» » Метод теоретического изучения плоско-напряженного состояния стеновых панелей. Объем исследований

Метод теоретического изучения плоско-напряженного состояния стеновых панелей. Объем исследований

16.04.2016

В последние два десятилетия для изучения напряженно-деформированного состояния различных строительных конструкций широко применяется метод конечных элементов (МКЭ). Однако большинство существующих программ для ЭВМ реализуют его в упругой постановке, что значительно снижает ценность получаемых результатов. Исследования с помощью таких программ не позволяют изучить работу конструкции после появления в ней трещин и пластических деформаций, обусловливающих перераспределение внутренних усилий, изменение жесткости конструкции и пр. А именно эта информация необходима в первую очередь для решения задач, связанных с определением прочности конструкции, ее перемещений и др.
В последние годы Н.И. Карпенко и его учениками была разработана теория деформирования железобетона с трещинами, которая открыла большие возможности в решении целого круга различных задач. В этой связи появились работы, направленные на создание методов и программ расчета на ЭВМ железобетонных конструкции в нелинейной постановке. В числе этих работ имеются и такие, которые ставят целью расчет плоско-напряженных конструкций за пределами упругости. Некоторые из них доведены до программной реализации и завершены расчетами реальных конструкций, но в большинстве случаев при простом пропорциональном нагружении. Аналогичные исследования при сложном нагружении не имеют такого завершения.
На кафедре строительных конструкций КПИ им. С. Лазо предложен вариант математической модели железобетона при плоском напряженном состоянии и сложном нагружении, и разработай способ реализации этой модели в нелинейном расчете конструкций по МКЭ. В этой модели железобетон представляется в виде физически нелинейного анизотропного, сплошного материала, слагаемого, из совместно работающих бетона и «растворенной» по его объему арматуры. Последняя считается нелинейно упругой и характеризуется продольной и поперечной жесткостями (соответственно при осевом растяжении—сжатии и при срезе). Считается, что в пределах каждого конечного элемента трещина образуется по главной площадке при постижении напряжениями и деформациями соответствующих предельных значений.
В ходе описываемых теоретических исследований предстояло выяснить следующие вопросы, имеющие прямое отношение к инженерному методу расчета стен монолитных зданий в своей плоскости:
1. Установить формы эпюр нормальных (σт) и касательных (τху) напряжений в опорных сечениях стен при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил;
2. Определить характер распределения напряжений по длине контурной растянутой и сжатой арматуры стеновых панелей;
3. Изучить напряженное состояние горизонтальных и вертикальных стержней полевого армирования панелей;
4. Исследовать динамику трещинообразования в панелях на разных стадиях работы в условиях сложного загружения.
Метод теоретического изучения плоско-напряженного состояния стеновых панелей. Объем исследований

В качестве инструмента теоретического исследования была применена программа, созданная авторами рассмотренного выше предложения по реализации МКЭ в нелинейной постановке. Объектом расчета являлся одноэтажный фрагмент (панель) стены с регулярными технологическими швами по высоте. Геометрические размеры и схема загружения расчетной модели панели были приняты такими, как в соответствующих экспериментальных исследованиях, описанных далее.
Всего было рассчитано четыре задачи, одна из них дважды по двум расчетным схемам (рис. 3.27). Неизменными исходными параметрами этих задач помимо геометрических размеров панелей являлись характеристики бетона (Rb = 22,5 МПа, Rbt = 2,25 МПа, Еb = 2,15*10в4 МПа, v = 0,2) и арматуры (Rs = 420 МПа, Rsq = Rsw = 620 МПа, Es = 2,1*10в5 МПа). Остальные сведения о рассчитанных панелях приведены в табл. 3.8.
Метод теоретического изучения плоско-напряженного состояния стеновых панелей. Объем исследований