Напряженно-деформированное состояние и устойчивость железобетонных арок с учетом нелинейной ползучести бетона

• Автор: Аваков, Артур Артурович
• Шифр специальности: 05.23.01, 05.23.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Состояние вопроса. Постановка задачи

1.1 Основные принципы формообразования арочных и комбинированных арочных систем

1.2 Состояние вопроса в области теории расчета

1.3 Рабочие гипотезы теории ползучести бетона

1.4 Известные исследования линейной и нелинейной ползучести бетона

1.5 Лабораторные испытания ползучести бетона

1.6 Цели и задачи исследования

2 Напряжённо-деформированное состояние железобетонных арок с учётом вязкоупругости бетона
2.1 Расчёт статически определимых арок: основные уравнения для определения НДС внецентренно сжатого железобетонного элемента
2.2 Расчёт арок методом конечных элементов. Вывод разрешающих уравнений
2.3 Определение перемещений в круговых арках с учётом ползучести на основе уравнений Кирхгофа-Клебша
2.4 Исследование НДС железобетонных арок на основе модели бетона как вязкоупругого материала при различных законах ползучести
2.5 Выводы по главе
3 Расчёт железобетонных арок на основе вязкоупругопластической модели наследственного старения бетона
3.1 Вывод уравнений для внецентренно сжатого железобетонного элемента
3.2 Разрешающие уравнения метода конечных элементов
3.3 Аналитические выражения для зависимости модуля упругости бетона от времени, функции напряжений и меры ползучести
3.4 Решение модельных задач

3.5 Выводы по главе
4 Устойчивость железобетонных арок при ползучести
4.1 Вывод основных уравнений с учетом геометрической нелинейности
4.2 Методика решения задач
4.3 Решение модельных задач
4.4 Выводы по главе
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Внедрение в учебный процесс
Приложение 2. Внедрение в производственный процесс

Введение
Актуальность темы диссертации. Арочные конструкции находят широкое применение в строительстве, начиная от оконных перемычек, до конструкций промышленных зданий, покрытий спортивных сооружений, мостов. Ползучесть железобетонных конструкций, являющаяся следствием ползучести бетона, проявляется даже при обычных эксплуатационных воздействиях и носит нелинейных характер. Деформации ползучести бетона в значительной степени влияют на напряжённо-деформированное состояние строительных конструкций и соответственно, на их прочность. При этом влияние может быть как отрицательным, так и положительным. Поэтому весьма актуальным остается вопрос расчета бетонных и железобетонных конструкций с учетом реологии.
Степень разработанности темы. Разработкой теорий ползучести бетона, как линейных, так и нелинейных занимались следующие ученые:
Н.Х. Арутюнян, А.Г. Тамразян, С.Г. Есаян, Г.Н. Маслов, В.Д. Харлаб, К.З. Галустов, 10.А. Гурьева и др. Впервые вопрос о перераспределении напряжений в сжато-изогнутом бетонном элементе исследовал Н.Х. Арутюнян. Он установил, что для бетонного стержня напряжения с течением времени не меняются. Для железобетонного стержня все обстоит совершенно иначе. В существующих публикациях таких ученых, как Пересыпкин Е.Н., Чубаров В.Е., Маилян Д.Р., Александровский С.В. и др., теоретические и экспериментальные исследования относятся в основном к сжатым железобетонным колоннам. В этих публикациях отражается перераспределение напряжений между арматурой и бетоном, в результате чего напряжения в арматуре могут превышать расчетные сопротивления, кроме того возможно трещинообразование при разгрузке.
Для железобетонных арок данный вопрос остается практически не освященным в литературе. Аналогичные явления возможны и в арочных конструкциях, а при действии несимметричной нагрузки кроме сжимающих

где М$ , ()% — момент и поперечная сила в сечении К в балке с аналогичным пролётом и нагрузкой.
В случае равномерно распределённой нагрузки:
мё=-х); оё = |а - гху, я = ^.

Задача была решена при следующих исходных данных: с/ = 50—, пролёт арки Ь = 16 м, подъём / = 3.2 м, размеры поперечного сечения: Ь = 20 см, /г = 40 см, т0 = 28 сут, Еь{т0) = 3 • 104 МПа, Е5 = 2 -105 МПа, коэффициент армирования д = — о.02, у5 = 3/5 = 15 см. Учитывалось
старение бетона, т. е. возрастание его модуля упругости с течением времени. Зависимость модуля упругости бетона от времени принималась в виде:
ВД) = Еь(т0) • [Ьх + (1 - Ь1)е_г>2(1_т°)],Ь1 = 1.282, Ь2 = 0.019. График изменения модуля упругости бетона представлен на рис. 2.3.
Рис. 2.3 - График изменения модуля упругости бетона
При расчёте использовалось уравнение вязкоупругой модели наследственного старения бетона, которое имеет вид [28]: