НАСКРІЗНІ ЗАЛІЗОБЕТОННІ КОНСТРУКЦІЇ З ЗОВНІШНІМ ЛИСТОВИМ АРМУВАННЯМ

Краткое описание

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Полтавський національний технічний університет
імені Юрія Кондратюка

На правах рукопису

УДК 624.012.45:693.554
УДК УДКУДУУУноррУРР.

НАСКРІЗНІ ЗАЛІЗОБЕТОННІ КОНСТРУКЦІЇ З ЗОВНІШНІМ ЛИСТОВИМ АРМУВАННЯМ

Спеціальність 05.23.01
будівельні конструкції, будівлі та споруди

Дисертація
на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Науковий керівник:
доктор технічних наук, професор
Стороженко Леонід Іванович

Полтава 2013

Зміст

Вступ...

5

Розділ 1. Стан питання та постановка задачі дослідження наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням....

10

1.1

Дослідження сталезалізобетонних конструкцій, в тому числі конструкцій з зовнішнім листовим армуванням.

10

1.2

залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням..

14

1.3

Розрахунок конструкцій із зовнішнім листовим армуванням за деформаційною моделлю.........

19

1.4

Діаграми σε матеріалів конструкцій з зовнішнім листовим армуванням.........................

22

1.5

Врахування нелінійностей в чисельних розрахунках конструкцій з зовнішнім листовим армуванням.

25

Висновки за розділом 1 та задачі дослідження...

28

Розділ 2. Створення нових видів наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням..

30

2.1

Передумови до створення нових видів наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням..

30

2.2

Наскрізні колони................

32

2.3

Безрозкісні ферми..............

34

2.4

Підкроквяні конструкції....

36

2.5

Арки....................................

37

2.6

Збірні залізобетонні конструкції з зовнішнім листовим армуванням.................................

39

Висновки за розділом 2......

41

Розділ 3. Експериментальні дослідження наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням.....................

42

3.1

Задачі та програма експериментальних досліджень...

42

3.2

Конструкції дослідних зразків та технологія їх виготовлення.

43

3.3

Методика проведення експерименту...

47

3.4

Фізико механічні характеристики матеріалів експериментальних зразків......................

50

3.5

Результати експериментальних досліджень наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням

51

3.5.1

Згинані наскрізні елементи.

52

3.5.2

Стиснуті наскрізні елементи..........

58

Висновки до розділу 3..................

63

Розділ 4. Розрахунок несучої здатності та деформацій наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням чисельними методами.

65

4.1

Розрахунок несучої здатності досліджуваних конструкцій за приведеним перерізом..................

65

4.1.1

Дослідження згинаних елементів..

68

4.1.2

Дослідження стиснутих елементів....

80

4.2

Оцінка напружено-деформованого стану наскрізних залізобетонних конструкцій із зовнішнім листовим армуванням медотом кінцевих елементів.........

86

4.2.1

Дослідження згинаних елементів...

89

4.2.2

Дослідження стиснутих елементів.

96

Висновки до розділу 4...................

102

Розділ 5. Розрахунок несучої здатності залізобетонних наскрізних конструкцій із зовнішнім листовим армуванням за деформаційним методом та пропозиції до інженерного методу розрахунку.....................

103

5.1

Передумови та прийняті гіпотези розрахунку

103

5.2

Опис діаграм роботи матеріалів (прокат, арматура, бетон) .

104

5.3

Напружено-деформований стан перерізу наскрізних конструкцій із зовнішнім листовим армуванням

106

5.4

Чисельні дослідження напружено-деформованого стану перерізів наскрізних залізобетонних конструкцій із зовнішнім листовим армуванням....................................

111

5.5

Визначення висоти стиснутої зони перерізу лінійних елементів наскрізної залізобетонної конструкції з зовнішнім листовим армуванням.

112

5.6

Пропозиції до визначення несучої здатності лінійних елементів наскрізної залізобетонної конструкції з зовнішнім листовим армуванням.

119

Висновки до розділу 5...................

131

Висновки по роботі..................................

133

Список літератури...................................

135

Додаток А. Патенти на корисну модель......

151

Додаток Б. Довідки про впровадження...

156

Вступ
Актуальність теми. Використання типових залізобетонних конструкцій при проектуванні одноповерхових виробничих будівель є традиційним. Це обумовлено наявністю розроблених типових серій залізобетонних виробів, використання яких спрощує роботу проектувальника. Проте за потреби запроектувати виробничу будівлю з нестандартними розмірами або з індивідуальним технологічним устаткуванням, виникає потреба у використанні нетипових конструкцій. У разі використання в таких випадках залізобетонних виробів, собівартість останніх зростає за рахунок вартості неінвентарної опалубки для виготовлення конструкцій.
Широкого поширення дістали комплексні сталезалізобетонні конструкції, що поєднують у собі переваги та усувають недоліки аналогічних залізобетонних та металевих конструкцій. Наскрізні залізобетонні конструкції з зовнішнім листовим армуванням мають ряд переваг порівняно із залізобетонними конструкціями за рахунок використання робочої стрічкової арматури на зовнішній грані перерізу, що збільшує робочу висоту перерізу та зменшує загальну висоту конструкції. Втрата загальної чи місцевої стійкості, що характерна для металевих конструкцій, виключається за рахунок сумісної роботи з бетоном. Використання залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням дозволить знизити вартість та трудовитрати при будівництві виробничих будівель. Особливості армування наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням дозволяють спростити виготовлення конструкцій і відмовитися від опалубки. Тому створення, дослідження несучої здатності й напружено-деформованого стану наскрізних залізобетонних конструкції з зовнішнім листовим армуванням і розроблення методів їх розрахунку є актуальним.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема відповідає напряму науково-технічної політики держави в галузі оцінки технічного стану будівель і споруд згідно з Постановою Кабінету Міністрів України № 409 від 5 травня 1997 р. «Про забезпечення надійності і безпечної експлуатації будівель, споруд та мереж» та рішенням науково-технічної ради Держкомітету будівництва, архітектури та житлової політики (Держбуду) України від 16.11.2001 р. Робота виконана на кафедрі конструкцій із металу, дерева і пластмас Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка в рамках держбюджетних дослідних тем: «Прогресивні залізобетонні конструкції з армуванням прокатними профілями» (державний реєстраційний номер 0109U001521), «Оцінювання надійності та ризиків несучих та огороджуючих будівельних конструкцій» (державний реєстраційний номер 0111U000839).
Мета роботи створити нові види та розробити методи оцінювання напружено-деформованого стану та розрахунку несучої здатності наскрізних залізобетонних конструкції з зовнішнім листовим армуванням на основі експериментально-теоретичних досліджень.
Задачі дослідження:
Створення нових видів наскрізних залізобетонних конструкцій із зовнішнім листовим армуванням.
Експериментально дослідити несучу здатність та деформативність наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням залежно від виду конструкції та способу завантаження.
Дослідження напружено-деформованого стану елементів залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням.
Розроблення практичної методики розрахунку міцності за нормальними перерізами досліджуваних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням.
Упровадження результатів досліджень у проектування та будівництво.
Об’єкт дослідження наскрізні залізобетонні конструкції з зовнішнім листовим армуванням.
Предмет дослідження несуча здатність і напружено-деформований стан наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням.
Методи дослідження: виконання експериментальних і теоретичних досліджень наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням, методи будівельної механіки, методи математичного моделювання, теорії ймовірності та математичної статистики.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:
удосконалено конструктивні рішення нових наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням;
вперше одержано експериментальні результати щодо напружено-деформованого стану нових конструктивних рішень наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням та встановлено характер їх руйнування;
дістало подальший розвиток дослідження особливостей роботи бетону в комплексному сталезалізобетонному перерізі під навантаженням, що дозволяє зробити висновок про сумісну роботу елементів конструкції;
отримали подальшого розвитку спрощені методи розрахунку залізобетонних конструкцій з симетричним листовим армуванням з урахуванням нормативних залежностей sсeс;
удосконалено методики розрахунку несучої здатності та оцінювання напружено-деформованого стану наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням.
Практичне значення роботи полягає в тому, що:
запропоновано нові конструктивні елементи наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням, що дозволяють виготовляти конструкції в незнімній опалубці;
запропоновано інженерну методику розрахунку несучої здатності лінійних елементів досліджуваних конструкцій;
розроблено рекомендації щодо вдосконалення проектування несучих наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням.
Результати дисертаційної роботи було використано при розробленні національних будівельних норм України ДБН «Сталезалізобетонні конструкції», при проектуванні побутово-виробничого корпусу в Полтавській області та впроваджено в навчальний процес.
Особистий внесок автора. Результати досліджень, уключені в дисертацію, отримано автором самостійно. В публікаціях у співавторстві особистий внесок здобувача полягає в такому: [101] аналіз результатів експериментальних досліджень та їх обробка, визначення деформацій та переміщень; [105] обробка результатів експериментальних досліджень стиснутих наскрізних конструкцій із стрічковим армуванням та їх оформлення; [102] застосування результатів експериментальних досліджень конструкції із зовнішнім листовим армуванням для проектів одноповерхових виробничих будівель; [99] аналіз та порівняння результатів експериментальних досліджень з теоретичними; [14] визначення параметрів напружено-деформованого стану залізобетонних елементів з симетричним листовим армуванням за деформаційним методом; [61 64] формулювання сутності винаходу, оформлення відповідної документації.
Апробація результатів дослідження. Результати експериментально-теоретичних досліджень були представлені на наукових конференціях Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка (2007, 2008, 2012рр.), V Всеукраїнській науково-технічній конференції «Науково-технічні проблеми сучасного залізобетону» (Полтава, 2007р.), VII Міжнародному симпозіумі «Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій» (Київ, 2007р.), Міжнародній науково-практичній конференції «Реконструкція житла» (Київ, 2012р.), Всеукраїнській інтернет-конференції молодих учених і студентів «Проблеми сучасного будівництва» (Полтава, 2012р.).
У завершеному вигляді дисертаційна робота доповідалась на розширеному засіданні кафедри конструкцій із металу, дерева та пластмас ПолтНТУ (2012р.).
Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 9 друкованих робіт, які відображають її основний зміст, у тому числі: 4 статті у збірниках наукових праць, 4 патенти України на корисну модель та 1 стаття у збірнику доповідей інтернет-конференції.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п’яти розділів, загальних висновків і додатків. Роботу викладено на 160 сторінках машинописного тексту. Крім основного тексту на 110 сторінках, дисертація містить 76 рисунків, 15 таблиць та 9 сторінок додатків. Список використаних джерел складається із 138 найменувань на 16 сторінках.

Список литературы

Висновки по роботі

Представлена до захисту кандидатська дисертація присвячена дослідженню несучої здатності і деформацій наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням. Основні висновки по роботі наступні:
1. Створено нові види наскрізних залізобетонних конструкцій з зовнішнім листовим армуванням. Сутністю запропонованих конструкцій є використання листової сталі на стадії виготовлення в якості незнімної опалубки, після затвердінні бетону в якості робочої арматури конструкції. Виготовлення таких конструкцій не залежить від розмірів типової опалубочної форми для залізобетонних конструкцій із стрижневою арматурою, тому розміри конструкції можуть варіюватися в залежності від потреб проекту. Застосування зовнішнього армування зменшує на 8-10% вагу конструкцій, заміняє використання багаторядного стрижневого армування, що, в свою чергу, спрощує укладання бетонної суміші в опалубку та зменшує трудовитрати виготовлення конструкції.
2. Аналізуючи значення експериментальної руйнуючої сили N можна зробити висновок, що спосіб виготовлення (монолітний чи збірний) дослідних зразків не суттєво (в межах 10%) впливає на несучу здатність. Різниця характеру руйнування дослідних зразків (а саме: для згинаних зразків утворення тріщин у вузлах конструкції; для стиснутих зразків відшарування листового армування від бетонного осердя та втрата місцевої стійкості листового армування) свідчить про необхідність підсилення вузлів конструкції внутрішнім стержневим армуванням чи зовнішніми накладками.
3. Проведені статичні розрахунки та чисельне моделювання дали результати, що відповідають характеру руйнування дослідних зразків під час експериментальних досліджень. При моделюванні досліджуваних конструкцій, що працюють на згин, необхідно врахувати факт утворення тріщин у вузлах, шляхом введення в розрахункову схему примикаючих шарнірів.
4. З достатньою точністю (до 10%) можна застосовувати представлений інженерний метод приведення залізобетонного перерізу з зовнішнім армуванням до сталевого перерізу із змінною (в залежності від відносного ексцентриситету зовнішнього моменту М) висотою стінки.
5. Результати дисертаційної роботи були використані при розробці національних будівельних норм України ДБН «Сталезалізобетонні конструкції», при проектуванні побутово-виробничого корпусу в Полтавській області та впроваджені в навчальний процес.

Список літератури
И.Стадник // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. зб. наук, праць. Рівне: НУВГП, 2011. Вип. 21. С.8995.

Г. Вплив режиму навантаження і тривалого витримування під навантаженням на несучу здатність сталебетонних балок: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: 05.23.01 / Ю.Г.Аметов; Державний науково-дослідний ін-т будівельних конструкцій. К., 2003. 20 С.
Є. Порівняння визначення напружено-деформованого стану стиснуто-зігнутих залізобетонних елементів з використанням різних діаграм деформування бетону / Є.Є.Бабич // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: зб. наук. праць. Рівне: НУВГП, 2009. Вип. 16. Ч. 2. С. 4854.
М.Бабич, П.С.Гомон // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: зб. наук, праць. Рівне: НУВГП, 2011. Вип. 21. С. 109115.

А.М., ГурківськийО.Б., БезбожнаМ.С. // Строительство, материаловедение, машиностроение: cб. науч. трудов. Вып.№50. Дн-вск.: ПГАСА, 2009. С.1925.

Берг. -М.: Гостехиздат, 1961.-96 с.

ібік Дмитро Володимирович. Полтава, 2011. 232 с.

06. 161 с.

ые конструкции с листовой арматурой / Р.В. Воронков Л.: Стройиздат, 1975. 145 с.
19. Гвоздев А.А. Расчет несущей способности конструкции по методу предельного равновесия / А.А. Гвоздев. М.: Стройиздат, 1949. 132 с.

В.2.6.-160:2010. Конструкції будинків і споруд. Сталезалізобетонні конструкцій. Основні положення / Мінрегіонбуд України. К., 2011 55 c.

-М., 1967.-46 с.
2003. 210 с.
- Полтава, 1989. -184 с.

- К.: НДІБК, 2007. - Вип. 67. - С. 620-625.
.

. С.1724.

1975. Вып. 44. С. 7280.

: дис. канд. техн. наук: 05.23.01 / О. А. Крупченко. П., 2008. 181с.

. Залізобетонні конструкції з робочим армуванням незнімною опалбкою: дис. докт. техн. наук: 05.23.01 / Лапенко Олександр Іванович. Полтава, 2010. 416с.
53. ЛукшаЛ.К. Основы расчета прочности трубобетона / Л.К.Лукша, В.И.Ефименко // Сталезалізобетонні конструкції. Зб. наук. праць.-Кривий Ріг, 2000. Вип. 4.-С. 60-69.
-Мн.: УП "Технопринт", 2000.-С. 258-271.

Р.І. Міцність косостиснутих залізобетонних елементів з урахуванням нелінійності деформування бетону: дис. канд. техн. наук / Р.І.Пахомов. Полтава, 2007. 158с.
- Л.: Трансжилдориздат,1945.-90с.

Я.Бліхарський, Я.В.Римар, І.В.Васильєв, Д.І.Дубіжанський // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: зб. наук. праць. Рівне: НУВГП, 2009. Вип. 19. С. 323330.

К.: Держдор НДІ, 2007. Вип.7. С.238243.

-Полтава, 2006.-468 с.
В. Семко, С.А. Гудзь // Будівельні конструкції: дослідження, проектування, будівництво, експлуатація. Вип.65. К.: НДІБК, 2006. С.199204.
емко О.В. Чисельний метод розрахунку НДС сталезалізобетонного ригеля з урахуванням фізичної нелінійності / О.В.Семко, Д.В.Бібік // Містобудування та територіальне планування: наук.-техн. збірник. К.: КНУБА, 2009. Вип.33. С.392400.
24 м для покрытий зданий со скатной кровлей. - ЦИТП, 1969.

30 м с шагом стропильних ферм 6 м. - ЦИТП, 1969.