Совершенствование методов экспериментальных исследований и методов расчета конструктивных элементов и узлов соединений на сложные режимы нагружения: переменные, знакопеременные, циклические, динамические

Совершенствование методов экспериментальных исследований и методов расчета конструктивных элементов и узлов соединений на сложные режимы нагружения: переменные, знакопеременные, циклические, динамические

2011−2012 гг.

Область науки – строительные науки

Организация-исполнитель – НИИСФ РААСН.

Научные руководители −

Новизна и актуальность полученных результатов

Большинство строительных конструкций в процессе эксплуатации подвергаются повторным воздействиям, при которых временная нагрузка периодически снимается и прикладывается вновь через определенный промежуток времени. Дальнейшее развитие теории железобетона в рамках действующих норм и по деформационным моделям в соответствии с СП для режимных нагружений сдерживается отсутствием прямых опытных данных, характеризующих фактическое напряженное состояние конструкций, а также отсутствием расчетных схем распределения усилий и напряжений в сечениях с трещинами, физических соотношений, устанавливающих связь между циклическими воздействиями и деформациями: при разгрузке и повторном нагружении. Проведены комплексные экспериментальные исследования на призматических образцах и получены новые экспериментальные данные по указанной проблеме. Ппри построении диаграмм деформирования бетона и арматуры не учитываются усадочные напряжения и деформации в железобетонных конструкциях, которые могут приводить к усадочным трещинам, особенно при твердении бетона в естественных условиях. Получены новые экспериментальные данные и разработана теоретическая модель по учёту усадочных деформаций бетона в железобетонных конструкциях.

В основу современных методов расчета железобетонных конструкций и узлов соединения все в большей степени начинает закладываться деформационные (диаграммные) модели. Однако для их развития необходимы соответствующие экспериментальные и теоретические исследования диаграмм деформирования элементов и узлов соединения при однократных и многократных нагрузках – разгрузках и особенностях их применения для оценки несущей способности по двум группам предельных состояний. Проведение таких исследований и определяет актуальность и новизну данной работы по развитию деформационной модели.

Выявлены резервы прочности стыков арматуры при помощи муфт на резьбе путем сопоставления их диаграмм, диаграмм деформирования цельных стержней и диаграмм деформирования бетона. Показано, что на резервы прочности влияет класс бетона и допустимые деформации бетона на нисходящей ветви до уровней 0,85 , где– напряжения бетона в вершине диаграммы.

Выявлены циклы попеременной нагрузки–разгрузки стыковых резьбовых соединений арматуры, при которых наступает полная стабилизация диаграмм нагрузки – разгрузки.

Методика исследований

Развитие теоретических методик осуществлялось на базе обширных экспериментальных исследований.

Комплексные экспериментальные и теоретические исследования были проведены по изучению влияния усадочных деформаций на деформации и трещиностойкость железобетонных образцов.

Для проведения экспериментальных исследований изготовлены пять серий образцов, которые отличались составом бетонной смеси и диаметром арматуры.

Одновременно с армированными образцами из того же состава бетонной смеси и тех же размеров изготавливались бетонные образцы – призмы, по три образца каждой серии и кубы размерами 151515 см. После изготовления образцы хранились в лаборатории при комнатной температуре: армированные образцы готовились к испытаниям, а в бетонных призмах с помощью индикаторов часового типа с ценой деления 0,001 мм измерялись линейные деформации усадки бетона.

Измерения усадочных деформаций производилось более четырех месяцев (140 суток). Возможно усадочные деформации развивались бы и дальше, однако их прирост за последние 20 дней составил менее .

Для испытаний в том числе на знакопеременные нагрузки с различным коэффициентом ассиметрии в цикле разработана конструкция и изготовлена специальная установка с реверсным устройством, состоящим из системы тяг и крестообразных траверс. Испытываемый образец устанавливается между траверсами и закрепляется с помощью болтовых соединений через пластины на торцах образцов.

В основу методики разработки динамических установок на сжатие, растяжение и растяжение при изгибе заложен принцип мультипликатора (устройство для увеличения нагрузки в гидродомкрате).

На данном принципе разработаны три динамические установки, позволяющие проводить испытания в условиях осевого сжатия, растяжения и растяжения при изгибе.

Результаты выполненных работ

Задачи, поставленные в начале исследования, были решены в полном объеме. Изготовлены образцы железобетонных элементов и произведены испытания повторными и знакопеременными осевыми нагрузками с различными коэффициентами асимметрии в циклах.

Выполнен сравнительный анализ проявления усадочных деформаций в бетонных и тех же размеров железобетонных образцах при твердении бетона в естественных условиях. Установлено, что в бетонных образцах деформации усадки появляются с начала измерений, а в железобетонных образцах только на четвертые сутки. Установлены соотношения между свободными деформациями усадки бетонных и железобетонных образцов. Определены значения усадочных напряжений в арматуре и бетоне образцов прямыми измерениями деформации и косвенным путем через параметры трещинообразования. Построены исходные диаграммы бетона и арматуры с учетом усадочных деформаций и напряжений. Даны предложения к методике определения предельных параметров бетона при трещинообразовании при сложных режимах загружения.

В результате динамических исследований на бетонных образцах класса В20 получены коэффициенты динамического упрочнения, которые существенно отличают их в зависимости от вида напряженного состояния. Причем, для осевого растяжения коэффициент динамического упрочнения выше, чем для сжатия. Коэффициент динамического упрочнения для растяжения при изгибе занимает среднее положение. В экспериментах коэффициент динамического упрочнения оценивался по времени разрушения. Значения модуля упругости практически не отличается от статического. В настоящее время продолжается обработка результатов эксперимента и готовят ее к испытаниям образцы класса В70.

Большое внимание уделено развитию деформированной модели железобетона на основе нелинейных диаграмм деформирования бетона. На основе предложенного деформационного принципа осуществлен переход от нормативных к расчетным диаграммам.

Характер вклада в развитие науки – теоретический

Инновационный потенциал выполненной НИР

Развитие деформационных моделей железобетонных конструкций и узлов соединения и совершенствование на ее основе норм по расчету и проектирования. Повышение надежности конструктивных элементов и узлов соединения.

Инновационный потенциал результатов работы заключается в том, что они могут использоваться в нормативных рекомендациях по проектированию, совершенствовании программ автоматизированного расчета и тем самым повышать надежность конструктивных решений при работе на циклические статические и динамические нагрузки.

Сведения об апробации и внедрении

Методика оценки прочности узловых соединений арматуры нашла широкое практическое применение на строительстве зданий «Москва-Сити». Подготовлены рекомендации по совершенствованию диаграммной модели расчета железобетонных конструкций в соответствующих Строительных правилах (СП «Бетонные и железобетонные конструкции»).

Разработанные методики расчета используются в учебном процессе.

С учётом полученных реальных диаграмм деформирования могут быть запроектированы и испытаны железобетонные конструкции с целью доказательства повышенной несущей способности.

Список публикаций:

1. , , Латышев усадочных деформаций на напряженное состояние арматуры и бетона при трещинообразовании// Вестник «Волжского регионального отделения Российской Академии Архитектуры и строительных наук» Выпуск 14. Нижний Новгород ННГАСУ 2011г.

2. , , О динамическом эффекте в центрально растянутых железобетонных элементах при образовании трещин. // РААСН «Фундаментальные исследования РААСН по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской Федерации в 2010 г. Москва-Орел 2011 г.

3. , , Андрианов деформативности муфтовых соединений арматуры при среднецикловом нагружении (100 000 циклов) // (в печати).

, Чепизубов деформативности бетона на оценку прочности муфтовых соединений арматуры в железобетонных конструкциях // (в печати).

, О диаграммной методики расчета деформаций стержневых элементов и ее частных случаях // Бетон и железобетон, №6, 2012 г.