Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Материалы. Конструкции. Технологии
Определение влияния армирования и предварительного напряжения на амплитудно-частотную характеристику железобетонной конструкции
Опубликована: 2017-09-27
  • Г. А. Столповский Оренбургский государственный университет (г. Оренбург)
  • А. М. Нестеренко Оренбургский государственный университет (г. Оренбург)

Аннотация

Определение как расчётных, так и фактических частотных характеристик строительных конструкций (СК) – актуальная задача для инженеров-строителей. Данная характеристика может использоваться не только в расчётах на прочность и устойчивость при динамических нагрузках, но и при оценке фактической конструктивной целостности зданий и сооружений. Однако присутствует большое количество факторов, влияющих на колебания СК и усложняющих вычисление собственных частот и обертонов. Один из факторов – наличие арматуры в железобетонных (ж/б) конструкциях и её предварительное натяжение. Арматура и бетон имеют различные значения модуля упругости, что влияет на изгибную жёсткость конструкции. Предварительное натяжение арматуры в свою очередь прибавляет передаваемое на бетон дополнительное напряжение, которое наряду со значением нагрузки, равной модулю упругости, необходимо преодолеть, чтобы продольно деформировать конструкцию. В существующей технической литературе слабо освещён вопрос о влиянии степени и типа армирования на колебательные свойства железобетонных конструкций. В статье приводятся аналитические выражения для вычисления изгибной жёсткости и периодов колебаний основного тона ж/б балки с учётом наличия арматуры, а также её предварительного натяжения. Рассматриваются три балки с одинаковыми геометрическими параметрами: бетонная неармированная, железобетонная без предварительного напряжения и железобетонная с предварительным напряжением. Учёт арматуры производится через коэффициент приведения арматуры к бетону и вычисление приведённого момента инерции. Расчёт собственных частот осуществляется с помощью дифференциальных уравнений с решением для случая балки на двух опорах. Приводится сопоставление полученных данных с частотными характеристиками неармированной бетонной балки. Период основного тона собственных колебаний армированной балки по расчёту получается меньше в 1,056 раза, или на 6,6 %. В свою очередь, влияние предварительного напряжения конструкции проявляется в уменьшении периода еще на 0,55 %. Общее уменьшение периода колебаний составило 7,15 %. Дальнейшее увеличение степени армирования приведёт к повышению приведённого момента инерции с коэффициентом 8,33, что необходимо учитывать при определении амплитудно-частотных характеристик железобетонных конструкций.

Биографии авторов

Г. А. Столповский, Оренбургский государственный университет (г. Оренбург)

Кандидат технических наук, доцент кафедры строительных конструкций, Оренбургский государственный университет, директор ООО «Промтехнологии», г. Оренбург. Область научных интересов – соединения строительных конструкций зданий и сооружений на основе древесины.

А. М. Нестеренко, Оренбургский государственный университет (г. Оренбург)

Магистрант Оренбургского государственного университета по направлению «Строительство», ведущий инженер отдела геоэкологии ОНЦ УрО РАН. Область научных интересов – динамика зданий и сооружений, сейсмология.