Деформирование пологих ребристых оболочек в условиях физической нелинейности и ползучести бетона

Актуальность темы

исследования. Железобетонные оболочки разнообразных конструктивных форм достаточно часто используются в строительстве для покрытия большепролетных зданий и сооружений. Наибольшее применение получили длинные цилиндрические оболочки, панели-оболочки «на пролет здания», оболочки положительной гауссовой кривизны на квадратном и прямоугольном планах, а также висячие и составные оболочки. Так, например, только с применением сборных оболочек положительной гауссовой кривизны в России построено свыше 1 млн м2 [39, 42, 45, 128].

Тонкостенные оболочечные конструкции обладают достаточно высокой жесткостью. Для повышения жесткости железобетонные оболочки подкрепляются как промежуточными ребрами жесткости, так и опорным контуром в виде предварительно напряженного железобетонного пояса, как правило, армированного стальными канатами [39, 42, 45, 105, 128].

Как известно, большая часть поверхности оболочек оказывается сжатой за счет криволинейности их формы. Вот почему бетон в железобетонных оболочках, хорошо работающий на сжатие, используется весьма рационально. Возникающие в приопорных зонах оболочек растягивающие усилия эффективно воспринимаются стальной арматурой. За счет этого, при возведении оболочек удается получить экономию бетона до 25 -ь 30% и стали — до 20 -г 25%, соответственно.

К настоящему времени накоплено огромное число работ, сформировавшие стройную общую и частные теории оболочек. Наиболее значительный вклад в развитие теории оболочек внесли: С. А. Амбурцумян [4], В. В. Болотин [1], И. Н. Веку, а [18], В. З. Власов [19], И. И. Ворович [23], А. Л. Гольденвейзер [29], Э. И. Григолюк [33], А. И. Лурье [73], Х. М. Муштари [84], В. В. Новожилов [85], П. М. Огибалов [86], С. П. Тимошенко [119], Э. Рейсснер [136] и ряд других исследователей [2, 21, 22, 86, 135].

Основные идеи расчета ребристых оболочек были высказаны еще в 40-ых годах В. З. Власовым [20] и А. И. Лурье [74]. За последние 70 лет появилось большое количество работ, относящихся к исследованию ребристых оболочек. Это работы Н. П. Абовского [1], С. А. Амбурцумяна [4], И. Я. Амиро и В. А. Заруцкого [5, 6], O.A. Грачева [30], Е. С. Гребня [31], А. Н. Гузя [37], Л. В. Енджиевского [38], П. А. Жилина [43, 44], В. П. Ильина [46, 47], Б .Я. Кантора [53], В. В. Карпова [46, 47, 56, 57, 58], В. И. Климанова [65], А. И. Маневича [76], A.M. Масленникова [48, 77], И. Е. Милейковского [79], Б. К. Михайлова [80], В. А. Постнова [68], О. И. Теребушко [116], С. А. Тимашева [65, 118], Е. Бискова и Дж.С. Хансена [132], С. А. Фишера и C.B. Берта [133] и других авторов [7, 24, 40, 41, 43, 44, 69, 96, 102, 112, 126, 134, 136 и другие].

В.З. Власовым и А. И. Лурье были заложены два основных подхода к исследованию ребристых оболочек. Оба они считали, что подкрепляющие ребра (одномерные упругие) взаимодействуют с оболочкой (обшивкой) по линии. В. З. Власовым [19] ребристая оболочка представлялась как контактная система, составленная из гладкой оболочки и работающих совместно с ней тонких стержней. А. И. Лурье [74] рассматривал обшивку и ребра как единое целое. Для них, с использованием вариационного принципа, А. И. Лурье получал уравнения равновесия и естественные граничные условия. Большинство исследователей в дальнейшем следовали одному из этих подходов.

Третий подход к исследованию ребристых оболочек основывается на сведении оболочек к конструктивно-ортотропной схеме (с использованием метода конструктивной анизотропии). В. В. Карповым было предложено дискретно подкрепляющие оболочку ребра «размазывать» по всей площади оболочки с учетом сдвиговой и крутильной жесткости ребер [56, 60].

П.А. Жилин [43, 44] рассматривал подкрепленные ребрами оболочки как оболочки ступенчато-переменной толщины. При этом учитывалось, что контакт между оболочкой и ребрами происходит по всей поверхности полосы, а не по линии. Задачи решались в линейной постановке. Аналогичный подход к ребристым оболочкам при решении нелинейных задач применил позже В. В. Карпов [48].

Несмотря на то, что известно большое число работ по исследованию ребристых оболочек, в них, в основном, рассматриваются цилиндрические оболочки из пластичных материалов, основанные на гипотезах КирхгофаЛява (без учета сдвиговых информаций). Лишь в отдельных работах учитываются нелинейные факторы деформирования ребристых оболочек и усложняющие эффекты [16, 24, 32, 36, 37, 51, 52, 125, 132, 138 и другие]. Очевидно, что более точная теория деформирования твердых тел должна учитывать нелинейность и длительность деформирования реальных материалов.

Известно, что железобетон является сложным композитным разномо-дульным материалом, свойства которого зависят не только от условий эксплуатации, но и меняются во времени. При длительном воздействии нагрузки в железобетонных оболочках проявляется свойство ползучести материалов, т. е., происходит изменение во времени деформаций и напряжений при неизменной нагрузке, что может привести к потере прочности или даже устойчивости оболочки [9, 26, 30, 71, 82, 109, 128 и другие]. Все это делает актуальным выявление резервов прочности пологих железобетонных ребристых оболочек посредством учета нелинейных свойств составляющих материалов на основе реальных диаграмм их работы и в соответствии с достигнутым напряженно-деформированным состоянием (НДС) оболочек в целом. Поэтому исследование пологих железобетонных ребристых оболочек с учетом физической нелинейности и развития деформаций ползучести материалов является актуальным.

Расчет НДС оболочек с учетом физической нелинейности материалов отражены в работах Л. В. Енджиевского [38], В. И. Климанова и С.А. Тимаше-ва [65], В. А. Крысько [68], Х. М. Муштари [83], В. В. Петрова [97], С. И. Трушина [120], В. В. Шугаев [127, 128] и других авторов [35, 51, 52, 67, 81, 115 и другие]. Устойчивость железобетонных оболочек с учетом физической нелинейности рассматривалась В. И. Колчуновым [66], В. В. Улитиным [130].

В настоящее время известны несколько теорий ползучести. Сведения о теориях ползучести, получивших наибольшее распространение на практике, можно найти в работах Н. Х. Арутюняна [8], Н. И. Безухова [10], J1.M. Кача-нова [63], В. И. Климанова и С. А. Тимашева [65], Н. Н. Малинина [75], Г. Н. Маслова [78], И. Е. Прокоповича [99 ч- 101], Ю. Н. Работнова [103, 104], А. Р. Ржаницына [107, 108], В. Д. Харлаба [121] и других авторов [25, 27, 28, 95, 106, 129 и другие].

Основы нелинейной механики были заложены В. Э. Вебером, Вика, Ф. Кольраушем, Г. Кирхгофом, А.Ж.К. Сен-Венаном и другими, основы теории ползучести — Д. К. Максвеллом, Л. Больцманом, В. Вольтерра, У. Кельвином, В. Фойгтом и другими исследователями.

Процесс ползучести может быть описан с использованием различных механических моделей деформируемого тела, каждая из которых может быть представлена системой, состоящей из упругих и вязких элементов. В настоящее время нет единой обобщенной теории ползучести, одинаково приемлемой для большинства конструкционных материалов. Наиболее известные варианты теорий ползучести можно объединить в три укрупненные группы: варианты теории упругой наследственности, теории старения и теории упруго-ползучего тела. Основное отличие упомянутых групп теорий ползучести заключается в том, как они подходят к вопросу об обратимости деформаций ползучести при частичной или полной разгрузке.

Основные положения теории упругой наследственности разработали JI. Больцман и В. Вольтерра и позднее развили Н. Х. Арутюнян [8], Г. Н. Мас-лов [78], Ю. Н. Работнов [104], А. Р. Ржаницын [108] и другие авторы. Теория упругой наследственности предполагает полную обратимость деформаций ползучести при разгружении, поэтому варианты теории пригодны лишь к некоторым материалам, например, бетону старого возраста.

Основы теории старения заложили Дишингер и Уитли и развили впоследствии Я. Д. Лившиц [71], И. И. Улицкий [129] и другие исследователи. В основу классической теории старения положен принцип о полной необратимости деформаций ползучести при разгружении. По этой причине теория старения непригодна для описания длительных процессов с изменяющимися значениями деформаций и напряжений.

В настоящее время широкое распространение при решении практических задач получила более совершенная теория упруго-ползучего тела (наследственная теория старения). Основные положения теории разработали Н. Х. Арутюнян [8], В. М. Бондаренко [13] и Г. Н. Маслов [78]. Позднее теория упруго-ползучего тела нашла развитие в трудах C.B. Александровского [3],.

A.A. Гвоздева [27], И. Е. Прокоповича [99], А. Р. Ржаницына [107] и других авторов.

Ползучесть материала зависит от многих факторов: типа материала, вида напряженного состояния, температуры и свойств окружающей среды, размеров образцов и др. Так для бетона и полимеров при длительном действии нагрузок и нормальной температуре характерно затухающее деформирование, для металлов при высоких температурах — незатухающее. В соответствии с этим, различают два типа материалов: с ограниченной ползучестью (полимеры, бетон) и неограниченной ползучестью (металлы).

В статически неопределимых задачах при постоянных во времени нагрузках изменение деформаций связано с изменением напряжений и перераспределением их по объему конструкции (оболочки). В связи с этим для рассматриваемых задач характерна неустановившаяся ползучесть. Неустановившаяся ползучесть проявляется и для статически определимых задач, когда рассматриваются деформации при постоянных по времени напряжениях.

Исследования напряженно-деформированного состояния оболочек в условиях развития ползучести материалов изложены в работах A.C. Вольми-ра [22], И. И. Воровича [23], B.C. Гудрамовича и В. П. Пошивалова [36],.

B.И. Климанова и С. А. Тимашева [65], В. И. Колчунова и JI.A. Панченко [66], Л. М. Куршина [71], И. Е. Прокоповича [99], Ю. Н. Работнова [103], И.Г. Тере-гулова [117] и других авторов. Для решения системы интегродифференциальных уравнений равновесия оболочек при учете развития деформаций ползучести применяются приближенные методы.

Методы решения задач для других строительных конструкций в условиях ползучести материала отражены в работах Н. И. Безухова [10], В. М. Бондаренко [15], JI.M. Качанова [63], H.H. Малинина [75], И.Е. Проко-повича [99], Ю. Г. Работнова [103], В. Д. Харлаба [121 -s- 124] и других авторов [9, 11, 14, 25, 26, 28, 34, 66, 67, 72, 77, 79, 80, 95, 99, 106, 109 и другие].

Для описания длительных деформаций бетона наиболее приемлема теория упруго-ползучего тела (наследственная теория старения), которая позволяет учитывать частичную обратимость деформаций ползучести. Кроме того, для значений напряжений, не превышающих величину 0,5Rb (где Rbрасчетное сопротивление бетона сжатию), степень нелинейной зависимости деформаций ползучести бетона от достигнутого уровня напряжений еще относительно невелика и, следовательно, можно ограничиться рамками линейной теории упруго-ползучего тела. Варианты линейной и нелинейной теории упруго-ползучего тела исследовались В. Д. Харлабом [123, 124] и его учениками для нестареющего бетона.

Структурные изменения в конструкционных материалах, происходящие синхронно с нагружением, относятся к мгновенным деформациямпроисходящие с некоторым запаздыванием, относятся к деформациям ползучести. Изучению качественной стороны описываемого явления посвящены работы [8, 10,27].

Детальное изложение применительно к железобетону вопросов учета мгновенной нелинейности деформирования и длительности деформирования изложена в работах В. М. Бондаренко [13 -ь 15], в которых нелинейность деформирования представляется в отсутствии пропорциональной связи между напряжениями и деформациями. Это относится как к деформациям ползучести, так и к упруго-мгновенным деформациям. Применительно к деформациям ползучести под непропорциональностью связи между напряжениями и деформациями понимается то, что накопленные при длительном нагружении деформации ползучести не пропорциональны величинам приложенных сил.

Полная относительная деформация бетона при простом сжатии или растяжении в контрольный момент времени вызванная единичным напряжением, действующим с момента времени, соответствующего возрасту бетона т, определяется зависимостью [8, 99, 101]:

8(М) = -^- + С (М). (В.1).

Е (т).

В формуле (В.1) ——-упруго-мгновенная деформация бетонаЕ (х).

Е (т) модуль упруго-мгновенной деформацииС (7,т) — деформация ползучести к моменту времени Л Чем выше возраст бетона к началу нагружения, тем выше модуль Е (т), который асимптотически приближается к некоторой постоянной величине Е — модулю упруго-мгновенных деформаций старого бетона.

Сочетание бетона и арматуры в железобетоне обусловлено как целесообразностью функционального использования положительных качеств их механических свойств, так и возможностью их совместной работы в железобетонных конструкциях.

В количественном отношении свойства деформаций бетона и арматурной стали существенно отличаются друг от друга. Все это обуславливает нестационарность напряженно-деформированного состояния железобетона, сложный характер перераспределения напряжений между арматурой и бетоном по мере роста усилий и во времени, существенно затрудняет исследование и расчет железобетонных конструкций.

Во времени и по мере увеличения нагрузок перечисленные свойства деформаций бетона и арматуры при совместной работе вызывают перераспределение напряжений между ними, уменьшают жесткость сечений вплоть до появления пластических шарниров и изменения статической схемы конструкции, увеличивают прогибы и обуславливают перераспределения усилий в статически неопределимых системах, влияют на режим колебаний, устойчивость конструкций и т. п.

Недостатки упруго-линейной постановки привели к созданию разных методов расчета железобетонных конструкций. При этом наметилось два самостоятельных направления: первое — частичный учет нелинейности деформирования бетона и арматурной стали без учета реологических свойств деформаций и влияния режима и длительности загружениявторое — решение задачи в линейной, но неравновесной постановке, т. е., с учетом запаздывания деформаций и влияния режима и длительности загружения.

Теория упруго-ползучего тела Маслова — Арутюняна является в настоящее время наиболее признанной среди специалистов в применении к железобетону. Решение нелинейных задач теории упруго-ползучего тела сводится к исследованию нелинейных интегральных и интегро-дифференциальных уравнений Вольтерра второго рода, для решения которых используется метод малого параметра.

Описанные недостатки приводят к необходимости одновременно учитывать нелинейность деформаций ползучести и нелинейность упруго-мгновенных деформаций, а также принимать во внимание различие между механическими свойствами бетона при разных видах напряженного состояния. С другой стороны, встречающиеся на пути решения сложных систем нелинейных реологических интегро-дифференциальных и интегральных уравнений почти непреодолимые математические трудности потребовали разработки прикладных методов расчета, простых в физическом отношении и доступных при реализации в проектной практике. После алгебраизации поставленной задачи, система интегральных уравнений решается итерационным методом. Начальное приближение находится из решения упругой задачи.

Нелинейная постановка задач выдвигает ряд специфических проблем, среди которых ответственное место занимают вопросы аппроксимации нелинейной диаграммы материалов и разработки связанного с этой аппроксимацией аппарата расчета.

В связи с этим предлагается аппроксимация нелинейной зависимости кусочно-линейной функцией, описываемой единым образом на всем интервале непрерывности, и метод расчета с помощью такой аппроксимации до получения окончательных решений с использованием операторной оценки промежуточных корней.

Часто в литературе для аппроксимация нелинейной зависимости применяются упрощенные выражения [14, 17], например, рекомендуется запись П. И. Васильева — С. Е. Фрайфельда:

С щ ст.

Л;

В.2) где гк, тк — числовые параметры нелинейности деформирования, определяемые из опытов.

Для каждого возраста нагружения конструкции t0 это выражение легко линеаризуется, что становится удобным при назначении параметров нелинейности деформирования по экспериментальным данным [14, 17]: ек = ст.

1 + Л| щ.

СТ.

8*. откуда.

1п ст 5, Л.

— 1пг|£ + тк 1п У г ст.

В.З).

В.4).

Параметры нелинейности деформирования могут быть найдены из решения степенных линейных алгебраических уравнений типа (В.З). Параметр т определяет качество нелинейности по мере повышения напряжения, а параметр г) представляет собой степень изменения меры деформации по отношению к начальной мере деформации на момент разрушения материала. Кривая ст — с будет изменяться более плавно при уменьшении численного значения параметра т, ас ростом последнего будет удлиняться начальный участок диаграммы ст — б, на котором, как известно, зависимость между напряжениями и деформациями приближается к линейной. Конкретные числовые значения параметра т, относящегося ко всей диаграмме ст — в, необходимо корректировать на разных уровнях достигнутых напряжений из условия минимизации квадратичного абсолютного отклонения опытной и аппроксимирующей функций зависимости ст-е [13, 14].

Анализ результатов соответствующих опытов показывает, что нелинейность деформирования зависит, главным образом, от прочности материала. Так, в частности, для бетона и арматурной стали параметры г| и т следующие [13, 14]: при осевом сжатии бетона:

Лж =37,5/ К. ь', тм =5,7 + 0,05ЛйЛи = 45/Ллтя = 5 + 0,07Л4- при осевом растяжении бетона: т[м = 0,3 + 0,37/< = 0,8 + 0,23 ц’я=1,5- т’п «10- при осевом растяжении (сжатии) арматурной стали:

Л&bdquo- = 55,8 *103* 1/^-36,3- тш = 6,92 + 7,14 * 1010 * Д-3'79- цзп = -66,6 +16,6 * 1 / Л, — т&bdquo-=-1,3 + 0,66*1/^, где Яь — расчетное сопротивление бетона осевому сжатию (призменная прочность) —^{-расчетное} сопротивление стали.

Для бетона и стали можно сформулировать общую основную закономерность, что с увеличением прочности бетона и стали численные параметры г| и т уменьшаются, а нелинейность кривой, а — в будет становиться более регулярной и плавной. Предложенный подход к представлению деформирования материалов соответствует признанию их общей природы нелинейности. Такой подход упрощает решение задачи, так как не требует отдельно выделять линейную и нелинейную составляющие мгновенных и запаздывающих деформаций, соответственно [14].

Мгновенные деформации условно разделяются на линейную и нелинейную составляющие, соответствующие упругому и пластическому деформированию. «Учитывая единство мгновенного и пластического деформирования, а также наличие множителя гм в функции нелинейности им соотносят единую меру мгновенных упругопластических деформаций. Здесь первый член отражает линейную, упругую часть, а второе слагаемоенелинейную, пластическую часть» [14].

Деформации ползучести являются силовыми запаздывающими деформациями. Мерой ползучести обычно называют, несмотря на некоторую очевидную неточность, меру деформаций простой ползучести, которую обозначают как С*(/0,/) [14, 99, 101, 103 и другие]. Мера деформаций простой ползучести С * (/ 0, /) для стареющего бетона для расчетного времени / зависит от возраста бетона в момент начала нагружения /0, расчетного времени / и длительности нагружения (.

Аналогично мгновенным деформациям, запаздывающие деформации также, как правило, описываются для двух условных составляющих, т. е., функция нелинейности включает первую линейную составляющую, соответствующую упругому последействию, и вторую нелинейную составляющую, представляющую собой необратимую деформацию ползучести первого рода. Мера деформаций простой ползучести С*(/ О, 0с учетом множителя Г|"(А)>0 еДина Ддя обеих составляющих [14, 99, 101, 103].

С увеличением продолжительности нагружения диаграмма для меры простой ползучести растет, монотонно затухая во времени и асимптотически приближаясь при ¿—>со к некоторым предельным прямым, параллельным оси времени. Соответствующая предельная величина меры ползучести определена как предельная мера ползучести [14].

В.5).

В.6).

Поведение железобетона, как и поведение обычного бетона, можно описывать при определенных условиях формулами упруго-ползучей однородной среды [122, 129]. Допускается, что реологические свойства железобетона подчиняются линейной теории наследственной ползучести. Деформационные характеристики железобетона могут быть введены модулем упругости бетона Еь и двумя мерами ползучести железобетона Сы, См [122]: 1 т, А с (е, т).

ОД т).

0, (В. 7).

В, (В. 8).

Т> гей г 5С (7, 9) где кыу, т) — резольвента ядра-Еь— кму, т) — резольвента ядра.

А дО дС&-6), ,.

— Еь— А гей — приведенные площадь сечения и момент инер

I дв ции арматуры- 6 — момент времени, соответствующий возрасту бетона.

Как показал анализ работ, исследования напряженно-деформированного состояния пологих железобетонных ребристых оболочек, когда в них в эксплуатационной стадии проявляются такие свойства как физическая нелинейность, а также развивается ползучесть материалов при длительном на-гружении, проведены недостаточно. Таким образом, тема настоящей диссертационной работы актуальна.

Целью настоящей работы является комплексное исследование НДС железобетонных пологих ребристых оболочек с учетом физической нелинейности и возможности развития деформаций ползучести материала.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

— вывод уравнений деформирования пологих железобетонных ребристых оболочек с учетом развития деформаций ползучести материала;

— вывод уравнений деформирования пологих железобетонных ребристых оболочек с учетом физической нелинейности материала;

— разработка алгоритма решения нелинейных задач для пологих железобетонных ребристых оболочек;

— исследование прочности пологих железобетонных ребристых оболочек из разных классов бетона и определение допускаемой нагрузки на них;

— исследование влияния на НДС пологих железобетонных ребристых оболочек развития деформаций ползучести бетона при длительном нагруже-нии;

— исследование влияния физической нелинейности на НДС пологих железобетонных ребристых оболочек.

Научная новизна работы:

— разработана математическая модель деформирования пологих железобетонных ребристых оболочек с учетом дискретного введения ребер, сдвиговой и крутильной жесткости ребер, физической нелинейности, основанной на деформационной теории пластичности и развития деформаций ползучести материала на основе линейной теории наследственной ползучести;

— разработан алгоритм решения физически нелинейных задач и задач ползучести на основе метода Ритца и итерационных процессов;

— показано, что наличие ребер у оболочки существенно снижает ее прогибы и повышает допускаемую нагрузку на них;

— исследованы процесс роста прогибов оболочек при длительном на-гружении, приводящий к потере устойчивости, а также особенности протекания этого процесса для пологих железобетонных ребристых оболочек;

— установлено снижение допускаемой нагрузки со временем для пологих железобетонных ребристых оболочек при различной кривизне и разном числе подкрепляющих оболочку ребер;

— исследовано влияние физической нелинейности на НДС железобетонных оболочек и показано, что учет физической нелинейности меняет НДС оболочек и может привести к потере устойчивости.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

— математическая модель деформирования пологих железобетонных ребристых оболочек с учетом дискретного расположения ребер, сдвиговой и крутильной жесткости ребер, физической нелинейности, развития деформаций ползучести материала;

— методика исследования модели, основанная на методе Ритца и итерационных процессах и ориентированная на использование компьютерных технологий и программа расчета на ЭВМ напряженно-деформированного состояния рассматриваемых оболочек [Получено «Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2 011 613 074 Ро1о§ ОЬо1осЫса», 18 апреля 2011 г.];

— определение допускаемой нагрузки на пологие железобетонные ребристые оболочки из разных классов бетона из условия обеспечения прочности;

— исследование НДС оболочек при длительном нагружении и анализ потери устойчивости от ползучести для различных вариантов оболочек;

— исследование влияния физической нелинейности на НДС оболочек, приводящих к снижению величин допускаемой нагрузки на них.

Практическое значение работы состоит в том, что разработанная компьютерная программа исследования пологих железобетонных ребристых оболочек Ро^ОЬо1ос11ка может быть использована в проектных организациях, научных исследованиях и в учебном процессе. Результаты работы нашли внедрение в отчетах по гранту СПбГАСУ тема № ИН2−06 и в проекте «Аналитическая ведомственная целевая программа» Министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы (2009;2010 гг.)» тема № 2.1.2/6146.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 60-й, 61-й, 62-й и 64-ой международных научно-технических конференциях молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов «Актуальные проблемы современного строительства» (СПбГАСУ, 2007 г., 2008 г., 2009 г., 2011 г.), на.

63-й, 65-й, 66-й и 67-ой научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета (СПбГАСУ, 2006 г., 2008 г., 2009 г., 2010 г.), на Десятом Международном форуме НАС ТОГУ «Новые идеи нового века» (Хабаровск, ТОГУ, 2010). Полностью работа докладывалась на расширенном научном семинаре кафедры Прикладной математики и информатики под руководством д-ра физ.-мат. наук, профессора Б. Г. Вагера в 2009 г. и на расширенном научном семинаре этой же кафедры под руководством д-ра техн. наук, профессора С. Н. Никифорова в 2012 г.

Структура и объем работы. Текст диссертации изложен на 132 страницах, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 138 источников, в том числе 130 на русском языке, приложения на 3 страницах. Работа содержит 54 рисунков и 13 таблиц.

5.3. Выводы.

При учете физической нелинейности бетона, когда зависимость, а — в является криволинейной, деформации (а с ними и прогибы) оболочек существенно возрастают по сравнению с линейно-упругим решением. Значения тах наибольших безразмерных напряжений, а, при одних и тех же нагрузках, будут меньшими, чем при линейно-упругом решении для оболочек вариантов I и II, и большими — для оболочек варианта III. Но до потери прочности наступает потеря устойчивости для некоторых вариантов оболочек, что для железобетонных оболочек недопустимо. Таким образом, критические нагрузки, найденные при линейно-упругом деформировании, существенно снижаются. Выявлено, что происходит перераспределение напряжений по полю оболочки (максимальные напряжения смещаются к контуру оболочки).

Заключение

.

В диссертационной работе проведены следующие исследования:

1. Разработана математическая модель деформирования пологих железобетонных ребристых оболочек с учетом дискретного введения ребер, сдвиговой и крутильной жесткости ребер, физической нелинейности, основанной на деформационной теории пластичности и возникновения ползучести материала на основе линейной теории наследственной ползучести.

2. Разработан алгоритм исследования НДС и прочности пологих железобетонных ребристых оболочек при учете различных свойств бетона, основанный на методе Ритца и методе упругих решений A.A. Ильюшина, реализованный в виде программного комплекса для ЭВМ.

3. Определены допускаемые нагрузки, соответствующие потере прочности оболочек разных вариантов при их линейно-упругом деформировании с использованием критерия прочности, основанного на теории Кулона — Мора.

4. Исследовано НДС разных вариантов пологих железобетонных ребристых оболочек в линейно-упругой постановке, с учетом физической нелинейности бетона, с учетом развития деформаций ползучести бетона при длительном нагружении. В проведенных исследованиях варьировались толщина и кривизна оболочек, число подкрепляющих оболочку ребер, классы бетона.

Анализ результатов диссертационной работы позволяет сделать следующие выводы:

1. Проведен анализ распределения прогибов и напряжений по полю оболочек для выявления наиболее опасных зон при их линейно-упругом деформировании. Установлено, что на НДС пологих железобетонных ребристых оболочек существенно влияет изменение толщины или кривизны оболочки, числа подкрепляющих оболочку ребер, классов бетона.

2. Показано, что наличие ребер существенно снижает величины прогибов оболочек и повышает допускаемую нагрузку на них, определяемую из условий прочности. Увеличение допускаемой нагрузки, например, на оболочки, подкрепленные 18 ребрами, составляет от 150% до 220%, по сравнению с гладкими оболочками.

3. Как показали исследования, допускаемые нагрузки, найденные из условия прочности, в несколько раз меньше, чем критические нагрузки при потере устойчивости (например, для варианта оболочек I допускаемые нагрузки составляют 20% от критических нагрузок).

4. Исследования пологих железобетонных ребристых оболочек с учетом развития деформаций ползучести показали, что со временем происходит: а) перераспределение напряжений по полю оболочки и максимум напряжений наблюдается вблизи ее контуровб) потеря устойчивости оболочки со временемследовательно, допускаемые нагрузки на оболочку снижаются, что необходимо учитывать при проектировании конструкций, находящихся длительное время под нагрузкой.

5. При учете физической нелинейности бетона, когда зависимость, а — с является криволинейной, деформации (а с ними и прогибы) существенно возрастают при одних и тех же напряжениях по сравнению с линейно-упругим решением. Для некоторых оболочек до потери прочности наступает потеря устойчивости, что для железобетонных оболочек недопустимо. Следовательно, критические нагрузки на оболочки в условиях физической нелинейности бетона, понижаются по сравнению с критическими нагрузками, найденными при линейно-упругом деформировании.

6. Комплексные исследования НДС пологих железобетонных ребристых оболочек с использованием разработанного алгоритма позволяют более полно определить НДС конструкции и ее работоспособность и аргументировано задавать коэффициенты запаса прочности к. С использованием полученных результатов, можно подбирать соответствующую толщину проектируемой оболочки, размеры и число подкрепляющих оболочку ребер, надлежащее армирование по полю оболочки.