Библиографическое описание:

Матниязов Б. И., Бердиев О. О. Расчет эффективно-армированных тонких конических куполов оболочек с преднапряженным опорным кольцом // Молодой ученый. — 2016. — №7.2. — С. 61-64.



Конструктивные формы современных зданий и сооружений чрезвычайно разнообразны; от массивных плотин – до ажурных конструкций. Выбор формы зданий определяется многими факторами: их назначением, условиями работы и методами расчета. Среди возможных конструктивных решений тонкостенные оболочечные пространственные системы является наиболее эффективными. Эти конструкции способны выдерживать самые разнообразные виды статических и сейсмических нагрузок, обеспечивают хорошую изоляцию от окружающей среды, легко обтекаются потоком воздуха, и при этом они самые выгодные в отношении массы.

Проведенный анализ проектирования и строительства различных зданий, а также инженерных сооружений с применением тонких конических куполов оболочек показал, что при изменении нагрузки, (например, при отсутствии временных нагрузок) возникает краевой эффект.

Для уменьшения усилий краевого эффекта целесообразно в оболочках использовать предварительное напряжение опорного кольца, с тем, чтобы уравнять кольцевые напряжения в скорлупе купола оболочек и в кольце. Дополнительные кольцевые усилия вблизи края скорлупы оболочки вызовут ее сжатие, а не растяжение, что благоприятно для конструкции, ибо исключает необходимость в работающих на растяжение сварных соединениях.

Чтобы обеспечить безмоментное состояние купола оболочек и тем самым уменьшить влияние краевого эффекта, рекомендуется преднапрягать опорное кольцо, подбирая напрягаемую арматуру следующим образом:

FspNk/Rsp (1)

Усилие, обжимающее кольцо, с учетом потерь равно:

(2)

Приведенная площадь бетона опорного кольца, обеспечивающая безмоментное состояние оболочки, находится из условий равенства напряжений, действующих в кольце и в скорлупе оболочки:

, (3)

Кроме того сечение опорного кольца, должно быть проверено на обжатие напрягаемой арматурой до передачи на него растягивающей силы от купола оболочки:

, (4)

где k – определяется по табл. СНиП (КМК).

Оболочка купола опирается на монтажные подмости. Если в результате проверки (4) принятая площадь кольца окажется больше, в этом случай чтобы обеспечить безмоментное состояние, необходимо соответственно увеличить силу обжатия кольца:

, (5)

. (6)

Если в опорном железобетонном кольце не создается предварительного напряжения и трещиностойкость кольца не обеспечена, следует учитывать деформацию арматуры с учетом работы сечения бетона между трещинами. Тогда вместо величины Fk следует в формулах для определения значений а2 2 и а2 р подставлять значения

Fs (Es.c/Eв),

Es.c – модуль упругости арматуры с учетом работы бетона между трещинами.

,

В общем случае для любой оболочки вращения опорное кольцо воспринимает усилия, передаваемые на него меридиональными усилиями; горизонтальные проекции этих усилий N1т.е. распор, равны:

qрасп =N1 (7)

В кольце возникает растягивающее усилие:

(8)

Перемещение кольца от усилия Н, увеличенное в ЕredI раз, равно:

(9)

Для конического купола оболочек значение а2р для кольца должно определяться с заменой rc на r; значение а1 р=0.

В случае, когда создается предварительное напряжение кольца, значение а2р определяется по формуле:

(10)

В приопорной зоне усилия, вычисленные по вышеприведенным формулам краевого эффекта, должны быть суммированы усилиями безмоментного состояния.

Рассмотрим предварительно напряженное опорное кольцо оболочки (рис 1), состоящее из железобетонного слоя и внешней напрягаемой арматуры.

Рис 1. Конструкция и схема напряженного состояния опорного кольца конического купола: а – для опорного кольца; б – для бетона; в – для арматуры; 1 – кольцевая прокатная арматура (швеллер); 2 – напрягающий бетон на НЦ; 3 – опорное кольцо

Предполагается, что после изготовления цилиндрическое кольцо оболочки находится в некоторый момент времени ,в состоянии обжатия (преднапряжения). До начала эксплуатации внутреннее усилие (напряжение) от внешних воздействий (нагрузок) в нем отсутствует.

Радиальная деформация бетонного слоя при плоском напряженном состоянии, согласно нелинейной теории ползучести бетона, принимается в виде [1, 544 с]:

(11)

Подставляя в (4.36) выраженные через n(t), (t) и (t), и принимая

Ев (t) = Eв = const,

получим

, (12)

Функция изменения напряжений в бетоне (функция релаксации) принимается в виде

(13)

Для вывода формул, позволяющих установить перераспределение напряжений между бетоном, арматурой и облицовкой колец, требуется рассмотреть сечение оболочки.

Из условия равновесия и совместности деформирования материалов можно определить начальные напряжения в бетоне и арматуре и . После завершения обжатия опорного кольца с учетом ползучести бетона в сечении возникают напряжения:

(14)

где – функция изменения напряжений в обычной арматуре:

(15)

– потери начальных напряжений вследствие ползучести бетона:

(16)

Зная характер изменения функции релаксации напряжений в бетоне, можно вычислить функцию изменения напряжений в опорном кольце, облицовке и обычной арматуре.

Как видно из зависимости (14), вследствие ползучести бетона, кроме потерь начальных напряжений, происходит еще и перераспределение во времени усилий между облицовкой, арматурой и бетоном кольца. Самонапряжение в бетоне возрастает, а напряжения в кольце – облицовке и арматуре, уменьшаются. Если в момент оболочка нагружается, т.е. р(t) = n(t), то напряжения в арматуре и бетоне будут отличны от нуля, что связано с различными упругими деформациями арматуры и бетона, обусловленными перераспределением во времени усилий между облицовкой колец и бетоном. Возникающие деформации можно рассматривать, как стационарные вынужденные деформации, действующие с момента , которые определяются через напряжения в облицовке колец и бетоне , действующие перед моментом снятия нагрузки .

Напряжения в бетоне в момент выразятся в виде

(17)

Растягивающие напряжения в бетоне, вызывающие при определенных условиях трещины в железобетонном элементе, уравновешиваются сжимающими напряжениями в облицовке колец и соответствующими давлениями и .

Напряжение в бетоне складывается из оставшейся части давления от преднапряжения и разности упругих деформаций облицовки колец и бетона в момент создания внутреннего давления :

(18 )

Критерий трещинообразования бетона с учетом усадочных напряжений

. (19)

При проектировании могут встретиться случаи, когда, вследствие ползучести бетона и перераспределения напряжений в сечении, напряжения в облицовке колец и арматуре будут расти и достигнут предела текучести арматуры , после чего процесс перераспределения напряжений прекращается, следовательно .

Если в результате расчета окажется, что

то формула для определения напряжений в бетоне

(20)

Из выражений (4.44, 4.45) видно, что при растягивающие напряжения в бетоне после появления внутреннего давления р() связаны условием .

Анализ выполненных исследований показал, что максимальные растягивающие напряжения возникают при , а также при минимальном коэффициенте релаксации бетона что, в свою очередь, связано с наибольшей деформативной способностью бетона.

Выполненный расчет показал, что от совместного влияния ползучести и усадки длительная трещиностойкость бетона к началу эксплуатации опорных колец оболочки в некоторых случаях может не обеспечиваться.

В конструкции, вследствие перераспределения напряжений в сечении, вызванного ползучестью бетона, могут достичь предела текучести и переходят в область пластического деформирования ещё до начала эксплуатации оболочки Наличие большого числа сварных швов может привести к тому, что облицовка кольца со временем перестает обеспечивать надежность сооружения. Поэтому при проектировании железобетонных оболочек необходимо обязательно выполнять расчет с учетом влияния ползучести бетона. В противном случае эксплуатационная надежность и долговечность конструкции не может быть обеспечена. Если в результате расчета оказывается, что трещиностойкость конструкции до начала эксплуатации переходит предел пластичности, то требуется принимать специальные технологические мероприятия обеспечивающей эксплуатационная надежность и долговечность конструкции.

Литература:

  1. Гольденвейзер А. Л. «Теория упругих тонких оболочек». М., ГТТИ. 1953. –544 с.
Основные термины (генерируются автоматически): ползучести бетона, опорного кольца, вследствие ползучести бетона, купола оболочек, опорное кольцо, перераспределения напряжений, конических куполов оболочек, краевого эффекта, облицовке колец, тонких конических куполов, учетом ползучести бетона, напряжение опорного кольца, теории ползучести бетона, облицовкой колец, влияния ползучести бетона, опорного кольца конического, сечение опорного кольца, начала эксплуатации, обжатия опорного кольца, кольцо оболочки.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос