Научно-исследовательская работа студентов

Вид материала

Научно-исследовательская работа

Содержание Секция строительных конструкций Влияние платформенного опиранияна напряженное состояние опорной зоныжелезобетонных конструкций Перспективы развития ограждающихи несущих конструкций на базе эффективныхзаполнителей и модификаторов Конструктивные принципы армированияклееных деревянных балок К вопросу о моделировании методомконечных элементов работы в общем пакетеслоев разной жесткости

Подобный материал:

• Научно-исследовательская работа студентов и пути её совершенствования Оглавление: Введение, 219.43kb.
• Научно-исследовательская работа преподавателей и студентов как условие эффективного, 91.08kb.
• Научно-исследовательская работа студентов Научно-исследовательская работа студентов, 20.56kb.
• Научно-исследовательская работа студентов (нирс) является обязательной, неотъемлемой, 111.22kb.
• Научно-исследовательская работа студентов (нирс) 10. 1 Информационно-аналитический, 648.54kb.
• Научно-исследовательская работа студентов (нирс) 10. 1 Информационно-аналитический, 662.36kb.
• Научно-исследовательская работа студентов, 216.82kb.
• Научно-исследовательская работа студентов на кафедре мировой экономики в 2009 2010, 48.05kb.
• Положение об организации научно-исследовательской работы студентов, 130.25kb.
• Научно-исследовательская работа студентов лингвистического университета как способ, 161.47kb.

^

Секция строительных конструкций

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПОЯСОВ

Мальков А. Ю. — студ. 5 курса
Научный руководитель — к. техн. н., доц. Селютина Л. Ф.

В современной строительной практике к проектированию и изготовлению поясов прибегают как при реконструкции зданий (например, надстройка мансардных этажей на жилые дома первых массовых серий), так и в новом строительстве (например, ригели поддерживающих рам на уровне перехода от каркасной к стеновой системе в зданиях повышенной этажности). Пояса, устраиваемые по периметру несущих стен, на практике зачастую армируют по конструктивным соображениям (площадь арматуры от 2 до 15 см²). В работе ставится задача создать программу расчета поясов, железобетонных перемычек и рандбалок, основанную на методе проф. Жемочкина. Проведены исследования факторов, влияющих на напряженное состояние железобетонных обвязок. Это сделано с целью учета полученных результатов в создаваемой программе, разработки рекомендаций пользователям по выбору исходных данных и по их корректировке при вариантном проектировании конструкций. Изучено влияние размеров сечения пояса на его напряженное состояние. Выяснилось, что при увеличении высоты сечения быстро растет и изгибающий момент, что ведет к повышенному расходу материалов, но снижает местные напряжения в кладке. Вывод: если позволяют требования СНиП (h_min=300 мм) и прочность кладки, то высоту обвязочных поясов следует уменьшать. При опирании поясов на стену с проемом в нижележащей кладке обнаружено, что если расстояние между верхом проема и нижним обрезом пояса не менее 1 м для кирпичной кладки и 1,5 м для кладки из крупных блоков, то обвязку можно рассчитывать без учета влияния проемов. Поскольку пояса устраиваются по периметру зданий, а метод Жемочкина применим только для расчета линейных балок, возникла необходимость разработать метод расчета прямоугольного в плане пояса. Идея метода: развернуть прямоугольник в линию из четырех участков и добавить с обеих сторон по «лишней части», то есть по смежной стороне прямоугольника, для учета «углового» эффекта. Слева и справа от мест стыка полученных балок добавить участок с жесткостью, умноженной на коэффициент k (метод Жемочкина позволяет рассчитывать балки переменной жесткости), который подобран с помощью программы SCAD. Выяснилось, что при коэффициенте k, равном 1/10 для любого сочетания загружений, соотношений размеров прямоугольника и поперечного сечения пояса, имеем приемлемую погрешность между результатами, полученными на прямоугольной схеме и на развертке. Использование программы позволит проектировать железобетонные пояса новых и реконструируемых зданий с минимальными расходами бетона и арматуры.

^

ВЛИЯНИЕ ПЛАТФОРМЕННОГО ОПИРАНИЯ
НА НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОПОРНОЙ ЗОНЫ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Воронин З. А. — асп.
Научный руководитель — докт. техн. н., доц. Петров А. Н.

Влияние характера опирания на напряженное состояние опорной зоны рассматривалось на примере балки-стенки. Геометрические размеры балки-стенки 1800 × 600(h) мм. Толщина — 200 мм. Материал — бетон класса В20. К конструкции прикладывалась симметричная нагрузка в виде двух сосредоточенных сил. Для рассмотрения были выбраны три способа моделирования опоры: 1. Традиционная схема, которая обычно принимается в расчетах, в виде закрепления балки по оси опоры в одном узле; 2. Платформенное опирание через стальную пластину; 3. Платформенное опирание в виде стальной пластины и резиновой прокладки. Третий тип опирания характерен для современных конструктивных решений и заимствован из зарубежной практики строительства.

В качестве расчетной модели был принят метод конечных элементов (МКЭ), реализованный в виде оригинальной программы в среде программирования Delphi. Балка подчинялась линейно-упругому закону деформирования, поскольку изучалось напряженно-деформированное состояние до момента образования первых трещин в бетоне. В соответствии с программой исследований рост нагрузки продолжался до тех пор, пока напряжения в бетоне опорной зоны не достигали предела прочности бетона при растяжении R_bt = 0,81МПа, т. е. до образования первых трещин.

Результаты расчета по трем вариантам моделирования опоры позволяют сделать следующие выводы. Традиционное представление граничных условий в расчетных схемах конструкций искажает реальное значение напряжений в опорной зоне конструкции в сторону завышения. Такая оценка противоречит принципам метода предельных состояний, который принят в качестве основного при проектировании конструкций. Занижая порог трещинообразования, традиционная модель не позволяет правильно оценить трещиностойкость опорной зоны элемента, что важно с точки зрения оценки эксплуатационной пригодности конструкции. Модели, учитывающие реальный характер опирания, позволяют более точно оценить работу конструкций в зоне их закрепления. Так, второй вариант по сравнению с первым выявил увеличение трещиностойкости опорной зоны балки на 19%, причем распределение напряжений в опорной зоне обе модели описали примерно одинаково (образование первых трещин фиксировалось в одних и тех же КЭ). Третий вариант выявил увеличение трещиностойкости опорной зоны на 25%, что также согласуется с установленным опытным путем преимуществом платформенного опирания конструкций через упругие прокладки.

^

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ
И НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ НА БАЗЕ ЭФФЕКТИВНЫХ
ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ И МОДИФИКАТОРОВ

Гунич И. А. — асп.
Научный руководитель — докт. техн. н., доц. Петров А. Н.

В середине 80-х годов в мировой строительной практике появились конструкции и сооружения из бетона нового поколения с высокими эксплуатационными свойствами, получившего название «high performance concrete» (НРС). Такой бетон отличался высокой прочностью, низкой водопроницаемостью, повышенной коррозионной стойкостью и долговечностью. В отечественном строительстве также имеет место тенденция применения высокопрочных материалов и, в частности, бетонов. За последние годы прочность применяемых товарных бетонов выросла в 1,5 раза, и
в течение ближайших 10 лет ставится задача ее повышения еще в 2—3 раза (до 100 МПа). Концепция НРС основана на комплексном использовании суперпластификатора и микрокремнезема, которые подаются в бетонную смесь, что требует частичной переделки стандартного технологического оборудования. В России разработана оригинальная технология производства нового композиционного материала в составе: микрокремнезем, суперпластификатор и регулятор твердения. Этот материал — «комплексный модификатор бетона МБ-01» — является модификатором полифункционального действия. Он представляет собой порошок, состоящий из гранул размером до 100 мкм. Его можно транспортировать насыпью, он удобен в применении, не требует затрат на модернизацию технологических линий для подачи микрокремнезема и суперпластификатора в бетоносмесители. С применением МБ-01 и при расходе обычного портландцемента М400 до 500 кг на куб. метр можно получить бетоны класса выше В60, низкой водонепроницаемости (выше марки W18), повышенной стойкости к воздействию сульфатов, хлоридов и слабых кислот. Основная эффективная область применения высокопрочных бетонов — в вертикальных несущих конструкциях, которая может быть дополнена за счет применения высокопрочных бетонов в изгибаемых элементах с большими пролетами. Для получения экономического эффекта от применения бетонов классов В70—В80 необходимо разработать новые конструктивные решения, позволяю-
щие, например, увеличивать длину пролетных строений, уменьшать сечения или количество продольных несущих элементов. В этом случае снижение материалоемкости конструкций позволит окупить увеличение стоимости бетона В70—В80, составляющее 14—21% по сравнению с бетоном В35. Значительным резервом экономии являются повышенные водонепроницаемость и морозостойкость конструкций из высокопрочных бетонов, позволяющие в значительной мере снизить расходы на ремонт и восстановление зданий при эксплуатации.

^

КОНСТРУКТИВНЫЕ ПРИНЦИПЫ АРМИРОВАНИЯ
КЛЕЕНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК

Калёва М. Д. — асп.
Научный руководитель — докт. техн. н., доц. Петров А. Н.

Высокие требования и уровень современного строительства предъявляют качественно новые требования к строительным материалам и конструкциям. Клееные деревянные конструкции по ряду технико-экономических показателей превосходят традиционные конструкции из металла и железобетона, имея малую монтажную массу, относительно высокую прочность и жесткость при достаточной надежности и долговечности. В то же время ряд отрицательных свойств древесины (зависимость свойств от пороков и строения, необходимость применения и значительный расход качественного пиломатериала, излишняя массивность сечений и т. д.) ограничивают область применения и ухудшают показатели клееных деревянных конструкций. Рациональное сочетание конструкционных материалов, обладающих высокой удельной прочностью, какими являются древесина и сталь, позволяет создать конструкции, имеющие большую прочность, жесткость, надежность в работе и экономичность. К такого рода комбинированным конструкциям относятся клееные деревянные балки, армированные стальными стержнями.

При проектировании балок, армированных стальными стержнями, учитываются прочностные свойства арматуры, так как именно они в конечном итоге влияют на несущую способность комбинированной конструкции. Рассматривая армированные деревянные конструкции как комплексные, следует выбирать арматуру с учетом полного использования ее свойств в зависимости от свойств древесины. Учитывая, что предельные деформации волокон древесины при механических испытаниях на растяжение и сжатие в среднем составляют 1,15 и 0,84%, а у арматуры с физическим пределом текучести — 6—16%, приходим к выводу, что несущая способность арматуры будет использована полностью, поскольку напряжения в ней достигнут предела текучести прежде, чем будет исчерпана прочность древесины. В то же время арматура предотвратит хрупкое разрушение конструкции даже после полного разрушения древесины, так как частично сохранит прочностные свойства и за пределом текучести.

Анализ экспериментальных и теоретических данных по армированным деревянным балкам приводит к следующим выводам.

1. Введение арматуры в сечение деревянной балки позволяет повысить ее несущую способность в 1,54 раза, а жесткость в 1,33 раза при проценте армирования от 1 до 5.

2. Несущая способность арматуры используется полностью. Во всех случаях перед разрушением напряжения в арматуре достигают предела текучести.

^

К ВОПРОСУ О МОДЕЛИРОВАНИИ МЕТОДОМ
КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РАБОТЫ В ОБЩЕМ ПАКЕТЕ
СЛОЕВ РАЗНОЙ ЖЕСТКОСТИ

Мирохин М. Л. — асп.
Научный руководитель — докт. техн. н., доц. Петров А. Н.

Эффективным путем повышения теплозащиты и звукоизолирующей способности конструктивных элементов зданий является применение многослойных ограждающих и несущих конструкций с наружными слоями из конструкционных бетонов, а средних слоев — из конструктивных бетонов с монолитным их соединением. Для численного моделирования работы таких конструкций более всего подходит метод конечных элементов (МКЭ), позволяющий путем суммирования матриц жесткости слоев с различными свойствами получить модель, наиболее полно аппроксимирующую реальную конструкцию. При этом элементы глобальной матрицы жесткости будут зависеть от стадии работы каждого слоя и пакета в целом. По характеру выполняемых функций слои конструкции можно разделить на следующие виды: конструкционный слой — слой, воспринимающий нагрузки от собственного веса конструкции в целом и различные эксплуатационные нагрузки; конструктивный слой — слой, выполняющий специфические функции, например, звукоизолирующие, теплозащитные и др. Несколько конструкционных и конструктивных слоев, монолитно связанных друг с другом, образуют пакет. При этом в расчете учитывается работа всех слоев конструкции.

Методика расчета конструкций с монолитным соединением слоев может быть основана как на принципах линейной механики, так и на диаграммном методе нелинейной механики железобетона. При решении задачи в линейной постановке необходимо ввести в расчет условный параметр — коэффициент работы слоя, равный отношению модулей упругости конструктивных и конструкционных слоев. Этот параметр показывает, до какого уровня напряжений в конструкции данный слой будет учитываться в расчете. Касательные напряжения на границе слоев позволяют установить появление трещин между слоями. При этом конструктивный слой выключается из работы конструкции. Нелинейный расчет многослойных конструкций основывается на признании того, что при появлении трещин в более слабом слое он продолжает работать, но с более низкими жесткостными характеристиками — на нисходящей ветви диаграммы деформирования. Здесь необходимо иметь в виду закон изменения прочностных свойств материала с учетом возможности превышения предела прочности — переходом на нисходящую ветвь диаграммы растяжения-сжатия. Нелинейная модель многослойной конструкции отражает реальную работу материала слоев и позволяет с высокой степенью точности учесть роль каждого слоя в сложном сопротивлении многослойной конструкции внешним нагрузкам.