Помощь студентам в учебе
Исследование несущей способности и деформативности шпоночного соединения с петлевыми жесткими связями в узлах крупнопанельного домостроения
|
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ КРУПНОПАНЕЛЬНОЕ ДОМОСТРОЕНИЕ: КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ, СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА И АКТУАЛЬНАЯ НОРМАТИВНАЯ БАЗА 8
1.1. Крупнопанельное домостроение в современном жилом комплексе 8
1.2. Анализ конструктивных схем и стыковых соединений в крупнопанельном
домостроении 10
1.3. Существующие методы и основные положения расчета крупнопанельных
зданий 14
1.4. Обзор существующих методов проверки стыков крупнопанельных зданий. 17
1.5. Проблематика нормативной базы расчета крупнопанельных зданий 22
1.6. Вывод по 1 главе 23
ГЛАВА 2. ТЕОРИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРИМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СТЫКОВ КРУПНОПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ. ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ВЕРТИКАЛЬНОГО ШПОНОЧНОГО СТЫКА 24
2.1. Существующие конечноэлементные модели крупнопанельного здания 24
2.2. Постановка задачи и методика инженерного расчета вертикального
шпоночного стыка 28
2.3. Сравнительный анализ прочностных характеристик вертикального
шпоночного соединения 34
2.4. Расчетная модель стыкового соединения 37
2.5. Вывод по 2 главе 45
ГЛАВА 3. ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ ВЕРТИКАЛЬНОГО СТЫКА ПАНЕЛЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЖЕСТКОЙ СТЕРЖНЕВОЙ АРМАТУРЫ 46
3.1 Объект исследования и лабораторное оборудование 46
3.2 Методика и планирование экспериментальных исследований 51
3.3 Проведение испытаний опытных образцов вертикального шпоночного стыка. 53
3.4 Результаты испытаний и обработка данных 57
3.5 Выводы по 3 главе 63
Глава 4. РАБОТА ВЕРТИКАЛЬНОГО ШПОНОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРИ ПРОГРЕССИРУЮЩЕМ ОБРУШЕНИИ 64
4.1 Крупнопанельное домостроение при аварийных воздействиях 64
4.2 Методика расчета на прогрессирующее обрушение 66
4.3 Учет физической нелинейности при расчете крупнопанельного здания
Заключение 73
Список литературы 75
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ КРУПНОПАНЕЛЬНОЕ ДОМОСТРОЕНИЕ: КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ, СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА И АКТУАЛЬНАЯ НОРМАТИВНАЯ БАЗА 8
1.1. Крупнопанельное домостроение в современном жилом комплексе 8
1.2. Анализ конструктивных схем и стыковых соединений в крупнопанельном
домостроении 10
1.3. Существующие методы и основные положения расчета крупнопанельных
зданий 14
1.4. Обзор существующих методов проверки стыков крупнопанельных зданий. 17
1.5. Проблематика нормативной базы расчета крупнопанельных зданий 22
1.6. Вывод по 1 главе 23
ГЛАВА 2. ТЕОРИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРИМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СТЫКОВ КРУПНОПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ. ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ВЕРТИКАЛЬНОГО ШПОНОЧНОГО СТЫКА 24
2.1. Существующие конечноэлементные модели крупнопанельного здания 24
2.2. Постановка задачи и методика инженерного расчета вертикального
шпоночного стыка 28
2.3. Сравнительный анализ прочностных характеристик вертикального
шпоночного соединения 34
2.4. Расчетная модель стыкового соединения 37
2.5. Вывод по 2 главе 45
ГЛАВА 3. ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ ВЕРТИКАЛЬНОГО СТЫКА ПАНЕЛЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЖЕСТКОЙ СТЕРЖНЕВОЙ АРМАТУРЫ 46
3.1 Объект исследования и лабораторное оборудование 46
3.2 Методика и планирование экспериментальных исследований 51
3.3 Проведение испытаний опытных образцов вертикального шпоночного стыка. 53
3.4 Результаты испытаний и обработка данных 57
3.5 Выводы по 3 главе 63
Глава 4. РАБОТА ВЕРТИКАЛЬНОГО ШПОНОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРИ ПРОГРЕССИРУЮЩЕМ ОБРУШЕНИИ 64
4.1 Крупнопанельное домостроение при аварийных воздействиях 64
4.2 Методика расчета на прогрессирующее обрушение 66
4.3 Учет физической нелинейности при расчете крупнопанельного здания
Заключение 73
Список литературы 75
Основная задача современного строительства - это повышение доступности жилья для всех слоев населения. Главным фактором, определяющим доступность жилья, является себестоимость строительства, а также скорость возведения и возможность применения типовых решений в процессе проектирования.
Среди современных методов строительства крупнопанельное домостроение является индустриальным методом возведения жилых зданий. Практика строительства показывает высокую эффективность, практичность и экономическую целесообразность данного метода возведения зданий.
Отечественное крупнопанельное домостроение берет свое начало в 40-х годах прошлого века и за это время показало, что с технико-экономической точки зрения, данный тип строительства отличается от других жилых зданий снижением расхода массовых материалов и древесины, снижение объема транспорта и общего веса сооружений, снижение трудовых затрат и наиболее короткие сроки возведения здания.
Однако данный метод строительства имеет и недостатки, такие как низкая архитектурная выразительность и снижение теплоизоляционных свойств вертикальных и горизонтальных междупанельных стыков. Но современные методы производства и возведения жилых зданий позволяют решать и эти задачи.
На сегодняшний день наиболее эффективным и надежным способом устройства монолитных вертикальных стыков являются монолитный шпоночный стык с применением тросовых или жестких петель, установленных с заданным по расчету шагом в торце панели. При возведении каркаса здания и монтаже панелей, через петли двух, трех и четырех рядом стоящих панелей, продевается арматурный стержень на полную высоту панели, после чего данный стык омоноличивается. Такое соединение не просто упрощает процесс строительства и увеличивает качество крупнопанельного производства, но и позволяет уменьшить деформации сдвига между панелями жилого здания.
Объект и предмет исследования.
Объектом исследования является вертикальный железобетонный узел шпоночного соединения стеновой панели.
Предметом исследования является НДС вертикального железобетонного узла, работающего на сдвиг, с использованием петли из жесткой стержневой арматуры и шпонки с прямой и наклонной внутренней гранью.
Цели и задачи исследования.
Целью работы является изучение сдвигающего усилия вертикального шпоночного стыка с жесткой арматурной петлей и шпонки с прямой и наклонной внутренней гранью.
Для достижения цели решались следующие задачи:
- провести анализ способов стыковки соединений сборных стеновых железобетонных панелей, а также исследование трудов отечественных и зарубежных ученых в этой области;
- провести анализ существующих методик расчета и действующей нормативной базы;
- провести теоретическое исследование сдвигающего усилия вертикального шпоночного стыка с жесткой арматурной петлей и шпонки с прямой и наклонной внутренней гранью;
- провести экспериментальное исследование сдвигающего усилия вертикального шпоночного стыка с жесткой арматурной петлей и шпонки с прямой и наклонной внутренней гранью;
- выполнить анализ работы вертикального шпоночного стыка при прогрессирующем обрушении.
Научная новизна результатов исследований:
- определение достоинств и недостатков вертикальных шпоночных стыков;
- получены экспериментальные данные сдвиговых усилий в шпоночном соединении в зависимости от: угла наклона внутренних граней шпонок и прочности бетона омоноличивания с использованием петли из жесткой стержневой арматуры;
- результаты экспериментально-теоретических исследований.
Методы исследования.
В процессе исследования использованы методы научного поиска, методы математического моделирования, в т.ч. численные на основании сертифицированного программного комплекса Lira 10.8, методы факторного планирования и математической статистики, методы лабораторных экспериментов, методы определения физико-механических характеристик материалов на основе нормативной документации.
Достоверность полученных результатов обеспечивается:
- применением научно-обоснованных методов;
- обоснованными упрощениями и корректными допущениями при разработке математических моделей;
- применением современной инструментальной базы для лабораторных исследований и лицензированного программного комплекса,
- достоверность теоретического исследования подтверждена сходимостью его результата с результатом экспериментальных исследований.
Практическая ценность работы:
- проведенное исследование дополняет имеющеюся базу знаний в области изучения панельного домостроения, конструктивных узлов и напряженно- деформированного состояния вертикальных шпоночных стыков в зависимости от геометрических характеристик и бетона омоноличивания.
Личный вклад.
Автором выполнен анализ стыковки соединений сборных стеновых железобетонных панелей, а также исследование трудов отечественных и зарубежных ученых в этой области. Определены цели и задачи исследования, разработаны теоретические положения и методика проведения экспериментального исследования. Выполнен анализ результатов практического исследования и проведен анализ работы вертикального шпоночного стыка при прогрессирующем обрушении.
Апробация работы.
Основные результаты НКР были доложены и обсуждались на научных семинарах кафедры «Строительные конструкции» в 2018-2020 гг., на научных конференциях Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» в 2018¬2020 гг.
На защиту выносятся следующие положения и результаты:
- результаты исследования актуальности развития крупнопанельного домостроения;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований вертикального шпоночного соединения;
- анализ работы вертикального шпоночного стыка при прогрессирующем обрушении.
Структура и объем научно-квалификационной работы:
НКР состоит из введения, 4 глав, заключения. Библиографический список включает 69 наименований. Изложена на 82_ странице машинописного текста и содержит 52 рисунка, 10 таблиц.
Среди современных методов строительства крупнопанельное домостроение является индустриальным методом возведения жилых зданий. Практика строительства показывает высокую эффективность, практичность и экономическую целесообразность данного метода возведения зданий.
Отечественное крупнопанельное домостроение берет свое начало в 40-х годах прошлого века и за это время показало, что с технико-экономической точки зрения, данный тип строительства отличается от других жилых зданий снижением расхода массовых материалов и древесины, снижение объема транспорта и общего веса сооружений, снижение трудовых затрат и наиболее короткие сроки возведения здания.
Однако данный метод строительства имеет и недостатки, такие как низкая архитектурная выразительность и снижение теплоизоляционных свойств вертикальных и горизонтальных междупанельных стыков. Но современные методы производства и возведения жилых зданий позволяют решать и эти задачи.
На сегодняшний день наиболее эффективным и надежным способом устройства монолитных вертикальных стыков являются монолитный шпоночный стык с применением тросовых или жестких петель, установленных с заданным по расчету шагом в торце панели. При возведении каркаса здания и монтаже панелей, через петли двух, трех и четырех рядом стоящих панелей, продевается арматурный стержень на полную высоту панели, после чего данный стык омоноличивается. Такое соединение не просто упрощает процесс строительства и увеличивает качество крупнопанельного производства, но и позволяет уменьшить деформации сдвига между панелями жилого здания.
Объект и предмет исследования.
Объектом исследования является вертикальный железобетонный узел шпоночного соединения стеновой панели.
Предметом исследования является НДС вертикального железобетонного узла, работающего на сдвиг, с использованием петли из жесткой стержневой арматуры и шпонки с прямой и наклонной внутренней гранью.
Цели и задачи исследования.
Целью работы является изучение сдвигающего усилия вертикального шпоночного стыка с жесткой арматурной петлей и шпонки с прямой и наклонной внутренней гранью.
Для достижения цели решались следующие задачи:
- провести анализ способов стыковки соединений сборных стеновых железобетонных панелей, а также исследование трудов отечественных и зарубежных ученых в этой области;
- провести анализ существующих методик расчета и действующей нормативной базы;
- провести теоретическое исследование сдвигающего усилия вертикального шпоночного стыка с жесткой арматурной петлей и шпонки с прямой и наклонной внутренней гранью;
- провести экспериментальное исследование сдвигающего усилия вертикального шпоночного стыка с жесткой арматурной петлей и шпонки с прямой и наклонной внутренней гранью;
- выполнить анализ работы вертикального шпоночного стыка при прогрессирующем обрушении.
Научная новизна результатов исследований:
- определение достоинств и недостатков вертикальных шпоночных стыков;
- получены экспериментальные данные сдвиговых усилий в шпоночном соединении в зависимости от: угла наклона внутренних граней шпонок и прочности бетона омоноличивания с использованием петли из жесткой стержневой арматуры;
- результаты экспериментально-теоретических исследований.
Методы исследования.
В процессе исследования использованы методы научного поиска, методы математического моделирования, в т.ч. численные на основании сертифицированного программного комплекса Lira 10.8, методы факторного планирования и математической статистики, методы лабораторных экспериментов, методы определения физико-механических характеристик материалов на основе нормативной документации.
Достоверность полученных результатов обеспечивается:
- применением научно-обоснованных методов;
- обоснованными упрощениями и корректными допущениями при разработке математических моделей;
- применением современной инструментальной базы для лабораторных исследований и лицензированного программного комплекса,
- достоверность теоретического исследования подтверждена сходимостью его результата с результатом экспериментальных исследований.
Практическая ценность работы:
- проведенное исследование дополняет имеющеюся базу знаний в области изучения панельного домостроения, конструктивных узлов и напряженно- деформированного состояния вертикальных шпоночных стыков в зависимости от геометрических характеристик и бетона омоноличивания.
Личный вклад.
Автором выполнен анализ стыковки соединений сборных стеновых железобетонных панелей, а также исследование трудов отечественных и зарубежных ученых в этой области. Определены цели и задачи исследования, разработаны теоретические положения и методика проведения экспериментального исследования. Выполнен анализ результатов практического исследования и проведен анализ работы вертикального шпоночного стыка при прогрессирующем обрушении.
Апробация работы.
Основные результаты НКР были доложены и обсуждались на научных семинарах кафедры «Строительные конструкции» в 2018-2020 гг., на научных конференциях Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» в 2018¬2020 гг.
На защиту выносятся следующие положения и результаты:
- результаты исследования актуальности развития крупнопанельного домостроения;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований вертикального шпоночного соединения;
- анализ работы вертикального шпоночного стыка при прогрессирующем обрушении.
Структура и объем научно-квалификационной работы:
НКР состоит из введения, 4 глав, заключения. Библиографический список включает 69 наименований. Изложена на 82_ странице машинописного текста и содержит 52 рисунка, 10 таблиц.
На основании проведенного теоретического исследования и экспериментальных данных сформулированы выводы и предложены рекомендации, которые представлены далее по тексту.
Основные выводы:
1. Проведен теоретический анализ работы вертикального шпоночного стыка соединения железобетонных стеновых панелей.
2. Выполнен расчет вертикального шпоночного стыка при различных углах наклона граней шпонок и в зависимости от прочности бетона омоноличивания.
3. Произведен численный расчет вертикального шпоночного стыка в ПК «Лира». Получены карты напряжений, показывающие работу вертикального стыка в зависимости угла наклона граней шпонки и прочности бетона омоноличивания.
4. Получены экспериментальные данные работы вертикального шпоночного стыка. Определена несущая способность и деформативность стыка при различных геометрических параметрах и несущей способности бетона омоноличивания.
5. Описан характер разрушения вертикального шпононочного стыка.
6. Выполнен анализ работы вертикального шпоночного стыка при прогрессирующем обрушении. Получены сравнительные данные при линейном и нелинейном расчете.
В рамках проведенного исследования сформулированы следующие рекомендации:
1. При инженерном расчете учитывать требования по определению несущей способности вертикального шпоночного стыка, изложенные в «СП 335.1325800.2017 Крупнопанельные конструктивные системы. Правила проектирования».
2. При проектировании вертикального шпоночного стыка учитывать прочность бетона омоноличивания, а угол наклона граней принимать не более 300.
3. Рассмотреть возможность внесения изменений в «СП 335.1325800.2017 Крупнопанельные конструктивные системы. Правила проектирования» в части приложения В и исключить расчет коэффициента отношения силы распора в шпоночном соединении к сдвигающей силе, воспринимающей шпонки, а принимать его постоянным, равным 0,2.
4. Требуется дополнительные исследования в области работы вертикального шпоночного соединения при прогрессирующем обрушении. А также постановка задачи и формирование инженерного метода расчета для регионов, с сейсмической активностью более 6 баллов.
5. Применение жестких стержневых петель, выполненных из гладкой арматуры, является экономически целесообразным и сохраняет необходимую несущую способность в сравнении с тросовым петлевым соединением.
Основные выводы:
1. Проведен теоретический анализ работы вертикального шпоночного стыка соединения железобетонных стеновых панелей.
2. Выполнен расчет вертикального шпоночного стыка при различных углах наклона граней шпонок и в зависимости от прочности бетона омоноличивания.
3. Произведен численный расчет вертикального шпоночного стыка в ПК «Лира». Получены карты напряжений, показывающие работу вертикального стыка в зависимости угла наклона граней шпонки и прочности бетона омоноличивания.
4. Получены экспериментальные данные работы вертикального шпоночного стыка. Определена несущая способность и деформативность стыка при различных геометрических параметрах и несущей способности бетона омоноличивания.
5. Описан характер разрушения вертикального шпононочного стыка.
6. Выполнен анализ работы вертикального шпоночного стыка при прогрессирующем обрушении. Получены сравнительные данные при линейном и нелинейном расчете.
В рамках проведенного исследования сформулированы следующие рекомендации:
1. При инженерном расчете учитывать требования по определению несущей способности вертикального шпоночного стыка, изложенные в «СП 335.1325800.2017 Крупнопанельные конструктивные системы. Правила проектирования».
2. При проектировании вертикального шпоночного стыка учитывать прочность бетона омоноличивания, а угол наклона граней принимать не более 300.
3. Рассмотреть возможность внесения изменений в «СП 335.1325800.2017 Крупнопанельные конструктивные системы. Правила проектирования» в части приложения В и исключить расчет коэффициента отношения силы распора в шпоночном соединении к сдвигающей силе, воспринимающей шпонки, а принимать его постоянным, равным 0,2.
4. Требуется дополнительные исследования в области работы вертикального шпоночного соединения при прогрессирующем обрушении. А также постановка задачи и формирование инженерного метода расчета для регионов, с сейсмической активностью более 6 баллов.
5. Применение жестких стержневых петель, выполненных из гладкой арматуры, является экономически целесообразным и сохраняет необходимую несущую способность в сравнении с тросовым петлевым соединением.