Файл: Морозов, В. А. Регулярные методы решения некорректно поставленных задач-1.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 100
Скачиваний: 0
простого нагружения) предельное состояние наступает при дости жении предельного усилия Р (см. рис. IV.1). Выполнение этого ус ловия автоматически приводит к исчерпанию прочности как хруп ких, так и пластических конструкций. При динамических нагрузках вышеуказанное условие предельного состояния справедливо только для хрупких конструкций; для разрушения пластических конструк ций дополнительно нужно, чтобы остаточная деформация достигла предельного значения у (рис. IV. 1, б). Между тем в условиях кратковременного или знакопеременного динамического нагруже ния такие остаточные деформации могут не успеть развиться или могут частично погаситься при воздействии обратного знака. Это создает значительные резервы прочности, подтвержденные экс периментами [22, 57, 106]. Наличие этих резервов наглядно можно усмотреть и с энергетических позиций. Известно, что площадь диа граммы деформирования выражает количество энергии, необходи мое для разрушения конструкции. Из рис. IV. 1 очевидно, что «энер гоемкость» разрушения пластических конструкций намного выше, чем хрупких [73].
Важно отметить, что указанные резервы прочности не учитыва ются общепринятой методикой расчета. Поэтому при равных рас четных запасах фактическая сопротивляемость сейсмическим силам
упластических конструкций будет гораздо выше, чем у хрупких. Изложенные соображения приводят к рекомендации, которая
может быть сформулирована как принцип предпочтительного при менения конструкций, элементов и узлов, обладающих способно стью пластического разрушения *. Надо избегать конструктивных элементов и узлов, подверженных хрупкому разрушению. Этот принцип порождает ряд требований в отношении выбора типов конструкций, их материалов, конструирования арматуры, деталей. В качестве общего положения отметим, что концентрация напряже ний способствует возможности хрупкого разрушения, так что сле дует избегать участков и узлов конструкции с резкой концентрацией местных напряжений. Другие требования будут изложены в следу ющем параграфе.
Для проектирования важен принцип равнопрочности конструк тивных элементов, узлов и соединений. Как видно из гл. I, нередки случаи, когда разрушение сооружения при землетрясении вызвано выходом из строя второстепенных элементов или соединений (нап ример, анкерных болтов опорных частей). Предотвращение таких явлений повышает гарантии безопасности сооружения. Указанное условие нужно понимать как требование фактической равнопроч ности в условиях динамического воздействия. В этом смысле не желательны всякого рода хрупкие соединения.1
1 В нормах по этому вопросу сказано следующее: «...следует предусматривать
•мероприятия, облегчающие (или обеспечивающие) возможность развития в узлах и элементах конструкций пластических деформаций...» (п. 1.3, гСНиП II-A.12—69). Такая формулировка не вполне четкая. Ведь смысл расчета заключается именно в том, чтобы не допускать развития пластических деформаций при расчетном сей смическом воздействии.
Требование монолитности н связности сооружения или его час тей также относится к общим принципам. Монолитность сооруже ния, хорошая взаимосвязь конструктивных элементов устраняют возможность развития значительных самостоятельных колебаний его частей, повышающих сейсмический эффект. Системы связей сооружений должны обеспечивать пространственную устойчивость сооружения в целом и его частей. Не следует думать, что эти ус ловия исключают возможность применения сборных железобетон ных конструкций в сейсмических районах — требуется только соот ветствующее их замонолнчпвание с учетом сейсмических условий.
Принципиален также вопрос о взаимоотношении требований сейсмостойкого строительства с обгцестроительнымн требованиями. Очевидно, между ними есть определенные противоречия. В услови ях относительно невысокой силы и сравнительно редкой повторяе мости землетрясений, характерных для сейсмических районов
СССР, представляется целесообразным в некоторой степени под чинить требования сейсмостойкости общим условиям индустриаль ного строительства. Желательно, чтобы сейсмостойкость дорожных сооружений главным образом обеспечивалась путем:
а) отбора наиболее целесообразных в сейсмическом отношении типов, схем сооружений и конструктивных элементов из применяе мых в несейсмическпх районах;
б) осуществления дополнительных антисейсмических мероприя тий, не требующих, как правило, существенного изменения типовых изделий и общепринятых конструктивных решений.
Указанные антисейсмические мероприятия не должны такжена рушать индустриальность и технологичность конструктивных эле ментов или значительно осложнять производство работ по возведе нию сооружений. Следует добиваться максимальной экономичности этих мероприятий.
В ряде случаев, особенно для районов высокой сейсмичности (8—9 баллов), может оказаться целесообразным разработка до полнительных типовых изделий или составление типовых проектов специально для сейсмостойкого строительства (как это применяет ся в промышленных и гражданских зданиях). Не исключены также специальные системы сооружений, особо выгодные в отношении сейсмостойкости.
§ IV.5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ МАТЕРИАЛА И ПРОЕКТИРОВАНИЮ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ СЕЙСМОСТОЙКИХ СООРУЖЕНИЙ
Материалы несущих конструкций сейсмостойких сооружений должны обладать высокой прочностью, малым весом, способностью пластического разрушения.
Из строительных материалов, используемых в капитальных соо ружениях, в наибольшей мере отвечает указанным требованиям сталь1. Благодаря ее высокой удельной прочности стальные кон
1 Эта характеристика распространяется и на легкие (алюминиевые) сплавы.
112
струкции в прочих равных условиях обладают минимальным соб ственным весом. Значительная пластичность и вязкость (в частнос ти, при динамических нагрузках) обеспечивают высокую сопротив ляемость стальных конструкций сейсмическим силам. Они широко применяются в зарубежном сейсмостойком строительстве, в част ности, в каркасах многоэтажных зданий [65, 105]. Второе место по условиям сейсмостойкости занимает железобетон. При соответст вующем конструировании обеспечена его пластическая работа под динамическими нагрузками. Несмотря на большой собственный вес, железобетонные конструкции достаточно эффективно используют в сейсмостойких сооружениях. При тщательном замоноличивании сборные конструкции применяют наравне с монолитными. Железо бетон — основной строительный материал в сейсмостойком строи тельстве нашей страны. Об условиях применения легкого и предва рительно напряженного железобетона будет сказано ниже. Наиме нее выгодны, с точки зрения сейсмостойкости, каменные (кирпичные) и бетонные конструкции, характеризуемые большим собственным весом, низкой прочностью и свойством хрупкого раз рушения. Их применение в сейсмостойком гражданском и промыш ленном строительстве нашей страны постепенно ограничивается [105, 161]. Для временных сооружений с успехом могут применяться деревянные конструкции при условии надежного скрепления их эле ментов.
Рассмотрим некоторые общие рекомендации по проектированию несущих конструкций сейсмостойких сооружений, вытекающие из особенностей их работы под динамическими нагрузками. Приемы проектирования стальных несущих конструкций пролетных строений мостов под железнодорожную (и отчасти под автомобильную) на грузку в достаточной мере учитывают специфику динамической ра боты. Поэтому ниже в основном речь идет о железобетонных кон струкциях.
За последние годы у нас проведены широкие экспериментальные исследования по динамике железобетона. Исследования подтверж дают высокую сопротивляемость железобетонных конструкций крат ковременным и знакопеременным динамическим нагрузкам и на личие определенных запасов динамической прочности, не учитывае мых обычным расчетом.
Вместе с тем 'выявилась необходимость ряда мероприятий, глав- , ным образом для обеспечения пластического характера процесса разрушения.
Большое значение имеют в этом отношении механические свой ства рабочей арматуры. Она должна обладать достаточной плас тичностью. Арматура, применяемая в качестве рабочей в конструк циях, работающих на сейсмические воздействия, должна иметь полное относительное удлинение * при разрыве не менее 4%', а отно-
* Полное относительное (остаточное) удлинение определяется по всей расчет ной длине растягиваемого образца, включая шейку. Равномерное относительное удлинение определяется на расчетной длине за вычетом места разрыва (шейки).
113
снтельное равномерное удлинение — не менее 2% [132, 152]. Арма турные стали, применяемые в железобетонных конструкциях мостов, как правило, удовлетворяют этим требованиям. Дополни тельные данные о стержневой арматуре, рекомендуемой для сейс мостойких конструкций, даны в Указаниях [152].
Известно, что характер разрушения изгибаемых (и виецеитреино сжатых с большими эксцентриситетами) железобетонных кон струкций зависит от количества растянутой арматуры. При нор мальных процентах армирования происходит пластическое разру шение от текучести арматуры. Для предотвращения хрупкого разрушения, вызванного преждевременным раздроблением сжатой зоны бетона «переармированных» сечений, нормами проектирова ния железобетонных конструкций гражданских и промышленных зданий установлен критерий граничного армирования, ограничива ющий количество арматуры [134].
Этот критерий имеет вид:
*’ о |
(iv.i) |
|
|
где S о — статический момент площади рабочего |
сечения элемента |
относительно центра растянутой арматуры; |
S o — статический |
момент площади сжатой зоны сечения (определенной по пря |
|
моугольной эпюре сжимающих напряжений) |
относительно той |
же точки; £ — коэффициент, имеющий значения от 0,8 до 0,65 (в зависимости от марки бетона).
Условие (IV. 1) соответствует работе элемента под статической нагрузкой. По данным некоторых экспериментов, в условиях дина мического нагружения преждевременное хрупкое разрушение сжа той зоны железобетонных конструкций может происходить при
.меньших количествах арматуры.
Поэтому при сейсмических нагрузках целесообразно принимать условие граничного армирования в более жестком виде. В руковод стве по проектированию каркасных зданий в сейсмических районах [117] при расчетах на сейсмические воздействия рекомендуется вводить к вышеуказанному коэффициенту 2; дополнительный мно житель 0,85, т. е. принимать его значения равными 0,68; 0,59 и 0,55 соответственно при марках бетона 400 и ниже, 500 и 600.
В конструкциях, работающих на сейсмические усилия, целесооб разно ограничить и минимальное количество растянутой арматуры изгибаемых и внецентренно сжатых (с большими эксцентриситета ми) элементов'. При весьма слабом армировании образование трещин в растянутой зоне может привести к одновременному раз рыву арматуры и хрупкому разрушению сечения. Минимальную площадь растянутой арматуры рекомендуется назначать таким об разом, чтобы прочность железобетонного элемента (без учета ра
1 Указаниями [153] минимальное содержание арматуры в железобетонных кон струкциях мостов не нормируется.
114