ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1 Основные положения по теме исследования 8
1.1 Виды существующих методов усиления 8
1.1.1 Усиление железобетонных элементов без изменения напряженного состояния или конструктивной схемы 11
1.1.2 Методы усиления с изменением конструктивной схемы 17
1.2 Существующие методы расчета усиленных железобетонных конструкций 20
1.2.1 Метод предельных усилий 21
1.2.2 Диаграммный метод расчета 29
Выводы к первой главе 35
Глава 2 Разработка методики расчета усиленных железобетонных элементов по деформационной модели 36
2.1 Методика расчета неусиленных железобетонных элементов на основе деформационной модели 36
2.2 Разработка методики расчета усиленных железобетонных элементов на основе деформационной модели 40
2.3 Диаграммы деформирования 47
2.4 Средства автоматизации расчетного алгоритма 49
Выводы ко второй главе 54
Глава 3 Апробация алгоритма расчета усиленного железобетонного элемента по деформационной модели 55
3.1 Расчет железобетонного элемента без усиления 55
3.2 Расчет железобетонного элемента с усилением 60
3.2.1 Усиление при нагружении элемента 0,45Mult 61
3.2.2 Усиление при нагружении элемента 0,65Mult 65
3.2.3 Усиление при нагружении элемента 0,85Mult 68
3.3 Контроль корректности результатов 71
Выводы к третьей главе 75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 77
Актуальность исследования: в настоящее время происходит рост числа реконструируемых зданий и объектов, требующих проведение таких работ. В силу тех или иных причин, неправильной технической эксплуатации, воздействия агрессивных факторов, со временем происходит снижение прочности и несущей способности железобетонных элементов, которые нуждаются в правильном усилении и методике оценки несущей способности, жесткости, трещиностойкости усиленной конструкции.
Метод расчета по предельным усилиям, который в настоящее время является наиболее используемым, не рассматривает напряженно- деформированное состояние конструкции до усиления и, как следствие, не учитывает влияние начальных напряжений и полученных деформаций усиливаемой части на конструкцию после усиления. Также, не представляется возможным учет распределения усилий между частями конструкции и перераспределения усилий в ходе последующего нагружения и включения элемента усиления в совместную работу.
Эти недостатки привели к поиску новых решений и методов расчета, которые основаны на деформационной модели с использованием диаграмм деформирования.
Работу любой железобетонной конструкции на всех этапах нагружения можно описать при помощи соответствующих диаграмм деформирования: связывающие напряжения и относительные деформации в заданной точке конструкции, это зависимости «о-е». В современных нормах предложен новый подход к расчету железобетонных элементов с использованием нелинейной деформационной модели и диаграмм состояния бетона типа «о-е». Он является единым для расчета по первой и по второй группам предельных состояний [1].
Применение в расчетах железобетонных конструкций диаграмм деформирования (или диаграммы состояния), которые выражены математическими зависимостями, дает возможность учесть физические представления о работе бетона и арматуры; описать деформации кривой линией; получить соответствие с опытными результатами; использовать полученные аналитические зависимости для составления алгоритмов в программах при автоматизированном проектировании железобетонных конструкций.
Необходимость разработки методики расчета усиленной конструкции с учетом упругопластического характера деформирования материалов и действующих напряжений, отвечающую современным тенденциям развития нормативных документов, является актуальной задачей и подчеркивает актуальность исследования.
Цель: разработка метода расчета железобетонного элемента, усиленного наращиванием сечения, на основе нелинейной деформационной модели.
Задачи диссертационной работы:
• выполнить анализ существующих способов усиления железобетонных элементов и методик их расчетов;
• разработать и реализовать при помощи Microsoft Excel алгоритм диаграммного расчета железобетонных элементов, усиленных наращиванием сечения;
• оценить результаты реализации диаграммного метода расчета усиленных железобетонных элементов с обоснованием достоверности получаемых результатов.
Объект исследования: железобетонный элемент, усиленный наращиванием сечения.
Предмет исследования: методика расчета прочности, жесткости и трещиностойкости железобетонного элемента, усиленного наращиванием сечения, с применением нелинейной деформационной модели.
Методы исследования: в ходе проведения работы были применены теоретические методы исследования.
Научная новизна диссертационной работы: предложенный метод расчета усиленных элементов позволяет на основании единого подхода провести оценку железобетонных элементов после усиления по несущей способности, жесткости, трещиностойкости с получением схем распределения напряжений по сечениям усиливаемой и усиливающей частям конструкции.
Практическая значимость: предложенный алгоритм может быть использован при расчете усиленных изгибаемых железобетонных конструкций.
Апробация работы: результаты проводимого исследования докладывались и обсуждались на студенческой конференции, а также опубликовывались в периодических изданиях:
1 Оськина О. М. Расчет железобетонных элементов, усиливаемых наращиванием сечения, с использованием деформационной модели // Молодой ученый. — 2017. — №10. — С. 78-80.
2 Журавлёва Т.А., Оськина О.М. Деформационная модель и ее применение в расчетах усиления конструкций // Студенческие Дни науки ТГУ: научно-практическая конференция (Тольятти, 3-29 апреля 2017 года): сборник студенческих работ/отв. за вып. С.Х. Петерайтис. - Тольятти: изд- во ТГУ, 2017 — С. 9-11.
3 Маркова О.М. Диаграммный метод в расчетах усиленных железобетонных элементов // Научный журнал. - 2017. - № 07 (20). - С. 17-19.
Объем и структура диссертационной работы: Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованных источников. Работа изложена на 81 страницах машинописного текста, содержит в своем составе 25 рисунков и 4 таблицы.
1. В результате проведенного анализа существующих методов усиления железобетонных конструкций, а также методов их расчетов, были выявлены значительные недостатки существующих методов расчета и предложен альтернативный метод расчета, основанный на использовании деформационной модели.
2. Был разработан алгоритм расчета по деформационной модели, который базируется на применении диаграмм деформирования. Для этого за основу был выбрано сечение, усиленное наращиванием сечения, а расчет велся в соответствии с трехлинейной диаграммой деформирования для бетона и двухлинейной для арматуры. При этом учитывался такой немаловажный фактор, как существующая нагрузка на конструкцию, от которой непосредственно зависела эффективность усиления. Условно был принят низкий, средний и высокий уровень нагружения, выявлена закономерность, что при высоком уровне нагружения материалы усиления даже наполовину не реализуют свой потенциал.
3. С помощью разработанного алгоритма возможно более полно изучить работу конструкции при усилении, эффективности использования прочностных характеристик усиливающей части и порядок разрушения сечения, что позволяет более рационально производить усиление железобетонных конструкций с более экономным использованием материалов.
