Анотація до роботи:

Богдан С.Ю. Визначення граничних станів елементів бетонних і залізобетонних конструкцій методами механіки руйнування. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 01.02.04 – Механіка деформівного твердого тіла. – Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2002.

Дисертація присвячена розробці методу визначення граничного стану бетонних і залізобетонних конструкцій та складних систем будівель і споруд в умовах плоского напруженого стану.

У роботі використовується комплексний підхід, який поєднує застосування методів механіки руйнування (механіки тріщин), нормативні методи оцінки граничного стану залізобетонних елементів конструкцій та програмно-обчислювальні комплекси для оцінки граничного стану споруд складної форми, ослаблених тріщинами, вирізами або отворами. Експериментальні дослідження на зразах з бетону служать для оцінки фізико-механічних характеристик і критичних коефіцієнтів інтенсивності напружень для бетону.

На основі запропонованого методу розроблено алгоритм чисельно-аналітичного розв’язку для оцінки граничних станів залізобетонних елементів конструкцій, а також складних плоских і просторових конструкцій будівель. Наведено результати розв’язання ряду інженерних задач оцінки граничних станів панелі житлового будинку, балочного перекриття другого енергоблоку та деформованої (нахиленої) стіни по осі 50 об’єкту “Укриття” Чорнобильської АЕС. Результати роботи впроваджено в навчальний процес НАУ.

В дисертації представлено результати теоретичних і експериментальних досліджень граничних станів бетонних і залізобетонних конструкцій та їх елементів. Запропоновано алгоритми розрахунку таких конструкцій, розроблено аналітичні та чисельно-аналітичні підходи прогнозування несучої здатності конструкцій при короткочасних статичних навантаженнях.

Одержані в роботі наукові та практичні результати можна сформулювати наступним чином:

1. Розроблено комбінований чисельно-аналітичний метод визначення несучої здатності (граничних станів) різних конструкцій з бетону і залізобетону, який ґрунтується на поєднанні методів теорії тріщин (механіки руйнування) і класичних підходів (аналітичних і чисельних) для розрахунку елементів бетонних і залізобетонних конструкцій.

Цей метод дає можливість:

- визначати граничний стан суцільних однорідних тіл (конструкцій), які не мають початкових пошкоджень;

- визначати зону можливого виникнення тріщин в конструкції та прогнозувати характер їх розвитку; обчислити несучу здатність конструкції;

- враховувати дефекти як початкові, так і ті що розвиваються (пошкодження, тріщини, вирізи та отвори), і оцінити граничні стани конструкцій при наявності таких дефектів.

2. Проведено експериментальні дослідження з метою оцінки фізико-механічних характеристик і критичних коефіцієнтів інтенсивності напружень К_Ic для бетонних зразків, умови виготовлення та випробування яких відповідають вимогам ГОСТ і ДБН.

Визначене значення К_Ic добре узгоджується з результатами, одержаними Ю.В.Зайцевим, а також А.П. Паком, Л.П. Трапезниковим і Е.М. Яковлевой, раніше відомими в літературі.

3. На основі запропонованого інженерного методу розроблено алгоритми розрахунку бетонних і залізобетонних конструкцій, що характеризують особливості застосування методу для різних видів напруженого стану:

- для зігнутих і позацентрово-стиснутих залізобетонних елементів;

- для конструкцій, які знаходяться в умовах плоского напруженого стану.

4. Аналіз граничних станів конструкцій у вигляді послідовності процедур розрахунку включає:

- вибір і апроксимацію діаграми деформування s_b-e_b, яка враховує нелінійні властивості бетону відповідно до рекомендацій Єврокоду-2 за формулою (5) і зону деформацій розтягу в перерізі елемента;

- використання критеріїв міцності бетону і залізобетону у вигляді (3) і критеріїв теорії тріщин (механіки руйнування) у вигляді силового критерію Г. Ірвіна за формулою (4);

- побудова функціональних залежностей зони передруйнування конструкції від величини діючого навантаження в перерізі елемента з врахуванням обох вищезгаданих критеріїв;

- оцінку граничного стану конструкції графічним методом.

5. На основі результатів чисельних досліджень та їх порівняння з відомими в літературі та експериментальними даними, виконано оцінку несучої здатності досліджуваних конструкцій, які дозволяють одержати прийнятні для практики результати: для зігнутих бетонних і залізобетонних елементів розбіжність теоретичних і дослідних даних складає 1,5-6,3 %; при оцінці граничного стану конструкцій, що знаходяться в умовах плоского напруженого стану, відмінність дослідних і теоретичних даних не перевищує 8,3 %.

6. Показано, що для оцінки граничних станів складних конструктивних плоских і просторових систем при різних видах навантаження є ефективним застосування розробленого методу розрахунку в поєднанні з використанням відомих програмних комплексів розрахунку споруд Ліра-Windows, SCAD та інших.

7. Результати, одержані в дисертаційній роботі, використано при оцінці граничних станів ряду інженерних споруд і конструкцій Чорнобильської АЕС , в НДІБК, МНТЦ “Укриття”, Київському інституті “Енергопроект”, а також в навчальному процесі НАУ.

Публікації автора:

1. Богдан С.Ю. Методика определения и прогнозирование длины трещины в железобетонных конструкциях в условиях плоского напряженного состояния // Строительные конструкции: Зб. научн. тр. – К.: НИИСК, 1995. - Вып. 47-48. - С. 84-90.

2. Богдан С.Ю. Применение метода механики разрушения к расчету несущей способности изгибаемых железобетонных элементов. // НАН України “Проблеми Чорнобиля”: Науково-техн. зб. - Чорнобиль: МНТЦ “Укриття”, 2000. – Вип. 6. - С. 205-209.

3. Бородачев Н.М., Богдан С.Ю. Применение методов механики разрушения к расчету прочности конструкций объекта “Укрытие”. // Будівельні конструкції: Зб. наук. пр. – К.: НДНБК, 2000. - Вип. 52. - С. 45-53.

4. Богдан С.Ю. Розрахунок залізобетонних конструкцій в умовах плоского напруженого стану. // Вісник Національного авіаційного університету. - К.: НАУ, 2002. - №1. – С. 198-202.

5. Богдан С.Ю. Экспериментальное определение критического коэффициента интенсивности напряжений для бетона и оценка несущей способности конструкций методом механики разрушения. // Перша Всеукраїнська науково-техн. конф. “Аварії на будівлях i спорудах та їх попередження”: Зб. матеріалів. – К., 1997. - С. 236-244.

У роботах викладені основні теоретичні положення дисертаційної роботи, розроблені здобувачем. У роботі [5] представлено результати експериментальних досліджень фізико-механічних характеристик бетону та критичного коефіцієнта інтенсивності напружень К_Ic, проведених особисто здобувачем. Розв’язання практичних задач розрахунку будівель представлено в роботах [1 - 4]. Розроблений метод впроваджено в навчальний процес НАУ.