Эффективность применения в строительстве конструкций...

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ЧИСЛЕННОЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НДС КЛАДОК НА МОДЕЛИРОВАНИЕ НДС КЛАДОК НА

ДРЕВЕСНЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХДРЕВЕСНЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХ

Лихачева Светлана Юрьевна,Лихачева Светлана Юрьевна,доцент кафедры сопротивления материалов и доцент кафедры сопротивления материалов и

теории упругости,теории упругости,докторант кафедры деревянных конструкций докторант кафедры деревянных конструкций

ННГАСУ ННГАСУ

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы, научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы,

финансируемых за счет средств федерального бюджетафинансируемых за счет средств федерального бюджета..

Виды кладок на Виды кладок на естественныхестественных заполнителях: заполнителях:

- опилкобетонная, гипсоопилочная, арболитовая... - опилкобетонная, гипсоопилочная, арболитовая...- из камней сплошных и пустотелых, кирпичей, блоков…- из камней сплошных и пустотелых, кирпичей, блоков…

Эффективность применения в строительстве конструкций и изделий из древесных бетонов определяется:

- существенным снижением массы зданий, - повышением их теплозащиты, - уменьшением себестоимости за счёт использования местных материалов.

Решение экологических проблем путем утилизации вредных для окружающей среды отходов деревообрабатывающей промышленности

Недостатки кладок на Недостатки кладок на естественныхестественных заполнителях – заполнителях – опилкобетонной, гипсоопилочной, опилкобетонной, гипсоопилочной, арболитовой:арболитовой:

Отсутствие научно обоснованных данных о прочности и деформативности кладки из таких камней,

Отсутствие нормативной базы по расчету каменных элементов конструкционных древесных бетонов.

Эксперимент на Эксперимент на одноосное одноосное кратковременное кратковременное сжатие.сжатие.

По результатам проведенных испытаний в По результатам проведенных испытаний в каждой серии определялиськаждой серии определялись

Для расчетной оценки предела прочности Для расчетной оценки предела прочности кладки из опилкобетонных камней при кладки из опилкобетонных камней при кратковременном сжатии использовалась кратковременном сжатии использовалась формула Л.И. Онищика формула Л.И. Онищика

,

2

1

1

2

1

R

Rb

aRAR

u

А – конструктивный коэффициент, А – конструктивный коэффициент, определяемый из выражения (МПа): определяемый из выражения (МПа):

Значения эмпирических Значения эмпирических коэффициентов:коэффициентов:Для гипсоопилочных кладок из сплошных камней а = 0,1; b = 0,3; m

= 1,0; n = 1,5; из пустотелых камней а = 0,15; b = 0,3;

m = 1,5; n = 2,5.Для опилкобетонной кладки для

пустотных камнейa = 0.08; b = 0.3; m = 1.0; n = 1.95

Графические зависимости между напряжениями,

относительными продольными 1 и

поперечными 2 деформациями для гипсоопилочной кладки

0,65Ru

Эксперимент на длительное сжатие кладки на древесных Эксперимент на длительное сжатие кладки на древесных заполнителяхзаполнителях

Зависимость относительных деформаций ползучести, Зависимость относительных деформаций ползучести, натекающих за разные промежутки времени, натекающих за разные промежутки времени, от начального относительного уровня напряжений сжатияот начального относительного уровня напряжений сжатия

Для опилкобетонной

кладки

Для гипсоопилочной

кладки

0

10

20

30

40

50

60

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

54321

n()10-4

0

10

20

30

40

50

60

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

5

4

3

21

n()10-4

Соотношения линейной теории Соотношения линейной теории ползучести:ползучести:

где - мера ползучести, которая определяется как удельная относительная деформация ползучести, и может быть выражена

через : τ

уп ετετ

лn c лc

0E/c Определение характеристики ползучести через деформацииползучести на момент времени и упруго-мгновенные деформации в момент приложения нагрузки:

Выражение для определения Выражение для определения относительных деформаций ползучести:относительных деформаций ползучести:

- полные относительные деформации сжатия к моменту времени наблюдения ;

- упругомгновенная деформация, измеренная в момент приложения нагрузки ;

- деформации усадки незагруженных образцов на момент определения деформации ползучести.

)()()()( ус1уп )(

)( 1у

сут281 )(ус

Длительный модуль деформаций:Длительный модуль деформаций:

– начальный модуль деформаций кладки, определяемый из кратковременных испытаний при напряжении = .

1

EE 0

0Е

UR2,0

Длительный модуль деформаций для конечного Длительный модуль деформаций для конечного установившегося состояния кладки под установившегося состояния кладки под действием длительных напряжений сжатия.действием длительных напряжений сжатия.

Для кладки из опилкобетона:

Для гипсоопилочной кладки:

0Е22,0)(Е

0Е27,0)(Е

Предельно низкое критическое напряжение сжатых Предельно низкое критическое напряжение сжатых элементов каменных конструкций с учетом влияния элементов каменных конструкций с учетом влияния фактора времени:фактора времени:

Где - гибкость элемента.

2λ

π )Е(кр

2

Кладка из опилкобетона

Гипсоопилочная кладка2λ

0Е2,66

)(кр

2λ0

Е2,19)(кр

Для двух типов кладок для конечного Для двух типов кладок для конечного установившегося состояния длительного установившегося состояния длительного сжатия:сжатия: - длительный модуль деформаций под

действием длительных напряжений сжатия

- граничное значение гибкости столбов

МПа

Опилкобетонная 766

Гипсоопилочная 278

гр

3212,32

346,33

длЕ

грдлЕ

0,65Ru

«Тяжелые пакеты»:«Тяжелые пакеты»:

ABAQUS, ANSYS, NASTRAN, COSMOS/M,

Лира, SCAD, MicroFE &Stark…

в)

- Конечно элементное разбиение на ПК ANSYS 11.02, выполненное 250 380 688 .для столбов размерами х х мм

КЭ сетка кирпичей столба

(подконструкция 1 в расчетах)

КЭ сетка растворных швов

(подконструкция 2 в расчетах)

КЭ сетка столба и плиты,

моделирующие пресс

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТОЛБОВ ИЗ ОПИЛКОБЕТОННЫХ КИРПИЧЕЙ

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТОЛБОВ ИЗ ОПИЛКОБЕТОННЫХ КИРПИЧЕЙ

Распределение Распределение перемещений в перемещений в

250 380588 столбе размерами 250 380588 столбе размерами:мм:мм

а)

б)

Диаграммы деформирования столба

250 250 688 , : х х мм полученные) а продольных

) б поперечных

а)экспериментально

) б численно

РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЯ СТОЛБОВ КЛАДКИ ПРИ СЖАТИИ

РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЯ СТОЛБОВ КЛАДКИ ПРИ СЖАТИИ

Программный комплекс УПАКС создан в НИИ механики при Нижегородском Государственном

университете им. Н.И.Лобачевского.

• предназначен для численного решения на основе МКЭ квазистатических задач деформирования, разрушения, оценки несущей способности, а также стационарных и нестационарных задач теплопроводности конструкций, с учетом различных видов нелинейностей физического, геометрического характера и краевых условий.

Моделирование процесса деформирования графитового блока в условиях терморадиационных воздействий

ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ ФРАГМЕНТОВ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Влияние глубины подреза на прочность сварного соединения

Анализ процессов деформирования и разрушения кирпичных стен,

подверженных сдвигу.

Исследования участка стены 1-го этажа кирпичного здания между двумя поперечными несущими стенами, опертого на

жесткий фундамент под действием эксплуатационных нагрузок

РАЗРУШЕНИЕ КИРПИЧНОЙ СТЕНЫ В УСЛОВИЯХ ПЛОСКОГО ИЗГИБА

Вид конструкции, ее разбиение на подконструкции и конечно-элементная сетка гипсоопилочного столба .

Эпюры поврежденности участка конструкции с наиболее выраженной картиной трещинообразования

• Функциональное назначение составляющих материалов, разная природа приводит к большой разнице в физико-механических и прочностных характеристиках.

• Простое осреднение при нахождении необходимых характеристик кусочно-однородной среды может привести к неверному представлению поведения изучаемого материал

Кусочно-однородный материал - совокупность двух или нескольких материалов при условии, что структура основного

материала может быть представлена сочетанием конечного числа повторяющихся блоков достаточно небольшого размера

Двухуровневая модель

выбор вида, размера и конечно-элементного разбиения типового фрагмента

Моделирование материала конструкции как однородной среды

характеристики которой определяются при подробном изучение наиболее характерных блоков

?

Для условного однородного материала среды верхнего уровня

упругие характеристики для линейного участка диаграммы напряжения-деформации, а также пределы прочности материала на растяжение, сжатие для разных направлений, закон изменения перемещений, средние значения составляющих действующих в фрагменте напряжений,

модуль Юнга, коэффициент Пуассона, модули сдвига и объемной деформации

Минимально возможный фрагмент кладки из опилкобетонного кирпича и его конечно-элементное разбиение

№

фрагмента

Пределы прочности условной однородной среды верхнего

уровня, МПа

на сжатие на растяжение

1 4,46 0,276

эксперимент 5,97 -

Увеличение типового фрагмента

№

фрагмента

Пределы прочности условной однородной среды верхнего

уровня, МПа

на сжатие на растяжение

1 4,46 0,267

2 4,87 0,299

эксперимент 5,97 -

Фрагмент, который в дальнейшем признан типовым

№

фрагмента

Пределы прочности условной однородной среды верхнего

уровня, МПа

на сжатие на растяжение

1 4,46 0,267

2 4,87 0,299

3 5,28 0,376

эксперимент 5,97 -

Неоптимальный типовой фрагмент

№

фрагмента

Пределы прочности условной однородной среды верхнего

уровня, МПа

на сжатие на растяжение

1 4,46 0,267.

2 4,87 0,299

3 5,28 0,356

4 5,4 351.6

эксперимент 5,97 -

В разработке – реализация в рамках программного комплекса УПАКС моделей, учитывающих

ползучесть каменных кладок на естественныхзаполнителях, и моделирование поведения реальных конструкций

под действием эксплуатационных нагрузок на основе двухуровневой модели.

Спасибо за внимание !