Прочность и устойчивость сводов оболочек с учетом неупругих свойств железобетона - Дипломная работа

Потребность экономного расхода строительных материалов при проектировании, возведении и обеспечение эксплуатационных качеств в процессе эксплуатации зданий и сооружений, становится необходимым условием развития строительного комплекса Республики Узбекистан на современном этапе. Проведенный анализ проектирования и строительства различных общественных здании (зрительные, спортивные сооружения и др.), а также некоторых видов инженерных сооружений с применением сводчатых оболочек покрытий показал, что их применение обеспечивает наименьший объем сооружений, присущую им легкость, рациональность форм в сочетании с высокой прочностью, экономичностью расхода материалов и затрат труда на возведение. Что касается теории и методов расчета сводов оболочек, покрытий работающих совместно с эффективно созданным предварительно напряженным опорным контуром, как пространственной системы, практические методы их расчета разрабатываются только в последнее время. Своды оболочках под воздействием внешних нагрузок, меньших критических значений и интенсивного температурно-влажностного воздействия, при условиях эксплуатации происходит существенное изменение напряженно-деформированного состояния, что в некоторый (критический) момент времени может привести конструкции к потери устойчивости. Для повышения эксплуатационных качеств с применением рациональных - конструированных решений сводчатых оболочек, покрытий получение достоверной картины поведения этих конструкций покрытий при различных видах эксплуатационных нагрузок, требуют специального исследования, включающие и вопросы развитие практических методов расчета прочности и устойчивости с учетом специфических особенностей материала конструкции.К настоящему времени построены оболочки многих типов. Эти неотсенымие неоспоримые преимущества сводов перед оболочками других видов, дающие значительный экономический эффект, делают их одним из прогрессивных типов оболочек. Как тонкостенные оболочки своды применяют для покрытий, перекрытий, фундаментов, панелей стен в различных зданиях и сооружениях - общественных (трибуны стадионов, рынки, универсальные залы, вокзалы, рестораны), промышленных (фабрики, склады, гаражи), а также в малых архитектурных формах (навесы, павильоны, беседки). В архитектуре свод впервые появился в средней Азии в X-XIII в веках качестве каменных сводов общественных зданий различного назначения, сохранившихся как памятниках архитектуры на сегодняшний день. Эти работы, а также выдвинутые ими идеи сочетания сводов в покрытиях сыграли большую роль в развитии архитектуры зданий из оболочек и пробудили интерес зодчих к оболочкам, в частности к сводам.Теоретические исследования оболочек положительной и отрицательной гауссовой кривизны в виде сводов, как и оболочек первоначально сводились к разработке методов их расчета по безмоментной теории. Такой упрощенный расчет в практике проектирования монолитных железобетонных сводов применялся зарубежом довольно длительное время в сочетании с корректировкой результатов расчета для приконтурных зон оболочки на основании опыта проектирования и общих соображений конструктивного характера. Ржанициным [6] подобная форма составления уравнений в декартовых координатах, отнесенных к плану основания оболочки, была построена для моментной теории непологих оболочек. Кандела [9] разработал простые формулы для расчета по безмоментной теорий сводов на прямоугольных планах. Однако для сводов с прямолинейными краями, совпадающими с асимптотическими линиями поверхности сводного параболоида, подобная теория неприменима, поскольку моментное напряжение медленно затухает по мере удаления от края, и для таких оболочек, как показано в монографии А.Л.Предлагаемая работа посвящена развитию инженерного метода расчета и конструирования сборно-монолитных тонкостенных железобетонных сводных оболочек покрытий. Основная задача, настоящей диссертационной работы, заключается в следующем: 1.Экспериментально-теоретическое исследование проводилось с целью: изучения напряженно-деформированного состояния сводов оболочек при статическом равномерно-распределенном нагружении: выявления характера деформирования, развития трещин сводов оболочек при различных уровнях статического нагружения;В настоящее время ни одно сложные ответственные особенно предназначенные для широкого применения здание и сооружение не возводится без предварительного испытания на моделях. Оценка прочности, жесткости и трещиностойкости сводов оболочек покрытий при кратковременном загружении производилась по рекомендациям, приведенным в работах [23].Размеры моделей сводов оболочке принимались исходя из возможности их изготовления, при сохранении подобия изучаемых конструкций, задач статических испытаний для получения достаточно надежных опытных параметров с использованием существующих приборов и аппаратуры, а также условий передачи внешней нагрузки на поверхность оболочки и размещения приборов. Модель гладкой полигональной своды оболочки положительной гауссовой кривизны пролетом 1,8 м образована из шести сост

Содержание

Введение

Глава 1. Современное состояние теории расчета сводчатых оболочек с учетом неупругого деформирования железобетона

1.1 Напряженно-деформированные состояние свода оболочки с учетом неупругих свойств материала

1.2 Анализ данных о совместной работе опорного контура и свода оболочки

2.3 Цель и задачи исследования

Глава 2. Экспериментальные исследования совместной работы сводов оболочек и контурных конструкций

2.1 Задачи исследований

2.2 Методика и результаты экспериментальных исследований

2.3 Конструкция модели, изготовление полигональных сводов оболочки

2.4 Методика и результаты моделирования напряженно-деформированного состояния полигональных свод оболочек

2.5 Результаты исследования полигональных сводов оболочек при кратковременном загружение

2.6 Выводы по второй главе

Глава 3. Расчет сводов оболочек с учетом деформированного состояния опорного контура

3.1 Основные допущения и предпосылки

3.2 Деформированное состояние материала при кратковременном загружение

3.3 Вывод системы разрешающих уравнений свода оболочек

3.4 Расчетная оценка работы натурного свода оболочек по результатам экспериментальных исследований

3.5 Рекомендации для реализации результатов исследований проектные технико-экономические достижения от реализации сводчатых оболочек

3.6 Выводы по третьей главе

Основные выводы

Список литературы

Конструктивные формы современных общественных зданий и инженерных сооружений разработано достаточно широко: от ажурных сетчатых конструкций телевизионных башен до современных оболочечных конструкций. Выбор формы зданий или сооружений определяется многими факторам: их назначением, условиями работы и даже методами расчета. Среди всевозможных конструктивных решений выделяются тонкостенные оболочечные пространственные системы. Сводчатые оболочки способны выдержать самые разнообразные виды статических и сейсмических нагрузок, обеспечивают изоляция от окружающей среды, и при этом они самые выгодные в отношении массы. Выигрыш в массе - важный фактор в строительстве, особенно, в сейсмических и резко - континентальных районах с сухим жарким климатом. С древнейших времен известны куполообразные и криволинейные своды покрытий. Об этом, свидетельствуют исторические памятники Центральной Азии до традиционных строительных сооружениях замена массивного плоского перекрытия или покрытия, опирающегося на большое количество колони, легкой без опорной современной оболочкой из железобетона, метала и пластина дает не только экономия материала, но и простор для внутренней компоновки. Среди большинства типов большепролетных покрытий, наибольшее распространение получили в последнее время оболочки очерченные по единой геометрической поверхности.

Актуальность и обоснованность диссертационной темы. Потребность экономного расхода строительных материалов при проектировании, возведении и обеспечение эксплуатационных качеств в процессе эксплуатации зданий и сооружений, становится необходимым условием развития строительного комплекса Республики Узбекистан на современном этапе. Данная проблема находится в зоне особого внимания Правительства Республики Узбекистан: Указ "О мерах по дальнейшему совершенствованию архитектуры и градостроительства в Узбекистане" от 20 апреля 2000 года; постановление Президента №1111-847 от 29 апреля 2008 года "О мерах по дальнейшему совершенствованию деятельности проектных организаций". Кроме того, в качестве одного из комплексных мероприятий программы по преодолению Мирового финансового экономического кризиса в условия Узбекистана И.А. Каримов называет сокращение энергоемкости продукции и бережное использование природных и энергетических ресурсов во всех сферах жизни и деятельности страны.

Именно, поэтому следует по новому взглянуть на стадии расчета, проектирования зданий и сооружений, а также технологические процессы изготовления строительных изделий и конструкции с необходимым снижением материалоемкости и энергетической потребности. Проведенный анализ проектирования и строительства различных общественных здании (зрительные, спортивные сооружения и др.), а также некоторых видов инженерных сооружений с применением сводчатых оболочек покрытий показал, что их применение обеспечивает наименьший объем сооружений, присущую им легкость, рациональность форм в сочетании с высокой прочностью, экономичностью расхода материалов и затрат труда на возведение. Вследствие высокой архитектурной выразительности, сводчатых оболочечные конструкции являются одним из перспективных типов покрытий для придания городам Центральной Азии современного облика, наряду с всемирно известными уникальными сооружениями, являющимся памятники архитектуры востока. В связи с этим, совершенствования традиционных пространственных конструкций позволяет наиболее эффективно решать проблему снижения материалоемкости конструкции с расширением индустриальной базы капитального строительства Республики Узбекистан, приобретает важное экономическое значение. Развитие инженерных методов расчета эффективно - конструированных сводов оболочек покрытий разработка и исследование их конструктивных решений является актуальной и практически важной задачей.

Степень изученности проблемы. На основе результатов экспериментально-теоретических исследований учеными разработаны методы расчета оболочек различных видов геометрической поверхности в упругой и неупругой стадии работы. Что касается теории и методов расчета сводов оболочек, покрытий работающих совместно с эффективно созданным предварительно напряженным опорным контуром, как пространственной системы, практические методы их расчета разрабатываются только в последнее время.

Своды оболочках под воздействием внешних нагрузок, меньших критических значений и интенсивного температурно-влажностного воздействия, при условиях эксплуатации происходит существенное изменение напряженно-деформированного состояния, что в некоторый (критический) момент времени может привести конструкции к потери устойчивости.

Для повышения эксплуатационных качеств с применением рациональных - конструированных решений сводчатых оболочек, покрытий получение достоверной картины поведения этих конструкций покрытий при различных видах эксплуатационных нагрузок, требуют специального исследования, включающие и вопросы развитие практических методов расчета прочности и устойчивости с учетом специфических особенностей материала конструкции.

Целью настоящей работы являются проведение обзора и анализа экспериментально-теоретических исследований и методов расчета прочности и устойчивости сводчатых оболочек больших пролетов. Выполнение численного эксперимента с оценкой их напряженно деформированного состояния, несущей способности, прочности и устойчивости.

Объектом исследования являются разработанные конструктивные решения, методы построения разрешающих уравнений для оценки напряженно-деформированного состояния сводчатых оболочек больших пролетов.

Предметом исследования являются анализ предложений по проектированию и расчету сводчатых оболочек покрытий с учетом специфических особенностей конструктивных решений. Полученные результаты исследований по оценке несущей способности и деформативности этих конструкций.

Методы исследования. В диссертации применены теоретические и экспериментальные методы исследования.

Научная новизна работы состоит в следующем: полученные результаты теоретических исследований сводчатых оболочек с учетом не упругих свойств материала при кратковременном загружении;

выявленные особенности напряженно-деформированного состояния отмеченных конструкций при статическом загружении;

уточенный метод построения разрешающих уравнений для оценки напряженно-деформированного состояния сводчатых оболочек покрытий с учетом конструктивных особенностей.

Основные положения, выносимые на защиту: результаты исследований конструктивных решений сводчатых оболочек покрытий. предложенный уточненный метод расчета напряженно - деформированного состояния сводчатых оболочек покрытий, предложения по проектированию и расчету сводчатых оболочек больших пролетов. Результаты численного эксперимента и анализа полученных результатов.

Достоверность научных положений и выводов.

Расчетные предпосылки и принятые законы деформирования основаны на обширных экспериментальных данных. Принятые расчетные схемы отражают специфику поведения конструкций и их элементов, учитывают конструктивные особенности оболочечных систем при кратковременных статических загружениях. Расчетные зависимости, полученные в результате строгого решения задач в соответствии с принятыми предпосылками, основаны на обширных экспериментальных данных. Достаточная точность расчетной методики подтверждена при выполнении численных экспериментов.

Научная и практическая значимость результатов исследований. Результаты исследований расширяют представления о напряженно-деформированном состоянии сводчатых оболочек покрытий при кратковременном статическом загружении и создают предпосылки для их более широкого применения при расчете на прочность и деформативность таких конструкций.

Практическая ценность. Результаты выполненных исследований будут применены при проектировании натурного сводчатого покрытая общественных зданий с большими пролетами до и более 100 м и оценки их несущей способности, деформативности и экономической эффективности этих конструкций.

Реализация работы. Работа выполнена на научно - производственной лаборатории "Пространственные конструкции, сейсмостойкость зданий и сооружений" Самаркандского Государственного архитектурно - строительного института им М. Улугбека, в соответствии с программой тематики НИР Министерства Высшего и среднего специального образования Республики Узбекистан и программой Государственного комитета науки и технологии по шифру ИТД - 16.023.

Апробация работы. Основанное содержание работы докладывалось: на научно-технических конференциях САМГАСИ (2011-2013 г.);

на научно-технических семинарах кафедры "Строительные конструкции, здания и сооружения" САМГАСИ (2011-2013 г.);

на международной научно-технической конференции "Промышленное и гражданское строительство в современных условиях Москва, МГСУ (март, 2013 г). железобетон опорный контур неупругий на международной конференции САМГАСИ "Современные проблемы строительных материалов и конструкций" (апрель 2013 г.). на научную сессию по "пространственным конструкциям" Москва, НИИЖБ, (май 2013 г.).

Содержание работы: Во введении обоснована актуальность темы, сформирована цель работы. Изложены основные положения, которые составляют научную новизну диссертационной работы.

В первой главе приведен обзор технической литературы и выполнен анализ исследований, посвященных изучению напряженно-деформированного состояния сводчатых оболочек из конструкционных материалов в области не упругих стадиях работ. Рассмотрены методы расчета прочности и устойчивости сводчатых оболочек покрытий. На основе проведенного анализа сформулирована цель и задачи исследования.

Во второй главе приведены результаты экспериментально-теоретических исследований сводчатых оболочек положительной гауссовой кривизны при статическом загружение.

Приведена расчетная оценка натурных сводчатых оболочек по результатам вычислительных и экспериментальных исследований.

В третей главе приведены основные допущения и предпосылки, полученных систем разрешающих уравнений сводчатых оболочек покрытий с большими пролетами при кратковременном загружении. Сделаны предложения к расчету сводчатых оболочек покрытий с учетом особенностей конструктивных решений.

Приводиться общие выводи по диссертации.