Розрахунок і проектування комбінованих та сталебетонних конструкцій

Abstract

UA: Дисертацію присвячено вирішенню проблеми розрахунку та проектування сталебетонних та комбінованих конструкцій на силові та температурні впливи з урахуванням мінімізації їх маси чи об’єму. Розроблено аналітичні методи розрахунку сталебетонних конструкцій на силові навантаження з урахуванням нелінійності деформування бетону, податливості контакту між сталевим листом та бетоном. Сформульовано методологічні підходи до розрахунку сталебетонних конструкцій на температурні впливи при нестаціонарному температурно-вологісному полі з податливою границею пароутворення, а також з урахуванням змінності фізико-механічних характеристик матеріалів при нагріванні. Отримано нові експериментальні дані щодо закономірностей роботи та руйнування сталебетонних конструкцій при різних умовах навантаження та опирання; ступеню впливу кроку та типу анкерних упорів на сумісну роботу бетону та сталі; міцності бетону та товщини зовнішнього армування на несучу здатність конструкцій. Запропоновано теоретичні основи пошуку раціональної комбінованої конструкції при розрахунку за першою та другою групами граничних станів. Удосконалено математичну модель оптимізаційної задачі статично невизначних стержневих систем з урахуванням параметрів функціонального зв’язку між геометричними характеристиками перерізів. Розроблено скінченно-елементні моделі для оцінки напружено-деформованого стану сталебетонних конструкцій на термосилових впливах та обґрунтовано ефективність застосування сучасних вогнезахисних покриттів для вогнезахисту сталебетонних конструкцій. RU: Диссертация посвящена решению проблемы расчета и проектирования сталебетонных и комбинированных конструкций на силовые и температурные воздействия при минимизации их массы или объема. Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы цель и за- дачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы, дана ее общая характеристика. В первом разделе выполнен обзор литературных источников и проведен критический анализ исследований работы сталебетонных конструкций, с внешним армированием листовой и прокатной сталью, как в Украине, так и за рубежом. Рассмотрены существующие подходы и методики расчета сталебетонных конструкций при термосиловом воздействии; теоретические основы и критерии оценки прочности и пластичности бетона в условиях неодноосных напряженных состояний; методы оптимизации параметров строительных конструкций. Второй раздел посвящен разработке аналитических методов расчета конструкций с внешним листовым армированием, а именно, сталебетонных колонн, прямоугольного и круглого сечения, двух- и трехслойных плит. Определены параметры функциональной связи между геометрическими характеристиками прямоугольных сечений сталебетонных колонн в зависимости от соотношения их размеров, класса бетона и толщины обоймы. В третьем разделе рассмотрены вопросы поведения сталебетонных конструкций: плит перекрытия, сталебетонных прямоугольных и цилиндрических колонн при термосиловых воздействиях. Исследованы вопросы оценки напряженно- деформированного состояния сталебетонных плит и колонн с учетом неодноосного напряженного состояния бетона и неравномерного температурного поля. В четвертом разделе предложена методика поиска рациональной комбинированной конструкции с учетом локальных (условия прочности и устойчивости, ограничения на периоды собственных колебаний и конструктивные ограничения) и глобальных (условие жесткости) ограничений при расчетах по первой и второй группам предельных состояний. В качестве комбинированной конструкции рассматривается шпренгельная балка пешеходного моста. В пятом разделе усовершенствовано математическую модель оптимизационной задачи статически неопределимых стержневых систем с учетом параметров функциональной связи между геометрическими характеристиками сечений сталебетонных элементов. В шестом разделе приведены результаты экспериментальных исследований сталебетонных балок, плит и колонн, в которых в качестве параметров вариации были приняты конфигурация конструкции (круглые, квадратные и восьмиугольные плиты; колонны с круглым, квадратным, прямоугольным и составным поперечным сечениями; балки с замкнутой обоймой, в том числе с подкреплениями), условия их опирання; толщина стального листа, класс бетона. В седьмом разделе рассматриваются вопросы эффективности использования сталебетонных и комбинированных конструкций и приведены данные об их внедрении. EN: The dissertation is devoted to problems of calculation and design of steel concrete and combined structures for power and heat effects considering possibility to minimize their masses and volumes. It has been developed analytical methods of calculation of steel concrete structures for power effects considering nonlinearity of concrete deformations, flexibility of contact between steel and concrete. The dissertation has formulated methodological approaches to calculation of steel concrete structures for heat effects in non-stationary heat and humid environment with a flexible evaporation line while considering changes in physical and mechanical characteristics of materials in heating. New experimental data regarding operational state and deterioration of steel concrete structures at various carrying conditions and support, influence of an anchor spacing and types of anchor supports on combined effect of concrete and steel; concrete steadiness and width of external reinforcement of carrying capacity have been obtained. Basics of theoretical research of an effective combined construction according to the first and second limit conditions have been proposed. A mathematical model of the opti- mization task of static uncertain bar systems taking into account parameters of functional links among geometric characteristics of sections has been enhanced. The finite element models for assessment of stress-strained state of steel concrete structures for heat power effects have been designed, and utilization efficiency of modern fire-resistant coverings to protect steel concrete structures has been substantiated.