Караван Б. В. Напружено-деформований стан залізобетонних арок з високоміцного бетону та удосконалення методики їх розрахунку

Вперше експериментальним шляхом досліджено роботу двошарнірних залізобетонних арок з високоміцних швидкотверднучих бетонів, які дали можливість дослідити особливості напружено-деформованого стану перерізів поясу та характер розвитку прогинів і тріщин при одноразових та повторних (малоциклових) короткочасних статичних і повторних ударних навантаженнях. Для дослідних зразків арок побудовані графіки залежності «навантаження – деформації бетону», «навантаження – деформації арматури», «навантаження – зусилля розпіру», «навантаження – прогини», «навантаження – переміщення опор» та діаграми залежності від навантажень ширини розкриття тріщин і кількості тріщин у поясі арок. Наведені діаграми деформування та механічні характеристики високоміцних швидкотверднучих бетонів у віці 1 доба та 28 діб. Отримано нові експериментальні дані щодо напружено-деформованого стану двошарнірних залізобетонних арок з затяжкою та без неї при дії на них одноразових і повторних короткочасних навантажень різної інтенсивності. Проведено числовий експеримент – виконані розрахунки дослідних арок у ПК «ЛІРА-САПР» та ПК «ANSYS» методом скінченних елементів, співставленні дані числового експерименту з експериментальними дослідженнями арок. Удосконалена методика розрахунку міцності нормальних перерізів і напруженодеформованого стану двошарнірних залізобетонних арок на основі експериментальних даних та числового експерименту. У вступі обґрунтовано актуальність теми досліджень, наведені мета та завдання дисертаційної роботи, об’єкт, предмет та методи дослідження, наукова новизна отриманих в роботі результатів. Висвітлені особистий внесок здобувача та апробація матеріалів дисертаційної роботи, зв’язок роботи з науковими програмами, а також практичне значення отриманих результатів. Перший розділ присвячено огляду робіт, що висвітлюють стан експериментально-теоретичних досліджень залізобетонних арок, зокрема: області застосування залізобетонних арочних конструкцій в будівництві; загальним відомостям про арки, навантаженням на них, статичному розрахунку двошарнірних арок; напружено-деформованому стану та розрахунку несучої здатності перерізів двошарнірних арок; огляду експериментальних досліджень роботи залізобетонних двошарнірних арок. В розділі наведено огляд наукових праць, присвячених результатам експериментальних досліджень високоміцних швидкотверднучих важких бетонів, а також короткий огляд досліджень по вивченню опору бетону дії малоциклових повторних навантажень. У другому розділі наведено обсяг експериментальних досліджень з кількістю зразків та їх характеристиками. Описано конструкцію дослідних зразків та процес їх виготовлення, вказані матеріали та їх основні фізико-механічні характеристики. Детально описується методика випробування дослідних арок, зображені схеми випробування з розміщенням вимірювальних приладів, режими їх навантаження. Зображено та описано принцип роботи установки для повторного ударного випробування арки. У третьому розділі представлені результати експериментальних досліджень залізобетонних двошарнірних арок з затяжкою та без неї із високоміцного швидкотверднучого бетону класів С60, С80, С90, зокрема: їх робота та напруженодеформований стан при дії статичного одноразового навантаження до руйнування, за дії статичного малоциклового повторного навантаження рівня η = (0,16…0,8) Fu, при повторному ударному навантаженні. У результаті випробування отримані нові експериментальні дані на ступенях та циклах навантаження арок, а саме: відносні деформації стиску та розтягу бетону і арматурної сталі в перерізах поясу арки, відносні деформації розтягу затяжки, значення розпіру та переміщення опор, прогинів поясу, моменту тріщиноутворення та характеру розвитку тріщин у поясі, ширини розкриття тріщин. На основі цих експериментальних значень побудовані залежності та діаграми. Детально описано особливості роботи під навантаженням та характер руйнування кожної дослідної арки, встановлено їх несучу здатність та навантаження, при якому було досягнуто критеріїв руйнування. У четвертому розділі приведені результати виконаного числового експерименту з розрахунку дослідних двошарнірних залізобетонних арок при одноразовому короткочасному навантаженні методом скінченних елементів в програмному комплексі «ЛІРА-САПР» та «ANSYS». Отримані дані за результатами числового експерименту були співставленні з даними одержаними за результатами експериментального дослідження арок. Удосконалено науковоприкладні положення розрахунку міцності нормальних перерізів і напруженодеформованого стану двошарнірних залізобетонних арок на основі деформаційної моделі та спрощеного розрахунку згідно чинних норм проектування з використанням експериментальних даних та результатів числового експерименту.