Лекция 15. Нормативное обеспечение инновационного проекта

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6

Инновационный продукт должен удовлетворять требованиям действующих строительных правил (СП) и ГОСТов. В противном случае инновация применима только в качестве экспериментальной на конкретном экспериментальном объекте, а не для массового внедрения. Экспериментальное строительство разрешается по согласованию и при контроле соответствующей ведущей государственной организации только на согласованном объекте. Для обеспечения широкого применения в практике строительства должны быть изменены СП и ГОСТ в соответствии с действующим законодательством. Таким образом, инновационный проект должен быть проверен на соответствие действующим СП и ГОСТ.

Инновационный продукт «Рекомендации по расчету и конструированию несущих систем каркасных зданий из монолитного железобетона на основе нелинейного численного эксперимента» должен удовлетворять следующим СП и ГОСТ:

1. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция. СНИП 52-01-2003. Москва 2012.

2. СП 14.13330.2011 «СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах».

3. ГОСТ Р 54257-2010 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования.

…

Проанализированы должны быть все относящиеся к инновационному проекту нормы.

Рассмотрим требования СП 63.13330.2012 наиболее относящихся к разрабатываемой инновации.

Нелинейная модель, испытываемая до разрушения учитывает все перечисленные в нормах требования.

В отношения расчета прочности сечений требование реализовано в принятом деформационном методе расчета с учетом нелинейной диаграммы деформирования бетона. В отношении нелинейной связи между деформациями и усилиями в системе и переменной жесткости элементов системы приближенно решено в процедуре расчета «Инженерная нелинейность». Но в полной мере эти требования выполняются только в модели несущей системы с учетом физической нелинейности при шаговом методе расчета. Однако подробные четкие рекомендации по проектированию с учетом требований норм отсутствуют.

Для моделирования железобетона при исследованиях в численном эксперименте для бетона рекомендуется закон 15, для арматуры – закон 14.

В качестве параметров бетона применяются среднестатистические значения предельной прочности и предельных деформаций. Коэффициенты условий безопасности и условий работы, обеспечивающие проектную надежность не выхода за предельное состояние не учитываются.

При проектировании следует принимать нормативные (Закон 25) или расчетные (закон 35) характеристики материалов в соответствии с нормами проектирования конструкций.

Это требование методически еще не обеспечено. Поэтому нормы допускают послабления.

При одинаковой нагрузке горизонтальное перемещение верха нелинейной модели в 10 раз больше, чем линейной; прогиб в 6 раз больше. Изгибающий момент на опоре уменьшается на 15…60%, а в пролете возрастает 15…25%. Следовательно, происходит увеличение деформаций и перераспределение усилий в результате достижения текучести в арматуре. Горизонтальная деформация возрастает вдвое больше, чем прогиб.

Останвка расчета произошла после последнего шага нагрузки. Следовательно глобальное раз-рушение модели не достигнуто. Увеличим горизонтальную нагрузку на 30% введя суммарный коэффициент к загружению 2 – 1.3 и повторим расчет.

Перед разрушением горизонтальные и вертикальные перемещения увеличиваются в 7…8 раз по сравнению с предыдущими, что свидетельствует о снижении модуля деформации бетона и арматуры многих элементов. Изгибающие моменты изменяются по разному. На опорах, где образовались пластические шарниры моменты почти не изменяются (174 – 175). В пролете, где предел текучести в арматуре не достигнут изменяются более существенно (119 – 119). Но в верхнем ригеле произошло перераспределение с опоры в пролет (155 – 202). Рассматривая эпюры моментов в нелинейной модели можно выделить более опасные участки системы.

Далее рассмотрим процесс трещинообразования и накопления локальных разрушений в процессе нагружения.

Разрабатываемый метод проектирования полностью соотвествует этому требованию, особенно для строительства в сейсмических районах.

На примерах в практических занятиях мы рассмотрели процесс образования пластических шарниров, накопления повреждения и выключения отдельных элементов (падения жесткости) вплоть до полного разрушения.

На рисунке представлено конечное состояние модели на последнем шаге второго загружения. Видим диаграму обобщенной деформации, зоны разрушений и характеристику локальных разрушений. Полное разрушение модели на последнем шаге нагрузки не достигнуто. Однако, судя по диаграме деформации (ветвь близкая к горизонтали) оно близко.Введем коэффициент к нагрузке второго локального загружения 1.3 и повторим расчет.

Верификация численного эксперимента физическим подтверждает это требование

Вывод: результаты испытания численной модели не имеют существенных отличий от испытаний физической модели и от результатов расчетов выполненных в соответствии с требованиями норм проектирования железобетонных конструкций. Численная модель может применяться для расчетов балок с другими параметрами и в несущих системах зданий и сооружений.

Монтаж, история нелинейных загружений и преобразование результатов предыдущего расчета (расчет на сейсмическое воздействие – определение инерционных сил) в загружения позволяет реализовать последовательность возведения, эксплуатации и возникновения аварийной ситуации (сейсмики).

Во время приложения статической нагрузки наблюдается появление трещин сначала в опорных сечениях ригелей и в верхней части колонн последнего этажа. После загружения системы вертикальной нагрузкой наблюдаем следующую картину трещинообразования. Трещины появляются на опорах и в пролетах ригелей и в пролетах и на опорах плит.

График обобщенных деформаций остается близким к линейному. Следовательно, существенного перераспределения усилий на этой стадии не происходит.

Первые повреждения появляются при коэффициенте к сейсмической нагрузке 1.66. Происходит образование пластических шарниров в основании колонн первого этажа. График деформаций начинает искривляться. Начинается существенное перераспределение усилий на менее нагруженные зоны. Распространяются также зоны трещинообразования. В целом система продолжает оставаться достаточно надежной.

При дальнейшем приложении нагрузки наблюдается накопление повреждений. Происходит образование пластических шарниров в ригелях
(рис. 5.14), колоннах второго этажа (рис. 5.15), элементах плиты перекрытия первого этажа (рис. 5.16). При уровне горизонтальной нагрузки 2.016 по отношению сейсмической система приближается к разрушению. Такое состояние не допустимо.

Проявляется явная нелинейность.

При уровне нагрузки 2.16 происходит разрушение. Расчетный процессор останавливается при суммарном коэффициенте к сейсмической нагрузке равном 2.16 (рис. 5.17). Запас прочности составляет 116%. Разрушение происходит в крайних зонах плиты перекрытия первого этажа и в примыкающих к ним ригелях. Перемещение перекрытия последнего этажа составило 707мм (рис. 5.18). Максимальные напряжения по Мх составили 98.6 КН*м/м (рис. 5.19).По результатам расчёта данной модели можно сделать вывод, что пространственная модель обладает большим запасом прочности чем модель плоской рамы (рис. 5.23).

Наибольший интерес был вызван при проектировании опорного узла. По расчету было принято следующее армирование:

- колонна: 4ø 32+4ø 28 А400С;

- ригель: верхнее 6ø 28, нижнее 3ø 28 А400С;

- плита перекрытия: верхнее ø 16 s=200мм, нижнее ø 14 s=200 мм А400С.

При проектировании данного узла с большим количеством армирования зачастую возникают проблемы с размещением арматуры в теле бетона. Если для уменьшения количества стержней применять арматуру большего диаметра, то возникают проблемы с анкеровкой. Для более подробного рассмотрения данного узла была разработана объёмная модель узла с указанием в масштабе арматурных стержней (рис. 5.20-5.22). Поперечное и косвенное армирование условно не показано.

График зависимости уровня сейсмической нагрузки от уровня армирования: модель 1 – плоская рама; модель 2 – пространственная модель

На графике уровня сейсмической нагрузки от уровня армирования
(рис. 5.23) видно что пространственная модель имеет гораздо больший запас прочности чем плоская рама. Пространственная модель нуждается в дальнейших исследованиях, поэтому к графику следует относится с осторожностью. Поведение графика зависит от количества элементов в системе между которыми может происходить перераспределение усилий.

В нашем случае можно уменьшить армирования на 30%. Уменьшаем армирование ригелей в верхней зоне опорных сечений. Для примера были разработаны 2 варианта уменьшения армирования: 1 – за счёт уменьшения количества стержней; 2 – за счёт уменьшения диаметра арматуры.

В первом варианте принимаем 4ø 28 А400С вместо 6ø 28 А400С. Снижение количества стержней способствует лучшему бетонированию и уплотнению узла (рис. 5.24).

Во втором варианте принимаем 6ø 22 А400С вместо 6ø 28 А400С. Требуемая длина анкеровки согласно ДСТУ 3760: 2006 составляет: для ø 28 - 1120мм, а для ø 22 - 880мм. Длину анкеровки можно уменьшить на 240мм, что составляет 21%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе научно-исследовательской работы было установлено, что запас прочности пространственной модели при унифицированном расчетном армировании значительно выше запаса прочности плоской модели. Также было установлено, что плоская модель двухэтажной рамы не способна к перераспределению. Величина запаса прочности зависит от количества элементов в системе между которыми может происходить перераспределение усилий.

Результаты исследованиясоответствуют результатам физической модели и аналитическим моделям НИИСП. В процессе исследования верификационной модели были получены более близкие к реальным результатам расчетов, чем у авторов статьи.

На основе проведенных исследований были разработаны рекомендации по проектированию несущих систем зданий на основе численного эксперимента с учетом управляемого перераспределения усилий и армирования. Также разработан пример проектирования пространственного рамного каркаса.

Выводы

Разрабатываемый метод расчета не противоречит общим положениям норм проектирования железобетонных конструкций.
Метод и рекомендации развивают общие положения норм проектирования не конкретизированные в нормах проектирования.
Развивают методы расчета в соответствии с общими положениями правил проектирования железобетонных конструкций.
Для создания инновационного продукта необходимо продолжить исследование метода проектирования:

4.1. Переход от результатов численного эксперимента к несущей способности и нормированной деформативности с заданной надежностью;

4.2. алгоритмы проектирования жизненного цикла на ПК семейства ЛИРА-САПР.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 56