Ю В Глазунов - Экспериментально-теоретические исследования прочности и устойчивости сталебетонных конструкций - страница 1

Страницы:
1 

зданий. Под «зданием-представителем» понимается типичное здание для каждого отдельного класса проектируемых, возводимых, эксплуа­тируемых или реконструируемых зданий.

Такой подход весьма актуален в связи с широкомасштабной пас­портизацией зданий. Использование таких моделей в процессе пове­рочных расчетов паспортизируемых зданий позволит не только оце­нить текущее состояние несущих элементов, но и составить прогноз их работы при изменении условий эксплуатации, вызванных в том числе и реконструкцией.

1.Городецкий А.С., Евзеров И.Д. Компьютерные модели конструкций. - К.: ФАКТ, 2005. - 344 с.

2.Дыховичный А.А. Модели строительных конструкций и их идентификация: Дис. ...д-ра техн. наук. - К., 1995. - 322 с.

3.Расчетные модели сооружений и возможность их анализа / А.В.Перельмутер, В.И.Сливкер. - К.: ВПП «Компас», 2001. - 448 с.

Получено 09.04.2007

 

УДК 545.185

Ю.В.ГЛАЗУНОВ, канд. техн. наук

Украинская государственная академия железнодорожного транспорта, г.Харьков

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ СТАЛЕБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Исследуются прочность и устойчивость в конструкциях с внешним армированием. Рассматривается экономическая эффективность применения в строительстве конструк­ций, выполненных из сталебетона. Показаны результаты теоретических и эксперимен­тальных исследований конструкций с внешним армированием под нагрузкой.

Сборные и монолитные железобетонные конструкции с внешним армированием получили распространение в различных отраслях строительства в нашей стране и за рубежом. Этому способствовали следующие факторы: расширение области применения железобетона (для специальных сооружений энергетического и гидротехнического строительства и др.), технико-экономическая эффективность таких конструкций, а также возможность использования внешней арматуры в качестве опалубки при монолитном способе возведения сооружений.

В данном исследовании обобщен отечественный и зарубежный опыт применения сталебетонных конструкций в промышленном и гражданском строительстве [1-4].

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

К сталебетонным конструкциям с внешним армированием отно­сятся: плиты, армированные гладкой листовой сталью или профилиро­ванными (гофрированными) стальными настилами; линейные сталебе­тонные балочные элементы, армированные обычной и высокопрочной напрягаемой внешней полосовой арматурой; колонны, выполненные из брусковых элементов с внешним армированием четырьмя уголками; трубобетонные элементы; сталебетонные фермы из гнутых профилей и

др.

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.

В сталебетонной балке с внешним армированием связь гладкой полосовой арматуры с бетоном за счет различных типов анкеров явля­ется решающей для обеспечения надежности работы конструкции под нагрузкой. Назначение связей - обеспечивать монолитность работы такой конструкции, препятствовать сдвигу полосовой арматуры отно­сительно бетона и воспринимать поперечные силы, действующие по наклонным сечениям.

Несущая способность образцов с жесткими упорами при наличии одиночных связей зависит от прочности бетона, а деформации сдвига - от жесткости упора и степени обжатия бетона. В опытных образцах в момент разрушения напряжения в бетоне превышали осевые напряже­ния сжатия в 1,8 раза.

Несущая способность гибких упоров обусловлена прочностью бе­тона и самого упора при изгибе, деформация сдвига в значительной степени зависит от величины обжатия бетона в основании упора.

Характер распределения сдвигающих сил и деформаций сдвига при работе ряда связей исследовался на образцах, состоящих из двух парных железобетонных блоков. В каждом блоке располагалось по четыре связи.

При выборе конструкции анкеров для применения в сталебетон­ных образцах исходили из простоты и надежности их крепления к по­лосовой листовой арматуре с помощью сварки. Из различных видов связей-анкеров наиболее простыми в изготовлении и наименее метал­лоемкими являются анкеры в виде отдельных стержней, приваренные в тавр к полосовой листовой арматуре.

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

[1].

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

Методы расчета сталебетонных 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 [2].

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 сталебетонной конструкции.

Проверку общей устойчивости сжатого пояса сталебетонной кон­струкции необходимо выполнить, исходя из следующего уравнения:

Ов < ф R,

где ов = Mz / 1с2 - напряжение в центре тяжести сечения сжатого поя­са проверяемой балки; Mz - наибольший расчетный изгибающий мо­мент, возникающий в панели балки; I^z - момент инерции сжатого пояса балки относительно оси z; R - расчетное сопротивление стали; ф = f(X) - коэффициент продольного изгиба центрально сжатого стержня, учитывающий развитие пластических деформаций и свароч­ных напряжений; X - гибкость рассматриваемого эквивалентного стержня [3].

Гибкость X определяется по формуле

1 b

где Е - модуль упругости стали; // = — Г

М \ J

\ a

 

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 [4].

Оценку эффективности сталебетонных колонн выполняли в со­поставлении с железобетонными колоннами. Для обеспечения равных условий принятых вариантов соблюдался принцип сопоставимости, предусматривающий расчет конструкций на одинаковые 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 - достижение более высоких технико-экономических показателей сооружений. В данных конструк­циях выполненное 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.

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.

Сталебетонные конструкции надежны в эксплуатации - в 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 %.

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.

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 одновре­менно во всех направлениях в плоскости.

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 51­62%. 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%.

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.

3.Smith F., Brown R. The Shearing Strength of Concrete, Bull. Univ. of Washington, N 106, 2001, p. 205.

4.Garner N.I. Use of Spiral Welded Steel Tubes in Pipe Columns. ACJ. J. Proceedings,

vol. 65, Nov. 2003, p. 937-942.

Получено 07.01.2007

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