Деформаційно-силова модель опору бетону та залізобетону

Abstract

Запропоновано узагальнену деформаційно-силову модель опору бетонних та залізобетонних елементів силовим впливам, що побудована на діалектичній єдності діаграм їх реального стану з діаграмами деформування матеріалів. Вперше аналітичним шляхом отримано залежність M  1 / r , яка не тільки відтворює діаграму реального стану бетонних та залізобетонних елементів, але й за певних вихідних умов трансформується у діаграму стану і навіть у діаграму деформування бетону s с  с . Отримано універсальну функцію граничних деформацій стиснутого бетону, яка разам з діаграмою стану та гіпотезою плоских перерізів дозволяє розкривати внутрішню статичну невизначеність залізобетонних елементів конструкцій. На базі виявлених загальних закономірностей нелінійної зміни жорсткості залізобетонних елементів конструкцій розроблена універсальна методика, що забезпечує повну методологічну єдність всіх розрахунків за граничними станами. Достовірність розробленої та запровадженої у практику проектування деформаційно-силової моделі підтверджена експериментально-статистичною оцінкою результатів розрахунку за граничними станами залізобетонних елементів, випробуваних вітчизняними та зарубіжними дослідниками. Предложена деформационно-силовая модель сопротивления железобетонных элементов силовым воздействиям, построенная на диалектическом единстве диаграмм их реального состояния с диаграммами деформирования материалов. Впервые получена аналитическая зависимость M  1 / r , которая воспроизводит диаграмму реального состояния железобетонных элементов, а при определенных условиях еще и трансформируется в диаграммы состояния и деформирования бетона s с  с . Получена универсальная функция предельных деформаций сжатого бетона, позволяющая вместе с диаграммой состояния и гипотезой плоских сечений раскрывать внутреннюю статическую неопределимость железобетонных элементов конструкций. На основании общих закономерностей нелинейного изменения их жесткости разработана универсальная методика, обеспечивающая полное методологическое единство всех расчетов по предельным состояниям. Достоверность разработанной и внедренной в практику проектирования деформационно-силовой модели подтверждена экспериментально-статистической оценкой результатов расчета по предельным состояниям железобетонных элементов, испытанных отечественными и зарубежными исследователями. The dissertation is devoted to the development of a generalized deformation and force model of resistance and the most important provisions of the general deformation theory of concrete and reinforced concrete elements exposed to arbitrary bending, compression or stretching. The introduction identifies the relevance, purpose and objectives of the research, sets out the general characteristics, scientific novelty and practical significance of the work. The first chapter is devoted to the review of the development stages of the deformation theory of concrete and reinforced concrete elements, the thorough analysis of the current state of experimental and theoretical studies, related to the deformation models development. The direction of scientific research and solving ways of the most important tasks of dissertation work are outlined on its basis. In the second chapter, the most important provisions of the developed deformation and force model of concrete and reinforced concrete resistance, which are based on diagrams "moment-curvilinear" of the reinforced concrete elements real state, are described. For the first time continuum dependence M 1/ r is obtained in the analytical way on the basis of rigidity "nonlinearity" hypothesis and the possibility of its transformation into a concrete state diagram, laid down in the current Eurocode-2, was proved. It is demonstrated how a similar diagrams transformation in the deformation and strength model provides the disclosure of the internal static uncertainty of the reinforced concrete elements cross-section and the methodological unity of their calculations by the boundary states. A number of characteristic problems, the solution of which it is expedient to carry out with the use of state diagrams the "moment-curvilinear", are outlined. The application of the criteria for the limiting state of reinforced concrete elements is wellgrounded. The third chapter is devoted to the study of the most important laws concrete deformation in non-reinforced elements on the basis of the stiffness "nonlinearity" hypothesis. It is proved that the implementation of the latter with the help of a deformation module allows us to obtain a concrete state diagram laid in Eurocode-2. Critical deformations of compressed concrete for this diagram are proposed to be determined by elastic and plastic components. The application of the Fermat criterion to the state diagram the "moment-curvilinear" allowed to obtain dependence on the prediction of compressed concrete boundary deformations level. In the fourth chapter, the main provisions of the general theory of reinforced concrete elements deformation are considered in accordance with the accepted deformation and force model of their resistance. It is noted that the concrete deformation in reinforced concrete elements is close to or similar to its deformation in concrete analogues. However, due to reinforcement concrete in the section of such elements, even for their axial load, can work not only on the ascending, but also on the descending branches of the diagram of its state. A universal function is obtained for determining the level of concrete boundary deformations, depending on the heterogeneity degree of its deformation in the section and reinforced concrete element reinforcement parameters. The fifth chapter is devoted to the calculation of reinforced concrete elements normal sections at the boundary states of the first group. Appropriate dependencies were obtained for the calculation of plane bent and eccentric compressed elements; precise and approximate methods of oblique bending and oblique compressed elements calculating were developed for cases: full use of strength properties of all reinforcing rods; elastic deformation of all reinforcing rods; achievement of the yield strength only in the part of reinforcing rods and in the absence of such in others. The sixth chapter outlines the basic provisions for the calculation of reinforced concrete elements normal sections at the boundary states of the second group. Due to the state diagram the "moment-curvilinear", the deflections and the normal cracks opening width in the reinforced concrete elements are related to the most important parameters of their stress and strain state (including the parameters of reinforcement adhesion the with concrete) through the equations system of the deformed solid mechanics, which significantly improves efficiency appropriate calculations. The dependence on the coefficient determination, which takes into account the reinforcement profile according to the Rehm's criterion, is proposed. The seventh chapter presents the main tasks types in the calculation of reinforced concrete elements and briefly describes the sequence of their solution. The reliability of the developed methods for calculating reinforced concrete elements according to the deformation and force model of resistance is confirmed by experimental and statistical of the calculation results estimation of more than 360 elements, tested by domestic and foreign researchers.