facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Page translation
 

Исследование железобетонных плит перекрытий от воздействия на них ударных нагрузок при прогрессирующем обрушений

Исследование железобетонных плит перекрытий от воздействия на них ударных нагрузок при  прогрессирующем обрушений
Zhaukhanov Fazyl, учащийся магистрант

Kuderin Marat , dean, doctor of technical sciences, full professor

Pavlodar State University named after Toraigyrov, Kazakhstan

Championship participant: the National Research Analytics Championship - "Kazakhstan";

the Open European-Asian Research Analytics Championship;

 

В статье рассматриваются проблемы расчета железобетонных конструкций на аварийные ударные воздействия различной интенсивности, которые в последние годы все более остро встает перед инженерами, занимающимися проектированием объектов различного назначения.

Ключевые слова: железобетонные конструкции, ударные воздействия, мгновенный импульс, прогрессирующее обрушение, строительство, сооружения.

In article problems of calculation of ferroconcrete designs on the emergency shock influences of various intensity which in recent years more and more sharply rises before the engineers who are engaged in projection of objects of different function are considered.

Keywords: ferroconcrete designs, shock influences, the instantaneous impulse, progressing collapse, construction, constructions.

 

Проблема расчета железобетонных конструкций на аварийные ударные воздействия различной интенсивности в последние годы все более остро встает перед инженерами, занимающимися проектированием объектов различного назначения [1,2]. Такие воздействия, в большинстве случаев, относятся к низкоскоростным [3..5]. Одним из наиболее распространенных типов перекрытий зданий и инженерных сооружений являются перекрытия из железобетонных плит, опертых по контуру на железобетонные ригели и другие опоры, конструкции, чаще всего воспринимающие упомянутые воздействия.  По этому типу нередко выполняются перекрытия убежищ гражданской обороны, сооружений химической, нефтегазовой промышленности и ряда других объектов, которые могут испытывать воздействия кратковременных динамических нагрузок  различной  интенсивности. Развитие строительства промышленных зданий с взрывоопасными технологическими процессами, появление взрывчатых веществ, ядерного оружия и.т.п. привело к необходимости расчета строительных конструкций на действие взрывных воздействий, последствия которых вызывает обрушение и приводит к многократным ударным нагрузкам и локальным повреждениям в виде цепной реакции от элемента к элементу.  Которое,  в конечном счете, приводит к обрушению всего сооружения.  Для обычных гражданских и промышленных сооружений, специально не предназначенных для их восприятия, эти нагрузки являются случайными аварийными воздействиями, однократно действующими на конструкцию [6].При действии этих нагрузок к конструкциям таких сооружений предъявляется только одно требование: конструкции должны выдержать нагрузку, не вызвав обрушение сооружения. Поэтому, в этих случаях в таких сооружениях могут быть допущены значительные остаточные деформации несущих конструкций и даже локальные разрушения одного или несколько из них, но не приводящие к обрушению сооружений или части его.

Разрушение одной или нескольких элементов несущей системы может привести к перегрузке других оставшихся элементов этой системы. Это может стать причиной обрушения целого сооружения. В таких случаях для обеспечения сохранности здания от обрушения требуется обеспечить несущую способность оставшихся элементов несущей системы и сохранить его общую устойчивость даже при выключенных отдельных элементах.

В связи с вышеизложенным,  в последние годы, интерес гражданских инженеровобращен к проблеме сопротивления железобетонных конструкций к кратковременным динамическим воздействиям от прогрессирующих обрушений, когда защита зданий в аварийных ситуациях, в первую очередь, должна быть ориентирована не на допущение разрушений, а на обеспечение безопасности людей и возможности их эвакуации, на реализацию необходимого для этого запаса времени [6]. Под прогрессирующим обрушением понимается распространение начального локального повреждения в виде цепной реакции от элемента к элементу, которое, в конечном счете, приводит к обрушению всего сооружения или непропорционально большой его части. Причиной разрушения может быть любая из множества перечисленных аварийных ситуаций, которые не рассматриваются в обычном проектировании. В то же время землетрясения, пожары, сильные ветры, на которые производятся расчёты зданий в соответствии со строительными нормами, также не должны приводить к прогрессирующему обрушению. Большинство зарубежных стандартов строительного проектирования учитывают возможность возникновения и потенциальные последствия прогрессирующего обрушения от аварийных воздействий.

Чрезвычайные ситуации, вызванные запроектными источниками, в общем случае, непредсказуемы и сводятся к локальным аварийным воздействиям на конструкции здания, в большинстве случаев, на перекрытия. Расчет таких перекрытий на действие указанных нагрузок производился раздельно для плит и балок, используя методы, учитывающие работу конструкций в упругой и пластической стадиях [1,2]. При таком традиционном проектировании выполняется поэлементный расчет, т.е. обеспечивается требуемая надежность каждого отдельного элемента. При этом надежность понимается, как свойство сооружения выполнять свое функциональное назначение с необходимым качеством в течение предусмотренного срока эксплуатации. Такая поэлементная проверка называется методом наислабейшего элемента и присваивает всей конструкции топологию последовательного соединения элементов, что в действительности не всегда так и может свидетельствовать об имеющихся запасах несущей способности. Поскольку определить надежность всей конструкции не представляется возможным в виду значительной трудоемкости, то надежность всего сооружения трактуется через надежность ее отдельных элементов.Конструкции должны быть разработаны так, чтобы ограничивать эффект местного разрушения и предотвращать или минимизировать прогрессирующее обрушение. Сооружения должны проектироваться, возводиться и эксплуатироваться так, чтобы ущерб, возникающий как следствие аварийных событий, не достигал размеров, несоизмеримо больших, чем последствия изначального локального повреждения. [6]

Авторами  были проведены экспериментальные исследования поведения железобетонных плит при низкоскоростных ударах.  Нагружение осуществлялось на специально сконструированной установке падающим грузом-индентером,  представляющим сплошной стальной цилиндр с вмонтированным динамометром для определения силы удара. В проведенных исследованиях  определились следующие основные направления: классификация схем разрушения, характеристики случайных ударных нагрузок, их классификация, изучение особенностей поведения бетона, арматуры и железобетона, местное поведение железобетона в зоне контакта с ударяющим телом, общее поведение конструкций при ударных воздействиях.

1. Классификация схем разрушения.На основании экспериментальных исследований получены четыре схемы разрушения железобетонных плит при действии ударной нагрузки

Рисунок 1 Виды разрушения ж/б плит

Проникание (X) можно определить, как вход тела (ударника) в мишень (плиту) без сквозного проникания последней.

Откол (tS) – это разрушение под действием растягивающих напряжений, возникающих при отражении волны сжатия от тыльной поверхности плиты. После появления откола образец практически разрушен, так как при этом обнажается арматура (рисунки 2, 3). Да и сама откольная пробка является "снарядом", который в свою очередь может нанести повреждения, то есть являться вторичным ударником. Для ударников большого диаметра откол вызывается меньшим прониканием. Это объясняется тем, что ударник сравнительно большого диаметра, с малым отношением d / h, создаёт распространенный по значительной площади в плане удар, вызывающий откол вследствие ударных волн сжатия от нижней поверхности плиты. В то же время проникание в силу большой площади невелико. По мере уменьшения диаметра ударника, удар становится более концентрированным и может вызвать откол за счёт движения конической пробки, обусловленной срезом бетона, которая выбивается из плиты (рисунок 2б).

В противоположность прониканию (X) при пробивании (tP) ударник насквозь проходит плиту (рисунки 3а).Это имеет место лишь в случае очень больших скоростей импульса или чрезвычайно тонких плит.

На рисунках 2 и  3 показаны вид откольной пробки при нагружении плиты ударником d=50мм. Разрушение происходило от среза по боковой поверхности усечённого конуса, диаметр верхнего основания которого равнялся диаметру ударника. При этом между нормалью к поверхности и образующей боковой поверхности конуса в зоне приложения нагрузки составлял < 45.

Рисунок 2 – Схема разрушения железобетонной плиты

а) верхняя поверхность плиты   б) нижняя поверхность плиты

 

Откольная пробка ж/б плиты П1-5-3  Нижняя поверхность плиты ЗП1-5-3
Рисунок 3 –  Схемы образования дефектов при ударе по плитам

На основании проведённых испытаний можно сделать следующие выводы.

1. Проведенные испытания плит показали, что параметр их разрушения зависит, главным образом, от начальной скорости удара V0 и соотношения d / h.

2. В отличие от высокоскоростных ударов, при низкоскоростных выбивается бетонная пробка, имеющая форму усечённого конуса.

3. Увеличение диаметра ударника d при тех же V0, Myg, h переводит характер разрушения из разряда пробивания в разряд откола.

Дальнейшее увеличение диаметра ударника переводит характер разрушения из местного в общий.

4. Увеличение V0 при неизменных остальных параметрах может привести к изменению характера разрушения, например, от общего к местному (отколу).

5. Прогибы защемлённых плит оказались меньше, чем в шарнирно-опертых плитах.

Схемы разрушения квадратных и прямоугольных плит оказались идентичными в зоне удара, но прогибы прямоугольных плит в случае общего, выше, чем разрушения квадратных.

6. В качестве предельного состояния по прочности при местном действии удара рассматривается откол.

7. Резкое возрастание значений деформации наблюдается около площадки контакта, причём величины деформации в кольцевом направлении в 2-3 раза меньше значений радиальных деформаций.

Зона распространения максимальных деформаций составляет 2-2,5 диаметра ударника.

8. При общем деформировании плит разрушение наступало либо вследствие образования “веерной”схемы, либо обычного общего механизма, в котором радиальные пластические шарниры расходятся от точки приложения до краёв плиты.

9. Начало выкрашивания бетона при ударе не зависит от количества арматуры и не сдерживается ею, но значение арматуры существенно влияет на завершающем этапе выкрашивания.

 

Литература:

  1. Попов Н.Н., Расторгуев Б.С. Вопросы расчета и конструирования специальных сооружений. М.: Стройиздат 1980. с. 190.
  2. Попов Н.Н., Расторгуев Б.С. Забегаев А.Б. Расчет конструкции на динамические специальные нагрузки. - М.: Высшая школа, 1992. - 319 с.
  3. Попов Н.Н., Расторгуев Б.С, Динамический расчет железобетонных конструкций. Москва : Стройиздат 1974. с.206.
  4. СНиП П-1 1-77*. Защитные сооружения гражданской обороны. /Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 60 с.
  5. МДС 20-2.2008. Временные рекомендации по обеспечению безопасности большепролетных сооружений от лавинообразного обрушения. / ФГУП «НИЦ «Строительство». — М.: ОАО «ЦПП», 2008. — 16 с.
  6. СП 52-103-2007. Железобетонные монолитные конструкции зданий. М., 2007.
  7. А.В. Перельмутер, Э.З. Криксунов, Н.В. Мосина. Реализация расчета монолитных жилых зданий на прогрессирующее (лавинообразное) обрушение в среде вычислительного комплекса SCAD Office. Инженерно-строительный журнал, №2, 2009.
  8. ASCE 7-02. Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, 2002 edition. American Society of Civil Engineers, Reston, VA, 2002.
  9. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений. М., 1999.
  10. Кудерин М.К., Жауханов Ф.Б. Исследование железобетонных конструкций при действии ударных нагрузок
  11. Кудерин М.К. Динамика железобетонных плит, опертых по контуру, при действии ударных нагрузок.
  12. Перельмутер А.В. Прогрессирующее обрушение и методология проектирования конструкций (совершенствование нормативных документов), №6- «Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений». 2004. 
  13. Рабинович И.М. К динамическому расчету сооружений за пределом упругости // Исследования по динамике сооружений. - Москва: Стройиздат, 1947. -с.100-132.
  14. Рабинович И.М., Синицын А.П., Лужин О.В., Теренин В.М. Расчет сооружений на импульсные воздействия. Москва : Стройиздат 1970. с. 304.
  15. Лужин 0.В, Исследование работы купольных защитных конструкций на действие динамических нагрузок, как в пределах упругости деформации, так и за их пределами, - М.: ВИА, 1962.
  16. Попов Н.Н., Забегаев А.В. О применимости жестко-пластического метода при расчете железобетонных конструкций на действие динамических нагрузок // Известия ВУЗОв: Строительство и архитектура, 1975. - № 12.-с. 33-38.
  17. Лужин О.В., Попов Н.Н., Расторгуев Б.С. Расчет конструкций сооружений на действие взрывных волн // Динамический расчет сооружений на специальные воздействия. Справочник проектировщика. -М.: Стройиздат, 1981, - с. 5-28.
  18. Расторгуев Б.С. Динамика железобетонных плит при взрывных нагрузках,// Аварии и Катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствии ,том 6. М: издательство Ассоциации строительных ВУзов, 2003, с. 343-365.
  19. Расторгуев Б.С. Предельные динамические нагрузки для каркасных производственных зданий при внешних взрывах // Труды МИСИ -Динамика железобетонных конструкций и сооружений при интенсивных кратковременных воздействиях- М: МИСИ, 1992, с. 18-37.
0
Your rating: None Average: 8 (2 votes)
Comments: 3

Galina Pimenova

Редкий в наше время пример полноценного представления результатов довольно сложного экспериментального исследования. Статья достаточно хорошо информирует о задачах и актуальности работы, полно описывает проведенный эксперимент и анализ его результатов, обладающих новизной. Спасибо. Желаю успеха авторам в дальнейших исследованиях.

Kissamedin Guljan Mustahkyzy

Актуальность исследования очевидна. Статья хорошо демонстрирует теоретическую, практическую и выводную части исследования, оцениваю на хорошо.

Elesin Mikhail

Очевидна актуальность проблемы и правильность поднятых на обсуждение вопросов. Достойно проведены лабораторные опыты и сформулированы выводы. Статья оценивается на хорошо.
Comments: 3

Galina Pimenova

Редкий в наше время пример полноценного представления результатов довольно сложного экспериментального исследования. Статья достаточно хорошо информирует о задачах и актуальности работы, полно описывает проведенный эксперимент и анализ его результатов, обладающих новизной. Спасибо. Желаю успеха авторам в дальнейших исследованиях.

Kissamedin Guljan Mustahkyzy

Актуальность исследования очевидна. Статья хорошо демонстрирует теоретическую, практическую и выводную части исследования, оцениваю на хорошо.

Elesin Mikhail

Очевидна актуальность проблемы и правильность поднятых на обсуждение вопросов. Достойно проведены лабораторные опыты и сформулированы выводы. Статья оценивается на хорошо.
PARTNERS
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.