Systems. Methods. Technologies 2 (38) 2018

Systems Methods Technologies. I.V. Dudina et al. Influence of some …2018 № 2 (38) p. 139-145 140 Введение Основная цель при проектировании и изготовлении железобетонных конструкций заключается в обеспече- нии их надежности и экономичности. Это достигается путем использования прогрессивных конструкций за- водского изготовления, в частности - конструкций с совмещенным армированием, в которых наряду с пред- варительно напряженной арматурой в качестве рабочей применяется также ненапрягаемая арматура. Примене- ние железобетонных конструкций с совмещенным ар- мированием дает возможность в значительной степени снизить расход высокопрочной арматуры (в среднем на 15 - 20%) [1, 2]. Для обеспечения непрерывного техно- логического процесса на заводах ЖБИ важным аспек- том применения конструкций со смешанным армиро- ванием является возникновение производственной по- требности в замене требуемого класса арматуры ввиду его отсутствия другим [3, 4]. Экономичность железобе- тонных конструкций заводского изготовления с со- вмещенным армированием обусловлено также тем, что при снижении количества напрягаемой арматуры появ- ляется возможность снижения массы силовых форм, что в целом приводит к снижению технологической энергоемкости производства [2]. Вопросам исследования напряженного состояния и совершенствования методов расчета конструкций с совмещенным армированием посвящено достаточное количество теоретических и экспериментальных работ [4-7]. Но при этом нет единой методики расчета ука- занных конструкций, с помощью которых можно оце- нить их напряженно-деформированное состояние (НДС) на всех этапах нагружения вплоть до стадии разрушения, а также получить оценку их надежности, используя вероятностные модели [6, 7, 12-13]. Конструкции со смешанным армированием работа- ют в условиях сложного напряженного состояния, что, соответственно, оказывает влияние на характер нели- нейного деформирования железобетона, в результате чего снижается точность и надежность проектных ре- шений. Таким образом, построение методов расчета, моделирование НДС конструкций со смешанным ар- мированием и оценка их надежности являются востре- бованными и актуальными задачами современного проектирования [4, 5, 7]. Для исследования НДС пред- варительно напряженных конструкций, включая конст- рукции со смешанным (совмещенным) армированием, целесообразно использовать следующие расчетные модели: - расчет по предельным состояниям в соответствии с нормами проектирования железобетонных конструк- ций [2, 3]; - расчет на основе диаграммного подхода, т.е. учи- тывающего реальные диаграммы деформирования ма- териалов (нелинейно-деформационная модель) [3, 6- 9]. Методика исследования. На основании экспери- ментальных исследований развитие расчетных моделей железобетонных конструкций обусловлено необходи- мостью учета неупругих деформаций, главным образом учета физической нелинейности конструкционных ма- териалов [3-9]. Расчет железобетонных конструкций по нормам проектирования в предельном состоянии в 1,5- 2 раза занижает прогибы и величину раскрытия трещин [3-5], что не позволяет дать объективную оценку НДС конструкций в целом. Это объясняется тем, что нели- нейность материалов при расчете по СНиП учитывает- ся, в основном, только с помощью эмпирических фор- мул [3, 4]. Также в расчетах на основе норм проектиро- вания не учитываются возможность перераспределения усилий между разными видами арматуры [1, 4, 5] и различные параметры сцепления с бетоном арматуры разных классов [1-2, 5]. При расчете по нелинейно-деформационной модели учет физической нелинейности производится с помо- щью диаграмм состояния бетона и арматуры и приме- нения шагово-итерационного метода, реализующего способ упругих решений на каждом этапе нагружения [4, 5, 8]. При этом рассматриваются условия равнове- сия поперечного сечения в дискретном виде: сечение разбивается на дискретные участки бетона и арматуры (рис.1), в пределах которых деформации считаются равномерно распределенными. Рис. 1. Расчетная схема нормального сечения железобетонной балки в дискретном виде Нелинейная система уравнений равновесия НДС дискретного сечения записывается согласно [4-8] сле- дующим образом:          ∑ ⋅ τ⋅ = ∑ ∑ ⋅ ⋅ σ− ⋅ ⋅ σ−= ∑ ∑ ⋅ σ+ ⋅ σ= n bnA bn yQ n k ky skA sk ny bnA bn yM n k skA sk bnA bn zN 5,1 (1) где N z – продольная сила в направлении продольной оси элемента; M y , Q y – соответственно изгибающий момент и по- перечная сила в поперечном сечении элемента. Решение данной нелинейной системы получается в виде последовательности решений линейных задач, сходящихся к результату в процессе итерационного расчета [8].