Несущая способность и деформативность сталежелезобетонных конструкций из полистиролбетона

1.

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
ПРИДНЕСТРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Т.Г. ШЕВЧЕНКО
БЕНДЕРСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ФИЛИАЛ
Кафедра: Cтроительной инженерии и экономики
магистрант:
Миронов М.С.
научный руководитель:
к.т.н., доц.Кравченко С.А.
Бендеры, 2023г
г. Бендеры, 2021

2.

Общие характеристики работы
В мировой строительной практике одним из наиболее
эффективных материалов является композит из бетона и стали –
железобетон. Действующие нормативные документы ПМР не позволяют
проводить
достоверную
оценку
фактического
напряженнодеформированного состояния легких сталежелезобетонных конструкций,
поэтому создание новых и развитие существующих методик расчета
легких сталежелезобетонных конструкций из холодногнутых профилей,
их испытание и определение границ применения является важной и
актуальной задачей, решение которой имеет теоретическое и
практическое значение. Таким образом, актуальной научно-технической
задачей является разработка методов определения напряженнодеформированного состояния и определения фактической эксплуатации
стальных железобетонных конструкций из легкого бетона.

3.

Общие характеристики работы
Цель исследований: определить несущую способность и
деформативность стальных железобетонных конструкций
из легкого бетона.
Задачи исследований:
- разработать методику экспериментальных исследований несущей способности и
деформативности стальных железобетонных конструкций из полистиролбетона и
холодногнутых стальных профилей;
- определить рациональный состав легкого бетона как компонента несущего
элемента и утеплителя для стеновых конструкций;
- провести компьютерное моделирование несущей способности и деформируемости
легких стальных тонкостенных конструкций из полистиролбетона методом конечных
элементов;
- разработать рекомендации по инженерным методам расчета прочности и
деформируемости стальных железобетонных конструкций из легких бетонов.

4.

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТЫ
Объект исследований: сжатие стальных железобетонных
конструкций из легких бетонов.
Методы
исследований:
экспериментальные
методы
исследования
прочности
и
деформации
сталежелезобетонных стоек, численные методы расчета
напряженно-деформированного
состояния
методом
конечных элементов.

5.

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТЫ
Научная новизна:
−
получены
новые
экспериментальные
исследования
несущей
способности и деформируемости образцов сталежелезобетона из
полистиролбетона;
− разработан метод численного моделирования несущей способности и
деформативности
сталежелезобетонных
конструкций
из
полистиролбетона и тонкостенных профилей.
− Практическая значимость:
− разработан способ изготовления сталежелезобетонных конструкций
из легкого бетона, определяющий эффективное размещение профиля в
поперечном сечении стальных железобетонных конструкций для
внедрения в практику проектирования.

6.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью эксперимента является исследование напряженно-деформирующего состояния
при различных степенях нагружения образцов из холодногнутых стальных профилей и
элементов труб, заполненных легким полистиролбетоном, для определения:
- физико-механических характеристик элементов конструкций при определенных
граничных условиях;
- оптимальное соотношение компонентов легкого бетона; оптимально уменьшенная
площадь стальных железобетонных элементов с различными вариантами формы
поперечного сечения и длины образца, что обеспечило бы прочность, локальную и общую
устойчивость таких конструкций и снизило бы их собственный вес;
- определение наиболее эффективных типов соединений тонкостенных элементов из
листовой стали для формирования замкнутых конструкций;
- прочность и деформируемость элементов труб, сформированных из тонкостенного
листового материала, соединенных клепано-складным соединением;
- выявление закономерностей при работе под нагрузкой; описание характера
разрушений с выявлением наиболее слабых мест разреза;
- влияние формы приложения нагрузки на прочность и устойчивость конструкции;
- эффективность армирования стального профиля легким бетоном в стальном каркасе.

7.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Структурно-логическая схема.

8.

ОПЫТНЫЕ ОБРАЗЦЫ
2 серия образцов –элементы труб
с одинарным сгибом
1 серия образцов –кубы и
цилиндры из полистиролбетона
а) разрушение
неармированного профиля
3 серия образцов –формирование
трёхкомпонентной СЖБК
П40
б) разрушение профиля,
армированного полистиролбетоном,
ρ = 400кг/м3 ПП40,
в) разрушение
профиля
армированного
полистиролбетоном
ρ = 750кг/м3 ПП40
4 серия образцов –работа усиленного
полистиролбетоном открытого стального профиля

9.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБРАЗЦОВ
Сводный график характеристик
полистиролбетона в зависимости от
плотности, прочности и теплопроводности
Испытание кубов и цилиндров на прочность
при сжатии
Физико-механические характеристики полистиролбетонных образцов

10.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБРАЗЦОВ
Испытание стальных полос
График работы полистиролбетонных
цилиндров длиной 400 мм.
Физико-механические характеристики стальных полос
Испытание стальной пластины и
соединений

11.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБРАЗЦОВ
Результаты испытаний соединений
Испытание соединений
Физико-механические характеристики стальных труб
Характер разрушения стальных труб

12.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБРАЗЦОВ
Испытание полистиролбетона
в стальной оболочке
Характер разрушения стальной трубы заполненной
кварцевым песком
Расположение прогибомеров
Характер разрушения трубобетонных конструкций

13.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ЛЕГКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Диаграмма соответствия типа и размера конечных элементов в зависимости от: числа
конечных элементов и числа узлов конечных элементов
Диаграмма соответствия типа и размера конечных элементов в зависимости от:
максимальных напряжений и времени для расчёта

14.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ЛЕГКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Конструктивная схема соединения стальных полос
Физико-механические характеристики материалов
Общепринятая расчётная схема
Модель полистиролбетонного цилиндра 1)-ЦБ40, 2)-ЦМ-40: а) расчетная модель; б)
распределение основных напряжений (МПа) по поверхности модели

15.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ЛЕГКИХ КОНСТРУКЦИЙ
График зависимости деформаций от нагрузки на бетонное ядро
двухкомпонентных конструкций длиной 400 мм и 1500 мм
График зависимости деформаций от нагрузки конструкций длиной 400 мм и 1500 мм

16.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ЛЕГКИХ КОНСТРУКЦИЙ
График зависимости деформаций от нагрузки на бетонное ядро и профиль
трехкомпонентных конструкций длиной 400 мм и 1500 мм
График зависимости деформаций от нагрузки трехкомпонентных конструкций
длиной 400 мм и 1500 мм

17.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ЛЕГКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Сводные графики зависимости деформаций
от нагрузки легкого бетона длиной 400 мм.
График зависимости деформации от нагрузки СЖБК
из легкого бетона круглого сечения длиной 400 мм
Графики зависимости деформаций от нагрузки СЖБК от легкого бетона круглого сечения
длиной 1500 мм.
17

18.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ЛЕГКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Несущая способность образцов
Графики зависимости деформации от нагрузки длиной
400 мм и 1500 мм СЖБК по результатам
экспериментальных испытаний и численного
моделирования

19.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЁТУ СТАЛЬНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ С ПОЛИСТИРОЛБЕТОНОМ
Расчетные схемы конструкций труб
Общая формула центральной прочности на сжатие: