Введение

Железный конь приходит на смену крестьянской лошадке…

(Из произведений И. Ильфа и Е. Петрова).

Современные условия диктуют необходимость возведения все более сложных конструкций. Значительное число возводимых на сегодня зданий и сооружений отличается наличием большепролетных или высотных элементов. При этом складывается опасная тенденция, что существующие и вновь развиваемые методики расчета не успевают развиваться так же стремительно как возрастает сложность возводимых конструкций. Возникновению такой тенденции способствует, в том числе значительное отставание отечественной нормативной базы от зарубежных аналогов.

Несомненно, существующие в настоящее время программные комплексы, особенно так называемого «тяжелого класса» (ANSYS, NASTRAN и т.д.) позволяют выполнять расчеты практически любых конструкций с учетом физической и геометрической нелинейности (в том числе и одновременно), учитывать образование трещин, различные диаграммы деформирования материалов и т.д. Но также верно и то, что освоение подобных методов расчета с использование данных программных комплексов не под силу большинству практических инженеров, а сами данные программные комплексы предназначены скорее для решения машиностроительных, чем чисто строительных задач.

Программные комплексы «среднего» класса (Лира, MicroFE и др.) более просты в освоении для рядовых инженеров, но не позволяют детально просматривать как задаваемые начальные параметры расчетов (например диаграммы деформирования бетона и алгоритмы учета трещинообразования), так и результаты расчета (например образование трещин по высоте элемента). То есть, данные программные комплексы скрывают от пользователя необходимые настройки и выходные параметры, что не позволяет полноценно верифицировать результаты выполненных расчетов.

Таким образом, в настоящее время образовался огромный разрыв в способах выполнения расчетов – они выполняются либо вручную по устаревшим методикам, распространение которых на сложные случаи неправомерно, либо с использованием компьютерных программных комплексов, не позволяющих пользователю видеть алгоритмы расчета и промежуточные результаты.

Настоящая работа посвящена устранению этого разрыва в методиках расчета и позволяет, с одной стороны, построить «с нуля» расчетную модель, с другой стороны, методом последовательного усложнения довести данную модель до учета сложных эффектов, которые не под силу даже многим современным расчетным программным комплексам, т.е. позволяет построить логическую нить рассуждений и выводов от известных и понятных положений элементарной строительной механики до секретов существующих расчетных комплексов.

По мере возможности в работе приводятся рассуждения и выводы на основе действующих отечественных нормативных документов, в тех случаях, где это невозможно или нецелесообразно, даются необходимые пояснения на основе зарубежных аналогичных документов и разработок.

Актуальность работы заключается в необходимости разработки современных методов расчета железобетонных конструкций с учетом неупругих деформаций бетона и арматуры. Разрабатываемые методы должны быть достаточно точными и отражать действительную работу конструкций (в отличие от метода предельных усилий), а также быть достаточно простыми в реализации и понимании и воспроизведении для простых инженеров (в отличии от программных комплексов «тяжелого» класса типа ANSYS).

Научная новизна работы состоит в установлении основных теоретических зависимостей для нелинейной деформационной модели. Разработанная модель позволяет достаточно легко и точно оценить прочностные и деформативные параметры стальных и железобетонных элементов. Также модель не требует глубоких знаний математического аппарата, изучения сходимости итерационных процессов и т.д.

Работа состоит из пяти глав, таблиц и иллюстраций.

В первой главе приводятся основные исходные предпосылки, а также производится вывод основополагающих зависимостей для дальнейших выводов и расчетов.

Во второй главе приводится вывод основных зависимостей для расчета сталежелезобетонных конструкций. Также в главе приводятся результаты расчетов с использование различных диаграмм деформирования материалов.

В третей главе содержится вывод зависимостей для расчета железобетонных элементов, в том числе для случаев внецентренного сжатия и косого внецентренного сжатия.

В четвертой главе содержится вывод зависимостей для учета таких специальных эффектов сталежелезобетонных конструкций как ползучесть, усадка, проскальзывание анкерных связей и др.

В пятой главе приведены основные выводы по данной работе.