CC BY
66
Проектирование и конструирование строительных систем. Проблемы механики в строительстве \ZESTNIK
_мвви
удк 624.042.8
А.Г. Тамразян, К.А. Шувалов*
ФГБОУ ВПО «МГСУ», *ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК»
ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ЗАПРОЕКТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
Проведены исследования влияния предварительного напряжения железобетонных элементов на динамические параметры при запроектных воздействиях. Выявлено влияние указанных параметров на уровень безопасности системы.
Ключевые слова: конструктивная безопасность, живучесть, предварительно напряженные элементы.
Проведены исследования для оценки влияния предварительного напряжения железобетонных сечений на параметры динамического догружения статически неопределимых систем при запроектных воздействиях.
Для оценки влияния предварительного напряжения выполним определение динамических догружений в сечении ригелей опытной пространственной рамно- стержневой системы [1] сечением 70*120 мм из бетона класса В25, армирование которых принято арматурой 06 класса А500 без предварительного напряжения, с предварительным напряжением на бетон без сцепления с бетоном и на упоры, а также с предварительным напряжением арматуры 04 класса Вр1400 с натяжением ее на упоры.
Рассмотрим случай армирования ригеля без осуществления предварительного напряжения. Обозначим величины характерных усилий ЫП, , и соот-
ветствующих им деформаций хсп, %сп-1, %пп-1 (рис. 1, а). В соответствии с [2] значения ЫП (хП) и ЫП-1 (хПмогут быть получены предварительным расчетом исходной п-системы и (п-1)-системы при статическом нагружении. Искомой величиной является напряжение Ы<^-\ (Пп_хвозникающее в (п-1)-системе при ее внезапном динамическом догружении от выключения конструктивной связи и, соответственно, мгновенной структурной перестройки системы.
М, кНм
а б
Рис. 1. К определению динамических догружений в сечении железобетонного ригеля: а — ненапряженного; б — с натяжением арматуры в каналах на бетон
Хрупкое разрушение связи (элемента) к приведет к возникновению затухающих во времени колебаний стержней в статически неопределимой конструктивной системе. Для решения сформулированной задачи составим условие постоянства полной удельной энергии для /-го элемента [3]. Обозначив уровень его потенциальной энергии от-
© Тамразян А.Г., Шувалов К.А., 2012
113
ВЕСТНИК
11/2012
носительно точки статического равновесия Ь величиной Ф, определяемой, согласно [2], интегральным выражением
ь
ф (х) = j M (x)d х,
(1)
величину удельной работы внешних сил находим как произведение МЩ_1 на соответствующее перемещение.
Условие постоянства полной удельной энергии элемента приводит к следующему аналитическому выражению для искомых значений М а _ ^ или %С_1:
ф(х !_, )_ф(хП ) = мс_1 (х П _1 _хП). "" (2)
Зависимость (1) означает равенство площадей криволинейной трапеции АаЬсС и прямоугольника AedC (см. рис. 1, а). Таким образом, действительное значение деформации (кривизны) % ^ может быть найдено из условия равенства площадей заштрихованных фигур аеЬ и Ьdc.
Для исследуемого сечения пространственной рамы, выполненной без предварительного напряжения с выключающейся из работы линейной связью, соответствующие диаграмме значения моментов равны: МС = 0,186Р, Мсп_х = 0,447Р. Для заданного уровня приложения запроектной нагрузки Р = 3,55кН находим Мсп - 0,66 кн • м, Мсп_1 = 1,58 кН • м.
Из анализа диаграммы (см. рис. 1, а) и вычисленных значений МС_1 и у^ получим ф (хи) _ ф (хП) < МП_1 (хи _ХП), т.е. площадь фигуры аеЬ превышает площадь фигуры
Ьdc. Это означает, что М^_1 > Ми, и, следовательно, сечение считается разрушенным при заданном динамическом догружении от выключающейся линейной связи.
Аналогично выполняем анализ принятого критерия разрушения для рамы с использованием в армировании ее ригеля предварительно напрягаемой арматуры класса А500 стержнем 06 с натяжением ее на бетон без сцепления с бетоном и величиной предварительного напряжения = 0,9 Я8п.
В результате получаем, что для диаграммы, построенной по вычисленным значениям усилий и деформаций, М°п_х > Ми, т.е. сечение считается разрушенным от запро-ектного воздействия в виде выключающейся линейной связи даже при квазистатическом его приложении (рис. 1, б).
По результатам расчета с использованием зависимости (2) получено Мап_х = 1,96 кН • м.
Вычислим характерные фибровые напряжения бетона сжатой зоны железобетонного элемента в рассматриваемом сечении и напряжения в арматуре (рис. 2).
а б
Рис. 2. Диаграмма a-s для бетона (а) и арматуры (б) рассматриваемого предварительно напряженного элемента со стержневой арматурой
Проектирование и конструирование строительных систем. Проблемы механики в строительстве УЕБТЫНС
_мвви
Вывод. Система с предварительным напряжением при запроектном воздействии в отличие от системы без преднапряжения остается неразрушенной.
Примечание. Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научно-педагогические кадры инновационной России», проект 14.B37.21.0170.
Библиографический список
1. Клюева Н.В., Бухтиярова А.С., Колчунов В.И. К оценке живучести железобетонных пространственных рамно-стержневых конструкций с выключающимися линейными связями // Вестник БрГТУ 2012. № 1 (73): Строительство и архитектура. С. 163—166.
2. Прочность и деформативность железобетонных конструкций при запроектных воздействиях: научное издание / Г.А. Гениев, В.И. Колчунов, Н.И. Клюева и др. М. : Изд-во АСВ, 2004. 216 с.
3. Клюева Н.В., Шувалов К.А. Расчет динамических догружений в железобетонных преднапряженных неразрезных балках при внезапном выключении моментной связи // Железобетонные конструкции: исследования, проектирование, методика преподавания : сб. докладов Междунар. науч.-прак. конф., посвященной 100-летию со дня рождения В.Н. Байкова / под ред. А.Г. Тамразяна ; М-во образования и науки Росс. Федерации; ФГБОУ ВПО «Моск. гос. строит. ун-т». М. : МГСУ, 2012. С. 135—143.
Поступила в редакцию в октябре 2012 г.
Об авторах: Тамразян Ашот Георгиевич — доктор технических наук, профессор кафедры железобетонных и каменных конструкций, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, tamrazian@mail.ru;
Шувалов Константин Александрович — ассистент кафедры строительных конструкций и материалов, ФГБОУ ВПО «Государственный университет — учебно-научно-производственный комплекс» (ФГБОУ ВПО «Госуниверситет — УНИК»). 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, д. 29, (4862) 73-43-49, kshuvalov@gmail.com.
Для цитирования: Тамразян А.Г., Шувалов К.А. Влияние предварительного напряжения железобетонных конструкций на динамические параметры при запроектных воздействиях // Вестник МГСУ. 2012. № 11. С. 113—116.
A.G. Tamrazyan, K.A. Shuvalov
INFLUENCE OF PRE-STRESSING OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURES ONTO DYNAMIC PARAMETERS IN THE EVENT OF EXPOSURE TO BEYOND-DESIGN ACTIONS
In the paper, the researchers have estimated the influence of pre-stressing of reinforced concrete elements upon the dynamic loading parameters in the event of beyond-design actions.
In particular, the case of reinforcement of a crossbar, if considered absent of any pre-stressing, is considered in the paper. The authors have proven that the presence of brittle fracture elements leads to decay in time-driven vibrations of rods within the statically indeterminate structural system. The findings have been made on the basis of the magnitude of specific efforts (the bending moment) and the corresponding strain. Besides, the authors have formulated the condition of permanence of the total per-unit energy of structural elements. The influence of the above-mentioned parameters on the design safety of a system is identified.
Key words: design safety, survivorship, pre-stressed elements.
References
1. Klyueva N.V., Bukhtiyarova A.S., Kolchunov V.I. K otsenke zhivuchesti zhelezobetonnykh prostranstvennykh ramno-sterzhnevykh konstruktsiy s vyklyuchayushchimisya lineynymi svyazyami [Assessment of Survivability of Spatial Reinforce Concrete Frame-rod Structures with Interrupting Linear Connections]. Vestnik BrGTU. Stroitel'stvo i arkhitektura. [Bulletin of Bryansk State Technical University. Construction and Architecture]. 2012, no. 1(73), pp. 163—166.
2. Geniev G.A., Kolchunov V.I., Klyueva N.I. Prochnost' i deformativnost' zhelezobetonnykh konstruktsiy pri zaproektnykh vozdeystviyakh [Strength and Deformability of Reinforced Concrete Structures Exposed to Beyond-design Actions]. Moscow, ASV Publ., 2004, 216 p.
Designing and detailing of building systems. Mechanics in civil engineering
115
вестник 11/2012
3. Klyueva N.V., Shuvalov K.A., edited by Tamrazyan A.G. Raschet dinamicheskikh dogruzheniy v zhelezobetonnykh prednapryazhennykh nerazreznykh balkakh pri vnezapnom vyklyuchenii moment-noy svyazi [Analysis of Dynamic Loads Produced onto Pre-stressed Continuous Reinforced Concrete Beams in the Event of Sudden Interruption of Instantaneous Connections]. Zhelezobetonnye konstrukt-sii: issledovaniya, proektirovanie, metodika prepodavaniya. [Reinforced Concrete Structures: Research, Design, Teaching Methodology]. Collected works of International Scientific and Practical Conference in Commemoration of the 100th anniversary of V.N. Baykov. Moscow, MGSU Publ., 2012, pp. 135—143.
About the authors: Tamrazyan Ashot Georgievich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Reinforced Concrete and Masonry Structures, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; tam-razian@mail.ru;
Shuvalov Konstantin Aleksandrovich — Assistant Lecturer, Department of Structural Units and Construction Materials, State University — Educational, Scientific and Production Amalgamation (Gosuniversitet-UNPK), 29 Naugorskoye Shosse, Orel, 302020, Russian Federation; kshuvalov@ gmail.com; +7(4862)73-43-49.
For citation: Tamrazyan A.G., Shuvalov K.A. Vliyanie predvaritel'nogo napryazheniya zhelezobetonnykh konstruktsiy na dinamicheskie parametry pri zaproektnykh vozdeystviyakh [Influence of Pre-Stressing of Reinforced Concrete Structures onto Dynamic Parameters in the Event of Exposure to Beyond-Design Actions]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 11, pp. 113—116.
