Gelžbetoninių elementų tempiamosios zonos elgsenos modeliavimas

Abstract

Supleišėjusio gelžbetonio elgsena tarp plyšių (tempiamojo betono sustandėjimas) tiriama jau daugiau nei septynis dešimtmečius, tačiau pasaulyje nėra vieningų ir tarpusavyje suderintų deformacijų ir plyšio pločio skaičiavimo teorijų ir medžiagų modelių. Tai, kad skirtingose šalyse (JAV, Rusijoje, Australijoje, Japonijoje, Europos šalyse) taikomi skirtingi projektavimo normų metodai, rodo nagrinėjamos mokslinės problemos sudėtingumą. Projektavimas gali būti atliekamas ne tik normų, bet ir skaitiniais (dažniausiai baigtinių elementų) metodais. Šie metodai, remiantys sudėtingu matematiniu aparatu, puikiai aprašo statybinių konstrukcijų, pagamintų iš ortotropinių medžiagų (pvz. plienas, aliuminis). Deja, pasitelkiant žinomus armatūros ir betono sąveikos modelius, skaitiniais metodais gaunamos deformacijų ir plyšių pločio skaičiavimo tikslumas dažnai neatitinka projektavimo normų reikalavimams. Šiame darbe nagrinėjama gelžbetoninių elementų, paveiktų trumpalaike apkrova, supleišėjusio tempiamojo betono elgsena. Gauti nauji silpnai ir vidutiniškai armuotų gelžbetoninių sijų deformacijų eksperimentiniai rezultatai. Iki apkrovimo išmatavus betono traukimosi deformacijas, buvo įvertintas traukimosi sukeltas įtempių ir deformacijų būvis gelžbetoniniame skerspjūvyje. Disertaciniame darbe pasiūlyta metodika, leidžianti pagal gelžbetoninių elementų eksperimentinius duomenis (sprendžiant atvirkštinį deformavimo uždavinį) parinkti tempiamosios zonos skaitinių modelių parametrus. Parinkti parametrai užtikrins modeliuotų deformacijų atitikimą eksperimentui su iš ankstu nustatytu tikslumu. Skaičiavimo modelyje laikoma, kad betono tempiamojo sustandėjimo įtempiai priskiriami tempiamajai armatūrai, t. y. modeliuojami armatūros įtempių ir deformacijų diagrama. Tokiu būdu suminius armatūros įtempius sudaro tikrieji įtempiai armatūroje ir tempiamojo sustandėjimo įtempiai, sukelti armatūros ir betono sąveikos. Toks modeliavimo būdas yra labai efektyvus algoritminės realizacijos prasme, nes atvirkštinis uždavinys sudaromas sprendžiant vienintelę netiesinę transendencinę lygtį. Ši lygtis sprendžiama vienu nežinomu (tempiamosios armatūros deformacijos moduliu) atžvilgiu. Be to pasiūlytasis metodas leidžia nustatyti efektyviosios betono tempiamosios zonos plotą. Darbe pasiūlytas lenkiamųjų gelžbetoninių elementų deformacijų skaičiavimo algoritmas, pagrįstas diskretaus pleišėjimo koncepcija. Šio algoritmo adekvatumas buvo tikrintas sukurtosios atvirkštinį deformavimo uždavinio sprendimo metodikos pagalba. Parodyta, kad literatūroje rekomenduojamos šlyties įtempių kontakto zonoje ir armatūros slinkties idealizacijos yra netikslios ir reikalauja patikslinto armatūros ir betono sukibimo modelio.