Силовое сопротивление железобетонных пространственных конструкций покрытий и перекрытий зданий и сооружений (27.04.2009)

Автор: Боровских Александр Васильевич

- рекомендации по проектированию и изготовлению облегченных крупнопустотных панелей многосвязного поперечного сечения;

- предложения по различным конструкциям эффективных сборных железобетонных пространственных элементов перекрытий и покрытий в виде прямоугольных плит-оболочек со вспарушенной и шатровой поверхностями, в том числе ребрами вверх или вниз;

- результаты экспериментальных исследований железобетонных плит-оболочек ребрами вверх и вниз, охватывающие все стадии деформирования при нагружении и различные схемы разрушения;

- результаты оптимального проектирования геометрических параметров плит-оболочек;

- методику и алгоритмы нелинейного расчета плит-оболочек по двум группам предельных состояний, единую для панелей с криволинейной и многогранной поверхностями;

- результаты численных экспериментов, анализа напряженно-деформированного состояния и практических методов нелинейного расчета железобетонных плит-оболочек в зависимости от широкого круга конструктивных особенностей и совместности работы с контурными элементами;

- методику расчета несущей способности плит-оболочек при различных схемах излома на основе кинематического метода предельного равновесия;

- рекомендации по конструированию плит-оболочек, принципов армирования в зависимости от их формы и условий опирания.

Научную новизну работы составляют:

- предложения по новым конструктивным решениям железобетонных панелей многосвязного поперечного сечения с крупными пустотами и пространственных элементов покрытий и перекрытий в виде плит-оболочек со вспарушенной и шатровой внутренней поверхностью.

- результаты экспериментальных исследований, полученные на натурных крупнопустотных панелях с искусственным швом сдвига, которые позволили проверить рабочие гипотезы податливости продольных связей между пустотами и получить конкретные числовые значения податливости этих связей.

- практические способы и алгоритмы расчета облегченных железобетонных панелей по деформативности и прочности с учетом податливости продольных связей при двух возможных случаях исчерпания несущей способности, результаты численных исследований и их анализ.

- рекомендации по проектированию и изготовлению облегченных крупнопустотных панелей многосвязного поперечного сечения, в том числе с использованием существующих технологических линий по производству типовых многопустотных плит.

- метод расчета плит-оболочек на основе моментной технической теории пологих оболочек переменной кривизны и толщины с интегрированием системы разрешающих дифференциальных уравнений задачи модифицированным методом Бубнова - Галеркина, что позволило учесть совместность работы плиты-оболочки с контурными ребрами, испытывающими осевое растяжение, кручение и изгиб в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

- методика и алгоритмы нелинейного расчета плит-оболочек по двум группам предельных состояний, единые для панелей с криволинейной и многогранной поверхностями, а также методика расчета несущей способности плит-оболочек при различных схемах излома на основе кинематического метода предельного равновесия.

- результаты оптимизации геометрических параметров плит-оболочек и численных экспериментов, позволившие определить влияние на ее НДС характера распределения нагрузок, краевых условий, формы и толщины плиты-оболочки и эксцентриситета ее сопряжения с контурными ребрами, а также изменения жесткости контурных ребер при растяжении, кручении и изгибе в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

- рекомендации по конструированию плит-оболочек, в том числе учитывающие особенности армирования конструкций, характеризующихся переменной толщиной поля панелей.

Достоверность выводов и рекомендаций диссертации подтверждается хорошей сходимостью результатов экспериментов на натурных конструкциях и их моделях с расчетами по разработанным методам оценки деформативности и несущей способности предлагаемых конструкций.

Практическое значение работы заключается в решении важной научно-технической проблемы, включающей сложные вопросы теории конструктивных форм и теории расчета конструкций.

Развитие теории конструктивных форм связано с совершенствованием известных и разработкой новых конструктивных форм элементов пространственных железобетонных конструкций перекрытий и покрытий зданий в виде крупнопустотных панелей многосвязного поперечного сечения и плит-оболочек со вспарушенной и шатровой поверхностями.

Введен экспериментально апробированный прием направленного управления НДС конструкций с помощью регулирования геометрических параметров, жесткости и армирования функционально различных частей элементов перекрытия, что привело к значимому эффекту при обеспечении требуемого силового сопротивления по прочности, деформативности и трещиностойкости.

Развитие теории расчета конструкций включает разработку прикладных способов качественных и количественных оценок силового сопротивления названных элементов пространственных железобетонных конструкций покрытий и перекрытий зданий при комплексном учете известных и новых экспериментально выявленных физических, геометрических факторов влияния на НДС конструкций (геометрической нелинейности, физической нелинейности и трещинообразования, перераспределения усилий, податливости и деформирования различных частей элементов, граничных условий, форм разрушения и т.п.).

На базе моментной технической теории пологих оболочек с использованием модифицированного метода Бубнова-Галеркина, а также кинематического метода предельного равновесия, созданы инженерно приемлемые алгоритмы нелинейного расчета, подтвержденные аналитической корректностью внесенных предложений, и осуществлены лабораторная и натурная экспериментальные апробации теоретических результатов.

Реализация работы.

Разработанные конструкции крупнопустотных панелей многосвязного поперечного сечения и пространственные конструкции в виде плит-оболочек могут быть рекомендованы для использования в качестве панелей междуэтажных перекрытий зданий, в том числе безбалочных перекрытий.

Высокие технико-экономические показатели предлагаемых конструкций, характеризующиеся снижением расхода материалов в сравнении с применяемыми в жилищном строительстве многопустотными настилами или плитами сплошного сечения на 20-30%, способствуют решению важной народно хозяйственной задачи снижения материалоемкости строительной продукции. Указанные показатели реализуются на основе существующей базы стройиндустрии, без существенного увеличения капиталовложений в ее перевооружение.

Производство крупнопустотных панелей перекрытий осуществляется на ЖБИ в г. Москве.

Предложенные методы расчетов позволяют выполнять с их помощью обоснованное проектирование покрытий и перекрытий зданий с применением рекомендованных видов конструкций. Они изложены в ряде изданий, рекомендованных в качестве учебных пособий и методических указаний по расчету и проектированию железобетонных плит перекрытий, которые используются в учебном процессе для специальности ПГС.

Апробация работы:

Результаты проведенных исследований были представлены и доложены на научных сессиях, конференциях и семинарах.

1. На Ученом Совете при Председателе Совета Федерации при рассмотрении проекта строительства жилого комплекса. (г. Москва – 2000 г.)

2. На Международной научно-практической конференции в г. Белгороде, (БелГТАСМ – 2000 г.)

3. На Международной научно-практической конференции в г. Смоленске, (Смоленск - 2001 г.)

4. На Научно-Техническом Совете в Министерстве строительства Правительства Московской области. (Москва, 2001-2003 гг.)

5. На конференции Мордовского университета. (г. Саранск– 2002 г.)

6. На научных семинарах кафедры железобетонных конструкций МИКХиСа (Москва – 2004, 2005, 2006, 2007 гг.)

7. На научных сессиях Межрегиональной общественной организации и Научного Совета РААСН “Пространственные конструкции зданий и сооружений” – 2005, 2007, 2008, 2009 г. (Москва - РААСН)

8. На научно-техническом Совете “Жилстрой” Правительства Московской области (Москва – 2005 г.)

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и общих выводов и списка литературы. Она изложена на 379 страницах, включающих 340 страниц основного текста, 128 рисунков, 31 таблицу, список литературы из 383 наименований, приложение.


загрузка...