Разработка расчетной модели образования пространственных трещин в железобетонных конструкциях при кручении с изгибом

Цель работы — изучение процесса и разработка расчетной модели образования пространственных трещин железобетонных конструкций при кручении с изгибом в широком диапазоне отношений действующих крутящих и изгибающих моментов, пролетов их совместного действия и других значимых параметров напряженно- деформируемого состояния.

Ключевые слова: расчетная модель, пространственные трещины, железобетонные конструкций, опорная реакция, трещинообразования.

The article is devoted to study of the process and development of a computational model of the formation of spatial cracks of reinforced concrete structures during torsion with bending in a wide range of ratios of acting torques and bending moments, spans of their joint action and other significant parameters of the stress-strain state.

Keywords: calculation model, spatial cracks, reinforced concrete structures, support reaction, cracking.

Решение основных задач капитального строительства связано с дальнейшим развитием технического прогресса в области бетона и железобетона, как наиболее распространенных материалов, несущих конструкций современного строительства. Одним из главных направлений в области развития технического прогресса бетона и железобетона, как отмечено целым рядом Международных конференций последних лет, является углубление и совершенствование теоретических исследований работы железобетонных конструкций при различных сочетаниях силовых воздействий. К весьма распространенному виду такого сочетания относится совместное действие на конструкцию изгибающего и крутящего моментов (балки монолитных перекрытий, бортовые элементы и опорный контур ребристых ваитовых покрытий и мостов, подстропильные и подкрановые балки, контурные балки зданий с монолитным каркасом, опоры линий электропередач, железобетонные пилоны и т. д.).

Образование трещин в сечениях таких конструкций, определенное по существующей методике, в ряде случаев оказывается значительно заниженным по сравнению с опытными данными. Вследствие этого проектирование• экономичных и в тоже время надежных железобетонных конструкций, работающих в условиях сложного сопротивления — кручения с изгибом, вызывает определенные трудности.

Отсутствие достаточно строгих методов расчета при составлении нормативных документов приводит к принятию расчетных положений, заведомо предполагающих необоснованный запас образования трещин в железобетонных конструкциях при кручении с изгибом.

Учитывая большой объём производства и возведения железобетонных конструкций в стране, можно отметить, что даже относительно малое снижение расхода материала за счет применения более совершенных методов расчета имеет важное народно-хозяйственное значение.

Методология исследования

Использован экспериментально-теоретический метод. В теоретических и численных исследованиях, выполненных в работе, использованы общие методы механики твердого деформируемого тела, сопротивления материалов и теории железобетона.

В этих работах было доказано, что при расчетах конструкций, без учета совместной их работы, игнорируется факт возникновения перераспределения усилий и изменений жесткости элементов в связи с образованием трещин. Такой подход не позволяет достоверно запроектировать элементы, работающие в системе перекрытий. Показано, что на перераспределение усилий между отдельными элементами существенно влияет как изгибная, так и крутильная жесткость.

Напряженное состояние конструкций каркасов и перекрытий зданий, возникает при изгибе с кручением — это одно из самых сложных явлений в железобетоне. При этом, кручение в элементах возникает как вторичный силовой фактор, чаще всего, в силу совместной работы в каркасе здания.

Несмотря на широкое применение железобетона и сталежелезобетона в Казахстане и странах ближнего зарубежья, в действующих в настоящее время различных нормах не предлагаются четкие методики расчета сталежелезобетонных балок, работающих на изгиб с кручением, а рекомендации для расчета таких конструкций находятся в стадии разработки. Они содержат только расчет потери устойчивости из плоскости при кручении с изгибом.

Выводы

На основе проведенного анализа существующих научных исследований и нормативных документов, научных разработок отечественных и зарубежных ученых, посвященных исследованию железобетонных балок в условиях сложного сопротивления — кручения с изгибом и выполненных в данной работе экспериментально-теоретических исследований можно сделать следующие выводы:

1. В проведенном исследовании обобщена классификация пространственных трещин в железобетонных стержневых конструкциях при кручении с изгибом; построена расчетная модель образования пространственных трещин первого, второго и третьего типов при кручении с изгибом, базирующаяся на критерии образования пространственной трещины в виде условия достижения главными деформациями удлинения бетона ЕЛ, СВОИХ предельных значений Е/,,.,,/. В расчетных зависимостях учитывается физическая нелинейность, депланации поперечных сечений, предварительное напряжение в продольной и поперечной арматуре и влияния полей местных напряжений.
2. Разработан алгоритм расчета и выполнен сопоставительный анализ теоретических и экспериментальных параметров образования пространственных трещин при кручении с изгибом, который показал, что расчет по предлагаемой методике не только качеетвенно подтверждает закономерности, полученные в опытах, но и количественно хорошо согласуется с опытными данными.

В качестве предложений для дальнейшего развития исследований, представленных в работе, следует отметить необходимость разработки расчетной модели и методики расчета ширины раскрытия пространственных трещин для железобетонных конструкций при сложном сопротивлении.

Литература:

1. Арзамасцев С. А. Исследование железобетонных элементов, работающих на изгиб с кручением при статическом и кратковременном динамическом воздействии / С. А. Арзамасцев, А. Ю. Кудрявцев // Перспективы развития фундаментальных наук: сб. науч. трудов XI Межд. конф.студентов и молодых ученых; под ред. Е. А. Вайтулевич; — 2014. — С. 711713.
2. Алькади С. А. Экспериментальные исследования живучести фрагмента каркаса здания с железобетонными составными элементами, работающими на изгиб с кручением/ С. А. Алькади, А. И. Демьянов, Е. В. Оссовских // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. — 2017. — № 5. — С. 72–80.
3. Азизов Т. Н. Крутильная жесткость тавровых железобетонных элементов с нормальными трещинами, 2009. — С.4–11.
4. Авласко Е. В. Экспериментальные исследования многопустотных железобетонных плит безопалубочного формирования при совместном действии изгиба с кручением // Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров: сб. науч. Трудов. -Нопополоцк: ПГУ, 2012. — Т. 1. — С. 187–191.
5. Байрамуков С. Х. Трещиностойкость железобетонных элементов со сквозными отверстиями при кручении и при кручении с изгибом /С. Х. Байрамуков, С. С. Дюрменова // Инженерный вестник Дона. — 2013. -Т. 24. -№ 1 (24). — С. 57.
6. Баширов Х. З. Железобетонные составные конструкции зданий и сооружений: монография / Х. З. Баширов, В. И. Колчунов, В. С. Федоров, И. A. Яковенко. — М.: Издательство «АСВ», 2017. — 248 с.