Совершенствование метода расчета железобетонных плит с трещинами при кратковременном динамическом нагружении

• Автор: Галяутдинов, Заур Рашидович
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 202 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава I. Основные физические предпосылки расчета железобетонных плит при кратковременном динамическом нагружении
1.1. Современные методы расчета железобетонных конструкций при кратковременных динамических воздействиях.

1.2. Предельные состояния железобетонных элементов и способы их нормирования.

1.2.1. Предельные состояния железобетонных элементов

1.2.2. Нормирование предельных состояний железобетонных элементов при

кратковременном динамическом нагружении.

1.3. рочностные и деформативные характеристики материалов

1.3.1. Армату рная сталь

1.3.2. Бетон

1.4. Критерий прочности бетона при плоском напряженном состоянии.
1.5. Экспериментальные исследования напряженнодеформированного состояния плосконапряжсиных железобетонных дисков с трещинами при статическом и кратковременном динамическом нагружениях.
1.5.1. Прочность полос бетона между трещинами.
1.5.2. Методика проведения экспериментальных исследований при
статическом и кратковременном динамическом на1ружении.
1.5.2.1.Цель экспериментальных исследований.
1.5.2.2.Характеристика опытных образцов.
1.5.2.3.Методика проведения испытаний.
1.5.3. Результаты экспериментальных исследований при статическом и
кратковременном динамическом нагружении.
1.5.3.1.Схемы разрушения моделей
1.5.3.2.Дсформации моделей при статическом нагружении.
1.5.3.3.Деформации моделей при кратковременном динамическом нагружении
1.6. Выводы но главе.
Глава II. Расчет железобетонных плит при кратковременном динамическом
нафужении
2.1. Модель расчета железобетонных плит при кратковременном динамическом нагружении
2.1.1. Напряженнодеформированное состояние элементов.
2.1.2. Обобщенные физические соотношения
2.1.3. Зависимости между напряжениями и деформациями плоского напряженного состояния физические соотношения для отдельного слоя
2.1.3.1.Преобразования физических соотношений при повороте осей координат.
2.1.3.2.Напряжения в элементах с трещинами и их составляющие. . 2.1.3.3.Относительные деформации элемента с трещинами.
2.1.3.4.Соотношеиия между напряжениями в арматуре и деформациями элемента.
2.1.3.5.Соотношения между напряжениями в бетоне и деформациями элемента.
2.1.3.6.Общие физические соотношения для железобетона
2.1.4. Учет локального разгружения.
2.2. Определение напряженнодеформированного состояния динамически и статически нагруженных железобетонных плит методом конечных элементов
2.2.1. Матрица жесткости прямоугольного конечного элемента.
2.2.2. Матрица масс прямоугольного конечного элемента
2.2.3. Уравнения метода конечных элементов и методы их решения.
2.3. Выводы по главе .
Глава 1. Экспериментальные исследования железобетонных плит при
статическом и кратковременном динамическом нагружен
3.1. Методика проведения экспериментальных исследований при статическом и кратковременном динамическом нагружении
3.1.1. Цель экспериментальных исследований.
3.1.2. Планирование и моделирование эксперимента.
3.1.3. Характеристика опытных образцов.
3.1.4. Методика проведения испытаний.
3.2. Результаты экспериментальных исследований при статическом нагружении.
3.2.1. Схемы трещинообразования и разрушения плит
3.2.2. Анализ деформаций арматуры и бетона опытных образцов при
статическом нагружении.
3.3. Результаты экспериментальных исследований при кратковременном
динамическом нагружении.
3.3.1. Схемы трещинообразования и разрушения плит.
3.3.2. Анализ деформаций арматуры и бетона опытных образцов при кратковременном динамическом нагружении в упругой стадии работы конструкции
3.3.3. Анализ деформаций арматуры и бетона опытных образцов при кратковременном динамическом нагружении в упругопластической стадии работы конструкции.
3.4. Выводы по главе
Глава IV. Численные исследования железобетонных плит при статическом и
кратковременном динамическом нагружении.
4.1. Методика расчета.
4.2. Оценка достоверности и точности результатов расчета
4.2.1. Расчет прямоугольной шарнирноопертой плиты. Анализ точности и сходимости решения
4.2.2. Расчет шарнирноопертой железобетонной плиты на действие
статической и кратковременной динамической нагрузки
4.2.2.1 .Расчет железобетонной плиты на действие статической
нагрузки
4.2.2.2.Расчет железобетонной плиты на действие кратковременной
динамической нагрузки.
4.3. Выводы по главе
Основные результаты и выводы
Список используемой литературы


Необходимо отметить, что при этом выражения для определения элементов матриц упругости содержат коэффициенты, слабо изученные в экспериментальных исследованиях. Общие физические уравнения по форме совпадают с общими физическими уравнениями для анизотропных пластин в общем виде анизотропии. Ортотропная схема получается при ортотрогшом армировании лишь для случаев, когда трещины проходят нормально к стержням арматурной сетки. Г.Н. Брусенцов в работе предлагает учитывать работу арматуры на сдвиг при помощи некоторых коэффициентов передачи сдвига с бетона на арматуру. Подбор этих коэффициентов предлагается проводить численно. Несколько иной способ моделирования работы армирования после появления трещин принят в работе Городецкого и Здорснко . Авторы этой работы используют свойство инвариантности потенциальной энергии деформации плоского КЭ. Предполагается совпадение направлений главных напряжений и главных относительных деформаций, а также равенство нулю коэффициента Пуассона после образования трещин. Все рассмотренные способы моделирования свойств армированного материала с трещинами имеют недостатки. Построение физических уравнений для напряжений и деформаций относится к элементарному объему, напряжения и деформации в котором постоянны. Большинство авторов представляет армирование размазыванием по объему КЭ, не учитывая локальных эффектов. Однако даже при попытках учесть локальные эффекты, например по методике Н. И. Карпенко , при вычислении матрицы жесткости интегрирование ведется по всему объему КЭ. Таким образом, матрица упругости железобетона, полученная для напряженного состояния в точке, все равно будет осреднять свойства бетона с трещиной и арматуры по объему КЭ, тогда как в действительности наличие трещин и армирования создает неравномерность в распределении жесткостных свойств КЭ. Метод конечных элементов предполагает подбор специальных аппроксимирующих функций, причем одним из условий является условие неразрывности перемещений по полю КЭ. Это не позволяет моделировать скачок в перемещениях на берегах трещины. Представление арматуры через размазывание по объему может повлечь большие погрешности при расчете конструкций, армированных стержнями большого диаметра в случае ее нечастой расстановки. При построении расчетных моделей железобетонных плит, обычно используются классические гипотезы, применяемые для тонких плит, такие как гипотеза прямых нормалей, статическая гипотеза, согласно которым влияние напряжений на площадках, параллельных срединной поверхности, при расчете деформаций можно не учитывать. Так, полная система уравнений для расчета плит включает в себя геометрические, статические и физические уравнения. Геометрические и статические уравнения имеют такой же вид, как и в классической теории изгиба пластин. Особенности работы железобетона как упругопластического материала учитываются в физических уравнениях. При формировании физических соотношений применяются различные зависимости учета армирования и трещинообразования описанные выше. Применение этих моделей при расчете плит имеет ограничения недостатки. Так, например, при расчетах плоскостных видов конструкций, имеющих многочисленное разнообразное и нерегулярное армирование, модель, в которой арматура и бетон представляются в виде отдельных КЭ, является неудобной и неэкономичной, т. При расчете плит как линейнодеформирующихся систем, особенности нелинейного деформирования железобетона учитываются при помощи системы коэффициентов, интегрально учитывающих физические особенности деформирования материалов на различных стадиях упругая, упругопластическая и пластическая стадии. Методы расчета плит на основе модели с заменой жесткостей позволяют учитывать конструкционную анизотропию, трещинообразование, особенности нелинейной работы материалов до и после образования трещин, работу полос бетона между трещинами и работу бетона в условиях сложного напряженного состояния. Эти недостатки ограничивают возможности методов при оценке несущей способности и деформативности конструкций.