Напружено-деформований стан гнучких сталебетонних колон

Abstract

UA: Дисертація присвячена експериментально-теоретичним дослідженням коротких та гнучких сталебетонних колон при статичному короткочасному навантаженні із заданими ексцентриситетами. Проведений огляд літературних джерел дозволяє зробити висновок про те, що сталебетонні конструкції є конкурентоспроможними у порівнянні з традиційними залізобетонними. Розроблено конструкцію глибинного датчика (одно направленого та тривимірної розетки) та експериментальним шляхом встановлено характер розвитку деформацій всередині бетонного ядра та на поверхні сталевої обойми сталебе- тонних колон на різних етапах навантаження. Завдяки методам математичної статистики запропонована математична модель на основі регресійного аналізу для визначення несучої здатності сталебетонних колон. У роботі представлена вдосконалена скінченно-елементна модель в ПК «Ліра», яка враховує фізичну, геометричну і конструктивну нелінійності, оцінений напружено-деформований і граничний стани. Отримано задовільний збіг експериментальних результатів і розрахунків, виконаних за запропонованою математичною моделлю, отриманих за допомогою МСЕ в програмному комплексі «Ліра», що дозволяє зробити висновок про відповідність математичної моделі досліджуваному процесу руйнування колони. Результати дисертаційної роботи впроваджено в практику проектування і будівництва, а також у навчальному процесі. RU: Диссертация посвящена экспериментально-теоретическим исследованиям коротких и гибких сталебетонных колонн при статической кратковременной нагрузке с заданными эксцентриситетами. Во введении представлена общая характеристика работы, приведены актуальность, связь с научными темами, сформулированы цель и задачи исследований, описаны практическая значимость и научная новизна. В первом разделе приводится обзор научной литературы о сталебетонных конструкциях в целом и рассматриваются существующие методики расчета сжатых сталебетонных элементов. Также рассмотрены вопросы прочности и пластичности бетона в условиях сложного напряженно-деформированного состояния. Проведен сравнительный анализ наиболее известных методов расчета гибкости сжатых сталебетонных элементов. Рассмотрены существующие методы глубинной тензометрии для определения деформаций бетона внутри конструкций. Во втором разделе представлены теоретические исследования напряженно- деформированного состояния сталебетонных колонн круглого и прямоугольного поперечных сечений при внецентренном сжатии со случайными эксцентриситетами. Рассмотрена методика расчета сталебетонных элементов по местной устойчивости стенки колонны. Используя метод корреляционно-регрессионного анализа, построены математические модели для определения максимальной несущей способности композитных колонн. В работе представлена усовершенствованная конечно-элементная модель в ПК «Лира», которая учитывает физическую, геометрическую и конструктивную нелинейности, проведена оценка напряженно- деформированного и предельного состояния. В третьем разделе рассмотрен метод глубинной тензометрии, который применяется для оценки напряженно-деформированного состояния бетонного ядра. Для более детального изучения развития продольных и поперечных деформаций в бетонном ядре, механизма разрушения бетона, а также учета эффекта обжатия за счет работы стальной оболочки внутри образцов устанавливалась трехмерная розетка глубинного датчика. Рассмотрена технология изготовления трехмерной розетки глубинного датчика и процесс изготовления экспериментальных образцов. На конструкцию, технологию изготовления и способ крепления глубинного датчика в сталебетонном элементе получено два патента Украины на полезную модель. В результате экспериментальных исследований сталебетонных колонн были получены данные о характере их напряженно-деформированного состояния на разных этапах нагружения и данные о предельном состоянии конструкции. В четвертом разделе приведены результаты экспериментальных исследований сталебетонных колонн. Для эксперимента были выбраны короткие (h = 0.5 м) и гибкие (h = 1, 1.5, 2 м) сталебетонные колонны круглого и прямоугольного поперечных сечений. Характер разрушения коротких и гибких образцов резко отличался. Короткие образцы разрушались вследствие потери оболочкой местной устойчивости и появления поперечных гофр. Разрушение гибких образцов происходило вследствие потери общей устойчивости. Получено удовлетворительное сопоставление экспериментальных результатов и расчетов, выполненных по предложенной математической модели, полученных с помощью МКЭ в программном комплексе «Лира», что позволяет сделать вывод о соответствии математической модели исследуемому процессу разрушения колонны. В пятом разделе обоснованно технико-экономическую эффективность применения сталебетонных колонн. Результаты диссертационной работы внедрены в практику проектирования и строительства, а также в учебный процесс. EN: The dissertation is devoted to experimental-theoretical research of short and flexible steel-concrete columns at static short-time loading with given eccentricities. The conducted review of literary sources suggests that steel structures are competitive compared to conventional reinforced concrete. The design of a deep sensor (one directional and three-dimensional socket) was developed and the nature of deformation development inside the concrete core and on the surface of the steel strips of steel concrete columns at different load stages was determined experimentally. Thanks to the methods of mathematical statistics, a mathematical model is proposed based on regression analysis to determine the bearing capacity of steel concrete columns. The paper presents an improved finite-element model in PC "Lira" which takes into account physical, geometric and constructive nonlinearities, evaluated stress-strain and boundary states. The satisfactory coincidence of experimental results and calculations performed on the proposed mathematical model obtained with the help of ITU in the software complex "Lira" is obtained, which allows us to conclude that the mathematical model corresponds to the investigated process of destruction of the column. The results of the dissertation work are introduced into the practice of designing and building, as well as in the educational process.