ПОЛТАВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ПОЛТАВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА
ШАПОВАЛ СВІТЛАНА ЛЕОНІДІВНА
УДК 624.012.1/2:624.04
НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ТА МІЦНІСТЬ
ЦЕГЛЯНОЇ КЛАДКИ ПРИ МІСЦЕВОМУ ЇЇ СТИСНЕННІ
05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Полтава – 2005
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана у Полтавському національному технічному університеті імені Юрія Кондратюка Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник – кандидат технічних наук, доцент Клименко Євгеній Володимирович, професор кафедри залізобетонних і кам’яних конструкцій Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка
Офіційні опоненти – доктор технічних наук, професор Яременко Олександр Федорович, завідувач кафедри будівельної механіки Одеської державної академії будівництва та архітектури
– кандидат технічних наук, доцент
Семко Олександр Володимирович, доцент кафедри конструкцій із металу, дерева та пластмас Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка
Провідна установа – Харківська національна академія міського господарства Міністерства освіти і науки України, м. Харків
Захист дисертації відбудеться 22 лютого 2005 р., 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.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка за адресою: 36601, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24.
Автореферат розісланий 17 січня 2005 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради В.В. Чернявський
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність досліджень. Нині в Україні спостерігається стійка тенденція до збільшення використання цегли в будівництві, що зумовлено багатьма цінними властивостями кам’яних конструкцій (висока міцність, вогнестійкість, довговічність, малі експлуатаційні витрати, архітектурна виразність, доступність для всіх споживачів).
У практиці будівництва досить широко розповсюджені конструкції із цегли та їх елементи, які зазнають дії місцевого стиснення (зминання). Одним із резервів зниження матеріалоємності, енергоємності, трудовитрат і вартості вищезазначених елементів є удосконалення методів їх розрахунку.
Існуючий в нинішній час емпіричний підхід одержання залежностей для розрахунку міцності при складних напружено-деформованих станах (НДС) не завжди дозволяє виявити всі фактори, які впливають на міцність цегляних конструкцій при місцевому стисненні. Отримані таким чином формули не є універсальними, бо розроблені на підставі обмежених експериментальних даних для окремих (до того ж недостатньо класифікованих) варіантів місцевого зминання. Альтернативним напрямом розв’язання задач міцності при складних НДС є використання загальної теорії механіки твердого деформованого тіла, яка дасть змогу врахувати всі характеристики міцності цегляної кладки, характер руйнування, розміри елемента та площі навантаження.
Виходячи із цього, вивчення НДС й удосконалення методів розрахунку міцності цегляних елементів при місцевому стисненні є актуальною задачею.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами
Дисертаційна робота виконана на кафедрі залізобетонних і кам’яних конструкцій Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка. Дослідження проведені відповідно до теми кафедри залізобетонних і кам’яних конструкцій “Експериментально-теоретичні дослідження і розроблення практичних методів розрахунку будівельних елементів, які зазнають короткочасного та тривалого навантаження”, а також програми “Дослідження напружено-деформованого стану залізобетонних елементів і конструкцій, що працюють на косе позацентрове стиснення й косий згин, розроблення методів їх розрахунку та раціонального армування” (наказ по університету №05-17 від 30.01.1998 року).
Мета роботи. Метою роботи є подальший розвиток методики розрахунку міцності цегляної кладки при місцевому стисненні на основі уточненої моделі напружено-деформованого стану з урахуванням експериментально виявлених параметрів НДС.
Задачі досліджень. Для досягнення даної мети поставлені наступні задачі:
Ш експериментально і теоретично дослідити НДС, характер руйнування та визначити граничне навантаження зразків (елементів із цегляної кладки) при місцевому стисненні залежно від співвідношення довжини чи висоти елемента і розмірів площі прикладення навантаження;
Ш обґрунтувати умови застосування критеріїв міцності цегляної кладки залежно від характеру руйнування зразків;
Ш отримати рішення задач міцності елементів із цегляної кладки при місцевому стисненні в умовах плоского напруженого стану, які б ураховували характеристики міцності кладки, розміри площі прикладання навантаження, довжину, висоту елемента та характер його руйнування;
Ш розробити пропозиції щодо практичних розрахунків міцності цегляних елементів при місцевому стисненні;
Ш проаналізувати збіжність отриманих теоретичних рішень із результатами експерименту й існуючою нормативною методикою.
Об’єкт досліджень – елементи цегляної кладки стін будівель, що працюють на дію місцевого стиснення.
Предмет досліджень – напружено-деформований стан та несуча здатність цегляної кладки при місцевому стисненні.
Методи досліджень. Експериментальні та чисельно-аналітичні методи оцінювання напружено-деформованого стану і несучої здатності кам’яної кладки при місцевому зминанні.
Наукова новизна отриманих результатів:
Ш одержані експериментальні дані про НДС та несучу здатність цегляної кладки при місцевому зминанні короткотривалим навантаженням;
Ш оцінені параметри НДС з урахуванням геометричних розмірів зразків, фізико-механічних характеристик матеріалу й виду завантаження на основі методу cкінченних елементів (МCЕ);
Ш розроблено методику розрахунку міцності елементів із цегляної кладки при місцевому їх стисненні для двох випадків завантаження: по всій товщині по середині та на край стіни, яка враховує характеристики міцності кладки.
Практичне значення отриманих результатів. Запропонована методика розрахунку дозволяє більш точно розраховувати конструкції, що зазнають місцевого стиснення, порівняно з методикою діючих норм. Вона дає можливість ураховувати вплив характеристик міцності кладки на розтяг і зсув, розмірів конструкцій та площі прикладання навантаження. Розроблений інженерний метод дозволяє розраховувати кам’яні конструкції, що зазнають місцевого стиснення, при невідомих геометричних параметрах елемента й обмежувати їх розміри залежно від довжини ділянки навантаження.
Упровадження. Результати дисертаційної роботи впроваджені в ТОВ “МТН” за участю іноземного капіталу під час реконструкції будинку по вул. Дегтярівській, 9-Л, під готельно-офісний комплекс у м. Києві. Отримані результати були також впроваджені в практику проектування інституту “УкрНДІпроектреставрація” (м. Київ) під час проектування цегляних будівель, які реконструюються по вул. Пилипа Орлика, 15/1, у м. Києві; будинку філармонії у м. Ужгороді; музею Т.Г. Шевченка у м. Каневі.
Особистий внесок здобувача полягає в тому, що:
Ш розроблено та реалізовано програму проведення експериментальних досліджень;
Ш експериментально отримано залежність “напруження – деформації” для кладки за короткочасної дії стискаючого навантаження;
Ш експериментально і теоретично визначено основні фактори, які характеризують НДС цегляної кладки при її місцевому стисненні по всій товщині стіни;
Ш створена достатньо загальна методика розрахунку міцності елементів із цегляної кладки при місцевому їх стисненні для двох випадків завантаження: по всій товщині по середині та на край стіни, яка враховує характеристики міцності кладки, розміри площі прикладання навантаження, висоти і довжини елементів;
Ш виявлено границі застосування запропонованої методики розрахунку міцності кам’яних конструкцій при місцевому стисненні;
Ш проаналізовано збіжність теоретичної міцності з дослідною та міцністю, яка розраховується за існуючими нормами;
Ш запропоновані практичні методи розрахунку міцності елементів із цегляної кладки при місцевому стисненні.
Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались на 53-ій – 55-ій науково-технічних конференціях Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка (м. Полтава, 2001-2003 рр.), на Міжнародній науково-технічній конференції “ Ресурс і безпека експлуатації конструкцій, будівель та споруд” (м. Харків, 2003 рік), на Міжнародній науково-практичній інтернет-конференції “Стан сучасної будівельної науки 2003” (м. Полтава 2003 р.).
Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 6 статей (в тому числі 5 у фахових виданнях).
Обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел із 161 найменувань і двох додатків, викладена на 170 сторінках, зокрема: 105 стор. основного тексту, 86 ілюстрацій та рисунків, 9 таблиць.
Біля витоків цієї роботи стояв доктор технічних наук, професор, лауреат Державної премії Вахненко Петро Федорович.
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі розкрито актуальність і сутність наукової проблеми, її значущість, сформульовано мету, завдання, об’єкт та предмет досліджень, його методологію й методику, визначено наукову новизну, теоретичне та практичне значення отриманих результатів, їх апробацію.
У першому розділі здійснений огляд літературних джерел, у яких викладені теоретичні й експериментальні дослідження роботи кам’яної кладки при місцевому прикладанні навантаження. Місцеве стиснення є одним із найбільш поширених видів завантаження кам’яних конструкцій.
Проблемам дослідження кам’яних конструкцій (умови роботи, НДС, міцність, експлуатація та реконструкція, підсилення тощо) присвячені праці вітчизняних учених: Бабича Є.М., Барашикова А.Я., Вахненка П.Ф., Гнідця Б.Г., Дорофєєва В.С., Кінаша Р.І., Клименка Є.В., Клименка Ф.Є., Копейка А.Є., Міщенка Р.А., Молодченка Г.А., Савицького М.В., Стороженка Л.І., Семка О.В., Фомиці Л.М., Шагіна О.Л., Шмуклера В.С., Яременка О.Ф., Яценка Є.А. й інших.
Незважаючи на певні успіхи, обґрунтована теорія роботи кам’яної кладки ще не розроблена, а практичні методи її розрахунку зводяться до застосування емпіричних залежностей. Останні дають задовільні результати для кладки із матеріалів, у дослідах із якими вони були отримані. Найбільш вдала теорія розрахунку кам’яних конструкцій була розроблена професором Онищиком Л.І. Вона є основою діючих норм і дає достатньо точні результати для традиційної кладки на розчинах середньої міцності. Але вказана теорія потребує більш широкого експериментального підтвердження, зокрема для випадків місцевого стиснення цегляної кладки.
Вивченню напружено-деформованого стану й міцності матеріалів при місцевому стисненні присвятили свої дослідження Генієв Г.А., Герц, Баушингер, Гвоздєв А.А., Пірадов О.Б., Семенцов С.А., Шишкін А.А., Бай Г., Бортш Р., Блейх Ф., Гійон І., Донченко І.Г., Гладишев Б.М., Залєсов А.С., Старчевський А.В., Сахаров В.Н., Холмянський М.М., Митрофанов В.П., Довженко О.О., Невенко В.Г., Поляков С. В., Чармадов А. К. та інші.
Однак діючі норми розглядають цегляну кладку як ізотропний матеріал та не враховують механізм її руйнування.
На основі виконаного аналізу стану питання сформульовані задачі досліджень.
Другий розділ представляє експериментальні дослідження роботи кам’яних конструкцій, які зазнають дію місцевого стиснення. Експериментальна частина роботи складалася із випробування цегляних стовпчиків на центральне стиснення з метою визначення межі міцності цегляної кладки, а також дослідження цегляних стінок різного перерізу, що зазнавали дію місцевого стиснення для 2-х випадків прикладання навантаження:
а) на всю ширину перерізу стіни по середині її довжини (перша серія);
б) на край елемента по всій ширині перерізу стіни (друга серія).
Експериментальні зразки (стовпчики, стінки) були виготовлені із цегли М100 Решетилівського заводу та цементного розчину М25.
Випробування цегляних стовпчиків проводилося з метою експериментального визначення розрахункового опору кладки й отримання залежності “напруження – деформації” за короткочасної дії стискаючого навантаження, а також для порівняння з роботою локально завантажених зразків.
Зразки виготовлялися в лабораторії кафедри залізобетонних і кам’яних конструкцій Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка на спеціальному майданчику. На момент випробувань вік дослідних зразків становив не менше ніж 28...30 діб. Випробування зразків на короткочасну дію стискаючого навантаження проводилось на 500-тонному гідравлічному пресі типу ПММ–500. Зразки, що досліджувались, розміщували в пресі симетрично відносно осей шарнірів та центрувались і піддавались рівномірному тиску плити дослідної установки.
Відомості про геометричні характеристики й схема завантаження стінок наведені в табл. 1.
Для вимірювання деформацій цегляної кладки використовували індикатори годинникового типу ИЧ–10 із ціною поділки 0,01 мм, а для визначення прогинів із площини – прогиноміри типу 6ПАО-ЛИСИ із ціною поділки 0,01 мм.
Для отримання даних про деформації на поверхню зразків наклеювалися тензорезистори БКБ–50–404 на паперовій основі з базою 50 мм.
Навантаження прикладалося ступенями по 1/20 від очікуваного руйнівного зусилля з витримкою 5–6 хвилин на кожному ступені навантаження. До і після витримки під навантаженням за критерій руйнування зразка приймали нездатність дослідного стовпа сприймати зростаюче навантаження.
Вигляд цегляних зразків у процесі випробувань поданий на рис. 1.
Таблиця 1
Характеристика експериментальних цегляних стінок
Третій розділ дисертаційної роботи присвячений аналізу результатів експериментальних досліджень. Результати випробувань цегляних стінок наведені у таблиці 2.
Таблиця 2
Результати випробування цегляних стінок |
Для зразків першої серії характерним було руйнування внаслідок зминання–розколювання з утворенням похилої чи вертикальної тріщини, а зразки другої серії – внаслідок зсуву або зминання–розколювання.
За результатами експериментальних досліджень були побудовані графіки розподілу деформацій і напружень у горизонтальних та вертикальних перерізах зразків.
Майже всі зразки першої серії до рівня навантаження зазнавали стиснення, а зі збільшенням навантаження аж до руйнівного – розтягу. Найбільших значень напруження і зразків першої серії в пружній стадії роботи () набували під штампом (по середині зразка). По мірі віддалення від штампа напруження зменшувалися. Глибина розповсюдження поздовжніх деформацій для зразків 1–ї серії приблизно дорівнює .
У всіх зразках 2–ї серії масив цегляної кладки під штампом перебував у стані стиснення. Напруження набували нульових значень на відстані від зони прикладання навантаження. Глибина розповсюдження поперечних деформацій приблизно становила .
Четвертий розділ дисертаційної роботи містить теоретичні дослідження роботи цегляної кладки при місцевому стисненні. Теоретичні дослідження НДС зразків виконані методом скінченних елементів (МСЕ), що дало можливість визначити поля розподілу напружень і порівняти їх з отриманими експериментально за допомогою тензорезисторів. Цегляна кладка в розрахунках розглядається як монолітне неоднорідне пружно-пластичне тіло. Розподіл напружень , , наведений на рис. 1...3. Аналіз експериментальних і числових досліджень плосконапружених елементів та схем їх руйнування дозволив виявити їх дві основні властивості: всі елементи руйнуються по стиснено-розтягнутих зонах, що найбільш навантажені. В цих зонах, які виникають уже в пружній стадії, поля напружень близькі до однорідних, з утворенням тріщин ця однорідність інтегрально зберігається.
Теоретичні дослідження були спрямовані на розроблення методу розрахунку міцності елементів із цегляної кладки при місцевому їх стисненні.
Розглянули модель цегляної кладки при завантаженні її рівномірно розподіленим навантаженням (рис. 4) по всій товщині по середині елемента. При цьому виділили чотири зони з однорідними полями напружень. Зовнішні активні й реактивні навантаження замінили еквівалентними їм зосередженими або ступеневими епюрами і , зовнішнє зусилля ( – ширина стінки) розкладається на дві складові – та . Зусилля сприймається зоною двохосьового стиснення 3, а зусилля діє через стиснену кусково-однорідну зону на стиснено-розтягнену зону 4 ( – кут клину (рис. 4)). Розрахунок міцності елементів із цегляної кладки при місцевому її завантаженні по всій ширині посеред стіни виконали для кожної моделі руйнування окремо.
Виконали розрахунок елемента при руйнуванні зминання–розколювання з утворенням похилої тріщини. Розрахункова схема наведена на рис. 4.
Розглядаючи дану розрахункову схему, отримали наступні невідомі величини: ; ; ; ; ; ; .
Для визначення невідомих та розв’язання задачі міцності склали наступні рівняння:
, (1)
, (2)
. (3)
Прийняли умови міцності:
(4)
Значення коефіцієнтів умов роботи і приймаються на підставі аналізу експериментальних даних. Для середніх марок цегли та розчину, які найбільш масово використовуються для виготовлення конструкцій, щодо схеми руйнування приймали: ; .
Розв’язавши сумісно рівняння рівноваги й умови міцності, знайшли залежності між зовнішніми зусиллями та внутрішніми напруженнями і як результат – граничне значення зовнішнього навантаження.
Умову міцності в граничному стані можна записати у вигляді функції
. (5)
Для конструкцій (елементів) із цегляної кладки, що працюють на місцеве стиснення по всій ширині посеред стіни і мають характер руйнування від зминання–зсуву умови міцності записуються у вигляді
(6)
де ;
– висота клина під штампом навантаження на елемент;
– напруження зрізу, що діє по лінії розриву зон;–
довжина площадки завантаження;
– ширина елемента із цегляної кладки; –
напруження розтягу по перев’язаному перерізу, що діє у місцях розриву сусідніх зон 2 та 4; –
напруження стиснення кладки, що діє перпендикулярно до площини зон (площадок) розриву; –
відповідно довжина й висота елемента із цегляної кладки.
Із сумісного розв’язання рівняння і умов міцності знайшли значення граничного місцевого навантаження, що діє на елемент із цегляної кладки по всій ширині посеред стіни, залежно від міцності матеріалу елементу та його розмірів .
Міцність конструкції (елемента) із цегляної кладки, що працює на місцеве стиснення по всій ширині посеред стіни, визначається за наступною залежністю:
. (7)
Проаналізувавши залежність висоти клина від факторів, які на неї впливають (такими виявились висота елемента та довжина площадки завантаження ), встановили, що . Використовуючи цю залежність, удалося спростити розрахунок, оскільки залежно від указаних вище геометричних характеристик можна визначити висоту клина, а значить, і його кут , що в свою чергу дає можливість розділити рівняння й спростити розв’язання їх системи.
Виконуємо розрахунок елемента при руйнуванні внаслідок зминання–розколювання з утворенням вертикальної тріщини. Розрахункова схема наведена на рис. 5.
Для даної розрахункової схеми маємо шість невідомих: , , , , , . Розв’язання задачі міцності виконали аналогічно попередньому розрахунку.
Як і для попереднього випадку, взаємозв’язок між напруженнями , та виразили через відповідні коефіцієнти умов міцності (4). На основі аналізу експериментальних досліджень і числового моделювання МСЕ для даної схеми руйнування прийняли коефіцієнти; .
Для конструкцій (елементів) із цегляної кладки, що працюють на місцеве стиснення по всій ширині посеред стіни і мають характер руйнування від зминання–розколювання, умова міцності записується у вигляді
, (8)
де .
Із сумісного розв’язку рівнянь рівноваги, тобто функції та з урахуванням умов міцності, визначили граничне навантаження при даній розрахунковій моделі руйнування від зминання–розколювання в граничному стані:
. (9)
За несучу здатність цегляної кладки при місцевому стисненні по всій ширині посеред стіни прийняли менше із двох значень міцності (.чи ).
При місцевому завантаженні кам’яної кладки по всій ширині на край стіни на її площині можуть мати місце п’ять зон однорідних полів напружень (рис. ).
Залежно від геометричних та фізико-механічних характеристик конструкцій, як показують експериментальні дослідження і результати числового моделювання, можливі дві основні схеми руйнування кам’яного елемента:
Ш від зминання–зсуву;
Ш від зминання–розколювання.
Розглянемо міцність елементів для кожної моделі руйнування окремо.
При руйнуванні від зминання–зсуву розрахункова схема буде мати вигляд, наведений на рис. 6.
Розглядаючи статичну рівновагу частини кам’яної кладки, що знаходиться в зоні 4 (рис. 6), можна визначити три невідомих: . Необхідно знайти граничне зовнішнє навантаження на цей елемент.
Розглянемо рівняння рівноваги (2) та (3).
Залежність між напруженнями в граничному стані, як і у попередніх випадках, опишемо коефіцієнтами умов роботи. При такому підході та враховуючи, що руйнування буде реалізовуватися у вигляді зминання–зсуву, на підставі числового експерименту, встановлено, що в стадії руйнування , , де .
У результаті розв’язання рівнянь рівноваги для конструкції (елементів) із цегляної кладки, що працюють на місцеве стиснення по всій ширині на край стіни та мають характер руйнування від зминання–зсуву, розрахунок перерізу виконується за формулою
, (10)
де .
Ураховуючи умови міцності для моменту руйнування (граничного стану) можна записати:
. (11)
Для конструкції (елементів) із цегляної кладки, що працюють на місцеве стиснення по всій ширині на край стіни та мають характер руйнування від зминання–розколювання, розрахункова схема показана на рис. . У цьому випадкові невідомими є: .
Використовуємо рівняння рівноваги (2) та (3).
Числовий аналіз за МСЕ показав, що величини дотичних напружень незначні та близькі один до одного, тому для розрахунків таких конструкцій без великої похибки можна приймати, що .
Експериментальні дослідження показали, що в конструкціях із реальними розмірами та характеристиками міцності під час реалізації даної схеми руйнування висота зони 5 (величина ) знаходилась у межах . Для практичних розрахунків рекомендується залежність .
При прийнятих передумовах та враховуючи взаємозв’язок між міцністю на розтяг і зсув , можна записати умову міцності:
. (12)
Умови міцності:
(13)
Для елементів, що досліджувались (найбільш поширені в будівельній практиці матеріали при реальних розмірах конструкцій), рекомендується приймати .
Ураховуючи прийняті допущення та умови рівноваги, можна знайти граничне значення зовнішнього навантаження при руйнуванні за схемою зминання–розколювання:
. (14)
Менше із значень чи і буде несучою здатністю цегляної кладки при її місцевому стисненні по всій ширині на край стіни.
Розбіжність несучої здатності експериментальних зразків із несучою здатністю, яка отримана за допомогою нормативної й розробленої методик, становить:
Ш для елементів із цегляної кладки, що завантажені по всій ширині посеред стіни – ; ; ;
Ш для елементів із цегляної кладки, що завантажені по всій ширині на край стіни – ; ; .
У п’ятому розділі наведено практичний (інженерний) метод розрахунку перерізів елементів цегляних конструкцій на місцеве стиснення для двох випадків прикладання навантаження:
Ш по середині по всій товщині стіни за формулами (7) та (9);
Ш на край по всій товщині стіни за формулами (11) й (14).
У випадку, коли при розрахунку перерізів елементів значення , невідомі або перевищують значення, що їх обмежують, значення довжини і висоти стіни приймаються за таблицею 3 залежно від значення .
Таблиця 3 |
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Існуючі норми при розрахунках міцності перерізів цегляних конструкцій на зминання (місцеве стиснення) базуються на емпіричних залежностях, не враховують фактичного НДС і суттєво занижують несучу здатність.
2. Виявлено характер руйнування цегляних зразків при їх місцевому завантаженні.
3. З’ясовано, що відношення довжини площадки місцевого завантаження до висоти чи довжини елемента є найбільш суттєвими факторами, що впливають на міцність при місцевому стисненні.
4. Установлена зона розповсюдження деформацій по вертикалі та горизонталі.
5. Запропонована методика міцності цегляних конструкцій при місцевому стисненні враховує фактичний НДС, характер руйнування, основні геометричні параметри і характеристики міцності.
6. Практичний метод розрахунку дає можливість оцінити несучу здатність цегляної конструкції при місцевому навантаженні по середині та на край по всій товщині стіни. Зіставлення теоретичних даних із результатами дослідів указує на достатню точність запропонованої методики, про що свідчать статистичні характеристики.
7. Результати досліджень упроваджені в практику проектування й будівництва, що дало змогу отримати суттєвий економічний ефект.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Шаповал С.Л. Міцність на зминання кам’яної кладки конструкцій будівель, що реконструюються// Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб.– К.: Техніка, 2002. – Вып.38.– С. 101–104.
2. Вахненко П.Ф., Шаповал С.Л. Про міцність кам’яної кладки при місцевому її стисненні// Зб. „Галузеве машинобудування, будівництво”/ Полт. держ. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка.– Полтава: ПДТУ ім. Юрія Кондратюка, 1999.– Вип. 4.– С. –192.
3. Клименко Є.В., Шаповал С.Л. Експериментальні дослідження кам’яної кладки при її місцевому стиску// Зб. „Галузеве машинобудування, будівництво”/ Полт. держ. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка.– Полтава: ПДТУ ім. Юрія Кондратюка, 2001.– Вип. .– С. 58–64.
4. Клименко Є.В., Шаповал С.Л. Робота цегляної кладки при її місцевому стиску// Науковий вісник будівництва: Матеріали міжнар.конф.– Харків: ХДТУБА, 2003.– Вип. 23.– С. 136–139.
5. Вахненко П.Ф., Клименко Є.В., Шаповал С.Л. Про міцність масивної кам’яної кладки при її місцевому завантаженні// Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб.– К.: Техніка, 2001. – Вып.30.– С. 75–80.
6. Шаповал С.Л. Міцність цегляної кладки при дії зосередженого місцевого навантаження// Бетон и железобетон в Украине.– 2004.– №3.– С. –11.
Анотація
Шаповал С.Л. Напружено-деформований стан та міцність цегляної кладки при місцевому її стисненні. – 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, 2005.
Дисертацію присвячено дослідженню напружено-деформованого стану місцевостиснених цегляних елементів для двох випадків прикладання навантаження (по всій товщині по середині елемента та на край). У роботі проаналізовано передумови експериментально-теоретичних досліджень даної проблеми.
Експериментально досліджені особливості роботи цегляних стінок при місцевому стисненні і стовпчиків при центральному прикладанні навантаження. Встановлено, що на міцність цегляної кладки при місцевому стисненні впливають висота, довжина елемента й розміри штампа.
Запропонована методика визначення міцності цегляних конструкцій при місцевому стисненні, яка враховує фактичний НДС, характер руйнування, основні геометричні параметри та характеристики міцності елемента. Розроблені рекомендації щодо практичного (інженерного) застосування запропонованої методики.
Результати дисертаційної роботи впроваджені в практику проектування і будівництва об’єктів у м. Києві, м. Ужгороді, м. Каневі.
Ключові слова: цегляні стінки, місцеве стиснення (зминання), напружено- деформований стан, міцність.
Аннотация
Шаповал С.Л. Напряженно-деформированное состояние и прочность каменной кладки при ее местном сжатии. – 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, 2005.
Диссертация посвящена исследованию напряженно-деформированного состояния кирпичных стен при местном сжатии и кирпичных столбиков при центральном сжатии.
Во вступлении обоснованы актуальность, научная новизна и практическая ценность работы, дана ее общая характеристика.
В первой главе проведен обзор и анализ исследований каменных конструкций, подверженных местному сжатию. Выявлены преимущества и недостатки существующих методик расчета каменных конструкций. Изложены основные задачи исследования.
Второй раздел посвящен методике проведения эксперимента, определению физико-механических свойств используемых материалов. Представлены конструкции экспериментальных образцов и описана технология их изготовления.
В соответствии с планом эксперимента были изготовлены кирпичные стенки и столбики. В разделе описана методика измерения деформаций кирпичных элементов, а также перемещений; приведены схемы измерительных приборов.
Третий раздел диссертационной работы содержит анализ результатов экспериментальных исследований кирпичных стенок и столбиков. Экспериментально установлено, что несущая способность стен при местном нагружении превышает полученную при расчете по СНиП в 1,7…2,6 раза. Определен характер разрушения образцов при местном сжатии по всей толщине посредине и по всей толщине на край.
Построены графики зависимости деформаций и напряжений от уровня нагружения. Варьирование геометрическими размерами экспериментальных образцов и площадки передачи местной нагрузки позволило установить, что на прочность кирпичной кладки при местном сжатии влияют длина, высота элемента и размеры штампа, а также количественные характеристики этого влияния.
Четвертый раздел посвящен теоретическим исследованиям НДС и прочности кирпичной кладки при местном сжатии на основании даннях, полученных экспериментально и с использованием метода конечных элементов.
В результате предложена общая методика расчета прочности кирпичных конструкций при смятии (местном сжатии) в условиях плоского напряженного состояния, которая учитывает влияние характеристик прочности кладки на растяжение и сдвиг, а также размеров конструкций и площади приложения местной нагрузки.
Пятый раздел содержит практические предложения относительно усовершенствования методики расчета сечений на смятие и внедрения результатов исследований.
Результаты диссертации. Выявлены основные факторы, влияющие на несущую способность кирпичной кладки при местном сжатии. Предложена методика расчета прочности каменных конструкций при местном сжатии, которая учитывает фактический НДС, характер разрушения, основные геометрические параметры и прочностные характеристики элемента.
Ключевые слова: кирпичные стены, местное сжатие (смятие), напряженно-деформированное состояние, прочность.
Annotation
Shapoval S.L. Stressed – deformed state and durability of brick – work under its local pressure. – Manuscript.
Dissertation for the Degree of Candidate of Technical sciences in speciality 05.23.01 – building constructions, buildinds and structures. – Poltava National Technical University named after Yuri Kondratyuk, Poltava, 2005.
The dissertation is devoted to investigation of stressed and deformed state of local compressed brick units for two cases of local load application (on all thickness in the middle of the unit and on the edge). The preconditions of experimental and theoretical researches of the problem were analyzed.
The peculiarities of brick walls functioning under the local pressure and columns were experimentally investigated. Influences of height, length of units and punch sizes on the durability of brick work under the local pressure were determined.
The methodology of the definition of brick structures durability under local pressure which takes into account the actual SDS, the character of destruction, main geometrical parameters and characteristics of unit durability was proposed. The recommendations about engineering application of the proposed methodology were developed.
The results of this dissertation were implemented in designing and construction practice in Kyiv, Uzhgorod and Kaniv.
Key words: brick walls, local pressure (crumpling), stressed – deformed state, durability.
