Ю В Глазунов - Особенности работы сталежелезобетонных конструкций под нагрузкой - страница 1

Страницы:
1 

Коммунальное хозяйство городов

практически инвариантной относительно параметра s (рис.1), а про­цесс тушения очень сильно затянут во времени;

- увеличение влияния температуры на коэффициент испарения K2 (рис.2) приводит к тому, что возрастает влияние на функцию б(т)

параметра s , а время тушения имеет тенденцию к уменьшению.

Таким образом, в случае слабого испарения капель воды получе­ны модели объекта управления системы автоматического пожароту­шения, в качестве которого используется горящая жидкость. Модели представлены в безразмерной форме.

1. Цариченко С.Г. Состояние вопроса использования тонкораспыленной воды при тушении пожаров // Алгоритм безопасности. - 2003. - №2. - С. 14-16.

2. Котов А.Г. Пожаротушение и системы безопасности. - К.: Репро-Графика, 2003. - 270 с.

3. Пожаротушение. Программные комплексы систем автоматического водяного, пенного, аэрозольного и газового пожаротушения. - Харьков: АГЗУ, 2004. - 114 с.

4. Абрамов Ю.А., Садковой В.П. Алгоритм синтеза систем автоматического пожа­ротушения // Науковий вісник будівництва. Вип.36. - Харків: ХТУБА, 2006. - С. 199-202.

5. Садковой В.П., Абрамов Ю.А. Модели объекта управления системы водяного автоматического пожаротушения // Проблемы пожарной безопасности. Вып.20. - Харь­ков: УГЗУ, 2006. - С.74-81.

6. Блинов В.И., Худяков Г.Н. Диффузионное горение жидкостей. - М.: АН СССР, 1961. - 208 с.

7. Абрамов Ю.А. Основы пожарной автоматики. - Харьков: ХИПБ, 1993. - 288 с.

Получено 12.10.2006

С Т Р О И Т Е Л Ь С Т В О

УДК 547.187

Ю.В.ГЛАЗУНОВ, канд. техн. наук

Украинская государственная академия железнодорожного транспорта, г.Харьков

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОД НАГРУЗКОЙ

Рассматриваются конструктивные формы сталебетонных стержней, особенности их работы в нагруженном состоянии. Проведено исследование прочности и деформации бетона в конструкциях с внешним армированием. Даны рекомендации по применению конструкций из сталебетона.

Особенностью сталежелезобетонных конструкций является эф­фективная совместная работа в составе единой конструкции стальных и железобетонных элементов. Сталежелезобетонные пролетные строе­ния являются современным специфическим видом мостовых конст-

419

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.comукций, получившим широкое распространение в нашей стране и за рубежом.

В данном исследовании обобщен отечественный и зарубежный опыт применения сталежелезобетонных пролетных строений в автодо­рожных, городских и железнодорожных мостах [1-5].

Для автодорожных и городских металлических мостов сталежеле-зобетонные пролетные строения являются сейчас самым распростра­ненным видом конструкций. Для данных конструктивных решений характерны следующие преимущества в сравнении с металлическими конструкциями: экономия стали, увеличение вертикальной и горизон­тальной жесткости при совместной работе железобетонной проезжей части и стальных несущих балок.

Сегодня железобетон и сталь - основные материалы пролетных строений капитальных мостов, которые работают как единая конст­рукция и позволяют во многих случаях наилучшим образом использо­вать каждый из этих двух материалов в соответствии с его свойствами.

Для улучшения эксплуатационных характеристик автодорожных и железнодорожных металлических мостов применяется укладка на стальные балки или фермы железобетонной плиты проезжей части. Испытания таких пролетных строений показали, что железобетонная плита в определенной степени включается в совместную работу со стальными поясами, в том числе за счет трения и сцепления конструк­тивных элементов.

В настоящее время для большепролетных автодорожных и город­ских сталежелезобетонных мостов применяют преимущественно не­разрезные балки постоянной высоты, предварительно напряженные с регулированием на опорах. В наибольших пролетах предварительное напряжение осуществляют путем натяжения высокопрочной армату­ры.

Одним из конструктивных путей повышения прочности и вынос­ливости бетона является внешнее армирование. Армирование бетона внешней оболочкой способствует его изоляции от окружающей среды, в результате чего создаются лучшие условия для работы бетона под нагрузкой.

В тонкостенных колоннах с металлической оболочкой прямо­угольного и круглого сечений, заполненной бетоном, более рацио­нально используются материалы. По сравнению с неизолированным бетоном, бетонное ядро имеет повышенную прочность вследствие об­жатия оболочкой с двух сторон, и меньшую усадочную деформацию.

Наряду с этим отметим такие преимущества сталебетонных кон­струкций, как упрощение технологии их изготовления, сокращение

420

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.comасходов на опалубку и закладные детали, простота сборки, ремонта и усиления, лучшая сопротивляемость в агрессивных средах, уменьше­ние высоты элементов благодаря отсутствию защитного слоя и ком­пактному расположению арматуры.

В нормах проектирования сталежелезобетонных пролетных строений регламентированы расчеты на прочность, в которых учиты­вается развитие быстротечных пластических деформаций в предель­ном состоянии, с учетом виброползучести бетона и трещиностойкости железобетона.

Для расчетов на прочность принят следующий деформационный критерий: ограничение относительных пластических деформаций ста­ли и полных относительных деформаций бетона некоторыми предель­ными величинами. Проведенными специальными исследованиями уточнены нормы расчетов на специфические для сталежелезобетонных конструкций усадочные и температурные воздействия.

Методы расчета сталежелезобетонных конструкций аналогичны с расчетом железобетонных и металлических конструкций. Сооружение в целом рассчитывается методами строительной механики - опреде­ляются усилия, действующие на отдельные элементы конструкции. При расчете необходимо учитывать прочность конструктивных эле­ментов при осевом кратковременном сжатии и устойчивость сжато-изогнутых элементов.

Расчеты сталежелезобетонных пролетных строений отличаются повышенной сложностью, связанной со стадийностью работы, сочета­нием специфики стальных и железобетонных конструкций, внутрен­ней статической неопределимостью сечений. Необходимо также учи­тывать как внешние, так и внутренние силовые факторы (предвари­тельное напряжение и регулирование), а также большое влияние неуп­ругих деформаций.

В сжатых стальных верхних поясах сталежелезобетонных балок в ходе монтажа возникают большие напряжения от веса стальной конст­рукции и железобетонной плиты, а также от временных монтажных нагрузок. Железобетонная плита не обеспечивает устойчивости верх­них поясов до жесткого присоединения блоков сборной плиты или набора прочности монолитной плитой.

При расчете на устойчивость с учетом плоской формы изгиба балки возникают трудности с геометрическими несовершенствами конструктивных элементов, сварочными напряжениями, а также пла­стическими деформациями, которые начинают развиваться при дости­жении предельного состояния сталежелезобетонной конструкции.

Проверку общей устойчивости сжатого пояса сталежелезобетон-

421

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.comой конструкции необходимо выполнить, исходя из следующего урав­нения:

ов < ц> R,

где ов = Mz / Ic z - напряжение в центре тяжести сечения сжатого

пояса проверяемой балки;     z - наибольший расчетный изгибающий

момент, возникающий в панели балки; Ic,z - момент инерции сжатого

пояса балки относительно оси z; R - расчетное сопротивление стали; = f (Л) - коэффициент продольного изгиба центрально сжатого стержня, учитывающий развитие пластических деформаций и свароч­ных напряжений; X - гибкость рассматриваемого эквивалентного стержня.

Гибкость X определяется по формуле Л = п Щ-,

1

b (Mx )2 dy

- коэффици

где Е - модуль упругости стали; =

мл)a d

ент, приближенно учитывающий особенности очертания эпюры мо­ментов в балке на длине d рассматриваемой панели; Mx = f (y) -функция изгибающего момента по длине панели; a, b - размеры гра­ничных значений сжатого участка конструкции.

Пространственная расчетная модель стальной конструкции про­летного строения при наличии шарниров во всех узлах поясов главных балок и элементов связей должна обладать геометрической неизме­няемостью. Для распорок связей на уровне сжатых поясов балок реко­мендуется принимать гибкость X > 100.

В зоне действия положительных изгибающих моментов в стале-железобетонной конструкции центр тяжести поперечного сечения должен быть расположен значительно ниже середины высоты стенки стальной главной балки. Такие конструктивные элементы укрепляют дополнительными горизонтальными ребрами жесткости, учитывая фактор местной устойчивости при монтаже, которые нет необходимо­сти устанавливать при эксплуатации. Эти ребра жесткости должны проектироваться съемными и крепиться на болтах.

К сталежелезобетонным и железобетонным конструкциям с внешним армированием относятся также и трубобетонные конструк-

422

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.comии. В результате их применения уменьшается вес сооружений и стоимость в 2-3 раза, трудозатраты в 4-5 раз по сравнению с обычными железобетонными конструкциями. В сравнении с металлическими конструкциями в конструкциях с внешним армированием достигается существенное снижение стоимости (до 40%) и уменьшение расхода стали (45-48%).

Трубобетонный стержень является комплексной конструкцией, состоящей из стальной трубы и бетонного ядра, работающих совмест­но. Такая конструкция обладает многими положительными качества­ми. Прочность бетонного ядра, сжатого стальной оболочкой как обой­мой, повышается примерно в два раза. Вместо ожидаемой усадки про­исходит набухание бетона в трубе и его расширение, сохраняющееся на протяжении многих лет, что создает благоприятные условия для его работы.

Заполнение стальной трубы бетоном повышает ее противокорро­зионную стойкость, защищая от коррозии ее внутреннюю поверхность, уменьшает гибкость конструктивных элементов, увеличивает местную устойчивость стенок трубы, повышает сопротивление оболочки де­формированию в узлах сопряжения и при ударных воздействиях во время транспортирования и монтажа.

Наружная поверхность трубобетонных конструкций примерно в два раза меньше, чем конструкций из профильного проката, вследст­вие чего у них меньше расходы по окраске и эксплуатации. Такие кон­струкции имеют также повышенную коррозионную стойкость.

Использование цилиндрических стержней в сооружениях, под­верженных ветровым нагрузкам, позволяет снизить эти нагрузки за счет улучшения аэродинамических свойств. Стержень круглого попе­речного сечения имеет повышенную устойчивость при одинаковых расчетных длинах. Жесткость на кручение такого стержня значительно выше, чем у стержней открытого профиля.

Оценку эффективности сталебетонных колонн выполняли в со­поставлении с железобетонными колоннами. Для обеспечения равных условий принятых вариантов соблюден принцип сопоставимости, пре­дусматривающий расчет конструкций на одинаковые полезные и дру­гие нагрузки. Сопоставляемые конструкции запроектированы в соот­ветствии с действующими строительными нормами и правилами, имеют одинаковые нормативные и расчетные характеристики бетона и стали, длины, назначения и условия эксплуатации.

Основная цель, которая достигается путем взаимодействия сталь­ных конструкций с железобетонными - получение более высоких тех­нико-экономических показателей сооружений. В данных конструкциях

423

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.comыполненное сравнение технических и экономических показателей происходило за счет использования преимуществ каждого из компо­нентов комбинированных конструкций при одновременном устране­нии их недостатков. Этому способствует хорошая сочетаемость сталь­ных конструкций с тяжелым и легким бетоном, монолитным и сбор­ным железобетоном.

Армирование бетона внешней оболочкой способствует его изоля­ции от окружающей среды, в результате чего создаются лучшие усло­вия для работы бетона под нагрузкой. Тонкостенные колонны с метал­лической оболочкой, заполненной бетоном, отличаются от обычных колонн из армированного бетона более рациональным использованием материалов.

По сравнению с неизолированным бетоном, бетонное ядро имеет повышенную прочность, благодаря действию сил бокового сжатия, создаваемого оболочкой, и меньшую усадочную деформацию, так как отсутствует взаимодействие между материалом и внешней средой. Предельная деформация ползучести железобетонных образцов больше в 3 -4 раза, чем сталебетонных. Нелинейность деформаций ползучести в неизолированных образцах проявилась при испытании в течение 20­30 суток, а в изолированных - 2-7 суток.

Железобетонные образцы, армированные продольной арматурой, равной по площади сечению оболочки, разрушаются при нагрузке, в два раза меньшей, чем разрушающая нагрузка сталебетонных элемен­тов. Прогибы сталебетонных образцов при одинаковой нагрузке по сравнению с железобетонными в 5-10 раз меньше.

Необходимо также отметить такие преимущества сталебетонных колонн, как упрощение технологии их изготовления, сокращение рас­ходов на опалубку и закладные детали, простота сборки, ремонта и усиления, лучшая сопротивляемость в агрессивных средах, уменьше­ние высоты элементов благодаря отсутствию защитного слоя и ком­пактному расположению арматуры.

В сталебетонных конструкциях стальная оболочка выполняет од­новременно функции как продольного, так и поперечного армирова­ния, воспринимает усилия по всем направлениям конструкции и под любым углом. Боковое давление обоймы препятствует развитию мик­ротрещин разрыва в бетонном сердечнике, который в условиях всесто­роннего сжатия выдерживает напряжения, значительно превосходящие прочность при центральном сжатии под действием нагрузки. Одно­временно обойма, заполненная бетоном, оказывается в значительной степени защищенной от потери местной и общей устойчивости.

Сталебетонные конструкции очень надежны в эксплуатации - в

424

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)предельном состоянии они не теряют несущую способность мгновен­но, как железобетонные, и способны длительное время выдерживать нагрузку. Бетон в обойме приобретает новые, более выгодные в техни­ческом отношении свойства прочности, а именно - несущая способ­ность сталебетонных элементов увеличивается за счет повышения ус­тойчивости элемента в связи с наличием бетонного ядра. Стальная оболочка в поперечном направлении начинает работать только после достижения бетоном предельного состояния по прочности.

Сталебетонные конструкции можно изготавливать как на рабо­тающих в настоящее время заводах железобетонных конструкций, так и на местах возведения сооружений. Заполнение обойм бетоном не вызывает затруднений технологического порядка. Хорошее уплотне­ние и структура бетона обеспечивается отсутствием арматурного кар­каса, при этом прочность бетона повышается до 14%.

Требования технологического процесса производства практиче­ски не ограничивают области применения сталебетона, который хоро­шо работает при сложном температурно-влажностном режиме, в усло­виях агрессивной среды, при любых пролетах зданий и сооружений, на таких производствах, где применение обычного железобетона затруд­нительно.

Эффективность строительных конструкций определяется такими показателями, как расход материалов на их производство, количество трудозатрат и, в конечном итоге, стоимость монтажных работ. Приме­нение сталебетонных конструкций взамен железобетонных позволяет снизить их металлоемкость и трудоемкость изготовления, повысить надежность.

Преимущество сталебетонных конструкций по сравнению с желе­зобетонными состоит также в том, что они не нуждаются в закладных деталях и в опалубке, так как вместо нее используется стальная обой­ма. Особенно ощутимо преимущество сталебетонных элементов там, где закладные детали составляют относительно большую удельную массу от общего объема металла. Применение новых методов обработ­ки и сварки обойм автоматическими и универсальными установками позволяет упростить и значительно повысить технологичность стале­бетонных конструкций.

Экономичность сталебетонных конструкций достигается благо­даря многофункциональному и рациональному использованию сталь­ного листа: применение в качестве опалубки и закладных деталей; со­вмещение функций рабочей арматуры с защитными и изоляционными функциями; компактное расположение у внешней кромки; способ­ность стального листа воспринимать растягивающие усилия одновре-

425

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.comенно во всех направлениях в плоскости.

Сталебетонные элементы используются в нашей стране и за ру­бежом в качестве стоек и каркасов многоэтажных жилых, обществен­ных, промышленных зданий, при строительстве мостов, путепроводов и транспортных развязок. Во всех случаях по сравнению с железобе­тоном той же несущей способности снижается себестоимость строи­тельства и на 30-40% уменьшается расход металла.

Технико-экономические исследования показали, что применение сталебетонных элементов для колонн промышленных зданий способ­ствует экономии до 31-55% стали по сравнению со стальными и до 13% - с железобетонными конструктивными элементами. Приведен­ные затраты снижаются в первом случае на 28-47%, во втором - на 51-62%. Использование сталебетонных колонн в подкрановых эстака­дах позволяет экономить до 12-28% стали по сравнению со стальными и до 9% - с железобетонными колоннами. Приведенные затраты сни­жаются на 28 и 56%.

При существующей современной тенденции в строительстве -увеличение пролетов конструкций зданий и сооружений - вышеука­занные преимущества балок с внешним армированием создают пред­посылки для значительного расширения области применения железо­бетона. По расходу стали (с учетом возможности применения прочных сталей), стоимости, площади огнезащитной изоляции такие конструк­ции более эффективны, чем стальные.

За счет включения железобетона проезжей части в совместную с главными балками работу в сталежелезобетонных пролетных строени­ях мостов экономится 25-30% стали.

1.Грушко И.М., Ильин А.Г., Чихладзе Э.Д. Повышение прочности и выносливости бетона. - Харьков: Вища шк., 1986. - 149 с.

2.Чихладзе Э.Д. Сопротивление материалов. - Харьков: УкрГАЖТ, 2002. - 362 с.

З.Клименко Ф.Е., Барабаш В.М. Листовая арматура периодического профиля для железобетонных конструкций с внешним армированием // Бетон и железобетон. - 1999. - №7. - С. 19-22.

4.Smith F., Brown R. The Shearing Strength of Concrete, Bull. Univ. of Washington, №106, 2001. - p. 205.

5. Garner N.I. Use of Spiral Welded Steel Tubes in Pipe Columns. ACJ. J. Proceedings, vol. 65, Nov. 2003. - p. 937-942.

Получено 06.10.2006

426

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Страницы:
1 


Похожие статьи

Ю В Глазунов - Особенности работы сталежелезобетонных конструкций под нагрузкой

Ю В Глазунов - Технико-экономические исследования и область применения сталежелезобетонных конструкций

Ю В Глазунов - Исследование динамических воздействий на сооружения городской застройки, расположенные вблизи трасс метро

Ю В Глазунов - Конструктивная эффективность внешнего армирования

Ю В Глазунов - Конструктивные и технологические особенности сталебетона