Влияние нелинейных реологических свойств бетона на неоднородное напряженно-деформированное состояние железебетонных элементов

В принятых на ХХУ1 съезде КПСС «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981;1985 гг. и на период на 1990 г.* /I/, отмечено, что основной задачей капитального строительства является дальнейшее наращивание производственного потенциала страны на новой технической основе.

В свете отмеченного, применительно к теории железобетона, требуется разработка более совершенных, надежных и экономичных методов и норм проектирования, отвечающих основным требованиям, предъявляемым к железобетонным конструкциям.

Наиболее важным в этом направлении является учет специфических особенностей деформирования конструкций, особенно в области действия высоких уровней напряжений.

Как известно, одной из основных характеристик напряженно-деформированного состояния является эпюра нормальных напряжений в сечении бетонных и железобетонных элементов. Существующие расчетные схемы недостаточно четко учитывают действительную картину напряженного состояния, идеализ1фуют физическую модель железобетона, в единообразной форме не учитывают нелинейность и неравновесность деформирования. Кроме того, не в полной мере учитывается фактор времени действия напряжений при построении эпюры. Имеющиеся предложения стремятся однозначной конфигурацией охватить все возможные случаи.

Диссертационная работа призвана восполнить этот пробел, что и определяет ее актуальность. Исследования проводились в соответствии с планом научно-исследовательских работ кафедры «Железобетонные конструкции» ВЗИСИ, проводимых совместно с.

НИИШБом Госстроя СССР по теме «Разработка указаний по численному учету влияния усадки и ползучести бетонов». втор выражает глубокую признательность и благодарность доктору технических наук профессору Бондаренко В. М. за ценные советы и замечания.

В процессе выполнения работы получены результаты, представляющие научный и практический интерес, которые выносятся автором на защиту.

Научная новизна: экспериментальным путем получена картина напряженно/деформированного состояния в нормальном сечении внецентренно-сжато-го бетонного элемента в условиях длительного действия неизменной по величине и эксцентриситету нормальной внешней продольной силыанализ опытных данных показал, что форма эпюры нормальных напряжений в значительной степени зависит от уровня внешней нагрузки и в меньшей степени от длительности воздействия нагрузкина основе теории упруго-ползучего тела разработана методика определения потерь предварительного напряжения в арматуре центральнои внецентренно-обжатых железобетонных элементов от ползучести и усадки бетона с учетом нелинейности деформирования, трещинообразования и т. д.;

Автор защищает: результаты экспериментальных исследований изменения нормальных напряжений, действующих в сечении бетонного элемента в усI ловиях длительной постоянной внецентренно приложенной внешней нагрузки с заданным эксцентриситетомметодику определения потерь цредварительного напряжения в арматуре центральнои внецентренно-обжатых элементов от длительно действующих фактороврезультата сопоставления расчетных потерь предварительного напряжения в арматуре, полученные разработанным методом, с имеющимися экспериментальными данными других исследователей.

Практическая ценность:

Результаты диссертационной работы вошли в окончательный проект «Руководства по учету усадки и ползучести при расчете бетонных и железобетонных конструкций». Прикладные результаты работы применялись при разработке проекта реконструкции котельной Дружковского метизного завода.

Предполагается использование полученных результатов цри составлении новых нормативных документов по расчету конструкций в НИИЖБе Госстроя СССР с целью разработки более экономичных методов расчета.

Результаты исследований были доложены на Х1У Научно-технической конференции ВЗИСИ (г.Москва, 1982) и семинаре молодых ученых и специалистов ВЗИСИ (г.Москва, 1982).

Диссертационная работа изложена на 129 с. машинописного текста, содержит 38 иллюстраций и II таблиц. Состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 116 наименований и четырех приложений.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС — М. Политиздат, 1981, — 223 с.

2. Александровский C.B., Попкова О. М. Нелинейные деформации бетона при сложных режимах загружения. — Бетон и железобетон, 1971, № I, — с- 27−32.

3. Александровский С. В., Колесников Н. А. Нелинейная ползучесть бетона при ступенчато изменяющихся напряжениях. — Бетон и железобетон, 1971, № 6, с.24−27.

4. Александровский C.B. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на температурные воздействия с учетом ползучести. -М.: Стройиздат, 1973, — 432 с.

5. Александровский C.B. Об одной интересной форме уравнений теории упругоползучего.тела. — В кн.: Проблемы ползучести и усадки бетона (прикладные задачи теории железобетона, связанные с длительными процессами). — М.: Стройиздат, 1974, с.6−23.

6. Александровский C.B., Уренев П. Ф. Потери предварительного напряжения от ползучести высокопрочного бетона. — Бетон и железобетон, 1978, № 11. с.31−33.

7. Александрии Р. А., Арутюнян Н. Х., Манукян М. М. Релаксационная задача об изгибе призматического стержня. — Известия АН СССР, ОТН, Механика и машиностроение,№ 1,1959,с.73−81.

8. Арутюнян Н. Х. Некоторые вопросы теории ползучести. — М., ГосстроЙиздат, 1952, — 323 с.

9. Арутюнян Н. Х. Ползучесть стареющих материалов. Ползучесть бетона. — В кн.: Механика в СССР за 50 лет. Механика деформируемого твердого тела, М.: Наука, 1972, т. З, с.155−202.

10. Арутюнян Н. Х., Александровский C.B. Современное состояние развития теории ползучести бетона. — В кн.: Ползучесть и усадка бетона и железобетонных конструкций: НИИЖБ М.: Стройиздат, 1976, с.5−96.

11. Байков В. Н., Горбатов C.B., Димитров З. А. Построение зависимости между напряжениями и деформациями сжатого бетонапо системе нормируемых показателей. — Известия ВУЗов. Строительство и архитектура, 1977, № 6, с.15−18.

12. Багдасаров С. А. Напряженно-деформированное состояние железобетонных элементов с учетом режима внешних воздействий. -Дисс.канд.техн.наук, M., 1982, — 201 е., ил.

13. Барашиков А. Я. Расчет железобетонных конструкций на действие длительных переменных нагрузок. — Киев, Будивельник, 1974, — 156 е., ил.

14. Беликов В. А. Исследование деформаций и напряжений в сечениях внецентренно сжатых колонн из высокопрочного бетона. -Научно-техническая информация. Межотраслевые вопросы строительства^ Отечественный опытХ M., 1968, вып.9, е.3−9./.

15. Берг О. Я., Рожков А. И. К учету нелинейной ползучести бетона. — Бетон и железобетон, 1967, № 9, с.29−32.

16. Берг О. Я., Щербаков E.H., Писанко Г. Н. Высокопрочный бетон.-М., Стройиздат, 1971, — 208 с.

17. Бондаренко В. М. Некоторые вопросы нелинейной теории железобетона. — Харьков, ХГУ, 1968, — 324 с.

18. Бондаренко В. М. Метод интегральных оценок в теории железобетона. — Известия ВУЗов. Строительство и архитектура, 1982, № 12, с.3−15.

19. Бондаренко В. М., Бондаренко C.B. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. — М.: Стройиздат, 1982, — 287 с.

20. Бондаренко C.B., Назаренко В. Г. Методика теории ползучести.-M.: 1981, — 154 с.

21. Васильев П. И. Некоторые вопросы пластических деформаций бетона. — Известия ВНИИГ, т.49, 1953, с.83−113.

22. Васильев П. И. К вопросу выбора феноменологической теории ползучести бетона. — В кн.: Ползучесть строительных материалов и конструкций. М., Стройиздат, 1964, с.106−114.

23. Васильев П. И. Нелинейные деформации ползучести бетона. -Известия ВНИИГ, т.95, 1971, с.59−69.

24. Гагарин Ю. А. Исследование напряженно-деформированного состояния сечений внецентренно сжатых элементов транспортных сооружений из бетона повышенной прочности. — Дисс.канд.техн. наук, M., 1977, — 141 с. ил.

25. Гвоздев A.A. 0 пересмотре способов расчета железобетонных конструкций и о первых его результатах. М. — Л., Госстройиздат, 1934, — 49 е., ил.

26. Гвоздев A.A. Температурно-усадочные напряжения в бетонныхблоках и массивных сооружениях. — М., Сб.тр.МИСИ, № 17, Гос-стройиздат, 1957, с.11−43.

27. Гвоздев A.A. 0 некоторых новых исследованиях ползучести бетона. Влияние скорости нагружения, гибкости и крутящих моментов на прочность железобетонных конструкций, — М.: Строй-издат, 1970, — 247 е., ил.

28. Гибшман М. Е., Кизирия Г. В. Ползучесть, усадка и местные напряжения железобетонных предварительно напряженных конструкций мостов. — М., Автотрансиздат, 1959, — 180 е., ил.

29. Гвоздев A.A., Чистяков Е. А., Шубин A.B. Исследование деформаций и несущей способности гибких сжатых железобетонных элементов с учетом длительного действия нагрузки. — В кн.: Прочность и жесткость железобетонных конструкций, М., НИИЖБ, 1971, с.5−13.

30. Гольденблат И. И., Николаенко H.A. Теория ползучести строительных материалов и ее приложение. — М., Госстройиздат, I960, -256 с., ил.

31. Голышев А. Б. К совершенствованию инженерных методов расчета статически неопределимых железобетонных конструкций с учетом фактора времени. — В кн: Строительные конструкции, вып.XXI.'. Киев, Будивельник, 1973, с. 124−132.

32. Голышев А. Б., Руденко И. В. К решению некоторых прикладных задач теории ползучести бетона. — В сб.: Строительные конструкции, вып. ХХП, Киев, Будивель’ник, 1973, с. 120−125.

33. Голышев А. Б., Полищук В. П., Руденко И. В. Расчет железобетонных конструкций с учетом фактора времени. — Киев, Будивельник, 1975, —112 е., ил.

34. Голышев А. Б. Расчет несущей способности железобетонных элементов по нормальным сечениям. — В кн.: Несущая способность и деформативность железобетонных конструкций. Сборник науч. трудов, Киев, Вшца школа, 1978, с.12−18.

35. Гусаков В. Н. Напряженно-деформированное состояние длительно внецентренно сжатых железобетонных элементов с полностью сжатыми нормальными сечениями. — В сб. трудов ВНИИСтрома, вып.47(75). М., 1982, с.38−46.

36. Гуща Ю. П., Мамедов Т. И. Экспериментальное исследование процессов деформирования и разрушения сжатой зоны изгибаемых элементов. — В кн. Вопросы прочности, деформативности и трещиностойкости железобетона, Ростов-на-Дону, 1974,.

37. Гуща Ю. П. Расчет железобетонных конструкций по предельным состояниям второй группы. — «Бетон и железобетон», 1976, № 6, с. 8−10.

38. Дафин Р., Питерсон Э., Зенер К. Геометрическое программирование. — М., Мир, 1972. — 311 с.

39. ЕКБ-ФИП. Международные рекомендации для расчета и осуществления обычных и предварительно напряженных конструкций (русский перевод). — М., НИМБ Госстроя СССР, 1970. — 234 с.

40. Житомирский А. И., Кобзев Н. В. Определение напряжений в бетонных внецентренно сжатых элементах методом краевых деформаций. — В кн.:Проблемы строительства в нефтегазоносных районах Тюменской области. Тюмень, 1974, с.36−44.

41. Ильин О. Ф., Семенов П. П. Обобщенный метод расчета прочности, жесткости и трещиностойкости нормальных сечений изгибаемых внецентренно-сжатых железобетонных конструкций при различных предельных состояниях. М., НИИЖБ, 1982, с.127−139.

42. Карапетян К. С. Ползучесть бетона при высоких напряжениях. -Известия АН Арм. ССР, сер.физ.-мат., естеств. и техн. наук, 1953, т. У1, № 2, с.79−89.

43. Карапетян К. С. О теоретических и экспериментальных исследованиях в области теории ползучести. -Известия АН Арм. ССР, Механика, 1976, в XXIX, № I, с.27−38.

44. Карпенко Н. И. О расчете деформаций ползучести бетона способом Тт. — Строительная механика и расчет сооружений, 1979, № 5, с.39−43.

45. Карпенко Н. И., Петров А. Н. К определению нелинейных и быстро-натекающих деформаций ползучести бетона. — В сб.: Поведение бетонов и элементов железобетонных конструкций при воздействии различной длительности. — М., 1980, — 157 с.

46. Карпенко Н. И., Мухамедиев Т. А. К расчету прочности нормальных сечений изгибаемых элементов. — Бетон и железобетон, 1983,№ 4, с.11−12.

47. Катин Н. И. Исследование ползучести бетона при высоких напряжениях. — В кн.: Исследование свойств бетона и железобетонных конструкций. М., Тр. НИИЖБ, 1959, вып.4, с. 74−153.

48. Каганов JI.M. Теория ползучести. — М., Наука, i960, — 455 с.

49. Кизирия Г. В. Расчет конструкций с учетом деформаций ползучести бетона. — Тбилиси, Мецниереба., 1969, — 130 е., ил.

50. Кийсс И. А. К нелинейной теории ползучести бетона. — Издательство Таллинского политехнического института, Таллин,№ 135, 1958, — 31 с.

51. Кичигина Г. И., Щербаков Б. Н. Метод расчета потерь предварительного напряжения от ползучести бетона. — Известия ВУЗов. Строительство и архитектура, 1972, № 5, с.14−19.

52. Колтунов М. А. Ползучесть и релаксация. — М.: «В.Ш.», 1976, — 277 е., ил.

53. Крзун С. И. Экспериментальное исследование усадки и ползучести аглопоритобетона. — Бетон и железобетон, 1966, № 2,с.29−32.

54. Крыло в С. М. Влияние неупругих свойств железобетона на работу и распределение усилий в статически неопределимых конструкциях, — М., 1975,.

55. Декишвили Г. Л. Работа внецентренно сжатых коротких элементов при малых эксцентриситетах. Автореферат дисс.: на соискание ученой степени канд.техн.наук, — Тбилиси, 1967,.

56. Лемыш Л. Л. Учет работы растянутого бетона над трещинами при определении ширины их раскрытия. — Бетон и железобетон, 1977, № 6, с. 39−41.

57. Лещинский М. Ю. Испытание бетона. Справочное пособие. — М.: Стройиздат, 1980, — 360 е., ил.

58. Лившиц Я. Д. Расчет железобетонных конструкций с учетом влияния усадки и ползучести бетона. — 2-е издание перера,• ботанное и дополненное. — Киев," Вища Школа", 1976, — 280 с.

59. Лолейт А. Ф. 0 пересмотре теории железобетона. — Доклад на П Всесоюзной конференции по бетону и железобетону. М., 1932.

60. Макаревич A.A. Об определении напряжений в прямоугольном стержне под действием момента и осевой силы при произвольной диаграмме работы материала. — Известия ВУЗов. Строительство и архитектура, 1967, № 12, с.163−172.

61. Макаревич A.A. 0 предпосылках расчета бетонных и железобетонных элементов при действии момента и осевой силы. — Известия ВУЗов. Строительство и архитектура, 1969, № 4, с.3−11.

62. Манукян Э. Л. Нелинейная ползучесть бетона при сжатии. — В сб. научно-технической конференции гидротехнического факультета Ленинградского политехнического института. — Л., 1966, с.100−101.

63. Маркаров H.A., Ибрагимов А. М. Определение напряжений в бетоне в момент его обжатия. — Бетон и железобетон, 1982, № 4, с. 23.

64. Маркаров H.A. Учет технологических факторов при расчете цреднапряженнмх конструкций. — В кн.: Совершенствование конструктивных форм, методов расчета и проектирования железобетонных конструкций. — М., НИИЖБ Госстроя СССР, 1983, с.30−37.

65. Маслов Г. Н. Термическое напряженное состояние бетонных массивов при учете ползучести бетона. — Л., Известия ВНИИГ, т.28, 1941, с.175−188.

66. Мельник Р. А., Пацула А. Я. Опытное обоснование функции напряжений для аналитического выражения нелинейной ползучести бетона. — В кн.: Длительные деформативные процессы в бетонных и железобетонных конструкциях. — М., Стройиздат, 1970, с.38−44.

67. Методические рекомендации по исследованию усадки и ползучести бетона. — М., НИИЖБ, 1975, — 117 с.

68. Михайлов К. В. Предварительно-напряженные железобетонные конструкции (теория, расчет и подбор сечений). — М., Стройиздат, 1978, — 383 е., ил.

69. Мурашев В. И. Трещиностойкость, жесткость и прочность железобетона. — М., Машстройиздат, 1950, — 268 с.

70. Назаренко В. Г. Построение эпюры нормальных напряжений во внецентренно нагруженном бетонном элементе. — В сб.: Здания и сооружения сельскохозяйственного назначения. Методы статических и теплофизических расчетов. — М., ЦНИИЭПсельстрой, 1981, с. 4752.

71. Назаренко В. Г. О решении задач определения напряженно-деформи-рованншзо состояния сечений железобетонных элементов. — В сб.: Конструкции и строительная физика зданий и сооружений сельскохозяйственного назначения. — М., ЦНИИЭПсельстрой, 198 0., с. 31−42.

72. Панарин Н. Я. Некоторые вопросы расчета армированного и неар-мированного бетона с учетом ползучести. — Л.-М., Госстройиз-дат, 1957, — 75 с.

73. Пастернак П. Л. Замечания к проекту новых норм проектирования железобетонных конструкций. — Строительная промышленность, 1944, № 7, с.20−23.

74. Полшцук В. П. Некоторые релаксационные задачи в центрально нагруженной призме. — В сб.: Исследования по бетону и железобетону. Тр. ЧПИ, 1971, № 96, с.101−106.

75. Прокопович И. Е. Влияние длительных процессов на напряженное и деформированное состояние сооружений. — М., Стройиз-дат, 1963, — 260 с.

76. Прокопович И. Е. Зедгенидзе В.А. Прикладная теория ползучести. — М.: Стройиздат, 1980, — 240 е., ил.

77. Пухонто Л. М., Соколов В. К. и др. Расчеты строительных конструкций сельских зданий на электронных вычислительных машинах. (Обзор). — М., 0НТИ, 1968, — 121 с.

78. Работнов Ю. Н. Ползучесть элементов конструкций. — М., Наука, 1966, — 752 е., ил.

79. Рекомендации по экспериментальному определению деформаций усадки и ползучести бетонов. — Киев, НИИСК, 1974, — 28 с.

80. Ржаницын А. Р. Некоторые вопросы механики систем деформирующихся во времени. — М., Гостехиздат, 1949, — 252 с.

81. Ржаницын А. Р. Теория ползучести. — М.: Стройиздат, 1968, — 416 с.

82. Ржаницын А. Р. Строительная механика. — М., Высшая школа, 1982, — 400 е., ил.

83. Розовский М. И. Ползучесть и длительное разрушение материалов. — Ю АН СССР, т. XXI, вып. П, 1951, с.1311−1318.

84. Руководство по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения). — М., Стройиздат, 1977, — 328 с.

85. Руководство по проектированию предварительно-напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона. — М.: Стройиздат, 1977, — 288 е., ил.

86. Рюш Г. Исследование работы изгибаемых элементов с учетом упруго-пластических деформаций бетона. — В кн.: Материалы международного совещания по расчету строительных конструкций. М., Госстройиздат, 1961, с.183−199.

87. Салау М. А. О взаимном влиянии усилий в арматуре, А и А' на потери предварительного напряжения в железобетонном элементе от ползучести бетона. — Известия ВУЗов, Строительство и архитектура, 1982, № I, с.8−11.

88. Серых Р. Л. Ползучесть некоторых видов бетона при сжатии.-Бетон и железобетон, 1981, № II, с.II.

89. Столяров Я. В.

Введение

в теорию железобетона. — М.-Л., Госстройиздат, Материалы по строительству и архитектуре, 1941, — 447 е., ил.

90. Стулий Н. Г. Определение коэффициента пластичности бетона при центральном сжатии с некоторой постоянной скоростью загружения. — В сб.: Железобетонные конструкции, вып.2(31), Харьков, ХГУ, 1964, с.57−62.

91. Улицкий И. И., Скатынский В. И. Оборудование для исследования бетона и железобетона при длительном действии нагрузки. — Киев, 1962, — 32 е., ил.

92. Улицкий И. И., Метелюк Н. С., Реминец Г. М. Жесткость изгибаемых железобетонных элементов. — Киев, Госстройиздат УССР, 1963, — 86 е., ил.

93. Улицкий И. И. Теория и расчет железобетонных стержневых конструкций с учетом длительных процессов. — Киев, Буди-вельник, 1967, — 348 с.

94. Яшин A.B. Ползучесть бетона при длительном загружении и закономерности его разрушения и деформаций. В кн. -Материалы У1 конференции пв бетону и железобетону. -М., 1966, с.19−24.

95. Brice, L.P. «Essaie de mesure des contraintes daus Pulication, International Assn for Bridge and structural Engineering. Zurich, viO, nov. 1950».

96. Eibl I., Ivanyi G. Studie zum Trad — und Verformungsverhalten von. Stahlbeton Deutscher Ausschuss fur Stahlbeton, Heft 260, Berlin, 1976.

97. Eibl I., Pelle K. Zur Berechnung von Spannbandbruckeni Flache Hangebander, Dusseldorf. Werner, 1973″ - VI. 93 s.

98. Fintel M. Handbook of concrete Engineering, New York a.o., Van Nostrand Reinhold, 1974, — 801 p.

99. Her L.A., Vandergrift, L.E. «Studees of compressive Stress». Pisstribution in Simply Reinforced Coucrete Near the Point of Failure", Proseedings. Highway Recearch Board, v 30, 1950.

100. Hognestad, E., Hanson N.W. and Mc. Henry.D. «Concrete stoese Distribution in Ultimate strength Design». ACY Iournal v 27, No 4, Dec. 1935 (proceeding v 52).

101. Parme, A.L. Discussion of paper by G.P. siess, «Review of Research on Ultimate Strength of Reinforced Concrete Membess. ACT, Iournal, 1952 (proceeding v 48).

102. Perchat, I. «Basic assumptions», Bulletin d’information, N 82, Leningrad, Mai, 1972, p.1−48.

103. Persoz B. Le principe de superposition de Bolzmann. — Cahier Groupe fraritudes rhicl. 1957″ 2, N 1.