Живучесть железобетонных рам при внезапных запроектных воздействиях (стр. 1 )

На правах рукописи

ЖИВУЧЕСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РАМ
ПРИ ВНЕЗАПНЫХ ЗАПРОЕКТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Специальность 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Орел 2006

Работа выполнена в Орловском государственном техническом университете.

Научный руководитель:	- академик РААСН, доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:	- доктор технических наук, профессор - кандидат технических наук, доцент
Ведущая организация	Московский государственный строительный университет

Защита состоится «15» декабря 2006 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного Совета ДМ 212.182.05 при Орловском государственном техническом университете г. Орел, Наугорское шоссе, 29, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Орловского государственного технического университета (ОрелГТУ).

Автореферат разослан «14» ноября 2006 г

Ученый секретарь

диссертационного  Никулин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В связи со значительным износом основных фондов в стране и, соответственно, с ростом аварийных ситуаций техногенного характера проблема обеспечения конструктивной безопасности строительных систем приобретают все большее значение. Одной из важнейших задач этой проблемы является задача предотвращения прогрессирующего обрушения несущих конструкций зданий. Большое значение здесь приобретают вопросы прогнозирования резервов несущей способности конструктивных систем из упруго-хрупкопластических материалов при полном или частичном внезапном разрушении отдельных элементов. С позиции строительной механики здесь возникает необходимость расчета таких систем как конструктивно нелинейных с внезапными динамическими догружениями, а в случае железобетонных конструкций – как дважды нелинейных систем с учетом динамических эффектов, возникающих при внезапном разрушении компонент композиционного упруго-хрупкопластического конструктивного элемента. Целью такого расчета является определение приращений динамических усилий в неразрушенных элементах конструктивной системы с внезапно выключенной связью, формулировка критериев живучести и, как результат, – создание адаптационных конструктивно-технологических принципов, исключающих лавинообразное разрушение. Решению этих задач в настоящее время, в силу известных обстоятельств, стало уделяться значительное внимание. Тем не менее, большинство научных публикаций носят все еще постановочный характер. Отсутствие научных знаний о деформировании и разрушении конструкций при внезапных запроектных воздействиях сдерживает развитие теории и методов расчета и проектирования строительных систем с заданным уровнем живучести.

Цель работы - развитие элементов теории и практических методов расчета живучести железобетонных конструкций при внезапных запроектных воздействиях с учетом эксплуатационного накопления повреждений.

Научную новизну работы составляют:

-  расчетная модель силового сопротивления и критерии живучести эксплуатируемых рамно-стержневых железобетонных конструкций при внезапных запроектных воздействиях с учетом предыстории нагружения, износа и повреждений;

-  результаты экспериментальных исследований временной живучести внезапно повреждаемых железобетонных рамных систем с элементами слоистого сечения;

-  алгоритм и программа для анализа живучести железобетонных рамно-стержневых конструкций с учетом эксплуатационного износа и повреждений;

-  результаты численного анализа деформирования и разрушения внезапно повреждаемых рамных железобетонных конструкций при варьировании структуры сечения элементов, времени воздействия, топологии конструктивной системы и других факторов.

Автор защищает:

-  теоретические предпосылки и расчетные зависимости для оценки временной живучести рамно-стержневых железобетонных конструкций при внезапном выключении в них связей с учетом предыстории нагружения, эксплуатационного износа и повреждений;

-  методику и результаты экспериментальных исследований временной живучести внезапно повреждаемых железобетонных рамных систем с элементами слоистого сечения;

-  методику, алгоритм и программу расчета для оценки временной живучести физически и конструктивно нелинейных железобетонных рамных систем при внезапном выключении из работы отдельных элементов;

-  результаты численных исследований живучести внезапно повреждаемых эксплуатируемых железобетонных рамных конструкций в запредельных состояниях;

-  рекомендации по повышению адаптационной приспособляемости эксплуатируемых железобетонных рамных конструкций и их защите от прогрессирующих обрушений.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов основывается на использовании общепринятых допущений строительной механики и механики железобетона, сопоставлении теоретических результатов с экспериментальными, а также результатами многовариантных численных исследований живучести рассматриваемых конструктивных систем.

Практическое значение и реализация результатов работы

Разработанный теоретический аппарат позволяет анализировать деформирование и разрушение эксплуатируемых железобетонных рамных конструкций в запредельных состояниях, вызванных внезапным выключением в конструктивной системе отдельных элементов. Такой анализ, в дополнение к основным положениям расчета конструкций по предельным состояниям, дает возможность выполнять количественную оценку кратковременной живучести рассматриваемых конструкций.

Результаты проведенных исследований были использованы Орловским академическим научно-творческим центром РААСН при выполнении расчетов реконструируемых зданий бывшего газетно-журнального комплекса в г. Орле, при выполнении научных исследований в рамках подпрограммы 2.2.19.1 «Основы теории и технологии безопасности строительной инфраструктуры, зданий и сооружений с учетом специфических природно-климатических и техногенных условий. Нормативное обеспечение» плана фундаментальных и прикладных научных исследований РААСН на 2006 г. Результаты исследований также внедрены в учебный процесс Орловского государственного технического университета.

Апробация работы и публикации

Результаты исследований докладывались и обсуждались на IV – ой Международной научно-практической интернет-конференции «Состояние современной строительной науки – 2006» (г. Киев, 2006 г), на IV-ой Международной научно-практической интернет-конференции "Энерго - и ресурсосбережение - XXI век " (г. Орел, 2006 г.) и на Международных академических чтениях "Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения" (г. Курск, 2006 г.)

В полном объеме работа доложена и одобрена на заседании кафедры строительных конструкций и материалов Орловского государственного технического университета (г. Орел, июнь 2006 г.).

По теме диссертации опубликовано 7 научных работ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения с основными выводами, списка литературы и приложений. Она изложена на 224 страницах, включающих 175 страниц основного текста, 38 рисунков, 4 таблицы, список литературы из 217 наименований и 2 приложения (49 стр.).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой темы, приведены общая характеристика работы и основные положения, которые автор выносит на защиту.

В первой главе представлен обзор современного состояния методов расчета и нормирования безопасности железобетонных стержневых конструкций при проектных и запроектных воздействиях. Рассмотрена современная концептуально-теоретическая основа повышения безопасности железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений, как конструктивно и физически нелинейных систем. Отмечается, что существующая нормативная база и современные методы расчета в отечественной и зарубежной практике базируются на основополагающих положениях метода предельных состояний. Они позволяют определять и оценивать параметры напряженно-деформированного состояния конструкций на этапах, предшествующих наступлению предельных состояний, и при возникновении этих состояний.

К настоящему времени отечественными и зарубежными учеными проведен значительный объем исследований в области создания расчетных моделей силового сопротивления железобетонных конструкций (работы , , , , Вл. И. Колчунова, ,
, , А. Чена, М. Саргена, и др.). Однако эти методы не позволяют в полном объеме анализировать процессы деформирования и разрушения эксплуатируемых конструкций при внезапных запроектных воздействиях.

При всех положительных моментах действующих и создаваемых современных нормативных документов эти модели базируются на сугубо традиционных воззрениях концепции конструктивной безопасности. Они не отражают всех особенностей напряженно-деформированного состояния эксплуатируемых железобетонных конструкций при импульсных запроектных воздействиях и, как следствие, не позволяют оценить их конструктивную безопасность при таких воздействиях с учетом динамических догружений.

В отечественной и мировой практике накоплен определенный опыт по изучению причин, последствий, скорости проявления, диапазона отказов сооружений и предложены варианты классификации этих отказов. В этой связи в разное время , затем , , и др. исследователями было сформулировано понятие конструктивной безопасности и обозначены основные факторы определяющие эту безопасность. Ими и их последователями (, Д. О. Астафьевым, ,
, ,
, ,
и др.) были заложены основы расчета конструктивной безопасности систем, в частности, железобетонных конструкций с учетом предыстории изготовления и накапливающихся в процессе эксплуатации повреждений с использованием вероятностных и полувероятностных методов. Наибольшее число исследований последних лет по затронутой проблеме было связано с оценкой надежности строительных конструкций и применением вероятностных методов оценки предельных состояний. Однако, ряд названных и других направлений этой проблемы остаются пока вне поля зрения исследователей. В частности, недостаточно исследований в области силового сопротивления железобетонных конструкций при внезапных выключениях из работы отдельных элементов, вызванных ошибками при проектировании, строительстве и эксплуатации, аварийными и другими чрезвычайными ситуациями. Отдельные работы этого направления (, , , Г. Аугусти, , и др.) носят пока ещё постановочный характер и не отражают всей специфики работы железобетона при запроектных воздействиях.