ПОЛТАВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ПОЛТАВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА
ВАСЮТА ВІКТОРІЯ БОРИСІВНА
УДК 624.014.27
СТИСНУТІ ТРУБОБЕТОННІ ЕЛЕМЕНТИ ІЗ РІЗНИМИ
ТИПАМИ ОБОЛОНОК ТА ЯДЕР
Спеціальність 05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Полтава – 2002
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Полтавському національному технічному університеті імені Юрія Кондратюка Міністерства освіти і науки України
Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор
Стороженко Леонід Іванович,
Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка Міністерства освіти і науки України, професор кафедри конструкцій із металу, дерева і пластмас
Офіційні опоненти: | Заслужений діяч науки і техніки України,
доктор технічних наук, професор
Клименко Федір Єлисейович,
професор кафедри “Будівельні конструкції та мости”
Національного університету “Львівська політехніка”
кандидат технічних наук, доцент
Воскобійник Павло Павлович
Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка Міністерства освіти і науки України, доцент кафедри залізобетонних і кам’яних конструкцій
Провідна установа: | Науково-дослідний інститут будівельних конструкцій Державного комітету України з архітектури, будівництва та житлової політики, відділ теорії і методів розрахунку залізобетонних конструкцій (м. Київ)
Захист дисертації відбудеться “25” червня 2002 року о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.44.052.02 при Полтавському національному технічному університеті імені Юрія Кондратюка за адресою:
36601, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24, ауд. 234.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка за адресою:
36601, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24.
Автореферат розісланий “23” травня 2002 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради |
Чернявський В.В.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
На сьогодні одним з основних напрямів розвитку будівельних конструкцій є скорочення витрат металу й економія цементу. Цього можна досягти в результаті пошуку нових сполучень бетону та сталі для їх сумісної роботи. До сучасних будівельних конструкцій ставляться вимоги високої надійності при малій енерго- і матеріаломісткості для їх виготовлення. Таким вимогам відповідають трубобетонні конструкції.
Актуальність теми. Нині у будівництві широко розповсюджене застосування трубобетонних конструкцій, у яких роль труби-оболонки виконують сталеві труби. Існують й інші модифікації таких конструкцій. У будівельному виробництві, крім сталевих, застосовують також алюмінієві, пластмасові та азбестоцементні труби. Є актуальним їх використання у ролі труби-оболонки для трубобетонних конструкцій. У ролі ядер можуть застосовуватися бетони важкі та легкі (газобетон, бетон на заповнювачах із керамзиту і шлакової пемзи). Дотепер немає роботи, яка б об'єднала в собі дослідження трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер. У зв'язку з цим виникає необхідність вивчити роботу таких трубобетонних елементів на центральний стиск.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дана робота є частиною загальної наукової програми досліджень “Дослідження напружено-деформованого стану та впровадження у виробництво трубобетонних конструкцій” кафедри конструкцій із металу, дерева та пластмас Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка.
Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є визначення ступеня зміцнення ядер із важких і легких бетонів в обоймах із різних матеріалів та розроблення загальних методів розрахунку досліджуваних центрально стиснутих трубобетонних елементів.
Задачі, що були поставлені перед автором, сформульовані таким чином:
·
провести порівняльні експериментальні та теоретичні дослідження центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер;
·
оцінити ефективність роботи трубобетонних елементів на центральний стиск та розробити рекомендації щодо більш ефективних поєднань ядер й оболонок;
·
розробити методику оцінювання напружено-деформованого стану та визначення несучої здатності центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер і скласти програму розрахунків за допомогою ПЕОМ;
·
розробити рекомендації до проектування центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер.
Об’єкт дослідження – трубобетонні елементи із різними типами оболонок та ядер.
Предмет дослідження – напружено-деформований стан коротких центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер.
Методи дослідження – експериментальне випробування дослідних зразків та теоретичне дослідження їх напружено-деформованого стану.
Наукова новизна одержаних результатів:
·
уперше були проведені порівняльні експериментальні дослідження центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер;
·
запропоновано два способи визначення несучої здатності центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер;
·
запропонована єдина для всіх можливих поєднань оболонок і ядер методика розрахунку центрально стиснутих трубобетонних елементів за допомогою складеної нами програми на ПЕОМ, що дає змогу обчислювати деформації та напруження, які змінюються протягом усього періоду зростання навантаження, з урахуванням об'ємного напруженого стану бетону і нелінійності його деформацій;
·
уперше було проведене порівняння економічної ефективності центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними поєднаннями оболонок та ядер.
Практичне значення одержаних результатів:
·
запропонована методика розрахунку міцності центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер дозволяє описувати напружено-деформований стан з урахуванням розвитку пластичних деформацій, що відкриває можливість для використання труб із різних матеріалів та різних видів бетонів;
·
розроблена інженерна методика визначення несучої здатності трубобетонних елементів за допомогою таблиць, що суттєво полегшує проектування конструкцій та розроблені “Рекомендації до проектування центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер”.
Впровадження результатів роботи. Результати дисертаційної роботи використані при розробленні “Рекомендацій до проектування центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер”.
Особистий внесок здобувача. Розроблено методику експериментальних досліджень і конструкції дослідних зразків, проведено їх випробування; встановлено характер руйнування та деформування трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер при центральному стиску; запропонована методика оцінювання напружено-деформованого стану й визначення несучої здатності трубобетонних елементів за допомогою програми на ПЕОМ; розроблена інженерна методика визначення несучої здатності центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними поєднаннями оболонок та ядер за допомогою таблиць; визначено економічну ефективність трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер і проведено її порівняння; розроблені “Рекомендації до проектування центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер”.
Апробація результатів дисертації. Апробація результатів дисертації проведена на Міжнародній науково-технічній конференції “Нові машини для виробництва будівельних матеріалів і конструкцій, сучасні будівельні технології” (Полтава, 2000), на щорічних науково-технічних конференціях Полтавського НТУ імені Юрія Кондратюка (1998 – 2002).
Публікації. Основні результати дисертації були опубліковані в 5 статтях у збірниках наукових праць.
Обсяг та структура роботи. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел із 174 найменувань та 2 додатків. Загальний обсяг роботи – 221 сторінка машинопису, з них основного тексту – 120 сторінок, рисунків – 56, таблиць – 10.
Робота виконана на кафедрі конструкцій із металу, дерева та пластмас Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
У вступі обґрунтована актуальність проблеми, викладена мета і задачі дослідження, наукова новизна та практична цінність роботи, подана її загальна характеристика.
У першому розділі проведено аналіз особливостей конструкцій із трубобетону і методів їх розрахунку. Відзначені переваги та недоліки трубобетону. Зроблено аналіз праць, присвячених дослідженню конструкцій з іншими видами побічного армування й праць, що характеризують роботу трубобетонних елементів із нетрадиційними типами оболонок та заповнювачів.
На даний час відомі роботи, що присвячені дослідженню особливостей напружено-деформованого стану сталезалізобетонних і трубобетонних конструкцій при різних способах навантаження, – О.М.Алпериної, Ю.В.Бондаренка, Г.А.Генієва, О.О.Гвоздєва, О.А.Долженко, М.Г.Добудогло, В.І.Єфіменка, М.М.Жербіна, А.Б.Квядараса, О.І.Кікіна, Ф.Є.Клименка, К.Клепеля, А.Ф.Ліпатова, Л.К.Лукші, О.Е.Лопатто, В.І.Маракуци, В.Ф.Мареніна, В.О.Пермякова, Г.П.Передерія, В.А.Росновського, Р.С.Санжаровського, М.Ф.Скворцова, Л.І.Стороженка, В.М.Сурдіна, В.А.Трулля, Е.Д.Чихладзе, О.Л.Шагіна та інших. Запропоновані ними теоретично-експериментальні залежності дозволяють розрахувати трубобетонні елементи при статичному навантаженні.
Різноманітність теорій, які розкривають особливості роботи трубобетону під навантаженням, пояснюється тим, що на відміну від елементів, армованих іншими видами арматури, трубобетон не має вираженого моменту руйнування. Виняток становлять трубобетонні елементи з оболонками із сталевих труб із тонкою стінкою та труб із високоміцних металів.
На основі проведеного аналізу досліджень роботи трубобетону був зроблений висновок, що робота трубобетонних конструкцій з оболонками із сталевих труб і заповнювачами з важких бетонів вивчена на достатньому рівні. Будівельна промисловість, крім сталевих, виготовляє також алюмінієві, азбестоцементні та пластмасові труби, й питання про їх використання у ролі труби-оболонки є актуальним. Є доцільним використовувати у ролі заповнювача не тільки важкі, а ще і легкі бетони.
Зроблено огляд праць, у яких досліджується робота трубобетонних елементів із оболонками з азбестоцементних труб Ю.В.Ізбашем, Л.І.Стороженком, склопластикових труб – Ю.В.Бондаренком, О.Л.Шагіним, пластмасових труб – Г.Д.Рябікою, алюмінієвих труб – Г.К.Міцкевичем, сталевих труб – Л.І.Стороженком.
На даний час не було роботи, яка б об’єднала в собі дослідження роботи трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер. У зв’язку з цим виникає необхідність вивчити роботу таких трубобетонних елементів при центральному стиску.
На підставі цього були сформульовані задачі досліджень.
1.
Виконати експериментальне та теоретичне дослідження роботи трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер при центральному стиску. У ролі труби-оболонки пропонується застосувати труби алюмінієві, азбестоцементні, пластмасові й сталеві (у тому числі з тонкою стінкою). Як заповнювач використати важкі бетони та легкі (керамзитобетон, шлакопемзобетон, газобетон).
2.
Оцінити ефективність роботи трубобетонних елементів на центральний стиск і розробити рекомендації до більш ефективних сполучень ядер та оболонок.
3.
Розробити методику оцінювання напружено-деформованого стану й визначення несучої здатності центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер і скласти програму розрахунків за допомогою ПЕОМ.
4.
Розробити рекомендації до проектування центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер.
Другий розділ присвячений методиці проведення експерименту й дослідженню фізико-механічних властивостей використаних до виготовлення матеріалів.
Програма експериментальних досліджень була складена з урахуванням вивчення впливу фізико-механічних властивостей матеріалів оболонок та ядер на несучу здатність та деформації трубобетонних елементів. Метою було на основі результатів експериментальних досліджень визначити ефективність роботи трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер при центральному стиску.
Для спрощення поставленої задачі були введені деякі обмеження на проведення експерименту. Досліджувалися лише короткі трубобетонні елементи, в яких висота зразка приймалась <.
З урахуванням можливих умов виготовлення дослідних елементів, а також наявність труб та матеріалів, було випробувано 44 серії зразків по 2-3 зразки-близнюки у кожній, характеристика яких наведена у табл. 1.
Як оболонки були використані труби сталеві, азбестоцементні, алюмінієві та полівінілхлорідні, як заповнювач – важкий бетон, керамзитобетон, шлакопемзобетон і газобетон.
При маркіруванні зразків літерами позначені: АЛ – алюмінієві труби, АС – азбестоцементні, С – сталеві, П – пластмасові, Г – заповнювач із газобетону, Ш – шлакопемзобетон, К – керамзитобетон, Т – важкий бетон.
Цифровими позначеннями маркірувалися зразки залежно від діаметра труби, складу бетону. Маркірування типу АЛГ-11 треба читати так: трубобетонний елемент, у ролі труби-оболонки якого є алюмінієва труба діаметром 111 мм, заповнювач – газобетон складу 1.
Запропонована програма експерименту охоплювала широкий спектр трубобетонних елементів із оболонками з різних матеріалів і різних типів заповнювачів. Це дало можливість визначити ефективність спільної роботи оболонок та ядер у центрально стиснутих трубобетонних елементах та виявити найбільш ефективні сполучення оболонок та ядер.
Для визначення фізико-механічних властивостей бетонів, що були прийняті для досліджень, виготовлялися бетонні куби й призми.
Випробування зразків проводилися у віці 28 діб і більше. Завантаження здійснювалося ступенями по 0,1 від прогнозованого граничного навантаження. На всіх ступенях завантаження вимірялися поздовжні і поперечні деформації. Вимірювання деформацій здійснювалося за допомогою електротензорезисторів. Електротензорезистори наклеювалися в поздовжньому і поперечному напрямках по 4 штуки (рис. 1).
Таблиця 1
Характеристика випробуваних зразків та їх несуча здатність
Шифр та номер зразка | Розміри, мм | , МПа | , МПа | Несуча здатність елемента,
, кН
АЛ-10
АЛГ-11
АЛШ-11
АЛК-11
АЛТ-11 | 111 | 1,5 | 400 | -
1,20
11,70
10,70
20,70 | 270,00 | -
187,30
247,90
289,30
481,70 | -
4,27
1,00
1,52
1,80 | -
1,24
1,00
1,21
1,46
АЛ-20
АЛШ-22
АЛК-22
АЛТ-22 | 150 | 1,5 | 600 | -
15,30
14,30
15,00 | 285,00 | -
520,00
380,00
520,00 | -
1,23
1,00
1,26 | -
1,13
1,00
1,14
АС-10
АСГ-11
АСШ-11
АСК-11
АСТ-11 | 116 | 7,0 | 400 | -
1,20
11,70
10,70
20,70 | 47,00 | -
131,50
212,10
231,60
311,70 | -
2,04
1,05
1,37
1,18 | -
1,08
1,02
1,16
1,11
АС-20
АСШ-22
АСК-22
АСТ-22 | 118 | 8,0 | 400 | -
15,30
14,30
15,00 | 47,00 | -
290,00
285,00
300,00 | -
1,29
1,19
1,40 | -
1,14
1,16
1,19
С-10
СГ-11
СШ-11
СК-11
СТ-11 | 100 | 0,7 | 400 | -
1,20
11,70
10,70
20,70 | 308,00 | -
99,40
283,80
284,60
350,40 | -
3,46
2,42
2,65
1,79 | -
1,29
1,81
1,90
1,55
С-20
СГ-21
СШ-21
СК-21
СТ-21 | 108 | 4,0 | 400 | -
1,20
11,70
10,70
20,70 | 302,00 | -
440,14
521,78
531,90
664,73 | -
4,79
1,38
1,63
1,66 | -
1,09
1,07
1,11
1,19
С-30
СШ-32
СК-32
СТ-32 | 114 | 5,0 | 400 | -
15,30
14,30
15,00 | 310,00 | -
730,00
730,00
720,00 | -
1,67
1,79
1,63 | -
1,14
1,15
1,12
С-40
СШ-42
СК-42
СТ-42 | 110 | 3,0 | 400 | -
15,30
14,30
15,00 | 305,00 | -
525,00
520,00
520,00 | -
1,65
1,74
1,66 | -
1,63
1,21
1,19
С-50
СШ-52
СК-52
СТ-52 | 108 | 2,0 | 400 | -
15,30
14,30
15,00 | 310,00 | -
420,00
370,00
450,00 | -
1,66
1,36
1,92 | -
1,26
1,13
1,36
П-10
ПГ-12 | 110 | 5,0 | 440 | -
2,30 | 12,40 | -
124,00 | -
5,73 | -
3,17
П-20
ПГ-22 | 160 | 8,0 | 640 | -
2,30 | 12,40 | -
275,00 | -
6,08 | -
3,24
Для дублювання вимірів поздовжніх деформацій установлювались індикатори годинникового типу з ціною поділки 0,01 мм. Випробування проводилися на пресі П-250.
Рис. 1 Конструкції дослідних зразків: а) розміщення індикаторів годинникового типу; б) розміщення поздовжніх та поперечних електротензорезисторів
Третій розділ дисертаційної роботи присвячений аналізу результатів експериментальних досліджень центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер.
У даній роботі за несучу здатність трубобетонного елемента було прийнято зусилля, при якому в трубі з’являються поздовжні деформації, що відповідають межі плинності для сталевих й алюмінієвих труб або деформації, які відповідають межі міцності для азбестоцементних і пластмасових труб.
З аналізу отриманих експериментальних результатів видно, що значення несучої здатності трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер знаходиться у межах від 99,40 кН до 730 кН.
З усіх серій зразків, що випробувалися на дію навантаження стиску, найбільш деформативними виявилися пластмасотрубобетонні елементи із заповнювачем із газобетону складу 2. Поздовжні деформації таких трубобетонних елементів досягали значення 118110-5. Усі графіки характеризуються наявністю прямолінійної частини залежності, що свідчить про роботу елемента у пружній стадії. Із зростанням навантаження залежність має криволінійний характер, що говорить про роботу елемента у пластичній стадії.
Результати експериментальних досліджень центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер доводять можливість їх використання, як ефективних будівельних конструкцій.
Рис. 2 Графік залежності поздовжніх деформацій від відносного навантаження для зразків серії: К, СК-21, АЛК-11, СК-11, АСК-11
У четвертому розділі розглядається напружено-деформований стан центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер, а також методика розрахунку несучої здатності таких елементів.
У процесі експлуатації центрально стиснутих трубобетонних елементів можуть виникати умови, за яких конструкція працює як у пружній, так і в пластичній стадії. Виходячи з цього, у даній роботі була поставлена задача отримати метод розрахунку, що враховує напружено-деформований стан центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер із початку завантаження до досягнення граничного стану з урахуванням пластичних деформацій.
За основу прийнята методика, запропонована в роботах Стороженка Л.І., де було розглянуто напружено-деформований стан центрально стиснутого трубобетонного елемента з урахуванням об’ємно-напруженого стану при сумісній роботі оболонки із сталевої труби та ядра з важкого бетону. Елемент представлений у вигляді комплексного циліндра, що складається з кругової сталевої оболонки та суцільного кругового бетонного ядра, що склеєні між собою. Питання про рівновагу елемента зводиться до такої задачі: необхідно знайти величини нормальних і дотичних напружень , , , , , ; переміщень , , та деформацій , , , , , за заданими навантаженнями у торцях елементів.
У якості передумов прийнято, що до торців елемента прикладена осьова сила . Напруження в елементі повинні задовольняти диференціальним умовам рівноваги, а на бічній зовнішній поверхні елемента вони дорівнюють нулю.
Вважається, що між деформаціями і напруженнями існують залежності, які визначаються відомими співвідношеннями теорії пружності при об’ємному напруженому стані.
У результаті сумісного вирішення вихідних рівнянь отримані формули для визначення поздовжніх та поперечних напружень, деформацій і переміщень у ядрі й оболонці трубобетонного елемента.
За межею пружності задача вирішується методом перемінних параметрів пружності. Сутність цього методу полягає в тому, що до системи рівнянь, представленої у формі рівнянь теорії пружності із змінними “параметрами пружності”, застосовують метод послідовного їх вирахування (метод ітерацій).
Для цього наведемо залежності, що дозволяють описувати роботу реальних застосовуваних матеріалів (бетону й сталі). Так, приймається, що модуль деформацій бетону залежить від величини напружень і змінюється за умовою
, (9)
де – початковий модуль пружності бетону ; – коефіцієнт, що залежить від виду бетону; – призмова міцність бетону; – напруження в бетоні.
При цьому для опису залежності вважається справедливою формула
. (10)
Діаграма отримана експериментально й описується ламаною
, при ;
(11)
, при ,
де – модуль пружності сталі при малих напруженнях; – деформація сталі, що відповідає межі плинності; – межа плинності сталі; – модуль зміцнення (у найпростішому випадку = 0 – діаграма Прандтля).
Для перевірки наведених теоретичних залежностей при відомих фізико-механічних характеристиках бетону й оболонки залежно від величини навантаження обчислювалися теоретичні значення поздовжніх деформацій для всіх трубобетонних зразків із різними сполученнями оболонок та ядер за допомогою складеною нами програми розрахунку на ПЕОМ. Було зроблене зіставлення теоретичних і експериментальних значень поздовжніх деформацій для всіх випробуваних зразків, що показало задовільні результати. На рис. 3 наведені результати обчислень для зразків серії АЛШ-11 та АСШ-11.
Рис. 3 Порівняння теоретичної та експериментальної залежностей поздовжніх деформацій від навантаження в зразках серії АЛШ-11, АСШ-11
На відміну від відомих праць, де запропоновані методи розрахунку трубобетонних елементів з одним типом оболонки та одним типом заповнювача, у даній роботі пропонується два способи визначення несучої здатності центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер.
Спосіб 1. Несучу здатність трубобетонних елементів із різними типами оболонок і ядер пропонується розглядати як таку, що складається з несучої здатності бетонного ядра і несучої здатності труби-оболонки
, (12)
де – розрахунковий опір бетону; – коефіцієнт ефективності роботи бетонного ядра в трубобетонному елементі, що визначається рівняннями апроксимації отриманих експериментальних значень; , – площі поперечного перерізу ядра і труби відповідно; – міцність труби-оболонки.
Пропонується рівняння для визначення параметра , де ; = 0,2219, = 0,9751 – для трубобетонних елементів із оболонками з алюмінієвих труб; = 0,0736, = 1,2103 – з азбестоцементних труб; для елементів з оболонками зі сталевих труб = 0,0775, = 1,5949.
Спосіб 2. Несучу здатність трубобетонних елементів із різними типами оболонок і ядер пропонується визначати за формулою, що отримана з рівнянь напружено-деформованого стану при досягненні напруженнями граничного стану за міцністю
П’ятий розділ присвячений проектуванню центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер і оцінюванню техніко-економічної ефективності таких трубобетонних елементів.
Для більш широкого застосування у будівництві в якості несучих конструкцій трубобетонних елементів із різними типами оболонок і ядер була поставлена задача розробити методику практичного підбору поперечних перерізів несучих будівельних конструкцій із трубобетону круглого перерізу, що працюють на центральний стиск за спеціальними таблицями. Складено таблиці зі значеннями несучої здатності трубобетонних елементів для оболонок із різних матеріалів залежно від геометричних характеристик труби і класу бетону.
Розрахунок перерізів трубобетонних елементів із різними типами оболонок і ядер, підданих центральному стиску короткочасним навантаженням, рекомендується виконувати за формулою
, (14)
де поздовжнє зусилля від короткочасного стискаючого навантаження.
Усе це знайшло відображення в “Рекомендаціях до проектування центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер”.
Вибравши за несучою здатністю кілька можливих варіантів сполучення оболонок і ядер у центрально стиснутих трубобетонних конструкціях, необхідно спинитися на варіанті, найбільш прийнятному з економічної точки зору. У цій роботі було проведене зіставлення економічної ефективності трубобетонних зразків із різними сполученнями оболонок і ядер. Аналізуючи отримані значення економічної ефективності трубобетонних зразків із різними типами оболонок та ядер на 1 кН несучої здатності, зроблено висновок, що застосування газобетону як ядра в трубобетонних елементах не виправдане через складну технологію виготовлення і досить велику вартість. Трубобетонні зразки з оболонками з алюмінієвих труб виявилися економічно найменш ефективними через більшу вартість порівняно з іншими трубами, однак застосування даного сполучення може бути виправдане меншими експлуатаційними витратами. Застосування алюмінієвих труб як оболонки для трубобетонних конструкцій порівняно, наприклад, зі сталевими, дозволить знизити масу конструкцій, підвищити довговічність за рахунок більшої стійкості проти корозії. Найбільш економічно ефективними виявилися трубобетонні елементи з оболонками з азбестоцементних труб і заповнювачем із важкого бетону.
ВИСНОВКИ
Результатом дисертації є отримані дані про роботу центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер, виявлення найбільш ефективного сполучення оболонки і заповнювача.
Проведені дослідження дали змогу виявити загальні та відмінні особливості в роботі центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер та одержати наступні результати.
1.
Для всіх досліджуваних елементів спостерігається сумісна робота оболонки та заповнювача на всіх етапах навантаження.
2.
За несучу здатність трубобетонного елемента рекомендується приймати зусилля, при якому в трубі з’являються поздовжні деформації, що відповідають межі плинності для сталевих і алюмінієвих труб або деформації, які відповідають межі міцності для азбестоцементних і пластмасових труб. Значення несучої здатності всіх трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер більше несучої здатності окремо випробуваних труб та ядер і залежно від прийнятого поєднання оболонки та осердя має значення від 100 кН до 730 кН.
3.
Виявлено два випадки руйнування дослідних зразків. Руйнування трубобетонних зразків із оболонками зі сталевих труб із товщиною стінки 0,7 мм й азбестоцементних труб відбувалося внаслідок розриву оболонки у поздовжньому напрямку. Для всіх інших трубобетонних елементів спостерігалось утворення гофрів на кінцях елементів у результаті деформацій плинності оболонки.
4.
Оцінена ефективність роботи бетонного ядра в трубі трубобетонного елемента та ефективність роботи трубобетонного елемента в цілому. Значення коефіцієнта ефективності роботи бетону в ядрі трубобетонного елемента для всіх трубобетонних елементів більше 1,00, що свідчить про те, що ядро знаходиться в об’ємному напруженому стані, а залежно від типу оболонки і типу заповнювача приймає різні значення і коливається в межах від 1,00 до 6,08. Для всіх трубобетонних елементів значення коефіцієнта ефективності роботи в цілому знаходиться в межах від 1,00 до 3,24, що свідчить про їх ефективність. Установлена залежність ефективності роботи центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер від фізико-механічних характеристик оболонок і заповнювачів та товщини стінки труби-оболонки.
5.
Експериментальні дослідження роботи трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер на дію навантаження стиску показали, що деформації всіх досліджуваних трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер із зростанням навантаження розвиваються нелінійно, що пояснюється особливостями деформування бетону в трубі трубобетонного елемента. Можна виділити роботу елементів у пружній та пластичній стадії. Залежно від прийнятого поєднання оболонки та осердя поздовжні деформації у граничнім стані приймали різні значення.
6.
Запропонована єдина для всіх можливих сполучень оболонок і ядер методика оцінювання напружено-деформованого стану й визначення несучої здатності центрально стиснутих трубобетонних елементів за допомогою складеною нами програми на ПЕОМ. Це дає можливість обчислювати деформації, які змінюються, і напруження протягом усього періоду зростання навантаження, з урахуванням об'ємного напруженого стану бетону і нелінійності його деформацій. Зіставлення теоретичних та експериментальних значень поздовжніх деформацій для випробуваних зразків показало задовільні результати.
7.
Розроблена інженерна методика визначення несучої здатності центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер за допомогою таблиць та “Рекомендації до проектування центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер”.
8.
Уперше було проведене порівняння економічної ефективності центрально стиснутих трубобетонних елементів із різним поєднанням оболонок та ядер. Трубобетонні елементи із різними типами оболонок та осердям із газобетону виявилися економічно невигідними. Найменш економічно ефективними виявилися елементи з оболонками з алюмінієвих труб і осердям із керамзитобетону, найбільш ефективними – трубобетонні елементи з оболонками з азбестоцементних труб та осердям із важкого бетону.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Васюта В.Б. Стиснуті трубобетонні елементи з різними типами оболонок та ядер // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво).– Вип. 5. – Полтава: ПДТУ ім. Юрія Кондратюка, 2000. – С. 144-149.
2. Стороженко Л.И., Васюта В.Б. Исследование сжатых трубобетонных элементов с различными типами оболочек и ядер // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво) / Полт. держ. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка; – Вип. 6. Частина 2. – Полтава: ПДТУ ім. Юрія Кондратюка, 2000. – С. 50-53. (Особистий внесок: автором проведений аналіз основних проблем, що пов’язані із застосуванням у трубобетонних елементах як оболонки труби з різних матеріалів (метал, азбестоцемент, алюміній, полімерні матеріали. Як заповнювач може використовуватися бетон важкий та легкі бетони (керамзитобетон, шлакобетон, газобетон).
3. Стороженко Л.І., Васюта В.Б. Розрахунок центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок і ядер // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво) / Полт. держ. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка; – Вип. 7. – Полтава: ПДТУ ім. Юрія Кондратюка, 2001. – С.22-26. (Особистий внесок: автором передбачається використання формули для визначення теоретичних значень несучої здатності центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер і зіставлення отриманих результатів з експериментальними).
4. Стороженко Л.І., Васюта В.Б. Рекомендації до проектування центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво). – Вип. 8. – Полтава: ПДТУ ім. Юрія Кондратюка, 2002. – С. 29-32. (Особистий внесок: автором розроблена методика практичного підбору поперечних перерізів несучих будівельних конструкцій із трубобетону круглого перерізу, що працюють на центральний стиск за спеціальними таблицями. Складено таблиці зі значеннями несучої здатності трубобетонних елементів для оболонок із різних матеріалів залежно від геометричних характеристик труби і класу бетону).
5. Стороженко Л.И., Васюта В.Б. Определение несущей способности центрально сжатых трубобетонных элементов с различными типами оболочек и ядер / Збірник наукових праць (Коммунальное хозяйство городов). – Вип. 38. – К.: Техніка, 2002. – С. 50-52. (Особистий внесок: автором запропонована інженерна методика визначення теоретичних значень несучої здатності центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер).
АНОТАЦІЇ
Васюта В.Б. Стиснуті трубобетонні елементи із різними типами оболонок та ядер. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 – будівельні конструкції, будівлі та споруди. – Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, Полтава, 2002.
У дисертації розглядаються експериментальні й теоретичні дослідження центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер. Проведений аналіз експериментальних даних і встановлено особливості роботи таких трубобетонних елементів при центральному стиску, досліджений ступінь зміцнення бетонного ядра, виготовленого із різних видів бетону, в оболонці з труб із різних матеріалів. Запропоновано два способи визначення несучої здатності центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер, розроблена методика оцінювання напружено-деформованого стану трубобетонних елементів за допомогою програми на ПЕОМ, запропонована методика визначення несучої здатності за допомогою таблиць. Розроблені “Рекомендації до проектування центрально стиснутих трубобетонних елементів із різними типами оболонок та ядер”. Проведене порівняння економічної ефективності досліджуваних трубобетонних елементів.
Ключові слова: напружено-деформований стан, несуча здатність, ступінь зміцнення бетонного ядра, трубобетонні елементи, центральний стиск.
Васюта В.Б. Сжатые трубобетонные элементы с различными типами оболочек и ядер. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 – строительные конструкции, здания и сооружения. – Полтавский национальный технический университет имени Юрия Кондратюка, Полтава, 2002.
В диссертации рассматриваются экспериментальные и теоретические исследования центрально сжатых трубобетонных элементов с различными типами оболочек и ядер.
Во введении обоснована актуальность проблемы, изложена цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность работы, представлена ее общая характеристика.
В первом разделе проведен анализ конструкций из трубобетона и методов их расчета. Отмечены преимущества и недостатки трубобетона. Сделан анализ исследований, посвященных изучению конструкций с другими видами внешнего армирования, и трудов, которые характеризуют работу трубобетонных элементов с нетрадиционными типами оболочек и ядер.
Во втором разделе разработана программа и методика экспериментальных исследований трубобетонных элементов с различными сочетаниями оболочек и ядер на центральное сжатие. В качестве оболочек применялись трубы асбестоцементные, алюминиевые, пластмассовые и стальные (в том числе с очень тонкой стенкой). Ядра изготавливались из тяжелых и легких бетонов (керамзитобетон, шлакопемзобетон, газобетон). Целью экспериментальных исследований являлось определение эффективности работы трубобетонных элементов с различными типами оболочек и ядер при центральном сжатии и выявление наиболее эффективного сочетания оболочки и заполнителя. Исследовались физико-механические свойства материалов, принятых к изготовлению, на основании полученных результатов были построены графики зависимости деформаций от напряжения, модуля деформаций и коэффициента поперечных деформаций от уровня нагружения.
Третий раздел диссертационной работы посвящен анализу результатов экспериментальных исследований центрально сжатых трубобетонных элементов с различными типами оболочек и ядер. В результате экспериментальных исследований выявлено два случая разрушения образцов, получены значения несущей способности центрально сжатых трубобетонных элементов с различными типами оболочек и ядер, определены коэффициенты эффективности работы бетона в ядре трубобетонного элемента и коэффициенты эффективности работы трубобетонного элемента в целом, установлена зависимость значений этих коэффициентов от физико-механических свойств оболочек и заполнителей и коэффициента армирования. Выявлено наиболее эффективное сочетание оболочки и ядра для трубобетонных элементов с различными типами оболочек и ядер, работающих на центральное сжатие. По полученным экспериментальным данным построены графики зависимости продольных деформаций от относительной нагрузки.
В четвертом разделе рассматривается напряженно-деформированное состояние центрально сжатых трубобетонных элементов с различными типами оболочек и ядер.
Предложена единая для всех возможных сочетаний оболочек и ядер методика расчета центрально сжатых трубобетонных элементов с помощью программы на ПЭВМ, что дает возможность вычислять изменяющиеся деформации и напряжения на протяжении всего периода возрастания нагрузки, учитывая объемное напряженное состояние бетона и нелинейность его деформаций. Предложено два способа определения несущей способности центрально сжатых трубобетонных элементов с различными типами оболочек и ядер. Построены графики зависимости значения коэффициента относительной доли усилия, воспринимаемого бетоном, от геометрических параметров трубобетонного элемента для оболочек из различных материалов и бетонов различных классов по прочности.
Пятый раздел посвящен проектированию центрально сжатых трубобетонных элементов с разными типами оболочек и ядер и оценке технико-экономической эффективности исследуемых типов трубобетонных элементов.
Предложена методика определения несущей способности трубобетонных элементов с различными сочетаниями оболочек и ядер с помощью таблиц, что существенно облегчает проектирование конструкций. Было проведено сравнение экономической эффективности центрально сжатых трубобетонных элементов с различными сочетаниями оболочек и ядер.
В выводах приводятся результаты экспериментальных и теоретических исследований работы центрально сжатых трубобетонных элементов с различными типами оболочек и ядер.
Ключевые слова: трубобетон, центральное сжатие, метод расчета, деформации, напряжения, напряженно-деформированное состояние, объемно-напряженное состояние, несущая способность.
Vasyuta V.B. Compressed Concrete Tube Elements with Various Types of Shells and Cores. – Manuscript.
Dissertation for degree of Candidate of Technical Sciences on Specialty 05.23.01 – Building constructions, buildings and structures. – Poltava National Technical University named in honor of Yuriy Kondratyuk, Poltava, 2002.
In the thesis the experimental and theoretical investigations of centrally compressed concrete tube elements with various types of shells and cores are considered. The analysis of experimental data has been conducted and the peculiarities in functioning of such concrete tube elements under central compression have been determined. A degree of strengthening of the concrete core produced of various kinds of concrete, in the tube shells made of various materials, has been investigated. The two ways for determining of bearing capacity of the centrally compressed concrete tube elements with various types of shells and cores have been suggested, the common methods of estimation of the stressed-strained state of such concrete tube elements by means of the PC-program have been elaborated, the common engineer methods for determining of the bearing capacity by means of tables have been offered. There have been worked out “Recommendations for designing of the centrally compressed concrete tube elements with various types of shells and cores”. The comparison of economic efficiency of the investigated concrete tube elements has been carried out.
Key words: bearing capacity, central compression, concrete tube elements, degree of strengthening of the concrete core, stressed-strained state.
Підписано до друку 14.05. 2002 р. Формат 60х90 1/16
Папір для лазерних принтерів.
Умовн. друк. арк. 1,0. Обл. - вид. арк. 0,88.
Замовлення № 28. Тираж 100 прим.
Безкоштовно.
Видруковано з авторського оригіналу
у поліграфічному відділі
Полтавського національного технічного університету
імені Юрія Кондратюка
36601, Україна, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24.
