Пространственная работа несущих элементов каркасной системы с учетом нелинейности и податливости узловых сопряжений

• Автор: Трекин, Николай Николаевич
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 421 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Конструктивные схемы многоэтажных каркасных зданий.

1.2. Анализ пространственной работы многоэтажных каркасов.

1.3. Методы расчета многоэтажных каркасных систем из сборного железобетона

1.4. Способы учета нелинейности деформирования несущих систем многоэтажных зданий и железобетонных элементов Выводы по главе и задачи исследований

2. ПОДАТЛИВОСТЬ СОПРЯЖЕНИЙ СТЕРЖНЕВЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. Сопряжения в рамах многоэтажных каркасов.

2.1.1. Вертикальные стыки колонн

2.1.2. Сопряжение ригеля с колонной.

2.2. Дискретно связевая модель стыка

2.3. Практические методы определения податливости сопряжения ригеля с колонной
2.4. Жесткость сопряжения ригеля с колонной на стадии монтажа
Выводы по главе.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ РАБОТЫ СОПРЯЖЕНИЙ КОЛОНН СО СБОРНЫМ ПЕРЕКРЫТИЕМ.
3.1. Напряженнодеформированное состояние узла сопряжения ригеля с колонной
3.2. К оценке жесткости омополиченного рамного узла до образования трещин.
3.3. Жесткость сопряжения ригеля с колонной после образования трещин в бетоне омоноличивания.
3.4. Экспериментальные исследования работы сопряжения колонны с перекрытием в рамном каркасе.
3.5. Податливость узла сопряжения ригеля с колонной связевого каркаса.
3.6. Экспериментальные исследования жесткости защемления колонн в сборном перекрытии связевого каркаса.
3.6.1. Дсформативность узла сопряжения колонны с перекрытием в плоскости поперечной рамы.
3.6.2. Дсформативность узла сопряжения колонны с перекрытием в плоскости продольной рамы
3.7. Экспериментальные исследования влияния распора на жесткость сопряжения колонн с перекрытием.
3.7.1. Конструкция фрагмента здания и методика испытаний
3.7.2. Влияние распора на жесткость сопряжения ригеля с колонной
3.7.3. Влияние распора на жесткость сопряжения колонны с
плитами перекрытий
Выводы по главе.
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ РАБОТЫ СБОРНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ ИЗ МНОГОПУСТОТНЫХ ПЛИТ.
4.1. Общие данные
4.2. Расчетная модель пространственно работающего перекрытия
4.2.1. Расчетная модель многопустотной плиты.
4.2.2. Моделирование продольных швов.
4.3. Экспериментальные исследования совместной работы плит в составе фрагмента перекрытия.
4.3.1. Конструкция опытного фрагмента перекрытия.
4.3.2. Совместная работа плит с трапециевидными шпонками
4.3.3. Совместная работа плит с круглыми шпонками
4.3.4. Оценка прочности межплитных швов
4.4. Расчет фрагментов перекрытия и их сравнение с результатами эксперимента
4.5. Формирование расчетной модели ячейки перекрытия для расчета на горизонтальную нагрузку.
4.5.1. Анализ напряженнодеформированного состояния перекрытия из многопустотных плит.
4.5.2. Жесткостные характеристики элементов пластинчатостержневой модели ячейки перекрытия.
4.6. Экспериментальные исследования сопротивления продольных швов при совместном действии на плиты горизонтальных и вертикальных нагрузок
4.7. Анализ деформативности связевых многопустотных плит при изгибе.
4.8. Жесткость связевых плит при растяжении в плоскости диска перекрытия.
4.9. Экспериментальные исследования работы связевых плит при совместном действии вертикальных и горизонтальных
нагрузок
Выводы по главе.
5. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ РАБОТА ПЕРЕКРЫТИЙ ИЗ ПЛИТ ТИПА 2Т.
5.1. Общие сведения
5.2. Расчетная модель ребристой плиты
5.3. Экспериментальные исследования напряженно
деформированного состояния плиты 2 Т
5.3.1. Конструкция опытной плиты и методика испытаний.
5.3.2. Анализ результатов испытаний
5.4. Работа пространственной модели ячейки перекрытия
5.5. Формирование расчетной модели ячейки перекрытия для расчета на горизонтальные нагрузки.
5.5.1. Деформационные характеристики связей
5.5.2. Определение параметров конечных элементов расчетной модели.
5.6. Экспериментальные исследования работы ячейки перекрытия
из плит 2 Т.
5.6.1. Конструкция ячейки перекрытия.
5.6.2. Методика испытаний
5.6.3. Работа фрагмента перекрытия при вертикальных нагрузках.
5.6.4. Деформирование фрагмента перекрытия при горизонтальной нагрузке.
5.6.5. Сравнение опытных и теоретических данных
Выводы по главе.
6. ФОРМИРОВАНИЕ ДИСКРЕТНЫХ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ НЕСУЩИХ ПОДСИСТЕМ
ЖЕЛЕЗОБЕТО И ЮГО МНОГОЭТАЖ1ЮГО КАРКАСА
6.1. Общие требования к расчетным моделям несущих элементов каркаса
6.2. Расчет сборных перекрытий из многопустотных плит на горизонтальные нагрузки
6.3. Расчет дисков перекрытия из плит типа 2 Т.
6.4. Расчет рам каркаса с учетом податливости узловых сопряжений.
6.5. Расчет связевого каркаса с учетом податливости сопряжений.
6.6. Конструктивные особенности и расчет сквозных связевых панелей
6.7. Экспериментальные исследования работы связсвой панели.
6.7.1. Конструкция связсвой панели и методика испытаний
6.7.2. Напряженнодеформированное состояние связевой панели при горизонтальных нагрузках.
6.7.3. Напряженнодеформированное состояние связевой панели
при неравномерно вертикальных нагрузках.
6.7.4. Работа связевой панели при одновременном действии горизонтальных и вертикальных нагрузок.
6.7.5. Податливость сопряжений металлической решетки с железобетонными колоннами
6.8. Экспериментальные исследования узла крепления подкоса связевой панели к фундаменту.
6.9. Анализ расчетной схемы связевой панели
Выводы по главе.
ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ
МНОГОЭТАЖНЫХ КАРКАСОВ
Выбор рациональной схемы разбивки на конечные
элементы.
Жесткостные характеристики конечных элементов сложных
сечений
Жесткостные характеристики конечных элементов,
моделирующих сопряжения сборных конструкций
Учет нелинейности деформирования железобетонных элементов с использованием диаграмм деформирования
арматуры и бетона
Учет нелинейности деформирования изгибаемых
железобетонных элементов на основе диаграмм М1р
Учет нелинейности деформирования сопряжения ригеля с
колонной.
Учет деформированного состояния многоэтажного
каркасного здания
Численные исследования работы каркасной системы
Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В результате получаются системы алгебраических уравнений достаточно высокого порядка, большая трудомкость составления которых в общем случае делает расчеты практически невозможными. Поэтому были приняты определенные упрощения расчетных схем. Так, в рассматриваются лишь симметричные здания, а для уменьшения количества уравнений предлагается группировка перекрытий и диафрагм равной жесткости. В 1, 2 при разделении здания на подсистемы рассматривается неполный каркас, включающий диски перекрытий и вертикальные рамы, которые должны быть одинаковыми. Учет ряда факторов, таких как сопротивление перекрытий деформированию из плоскости, работа ядер жесткости и др. Как уже отмечалось, среди численных методов наиболее распространенным и перспективным является МКЭ. Первоначально метод разрабатывался в форме стержневой аппроксимации, когда сплошная среда представлялась системой стержневых элементов, которая решалась матричными методами. В настоящее время разработана и используется развитая библиотека конечных элементов, позволяющая представлять любой элемент конструкции соответствующим типом к. Так, для элементов конструкции, длина которых намного превышает размеры сечения, применяются стержневые, в том числе криволинейные к. В общем случае такой элемент сопротивляется изгибу и сдвигу по направлениям, перпендикулярным оси элемента и растяжениюсжатию и кручению вдоль оси элемента. Для элементов конструкции, длина и ширина которых намного больше высоты сечения, применяются плоские и пространственные к. Для остальных элементов конструкции применяются объемные к. В некоторых случаях тип к. Так, стержневые элементы могут осуществлять одностороннюю связь, сопротивляясь только растяжению или сжатию. Применение таких элементов часто позволяет лучше раскрыть конструктивные особенности рассчитываемой конструкции, например, конструктивную нелинейность или нс учитывать сопротивление грунта или неармированного бетона растяжению, а гибких металлических стержней сжатию. Поскольку в несущей системе каркасного здания все элементы в той или иной степени одновременно деформируются в плоскости и из плоскости, очевидно, что если позволяют возможности компьютера, следует при разбивке всех плоских конструктивных элементов использовать к. Применение других, типов к. Для уменьшения количества разрешающих уравнений и трудоемкости ввода данных желательно уменьшить количество к. В то же время, как для всех численных методов, точность расчета по МКЭ сплошных конструкций в целом тем выше, чем чаще разбивка , 2. Кроме того, увеличение частоты разбивки на отдельных участках позволяет более подробно описать их напряженнодеформированное состояние, а для участков с переменной жесткостью более подробно описать их жесткостные характеристики. Учет податливости сопряжений также требует введения дополнительных элементов. Таким образом, одной из основных задач при линейном расчете несущей системы здания является выбор наиболее рационального способа е представления с помощью к. При определении минимально необходимой частоты разбивки для конструкции в целом следует учитывать, как особенности МКЭ, так и ожидаемое напряженнодеформированное состояние конструкций. Для стержневых элементов минимальное количество участков разбивки, при котором получается абсолютно точное решение, равно количеству стержней в системе или их участков с неизменной по длине жесткостью . Особенность расчетов по МКЭ плоских конструктивных элементов или подсистем заключается в том, что при их представлении с помощью к. С увеличением частоты разбивки точность расчетов повышается, т. Условия равновесия и совместности деформаций в полученной системе обеспечиваются при объединении к. При расчетах таких элементов при их деформировании в своей плоскости принимаются непрерывные линейные функции распределения перемещений внутри каждого элемента и вдоль его границ. Поэтому при одинаковых перемещениях узлов разбивки что обеспечивается матричными уравнениями, обеспечивается также непрерывность перемещений на границе между элементами. Вместе с тем, функции напряжений внутри каждого элемента принимаются постоянными.