Напружено - деформований стан сталебетонного мембранного покриття

Abstract

UA: Дисертація присвячена задачі зниження металоємності, вартості і трудомісткості будівництва сталебетонних мембранних покрить на плоскому прямокутному контурі. Розроблено конструкцію моделі сталебетонного мембранного покриття, що складається з тонкого сталевого листа (мембрани), покладеного на його поверхні шару бетону, анкерних зв'язків, що з'єднують мембрану і бетон, і сталебетонного опорного контуру. На підставі розроблених моделей були виготовлені і випробувані дослідні зразки. В усіх дослідних зразках застосовувався сталебетонний опорний контур з різною піддатливістю. При випробуванні моделей були отримані і проаналізовані дані про характер деформування, тріщиноутворення і вичерпання несучої спроможності стабілізованої мембрани, шару бетону і бортового елемента. Розроблено методику розрахунку сталебетонних мембранних покрить, що дозволяє врахувати піддатливість сталебетонного опорного контуру, геометричну нелінійність конструкції і фізичну нелінійність матеріалів, що входять до її складу. На підставі розробленої методики розрахунку був побудований обчислювальний апарат розрахунку напружено-деформованого стану сталебетонного мембранного покриття з піддатливим сталебетонним контуром, що дає цілком прийнятні результати. Погрішність не перевищує точності інженерних розрахунків (7-9%).

RU: Значительная часть существующих мембранных покрытий нуждается в стабилизации ее первоначальной поверхности. Необходимость в стабилизации мембранных систем определяется незначительной изгибной жесткостью и изменчивостью формы их поверхности от действия внешней нагрузки. Один из способов стабилизации мембранных систем заключается в увеличении веса пролетной конструкции посредством укладки на ее поверхности слоя бетона. Обзор литературных источников показал, что вопросы учета бетона в работе мембранного покрытия изучены недостаточно. Также мало изученными остаются вопросы, связанные с работой податливого сталебетонного опорного контура. Диссертация посвящена задаче снижения металлоемкости, стоимости и трудоемкости строительства сталебетонных мембранных покрытий на плоском, прямоугольном в плане, опорном контуре и заключается в разработке новых конструктивных решений, отвечающих требованиям эффективности и экономичности применительно к реконструкции и новому строительству, а также разработке математического и вычислительного аппарата для оценки их напряженно-деформированного состояния. Разработана методика расчета сталебетонных мембранных покрытий, позволяющая учесть податливость сталебетонного опорного контура, геометрическую нелинейность конструкции и физическую нелинейность входящих в нее материалов (бетона). При этом описание деформирования бетона мембраны, подверженного двухосному растяжению, производится в соответствии с подходом, основанным на приведении бетона к условно изотропному материалу с обычными интегральными характеристиками  модулем упругости и коэффициентом поперечных деформаций, а совместная работа бетона и листа сопровождается введением параметра, учитывающего влияние податливости их контакта. На основании разработанной методики расчета был построен вычислительный аппарат расчета напряженно-деформированного состояния сталебетонного мембранного покрытия с податливым сталебетонным контуром. В качестве численного метода решения данной задачи используется метод конечных разностей. Система полученных нелинейных уравнений решается методом наискорейшего спуска (градиента). Линеаризация нелинейной стороны осуществляется при помощи метода последовательных приближений. Разработана конструкция модели сталебетонного мембранного покрытия, состоящая из тонкого стального листа (мембраны), уложенного на его поверхности слоя бетона, анкерных связей, соединяющих мембрану и бетон, и сталебетонного опорного контура прямоугольного поперечного сечения. На основании разработанных моделей были изготовлены и испытаны 5 опытных образцов, в 3 из которых, пролетная конструкция была выполнена в составе с бетонным слоем. Во всех опытных образцах применялся сталебетонный опорный контур с различной податливостью. При испытании моделей были получены и проанализированы данные о характере деформирования, трещинообразования и исчерпания несущей способности мембраны, стабилизирующего слоя бетона и бортового элемента. Полученные результаты показали, что использование в качестве стабилизатора бетонной стяжки, соединенной с тонким листом анкерными связями, позволяет уменьшить прогибы пролетной конструкции на величину близкую к 40%, значения возникающих в мембране нормальных напряжений – на 19% в центре пролета и 70% – в угловых зонах.

EN: In the dissertation author depicts the questions of cost, labour and materials consumption decreasing during the construction of steel-concrete membranes and proposes new progressive and economically proved structures. Pliability of steel-concrete supporting contour, geometric non-linearity of the structure and physical non-linearity of incoming materials were analyzed and accounted during the elaboration of calculation methodology. Utilizing such methodology author proposed new tools for stress-strained determination of steel-concrete membrane with pliable steel-concrete supporting contour. The author developed models of steel-concrete membrane and steel-concrete supporting contour. The character of deformation, crack formation and carrying capacity depletion of membrane, concrete layer and edge element were analyzed during the tests.