Несущая способность сталебетонных балок прямоугольного поперечного сечения, усиленных стальным шпренгелем

Abstract

RU: На основании анализа методов расчета сталебетонных и сталежелезобетонных конструкций сделан вывод, что вопросы расчета сталебетонных изгибаемых конструкций с подкреплениями, в частности шпренгельных балок, изучены недостаточно. Проведены экспериментальные исследования сталебетонных изгибаемых балок прямоугольного поперечного сечения, усиленных шпренгелем, при кратковременном статическом загружении. Испытано 9 образцов, в 3 из которых, было осуществлено предварительное напряжение шпренгеля. Разработаны узлы сопряжения балки со шпренгелем, элементов шпренгеля между собой и проведена экспериментальная оценка предложенных решений. Показано, что шпренгель с жесткими узлами увеличивает несущую способность сталебетонных балок в 2.6 раза, с шарнирными узлами – в 2.4 раза. Разрушение образцов характеризовалось достижением текучести обоймы в сжатой зоне, с последующим её выпучиванием. Напряжения в элементах шпренгеля составляли 70% и 65% от напряжений текучести, соответственно при сварном и шарнирном соединениях узлов конструкции. Разработана конструкция предварительно напряженного шпренгеля и произведена оценка влияния предварительного напряжения на напряженно-деформированное состояние конструкции. Разрушение экспериментальных образцов произошло при одновременном достижении предела текучести, как в сжатых волокнах обоймы, так и элементов шпренгеля. Разработана методика определения несущей способности сталебетонной балки прямоугольного сечения, усиленной шпренгелем, при кратковременном воздействии с учетом нелинейности деформирования и трещинообразования бетона в условиях объемного неоднородного напряженного состояния. Рассматриваемая конструкция помимо внешней статической неопределимости имеет еще и внутреннюю статическую неопределимость, которая обусловлена комплексностью сечения (бетонное ядро, стальная обойма). Внешняя и внутренняя статические неопределимости раскрываются в едином процессе последовательных приближений. Реализация расчетов осуществлена на ПЭВМ. Программа расчета состоит из двух блоков основной программы и пакета подпрограмм. В блоках основной программы раскрываются внутренняя и внешняя статические неопределимости системы. Основная программа осуществляет ввод исходных данных; определение массивов переменных; определение параметров модели МКР; определение перемещений в стальной обойме от единичных сил состояний и деформации; определение значений функции напряжения и ее производной на контуре при различных состояниях; определение перемещений бетонного ядра от деформации и единичных сил; формирование СЛАУ метода сил с учетом выключения связей. На предложенную конструкцию сталебетонной балки, усиленной шпренгелем, получен патент Украины. Методика расчета и конструкции сталебетонных балок, усиленных шпренгелем, внедрены в проектные решения строительства объектов ПО “Южтрансстрой”. Анализ использования сталебетонных конструкций с подкреплениями в зарубежном строительстве показал их предпочтительность перед другими типами конструкций при больших нагрузках и ограниченных размерах сечения.

EN: The dissertation is devoted to elaboration of methodology for carrying capacity determination of bending rectangular steel-concrete beam, strengthened by the steel tie-rod, taking into account peculiarity of concrete work under the conditions of three-dimensionally stressed state and steel casing - under the conditions of two-dimensionally one. Experimental researches were carried out under the short-term static loading. The basic results of the work were proposed to be used in practice.