дотичних напружень у точках перерізів бетонної балки (рис.3). Використовуючи стандартну методику, засновану на гіпотезі Журавського про рівномірність розподілу дотичних напружень по ширині перерізу, а також вирази (21) і (22), отримана формула для визначення величини дотичних напружень при поперечному згині балки, що має вигляд

(23)

У результаті деяких перетворень для побудови епюри дотичних напружень бетонної балки отримані формули

для розтягнутої зони

(24)

для стиснутої зони

(25)

де позначено

Використовуючи отримані формули, побудовані епюри дотичних напружень у безрозмірних величинах для стиснутої та розтягнутої зон бетонного перерізу, відповідно txy(с) і txy(р)(рис.4).

При виводі формул для визначення дотичних напружень у залізобетонній балці враховано, що її приведена жорсткість змінюється по довжині. Це призводить до необхідності урахування похідної dIred / dx, для чого необхідне спеціальне дослідження.

Четвертий розділ присвячений розробці методик, які оцінюють міцність залізобетонних елементів, що згинаються, основаних на запропонованій нелінійній залежності b-b . Розглянуті та приведені формули слідуючих розрахункових станів: передграничний стан, граничний стан в арматурі, граничний стан в бетоні, граничний стан в бетоні й арматурі, а також допустимий стан.

При розрахунку елементів, що згинаються, необхідно враховувати збільшення міцності бетону, пов'язане з градієнтом деформацій. Трансформація діаграми стиску проводиться шляхом множення значень призмової міцністі бетону Rbn та відносної деформації на відповідний коеффіциєнт . Коефіціент зміцнення > 1 залежить від градієнта деформацій і може бути отриманий за формулою І.О.Узуна.

(26)

Розглянемо методику розрахунку на міцність по граничному стану в стиснутому бетоні рис.5в. Враховується, що на епюрі напружень є ділянки, відповідні висхідній та нисхідній гілкам діаграми -. Для арматури прийнято, що в ній напруження дорівнюють розрахунковому опору Rs.

Використовуючи гіпотезу плоских перерізів, одержимо залежність для визначення відносної висоти стиснутої зони

(27)

Відносна координата точки екстремума на епюрі нормальних напружень в стиснутій зоні бетону

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Питанню урахування дійсної діаграми деформування бетону при побудові теорії розрахунку елементів конструкцій в останні роки приділяється велика увага. Існує цілий ряд пропозицій по аналітичному опису діаграми b - b, що використовуються для побудови методів оцінки міцності елементів конструкцій.

Проте, запропоновані залежності призводять до громіздких розрахунків і не дають можливості вивести формули для визначення компонентів тензора напружень.

2. Розв‘язана задача вибору закону деформування бетону, що поєднує умови простої форми її запису з достатньою точністю отримуваних результатів. Запропонований і обгрунтований закон деформування бетону у вигляді двоквадратичної залежності, що описує зв'язок між напруженнями та деформаціями, як на висхідній, так, і на нисхідній гілках повної діаграми b - b .

3. В результаті теоретичного аналізу запропонованого закону деформування встановлена фундаментальна залежність, що зв'язує міцністну та деформативні характеристики бетону.

4. Визначені механічні характеристики для всіх класів важких бетонів, що використовуються в двоквадратичному законі деформування з метою їхнього подальшого використання в розрахунках за розробленою методикою;

5. Використовуючи нелінійний закон деформування бетону, виведені формули для визначення нормальних та дотичних напружень в поперечних перерізах елементів, що згинаються . При цьому намічений підхід до визначення дотичних напружень з урахуванням змінності приведеної жорсткості Bred елемента, що згинається .

6. На основі двоквадратичного закону деформування при розгляді 3-ї стадії напружено-деформованого стану розроблені методи розрахунку на міцність поперечних перерізів залізобетонних елементів, що згинаються, відповідні різним випадкам їхнього руйнування.

7. Порівняння дослідних значень руйнівного моменту Мдосл. з теоретичними значеннями Мтеор, отриманими за запропонованою методикою, показало їхнє добре співпадання при середньоквадратичному відхиленні 5,7%. Це свідчить про те, що запропонована методика може бути використана при проектуванні конструкцій.

ПУБЛІКАЦІЇ

1. ДОРОФЕЕВ В.С., БАРДАНОВ В.Ю. Касательные напряжения в железобетонной балке при нелинейном законе деформирования бетона //Проблеми теорії і практики залізобетону.- Полтава: Вид-во ПДТУ, 1997.- С.134-137. Здобувачем особисто виведені формули для визначення величини дотичних напружень у поперечних перерізах залізобетонних елементів, що згинаються.

2. ДОРОФЕЕВ В.С., БАРДАНОВ В.Ю. Расчет железобетонной балки на основе действительной диаграммы деформирования бетона //Материалы Международной конференции “Инженерные проблемы современного бетона и железобетона.- Минск, 1997.- С.115. Здобувачем особисто виведені формули для визначення напружень у довільному перерізі балки і розроблена методика розрахунку на міцність при нелінійному законі деформування бетону.

3. ДОРОФЕЕВ В.С., БАРДАНОВ В.Ю. Нелинейный расчет изгибаемых элементов конструкций // Сборник научных трудов “Строительные конструкции, строительные материалы, инженерные системы, экологические проблемы” – Одесса: ОГАСА – 1998. – С. 14-15. Здобувачем особисто розроблена методика оцінки міцності залізобетонних елементів,що згинаються, заснована на нелінійному законі деформування.

4. БАРДАНОВ В.Ю. Экспериментально-теоретическое обоснование квадратичного закона деформирования бетона // Сборник научных трудов “Строительные конструкции, строительные материалы, инженерные системы, экологические проблемы” – Одесса: ОГАСА – 1998. – С. 62-63.

5. ДОРОФЕЕВ В.С., БАРДАНОВ В.Ю. О допускаемых моментах изгибаемого элемента при учете действительной диаграммы деформирования бетона //Сборник научных трудов симпозиума “Дом-Экспо 98” :Изд-во ОГАСА, 1998.- С.39-43. Здобувачем особисто розроблена методика розрахунку елементів, що згинаються, по допустимому стані.

6. ДОРОФЕЄВ В.С., БАРДАНОВ В.Ю. Напружений стан залізобетонної балки за трилінійного уявлення діаграми деформування бетону // Збірник наукових статей: “Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій”.-Національна Академія наук України, Фізико-механічний інстітут ім. Г.В.Карпенка: Львів: “Каменяр”, 1998,- С.58-63. Здобувачем особисто запропонована трилінійна аналітична залежність - .

7. ДОРОФЕЄВ В.С., БАРДАНОВ В.Ю. Розрахунок на тріщиностійкисть згинального залізобетонного елементу при врахуванні дійсної діаграми стану бетону //Збірник наук. статей “Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди.- Рівне.- РДТУ-1999.- С.123-125.

Здобувачем особисто розроблена методика розрахунку на тріщиностійкість на основі двуквадратичної залежності .

АНОТАЦІЯ

Барданов В.Ю. Розрахунок елементів конструкцій, що згинаються, з урахуванням повної діаграми деформування бетону.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди.- Одеська державна академія будівництва та архітектури, Одеса, 2001.

Дисертація присвячена питанню розробки методики оцінки міцності

елементів, що згинаються, на основі нелінійного закону деформування, що описує повну діаграму деформування бетону. Обрано й обгрунтовано двоквадратичний закон деформування, що дало можливість одержати фундаментальну залежність, яка зв'язує міцністну та деформативні характеристики бетону. Використовуючи фундаментальну залежність, обчислені механічні характеристики для всіх класів важких бетонів. Застосовуючи двоквадратичний закон деформування бетону, виведені формули для визначення нормальних і дотичних напружень у поперечних перерізах елементів, що згинаються . Розроблена методика розрахунку на міцність і тріщиностійкість поперечних перерізів елементів, що згинаються. Приведено результати аналізу експериментально-теоретичних досліджень .

Результати роботи були використані в “ ЧерноморНДІпроекті ” при виконані перевірочних розрахунків і проектуванні конструкцій залізобетонних балок 11-го причалу порту Іллічівськ, а також у НПП “ Гідротехніка ” для перевірки міцності монолітних залізобетонних балок причалу Миколаївського річкового порту.

Ключові слова: повна діаграма деформування бетону, двоквадратичний закон деформування бетону, фундаментальна залежність, міцністні та деформативні характеристики бетону, бетонні та залізобетонні елементи, що згинаються, нормальні та дотичні напруження, методика оцінки міцності.

АННОТАЦИЯ

Барданов В.Ю. Расчет изгибаемых елементов с учетом полной диаграммы деформирования бетона.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения.- Одесская государственная академия строительства и архитектуры, Одесса, 2001г.

Диссертация посвящена вопросу разработке методики оценки прочности изгибаемых бетонных и железобетонных элементов на основе нелинейного закона деформирования, описывающего полную диаграмму деформирования бетона.

Выбрана и экспериментально-теоретически обоснована двуквадратичная аналитическая зависимость, содержащая функцию Хевисайда и описывающая восходящую и ниспадающую ветви диаграммы - . Эта зависимость сочетает в себе простую форму записи с достаточной точностью отображения действительной закономерности деформирования бетона. Двуквадратичная аналитическая зависимость содержит три константы, учитывающие: упругие и пластические деформации на восходящей ветви диаграммы - и стадию интенсивного разрушения бетона на ниспадающей ветви диаграммы. Принятая зависимость обладает некоторыми преимуществами по сравнению с другими уже существующими: простая форма записи; возможность вывести формулы для определения величины нормальных и касательных напряжений в поперечных сечениях изгибаемых бетонных и железобетонных элементах; позволяет разработать методику оценки прочности и расчет трещиностойкости нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов Все это дает основание полагать, что предложенный физический закон деформирования бетона может быть положен в основу теории сопротивления железобетона.

Используя данные СНиП 2.03.01.84* и полученные теоретические соотношения, определены механические характеристики для всех классов бетонов с целью расчета прочности нормальных сечений изгибаемых элементов по разработанной методике.

Сделан вывод формул для определения нормальных и касательных напряжений в поперечных сечениях изгибаемых бетонных и железобетонных элементов, основанный на двуквадратичном законе деформирования бетона.

При выводе формул для нормальных напряжений, в качестве геометрической стороны задачи рассмотрена гипотеза плоских сечений, а физической - двуквадратичный закон деформирования бетона.

Анализ вывода формул для нормальных напряжений показывает, что при других зависимостях, описывающих полную диаграмму деформирования бетона, невозможно получить формулу для напряжений в зависимости от изгибающих моментов в замкнутой форме.

При выводе формул для касательных напряжений, принята гипотеза Журавского о равномерности распределения напряжений по ширине сечений. При этом учтено, что функцией от координаты сечения является не только изгибающий момент, но и приведенная жесткость балки, которая изменяется по длине. Это приводит к необходимости учета производной dIred / dx, для чего необходимо специальное исследование.

На основе предложенного двуквадратичного закона деформирования с учетом 3-й стадии напряженно-деформированного состояния разработана методика расчета на прочность поперечных сечений изгибаемых железобетонных элементов, соответствующая различным случаям их разрушения. Рассмотрены и приведены расчетные формулы следующих расчетных состояний: предпредельное, предельное в арматуре, предельное в бетоне, предельное в бетоне и арматуре, а также допускаемое.

Приведена методика расчета изгибаемого железобетонного элемента на трещиностойкость, разработанная на основе предложенной двуквадратичной зависимости -.

Предлагаемые методики расчета изгибаемых элементов на прочность и трещиностойкость имеют достаточно хорошее совпадение с экспериментальными данными и могу быть использованы при проектировании конструкций.

Результаты работы были использованы в “ ЧерноморНИИпроекте ” при выполнении проверочных расчетов и проектировании конструкций железобетонных балок 11-го причала порта Ильичевск, а также в НПП “ Гидротехника ” для проверки прочности монолитных железобетонных балок причала Николаевского речного порта.

Ключевые слова: полная диаграмма деформирования бетона, двуквадратичный закон деформирования бетона, фундаментальная зависимость, прочностные и деформативные характеристики бетона, изгибаемые бетонные и железобетонные элементы, нормальные и касательные напряжения, методика оценка прочности.

THE SUMMARY

Bardanov V.Y. The calculation curved elements with allowance the full diagram of concret deformation .- Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.23.01 - Building constructions, building and structure.- The Odessa State Academy of Building and Architecture, Odessa, 2001.

The thesis is dedicated to a problem of enrestigation of a technique of an estimation of strength of curved units on the basis for the non-linear law on deformation descrabing full diagram of deformation of concrete. The two-quadratic law of deformation of concrete is selected and justified, that has enabled to receive fundamental analytical relation linking strength and deformations of the characteristics of concrete. Using fundamental relation, the mechanical characteristics for all classes of the concrets are calculated, which one will be used in calculations on the designed technique. Applying the two-quadratic law of the deformation of concrete the formulas for definition of values normal and shearing stresses in cross sections of curved units are deduced. On the basis of the same law of deformation the technique of a strength calculation of cross sections of curved concrete units is developed. The outcomes of the analysis of experimentally - analytical investigation are adduced.

The outcomes of activity were used in "The Black sea research scientific institute " at the fulfilment of checking calculations and structures of concrete girders of 11 berth in the port Ilichevsk, and also in the NPP "Hydraulic engineering" for check of strength the monolithic concrete girders of berth in the Nikolaev river harbour.

Key words: the full diagram, deformation of concrete, two-quadratic law of deformation of concrete, fundamental relation, strength and defective characteristics of concrete curved concrete and concrete unitst, normal and shearing stresses technique of estimation of strength.