Арзамасцев Сергей Александрович. Прочность и деформативность железобетонных изгибаемых элементов при кручении от кратковременных динамических нагрузок

Краткое описание

Арзамасцев Сергей Александрович. Прочность и деформативность железобетонных изгибаемых элементов при кручении от кратковременных динамических нагрузок: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.23.01 / Арзамасцев Сергей Александрович;[Место защиты: ФГБОУ ВО Томский государственный архитектурно-строительный университет], 2017

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Томский государственный архитектурно-строительный университет»
СГГАСУ)
На правах рукописи

АРЗАМАСЦЕВ СЕРГЕИ АЛЕКСАНДРОВИЧ
ПРОЧНОСТЬ И ДЕФОРМАТИВНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ КРУЧЕНИИ ОТ
КРАТКОВРЕМЕННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
Специальность: 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент В.В. Родевич
Томск-2017

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО РАСЧЕТУ ПРОЧНОСТИ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ИЗГИБЕ С КРУЧЕНИЕМ 10
1.1. Предложения по расчету из предположения упругой работы арматуры и бетона 10
1.2. Предложения по расчету, основанные на методе предельного равновесия 14

1.3. Методы расчета с использованием графиков взаимодействия 28
1.4. Нормативные методы расчета 32
1.5. Выводы по первой главе 38
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ,
РАБОТАЮЩИХ НА ИЗГИБ С КРУЧЕНИЕМ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ И
КРАТКОВРЕМЕННОМ ДИНАМИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ 41
2.1. Программа экспериментальных исследований и характеристика
образцов 42
2.2. Методика проведения статических и динамических испытаний 51
2.3. Результаты экспериментальных исследований 63

2.3.1 Образование, развитие и раскрытие трещин 63
2.3.2 Нагрузки и опорные реакции 69
2.3.3 Прогибы и углы закручивания 71
2.3.4 Деформации арматуры и бетона 79
2.3.5 Ускорения и скорости 81
2.4 Выводы по второй главе 82
ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ, РАБОТАЮЩИХ НА ИЗГИБ С КРУЧЕНИЕМ 84
3.1. Выбор и обоснование расчетной модели 84
3.2. Описание расчетной модели 88
3.3. Результаты численных исследований 91
3.4. Выводы по третьей главе 99

3
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ИЗГИБ С
КРУЧЕНИЕМ ПРИ КРАТКОВРЕМЕННОМ ДИНАМИЧЕСКОМ
НАГРУЖЕНИИ 100
4.1. Предпосылки расчета 100
4.1.1. Предельные состояния железобетонных конструкций, способы
их нормирования 103
4.1.2. Прочность и деформативность бетона при статическом и
кратковременном динамическом нагружении 106
4.1.3. Прочность и деформативность арматуры при статическом и
кратковременном динамическом нагружении 115
4.1.4. Диаграммы деформирования железобетонных элементов 121
4.1.5. Особенности работы железобетонных конструкций на изгиб с
кручением 124
4.2. Расчет железобетонных балок на действие изгибающих и
крутящих моментов при динамическом воздействии 127
4.2.1. Определение внутренних усилий в железобетонной
конструкции, работающей на изгиб с кручением при
кратковременном динамическом нагружении 127
4.2.2 Сопротивление железобетонной конструкции изгибу с
кручением при кратковременном динамическом нагружении 135
4.3. Сравнение расчетных и экспериментальных данных 148
4.4. Выводы по четвертой главе 154
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 156
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 158
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Документы, подтверждающие внедрение
результатов диссертационной работы 180

Список литературы

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. На основе анализа и систематизации современных теоретических и
экспериментальных исследований определены предельные состояния по
прочности железобетонных конструкций, работающих на изгиб с кручением,
и способы их нормирования, выявлены особенности и предпосылки расчета
указанных конструкций при кратковременном динамическом нагружении.
2. Разработаны программа и методика экспериментальных
исследований железобетонных элементов на изгиб с кручением при
кратковременном динамическом нагружении, для реализации которых
разработаны конструкция испытательного стенда и измерительные
устройства, оригинальность которых подтверждена двумя патентами РФ на
изобретение и двумя патентами РФ на полезную модель.
3. Экспериментальные исследования железобетонных элементов на
изгиб с кручением при кратковременном динамическом нагружении
позволили получить новые опытные данные о напряженно-деформированном
состоянии железобетонных конструкций, подверженных одновременному
воздействию изгибающих и крутящих моментов. Опытным путем выявлена
закономерность трещинообразования во времени и установлено, что
разрушение железобетонных элементов при кратковременном динамическом
воздействии изгибающих и крутящих моментов происходит по
пространственному сечению, при этом угол наклона трещин на нижней грани
зависит от величины соотношения крутящего момента к изгибающему (χ):
при χ=0,4 угол наклона равен 20º…24º, при χ=0,7 – 27º …31º.
4. На основе численных исследований методом конечных элементов
получены закономерности распределения напряжений в продольной и
поперечной арматуре при варьировании характеристик χ, класса бетона,
размеров поперечного сечения, процента армирования. Результаты расчетов
подтвердили предложенный критерий предельного состояния

157 железобетонных элементов при изгибе с кручением и принятые предпосылки
расчета.
5. Предложен метод расчета по прочности железобетонных элементов
на изгиб с кручением при кратковременном динамическом нагружении,
основанный на теории пластичности Губера-Мизеса-Генки с учетом
пространственной расчетной модели В.Н. Байкова, предложенной для
статического нагружения, теории совместного деформирования продольной
и поперечной арматуры и учете упрочненных характеристик диаграмм
деформирования бетона и арматурной стали при кратковременном
динамическом нагружении. Результаты расчетов по предложенному методу
хорошо согласуются с результатами экспериментальных исследований,
расхождение составляет 5-14 % в сторону запаса прочности.
6. Результаты исследований, представленные в работе, а также
разработанный метод расчета применен АО «Иркутский Промстройпроект»
при проектировании конструкций ригелей перекрытия здания-представителя
каркасной универсальной полносборной системы «КУПАСС», что
подтверждено справкой о внедрении