Деформативність залізобетонних згинаних конструкцій з несиметричним пошкодженням бетону
Автор: Мельник Максим Романович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Будівництво та цивільна інженерія (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут будівництва та інженерних систем
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Дана магістерська робота присвячена дослідженню деформативності залізобетонних згинаних елементів з несиметричним пошкодженням поперечного перерізу на дію статичного навантаження. Мета дослідження – провести аналіз впливу несиметричних пошкоджень на деформативність залізобетонних балок та порівняти результати експериментів з розрахунковими моделями. Об’єкт дослідження – вплив несиметричного пошкодження на напружено-деформований стан залізобетонного згинанного елемента. Предмет дослідження – деформативні характеристики залізобетонних балок з несиметричними пошкодженнями бетону. Здатність залізобетонних елементів змінювати свою геометрію під впливом зовнішніх сил, зберігаючи при цьому цілісність структури, визначається як їхня деформаційна поведінка. Ця характеристика є фундаментальною для забезпечення надійності та довговічності будівельних конструкцій із залізобетону. Ключовими аспектами деформаційної поведінки є пружні (тимчасові) та пластичні (стійкі) зміни форми, механізми утворення та розкриття тріщин у бетоні, величини прогинів і зсувів, а також довготривалі деформаційні процеси, такі як повзучість та зсідання бетонної суміші. Величина деформацій залежить від фізико-механічних властивостей складових матеріалів (бетону та арматурної сталі), їхнього кількісного співвідношення та просторового розташування, геометричних параметрів елемента, типу та тривалості прикладеного навантаження, наявності дефектів і пошкоджень, а також умов навколишнього середовища. Точний аналіз та прогнозування деформаційної поведінки є невід’ємною частиною процесу проєктування залізобетонних конструкцій. Ця характеристика безпосередньо впливає на їхню здатність ефективно протистояти експлуатаційним навантаженням, запобігаючи виникненню неприпустимих змін форми та катастрофічних руйнувань. Ретельне врахування всіх факторів, що визначають деформаційну здатність, гарантує безпечну та тривалу експлуатацію будівель і споруд, забезпечуючи їхню надійну функціональність протягом усього життєвого циклу. РОЗДІЛІ 1 присвячено огляду літературних джерел, що стосуються досліджуваної теми, з особливим акцентом на проблематиці дефектів у залізобетонних конструкціях та аналізі їхнього напружено-деформованого стану. На початку розділу констатується провідна роль залізобетону в сучасній будівельній галузі та неминучість появи пошкоджень під час експлуатації, що зумовлюються різноманітними чинниками. Представлено узагальнену класифікацію дефектів [1…4, 7], з поділом за різними ознаками. Значну увагу приділено вивченню конкретних типів пошкоджень, таких як втрата захисного бетонного шару [3], аналізу їхніх причин виникнення та наслідків для міцності й деформаційних характеристик елементів [8…16]. Окремо розглянуто актуальні наукові дослідження, спрямовані на розуміння механізмів утворення дефектів та їхнього впливу на поведінку залізобетонних конструкцій [17,20]. У другій частині розділу здійснено аналіз наукової літератури щодо напружено-деформованого стану залізобетонних балок з урахуванням наявних дефектів, впливу цих дефектів на їхню функціональність, а також розробки відповідних методологій експериментальних досліджень та розрахункових моделей, зокрема із застосуванням програмного комплексу ЛІРА-САПР.[24…32] У РОЗДІЛІ 2 було представлено підготовку до реалізації експериментів та методики безпосереднього проведення досліджень. Перша частина розділу детально описує експериментальну програму дослідження залізобетонних балок. Виготовлено три балки: дві без дефектів та одну зі штучним несиметричним пошкодженням. Усі балки мали розміри 200х100х2100 мм та не відрізнялися одна від одної армуванням. Фізико-механічні властивості матеріалів визначали на стандартних зразках. Випробування балок проводили за схемою чистого згину з використанням гідравлічного навантаження та комплексу вимірювального обладнання, включаючи цифрові мікроіндикатори та метод цифрової кореляції зображень для фіксації деформацій. Навантаження здійснювали поетапно до руйнування, контролюючи зусилля та деформації. Наступні дві частини розділу були присвячені методиці визначення та проведення розрахунку несучої здатності та деформаційних властивостей залізобетонних балок із несиметричними ушкодженнями. Застосовується нелінійно-деформаційний підхід, що ґрунтується на фактичних діаграмах деформування бетону й арматури згідно з будівельними стандартами України. Розрахунок передбачає визначення вихідних параметрів, урахування спільної роботи матеріалів, ітераційний процес та критерії граничних станів. Вплив асиметрії ушкодження на геометрію елемента враховується, а прогини обчислюються за спрощеною формулою. РОЗДІЛ 3 ознайомлює нас з результатами проведених експериментальних та теоретичних досліджень, а також їх аналізом. Перший підрозділ присвячений порівняльному аналізу результатів експериментальних досліджень двох непошкоджених залізобетонних балок (КБ-1 та КБ-2) з результатами їхнього моделювання в програмному комплексі LIRA SAPR. Аналіз виявляє певну розбіжність між теоретичними та експериментальними даними, що пояснюється ідеалізацією моделі в програмному комплексі. Проте, загалом, спостерігається досить близька відповідність між результатами експерименту та теоретичного розрахунку, особливо щодо максимальних деформацій. У наступному підрозділі проводиться аналіз та порівняння результатів досліджень пошкодженої балки (КБ-3) з її розрахунковою моделлю. Аналіз виявив значне перенапруження в зонах пошкодження та зміщення нейтральної осі, що свідчить про несиметричний згин. Порівняння експериментальних та теоретичних деформацій арматури, бетону та загальних прогинів показало певні розбіжності, особливо у величині загальних прогинів при критичних навантаженнях. Це може бути пов’язано зі спрощеним моделюванням пошкодження та неврахуванням усіх особливостей експерименту. Зафіксовано також горизонтальний прогин та залишковий прогин після розвантаження пошкодженої балки. У РОЗДІЛІ 4 було продемонстровано порівняння економічного характеру з варіантами повної заміни пошкодженої балки та підсиленням її способом замонолічення дефекту разом з використанням армованих волок. Ключові слова: Несиметричне пошкодження, залізобетонна балка, деформативність, деформативна схема, напружено-деформований стан, розрахунок з врахуванням нелінійності, горизонтальні переміщення, прогин балки, вигин балки. Літературні джерела, що були використані: 1) Lobodanov, M. M., Veghera, P. I., & Blikharsjkyj, Z. (2018). Аnalysis of the main methods of studying the effects of the damage to the load-carrying capacity of reinforced concrete elements. Resource-saving materials, structures, buildings and constructions, (36), 389–396. https://doi.org/10.31713/budres.v0i36.290 2) RILEM Technical Committees. (1991). Damage classification of concrete structures. The state of the art report of RILEM Technical Committee 104-DCC activity. Materials and Structures / Materiaux et Constructions, 24, 253–259. 3) Воскобійник, О. П. (2010). Типологічне порівняння дефектів та пошкоджень залізобетонних, металевих та сталезалізобетонних балкових конструкцій. Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Теорія і практика будівництва, (662), 97–103 4) Voskobiinyk, O. P., Kitaiev, O. O., Makarenko, Ya. V., & Buhaienko, Ye. S. (2011). Experimental investigation of reinforced concrete beams with defects and damages that cause the skew bending. Academic Journal. Industrial Machine Building, Civil Engineering, 1(29), 87–92. http://reposit.pntu.edu.ua/handle/PoltNTU/8074 5) Golewski, G. L. (2023). The phenomenon of cracking in cement concretes and reinforced concrete structures: The mechanism of cracks formation, causes of their initiation, types and places of occurrence, and methods of detection—A review. Buildings, 13(3), 765. https://doi.org/10.3390/buildings13030765