Строительные конструкции, здания и сооружения. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура
A numerical study of the performance of a combined floor panel
Статья научная
The purpose of the study is to analyze the proposed calculation models of a structure to take into account the nonlinear properties of reinforced concrete. The paper studies a reinforced concrete lightweight structure of a solid floor using light concrete packaged units. The numerical study is based on the use of combined floor panel models and certain theories of material deformation. The numerical study allowed us to obtain and compare structural indicators using various model theories. It has been established that the design model of the combined floor structure based on the finite element method (FEM) allows us to account for the nonlinear properties of concrete and reinforced concrete, as well as the influence on the distribution of bending moments and thrust forces between two-way beams. We proposed design models which allow us to account for the uneven distribution of bending moments and thrust forces in the limit equilibrium method while analyzing the floor according to the limit state. Based on the limit equilibrium method, we developed recommendations on determining the distribution of bending moments along linear plastic centroids. The practical value of the study is to identify the features of the stress-strain state and establish the compliance between the numerical results and the data of physical and mechanical experiments.
Бесплатно
Experimental studies of lightweight reinforced concrete frame for sustainable construction
Статья научная
Weight reductions, the use of natural materials, and ease of disposal are signs of environmental friendliness in building structures. This article studies designs with indicated features. It also provides the results of experimental studies of U-shaped reinforced concrete frames with pre-stressed reinforcement in posts and beam-column. The specific features of the frame construction are linear pre-stressed wire-rope reinforcement, connections of beam-column joint with a post, and connections with pre-cast reinforced concrete units bearing the moment of flection with foundation mat. The authors analyze the results of measuring the deformation capacity of such connections and their displacement due to vertical deal load.
Бесплатно
Детерминированная оценка дефицита сейсмостойкости железобетонных каркасов
Статья научная
Исследованы резервы сейсмостойкости железобетонного каркаса из 4 этажей, испытанного ЦНИИЭП жилища в 1968 году с применением вибрационной машины В-2. Принималось, что каркас возведен в г. Ашхабаде на площадке со средними грунтовыми условиями, характеризующейся расчетной сейсмичностью 9 баллов. Над каркасом автором проведен численный эксперимент; оценки выполнены с применением расчетных процедур методологии нелинейного статического (Pushover) анализа в SAP2000. Рассматривается оценка дефицита сейсмостойкости (Id), обусловленного недостаточной способностью объектов исследования к редуцированию сейсмических сил. Отмечается, что в имеющихся формулировках дефицита сейсмостойкости отсутствует четкая связь Id с понятием допускаемых повреждений при сильном землетрясении. Пояснен порядок количественной оценки Id с применением диаграммы деформирования каркаса. Указывается, что оценка дефицита сейсмостойкости для объектов исследования должна захватывать область больших перемещений такой диаграммы. При воздействии, удовлетворяющем параметрам спектра реакции Sa(T), полученного из кривой β(T) СНиП II-A. 12-62, дефицит сейсмостойкости в исследуемом каркасе отсутствует. При этом допускаемому уровню повреждений каркаса соответствует коэффициент K1, равный 0,34. Расчетами установлено, что каркас способен выдержать горизонтальное воздействие, схожее с параметрами основного толчка Ашхабадского землетрясения 1948 г. Проверка сейсмостойкости каркаса с применением спектра Sa(T), полученного из кривой β(T) СП 14.13330, привела к чрезмерно консервативной оценке Id. Отмечается, что величина коэффициента допускаемых повреждений K1 может оказывать влияние на формирование Id только в железобетонных каркасных зданиях и сооружениях, обладающих низкой пластичностью. Дефицит сейсмостойкости в объектах исследования обуславливается недостаточными параметрами поперечного армирования зон пластичности.
Бесплатно
Статья научная
Представлено аналитическое исследование сложного напряжённо-деформированного состояния стального спирального каната с линейным касанием проволок К-12 (3+3+6), используемого в качестве напрягаемой арматуры железобетонных конструкций. В К-12 (3+3+6) нет ни одной прямолинейной проволоки, он состоит только из спиральных повивочных проволок. Три повивочные проволоки первого слоя повива можно условно называть сердечником или центральной трёхпроволочной прядью каната. В спиральном канате с линейным касанием проволок длина проволок внешнего слоя повива всегда превышает длину находящихся под ними проволок внутреннего слоя повива. То есть проволоки внешнего слоя имеют максимальные деформативные свойства и поэтому в них возникают минимальные напряжения. Проволоки центральной пряди в К-12 (3+3+6), будучи самыми короткими проволоками, имеют минимальные деформативные свойства, и поэтому в них возникают максимальные напряжения. При этом их прочность не самая большая, так как их диаметр не самый маленький (чем меньше диаметр проволоки, тем выше её прочность). Таким образом, конструкция каната К-12 (3+3+6) не является оптимальной по критерию максимального использования прочностных свойств стали в проволоках каната. Автором разработан новый стальной спиральный канат с линейным касанием проволок К-6 (3+3), который имеет оптимальную конструкцию по критерию максимального использования прочностных свойств стали в проволоках каната. К-6 (3+3) является канатом с неполным внешним повивом. Этот канат имеет повышенные технологические характеристики.
Бесплатно
Исследование усилий в вертикальных шпоночных стыках крупнопанельного здания в процессе возведения
Статья научная
В последнее время в мире наблюдается тренд на индустриализацию железобетонного домостроения. В России накоплен большой опыт крупнопанельного домостроения, позволяющий находить оптимальные конструктивные решения, однако новые решения приводят к необходимости их дополнительного изучения. Современные программные комплексы позволяют строить объемные модели здания с учетом физической нелинейности, позволяющие учесть фактическое распределение усилий между элементами. При этом для построения корректной модели крупнопанельного здания требуется задание податливостей стыков между ними. Величина податливости при отсутствии нормативной базы определяется прямыми испытаниями, результаты которых в дальнейшем используются для построения расчетной модели здания при его проектировании. Расчетная модель здания дает приблизительную оценку работы конструкций, и степень ее точности зависит от правильности выбора исходных предпосылок при построении. В настоящей статье выполнена оценка численной модели крупнопанельного здания путем сопоставления с результатами прямых наблюдений за сдвиговыми перемещениями в вертикальных стыках наиболее нагруженной ячейки строящегося здания. Наблюдения проводились на 26-этажном крупнопанельном здании с перекрестной конструктивной системой с самонесущими наружными продольными стенами. Вертикальные стыки - монолитные железобетонные с применением шпонок с тросовым петлевым поперечным армированием. Помимо этого, также дана оценка усилий, возникающих в этих стыках. В целом, это позволяет сделать вывод о корректности применения расчетной модели крупнопанельного здания с применением упругоподатливых связей с ограничением предельных усилий для моделирования вертикальных стыков. Расчётная часть исследования выполнялась с использованием объемной конечно-элементной модели с учетом величины податливостей стыков и фактических жесткостях конструктивных элементов здания. Результаты исследования могут использоваться при моделировании, расчёте и проектировании крупнопанельных зданий и дают новые научные знания о работе зданий такого типа.
Бесплатно
Статья научная
Цель исследования - адаптировать метод предельного равновесия для расчета железобетонной облегченной конструкции монолитного перекрытия с использованием сборных блоков из легкого бетона. Численное исследование основано на применении моделей плиты перекрытия комбинированной конструкции и определенных теорий деформирования материалов. Результатом численного исследования является получение данных об особенностях напряженно-деформированного состояния конструкции и их сравнение при использовании различных теорий и моделей. Установлено, что расчетная схема комбинированной конструкции перекрытия, разработанная на основе применения метода конечных элементов (МКЭ), позволяет учесть нелинейные свойства бетона и железобетона, а также влияет на распределение изгибающих моментов и распорных усилий между перекрестными балками. На основе метода предельного равновесия разработаны рекомендации по определению распределения изгибающих моментов вдоль линейных пластических шарниров. Практическое значение исследования состоит в выявлении особенностей напряженно-деформированного состояния и установлении соответствия результатов расчетов экспериментальным данным.
Бесплатно
Статья научная
Наиболее ответственными элементами крупнопанельных зданий являются вертикальные межпанельные стыки, которые обеспечивают совместную работу конструкций здания. Межпанельные стыки должны обладать необходимой прочностью и жесткостью, чтобы воспринимать сдвигающие и растягивающие усилия, передаваемые на них примыкающими стеновыми панелями. Помимо сварных связей в настоящее время также используются монолитные петлевые стыки, в том числе с использованием гибких тросовых петель. Особую роль в работе таких стыков на сдвиг играет бетонная смесь, которая используется для омоноличивания стыка. В данной работе представлено экспериментальное исследование работы на сдвиг вертикальных межпанельных шпоночных стыков с тросовыми петлями, омоноличенных мелкозернистым бетоном специального состава, разработанного ООО «БЕТОТЕК». Исследование проводилось с использованием натурных образцов стыков двух типов: линейного - сопряжения двух наружных панелей, расположенных в одной плоскости, и Т-образного - сопряжения двух наружных панелей, расположенных в одной плоскости, с примыкающей в перпендикулярном направлении внутренней панелью. В ходе испытаний фиксировались взаимные перемещения элементов панелей и трещины в монолитном шве. Образцы нагружали статической нагрузкой ступенями вплоть до разрушения. В результате испытаний была выявлена двухэтапная работа стыка (до возникновения трещин в монолитном шве и после), были определены необходимые при расчете и проектировании зданий характеристики стыка: усилие образования трещин, несущая способность стыка, параметры жесткости стыка. Было выявлено существенное занижение значений усилия образования трещин и жесткости стыка до образования трещин, определяемых по формулам действующих нормативных документов, по сравнению со значениями, полученными в результате испытаний.
Бесплатно
Несущая способность фрикционного стыка пояса стропильной фермы с дефектами монтажа
Статья научная
Монтажные стыки конструкций с использованием высокопрочных болтов широко используются в практике строительства. В статье на примере реального строительного объекта анализируется несущая способность фрикционного монтажного соединения при разных толщинах соединяемых элементов. Приводятся результаты математического моделирования изгиба соединительных накладок, экспериментальные исследования образцов фрикционных соединений и испытания на ударную вязкость накладок, имеющих различную величину остаточной пластической деформации. Показано, что при закрытии зазора в 1,0 мм в зоне перегиба напряжения в накладке превышают предел текучести стали. При закрытии допускаемого нормами зазора в 3,0 мм в зоне перегиба накладки возникает условный шарнир пластичности.
Бесплатно
О возможности изменения угла наклона верхнего пояса серийной фермы из гнутосварных профилей
Статья научная
Решается задача увеличения угла наклона верхнего пояса стропильных ферм из гнутосварных профилей. Необходимость увеличения угла наклона верхнего пояса продиктована тем, что при устройстве кровельного покрытия из сэндвич-панелей минимальный уклон доложен составлять 7° или 12 %. В действующей в настоящее время серии 1.460.3-23.98 уклон верхнего пояса ферм принят 10 %. В статье проведен анализ изменения усилий в элементах ферм из гнутосварных профилей при изменении угла наклона верхнего пояса. Для численного моделирования работы фермы из гнутосварных профилей использован программный комплекс SCAD Office 21.1. При создании расчетной схемы учитывались эксцентриситеты, возникающие в узлах ферм из гнутосварных профилей. Учет эксцентриситетов выполнялся путем сдвига узлов примыкания элементов решетки вдоль оси поясов. Показано, что в результате изменения высоты фермы продольные усилия в элементах решетки уменьшились, а узловые изгибающие усилия увеличились. Выполнены поверочные расчеты с учетом изменившихся усилий в узлах.
Бесплатно
Статья научная
Известно, что местные напряжения в верхней зоне стенки (ВЗС) подкрановых балок определяют их усталостную прочность, особенно в балках под краны тяжелого режима работы (7К и 8К). Локальноенапряженное состояние в ВЗС подкрановых балок формируется напряжениями сжатия и изгиба. Напряжения сжатия определяются по известной формуле Б.М. Броуде и хорошо согласуются с экспериментальными результатами, так как зависят только от вертикального давления колеса крана. Напротив, для вычисления местных изгибных напряжений используется изгибающий момент, величина которого имеет значительную неопределенность в используемых расчетных параметрах (эксцентриситет е и боковая сила Qt). Этой неопределенностью можно пренебречь при проверке статической прочности ВЗС, но для оценки усталостной прочности необходимо в качестве расчетного параметра применять более определенные величины, поддающиеся экспериментальной проверке. В качестве такой величины рекомендуется использовать угол поворота верхнего пояса балки. Угол поворота учитывает не только отмеченные выше параметры, но и интегрально включает в себя состояние подкрановых путей при движении крана с перекосом, степень износа крановых рельсов и степень его совместной работы с поясом балки, т. е. состояние креплений рельса к поясу балки. Угол поворота пояса балки - это универсальная характеристика для вычисления локальных изгибных напряжений. Однако в настоящее время недостаточно статистических данных по величине этого параметра и этот пробел необходимо восполнять. В статье делается попытка аналитически оценить целесообразность использования угла поворота пояса балки при вычислении локальных напряжений по сравнению с традиционным.
Бесплатно
Статья научная
Статья является продолжением работы автора, ранее опубликованной в настоящем Вестнике (Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». 2021, Т. 21, № 2). Представлены пояснения и уточнения к формуле, предложенной для оценки дефицита сейсмостойкости (далее - Id) зданий с применением расчетных процедур нелинейного статического метода, реализованных в SAP2000. Реализована идея графическим способом обосновать математическое выражение, предложенное для определения величины Id с учетом поправки за возраст здания. В качестве основных расчетных предпосылок принималось, что при определенных условиях изменение срока службы здания (далее - Tst) будет вызывать изменение расчетного ускорения колебаний пропорционально кубическому корню из Tst и что в течение срока службы здания землетрясение, способное вызвать сильное повреждение (или разрушение) его конструкций, произойти может. Изменение возраста здания к моменту проведения оценки величины Id принималось распределенным по показательному закону. В качестве одного из критериев соответствия объективности предложенной формулы для оценки Id принималась величина, соответствующая окончанию срока Tst. Такая величина Id должна иметь значение, подтвержденное результатами обследования технического состояния зданий в сейсмических районах. По уточненной формуле построены графики зависимости Id (Tst) при рассмотренных значениях сотрясаемости территории и времени ожидания землетрясения. Полученные результаты можно применить для выполнения требований пункта 6.19.11 СП 14.13330.2018, и использовать в качестве дополнения к расчетным положениям «Методики по обследованию зданий типовой застройки с целью определения их сейсмостойкости и необходимости сейсмоусиления» (Камчатгражданпроект, 2009).
Бесплатно
Статья научная
Для ускорения производственных процессов при монолитном строительстве в качестве некоторых несущих элементов более целесообразно применять сборные железобетонные конструкции. В качестве альтернативы монолитным балконам можно предложить установку балконных плит заводского изготовления с арматурными выпусками. Такой тип сборных железобетонных балконов ускоряет процесс производства монолитных работ, снижает затраты на опалубочные работы и является качественным сертифицированным несущим элементом. При внедрении в массовое производство сборных элементов необходимо выполнить экспериментальные исследования прочности, жесткости и трещиностойкости по отечественным нормативным документам. По результатам испытаний можно сделать заключение о пригодности к эксплуатации конструкции и внести корректировки по модернизации элемента.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается сборно-монолитное покрытие одноэтажного промышленного здания, состоящее из стропильных балок шириной 3 м, коробчатого поперечного сечения, ступенчато переменной высоты, ограниченной параболой третьей степени. Опираются балки на подстропильные конструкции, устанавливаются вразрядку и соединяются монолитной вставкой, дополняющей плиту верхнего пояса балки до единой плиты покрытия. Стропильные балки выполняют одновременно несущую и ограждающую функции. Высота покрытия в середине пролета 1,5 м вместо 3,75 м в типовом решении - при настиле ребристых плит по стропильным фермам. Покрытие отличается простотой устройства: минимально число подъемов и объем монтажной сварки, не требуется временных креплений, допускается совмещение монтажа и устройства монолитных вставок; конфигурация покрытия упрощает организацию водоотвода. Приводятся результаты для зданий с пролетами до 24 м со стропильной балкой шириной 3,0 м коробчатого поперечного сечения ступенчато переменной высоты.
Бесплатно
Покрытие промышленного здания на подстропильных рамах
Статья научная
Рассматриваются покрытия одноэтажных промышленных зданий каркасного типа. Отмечается, что ребристые плиты, стропильные и подстропильные конструкции в типовом решении представляют собой довольно громоздкие предварительно напрягаемые конструкции с высокой трудоемкостью изготовления и транспортирования; большая строительная высота покрытия увеличивает объем здания и эксплуатационные затраты; расстояние между поперечными осями - 6 или 12 м - не всегда достаточно для размещения оборудования цеха. Предлагается покрытие на подстропильных рамах из верхнего и нижнего поясов и вертикальных стоек, поддерживающих ограждающую часть в виде сплошной монолитной плиты на часто расположенных стропильных балках небольшой высоты. Расчеты конструкций выполняются с учетом неупругих деформаций по рекомендованным СП диаграммам деформирования: трехлинейной для бетона и двухлинейной для арматуры. Приводятся результаты для зданий с пролетами 30 и 24 м при шаге поперечных осей 18 м.
Бесплатно
Статья научная
Новейшие технологии затронули все аспекты человеческой деятельности, а также современное строительство. Если раньше строительство велось с большими экономическими и трудовыми затратами, то сейчас в современном строительстве эти затраты во много раз сократились. Одной из новейших технологий в современном строительстве является облегченное монолитное перекрытие, которое значительно уменьшает расход материалов. Поэтому данная статья посвящена исследованию облегченных монолитных плит перекрытий и покрытий со стальным и комбинированным армированием при действии равномерно распределенной нагрузки. Всего исследовалось три серии образцов. Первый образец для сравнения с другими образцами армирован полностью стальной арматурой различного диаметра. Для второго и третьего образца использована стеклопластиковая арматура. Получены результаты исследования облегченных монолитных плит, армированных металлической и стеклопластиковой арматурой. Получены экспериментальные зависимости изменения прогиба, относительного удлинения и укорочения в пролетных сечениях, момент появления, ширина раскрытия трещин облегченной плиты от приложенной нагрузки на этапах нагружения. Приводятся напряжения в пролетном участке растянутой зоны плиты и напряжения в сжатой поверхности плиты при разрушении конструкции.
Бесплатно
Численное исследование многопустотных панелей перекрытия различных длин
Статья научная
Известно, что многопустотные панели для упрощения при расчетах представляют в форме двутавровых (тавровых) балок и считают по балочной теории. Однако такое представление тем не менее может искажать результаты расчетов. Цель данной работы - изучить, как форма поперечного сечения многопустотных панелей для образцов различной длины влияет на несущую и деформативную способность, а также на нагрузку начала трещинообразования. Рассматривались образцы панелей различных длин, свободно опертых и работающих на изгиб, с поперечным сечением в естественной форме, в сопоставлении с образцами аналогичных длин в двутавровой форме. На образцы последовательно прикладывалась нагрузка с шагом 1 кН до достижения предела текучести арматурой в растянутой зоне. Выполнено численное исследование многопустотных панелей в нелинейной постановке с образованием пластического шарнира в середине пролета. Получены графики нагрузка -прогиб при моделировании соответствующих длин образцов с естественной и двутавровой формой сечения. Получены и сопоставлены результаты для нагрузки появления трещин, прогибов в середине пролета при разрушающей нагрузке. Выяснено, что длина панели оказывает влияние на результаты расчетов рассматриваемых форм, и чем длина меньше, тем более ярко выражено отклонение в графиках нагрузка - прогиб. С увеличением длины образцов коэффициент корреляции растет и стремится к единице, что говорит об увеличении связи между графиками нагрузка - прогиб. Предложены поправочные коэффициенты для уточнения расчетов плит по образованию трещин, деформациям и разрушающим нагрузкам.
Бесплатно
Статья научная
Расчетная схема крупнопанельного здания включает в себя элементы перекрытий, стеновых панелей и стыков между ними. Для корректного моделирования необходимо знать характеристики жесткости и прочности стыков на растяжение, сжатие и сдвиг. В виду отсутствия в нормативной и справочной литературе универсальных формул для определения прочности и жесткости стыков различных типов, необходимо производить дополнительные исследования. В 2014 году был разработан новый тип вертикального монолитного стыка крупнопанельных зданий - замковое соединение стеновых панелей, который обладает значительной прочностью и жесткостью. Замок состоит из П-образной скобы, соединяющей петлевые выпуски на торцах панелей, и стальной пластины, соединяющей концы скобы. Для полноценного применения стыка необходимо правильно оценивать его прочность и жесткость. Экспериментальные исследования работы стыка на растяжение показали двухлинейный характер его работы (с повышенной жесткостью до образования трещин и с пониженной после). Для расчета крупнопанельных зданий при основных сочетаниях эксплуатационных нагрузок достаточно моделирования работы стыка в пределах первого участка. Целью данного исследования является изучение работы замкового соединения на растяжение до образования трещин. В работе проводится сопоставление результатов численного моделирования с результатами испытания натурных образцов и определяются значения жесткости и момента образования трещин для стыков сдругими значениями прочности бетона омоноличивания и диаметрах петлевых выпусков. Исследование выполнялось с использованием плоской конечно-элементной модели в ПК Лира-САПР. Результаты расчета модели стыка в целом согласуются с результатами испытаний натурных образцов, были определены жесткость и нагрузка трещинообразования для стыков с различными параметрами прочности бетона и диаметра петлевого выпуска. Результаты исследования могут быть использованы при проектировании крупнопанельных зданий с данным типом стыка.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся результаты экспериментальных исследований бетона, нагружаемого до образования нисходящего участка на диаграмме «напряжение - деформация», разгрузки с нисходящего участка и последующего повторного нагружения. Испытания проводились на специальном устройстве, имитирующем один раз статически неопределимую конструктивную систему. Установлены факторы, влияющие на формирование диаграмм разгрузки и повторного нагружения. А также приведены эмпирические зависимости, с использованием которых можно вести расчеты конструктивных систем, когда наблюдаются зоны разгрузки. Такие случаи встречаются при немногократных повторных нагружениях систем и в случаях возникновения локальных повреждений, возникающих по различным причинам. Обосновывается необходимость таких исследований.
Бесплатно
Статья научная
Комбинированное армирование бетонных конструкций означает частичную замену стальной арматуры композитной. Такая замена осуществляется в стержневых и плитных изгибаемых конструкциях. Комбинированными называются конструкции, состоящие из различных материалов и различных технологических операций, включая применение сборных и монолитных изделий, а также предварительное напряжение. Поскольку композитная арматура имеет ряд специфических особенностей, то возникает необходимость проведения экспериментальных и теоретических исследований. Данная статья посвящена результатам испытания изгибаемых в двух направлениях плит комбинированной конструкции на поперечную нагрузку. Конструкция плит состоит из легких блоков (арболит), монолитного тяжелого бетона и комбинированного армирования (металлическая и композитная арматура). Образуется система перекрёстных балок из тяжелого бетона, между которыми расположен легкий бетон. Это снимает собственный вес (массу) конструкции, что дает повышение экономической эффективности. Семь образцов облегченных плит прямоугольного сечения размером 2260 × 1660 × 100 мм были изготовлены для достижения поставленных задач. Облегченные плиты изготовлены с двойным армированием. В результате экспериментальных исследований установлены характер разрушения облегченных плит перекрытий и покрытий с комбинированным армированием, деформации удлинения и укорочения в сечениях пролета при нагружении, ширина раскрытия трещин и характер образования трещин.
Бесплатно
