Анализ напряженно-деформированного состояния перекрытия этажа монолитного каркасного здания под действием динамической нагрузки.

Примером из области структурного анализа и разрушения твердых тел может служить расчет повреждений в перекрытии из монолитного железобетона, полученных в результате падения бетонного блока.

Рис.1 Модель перекрытия и груза (изометрия)

 

Осложняли задачу следующие обстоятельства. Свободному падению груза препятствовала лебедка и скорость падения определить не представлялось возможным. А также доступ для обследования повреждений был возможен только с одной стороны конструкции.

В процессе исследования был смоделирован процесс соударения упавшего блока и плиты перекрытия, сила удара оценивалась по выявленным повреждениям на доступной для обследования стороне перекрытия.

Расчет проводился в три этапа. На первом этапе рассчитывалось начальное НДС участка перекрытия под действием собственного веса несущих конструкций и слоёв эксплуатационного покрытия.

 


Рис.2. Расчетное поле вертикальных перемещений участка перекрытия и плиты перекрытия под нагрузкой от собственного веса

 

На втором этапе решалась контактная задача падения груза с начальной скоростью на перекрытие в эпицентр, выявленный в результате проведенного заказчиком обследования. В условиях отсутствия данных о начальной скорости груза методом подбора в численном эксперименте была извлечена недостающая информация, пользуясь известными по результатам обследования размерами и формой областей разрушения бетона перекрытия, дорожных плит, ненесущих перегородок и т.д.

На третьем этапе участок перекрытия размером с центром в эпицентре падения груза нагружался квазистатически равномерно распределенным по площади давлением.

 


Рис.3. Расчетное поле максимальных растягивающих напряжений в плите перекрытия под нагрузкой от собственного веса

В результате проведенных расчетов было получено, что размер области разрушения, полученной при решении динамической контактной задачи с падающим грузом рис.4, согласуется с размером области разрушения, полученной при решении квазистатической задачи в случае, когда усилие квазистатического нагружения сравнимо с максимальным контактным усилием.

Рис.4. Расчётное поле поврежденности бетона (динамика). Виды с низу и с верху

 

Было получено, что осевые напряжения в верхней рабочей арматуре балок и перекрытия составили 200МПа и 100МПа соответственно рис.5, что не превышает предела текучести арматурной стали.

Как видно из рис.5,6 напряжения в верхней зоне бетона локально превысили напряжения предельные по растяжению, что говорит об образовании трещин в зоне, которая в нормальных условиях находится в сжатом состоянии.

 



Рис.5. Расчетные осевые напряжения в рабочей арматуре балок до и после потери несущей способности

 

Было рассчитано напряженно-деформированное состояние в железобетоне. Из этого анализа было получено, что деформации арматуры являются упругими и ширина раскрытия трещин по всей толщине перекрытия лежит в допустимой области.

Это позволило утверждать, что остаточная несущая способность перекрытия является достаточной для дальнейшей эксплуатации конструкции.

Проведение данной экспертизы позволило заказчику принять решение о дальнейших действиях относительно данного строения, как ресурса основных средств в его бизнесе.

 

Рис.6 Расчетное поле вертикальных перемещений участка перекрытия под нагрузкой от собственного веса и падения груза.

Москва 2009

 

 

Публикация согласована с заказчиком