Диафрагмы металлических каркасов многоэтажных зданий из комбинированных плит с применением профилированного настила

Цель работы: разработка методики расчета комбинированной плиты с применением профилированного настила в качестве диафрагмы при действии горизонтальных нагрузок. Задачи исследования: 1. Изучить конструктивные решения и существующие методики расчета комбинированных плит и их элементов, применяемых в качестве диафрагм металлических каркасов многоэтажных зданий. 2. На основе численных экспериментов и анализа жесткости на сдвиг отдельных элементов комбинированной плиты получить эмпирическую зависимость для определения жесткости диафрагмы на сдвиг. 3. На основе исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) упоров, закрепляющих плиту к ригелям каркаса, разработать конечно-элементные модели, отражающие работу комбинированных плит в качестве диафрагм. 4. Разработать аналитические методики расчета комбинированных плит, опертых по двум и четырем сторонам, работающих в качестве диафрагм. 5. Выполнить натурные экспериментальные исследования на сдвиг ригеля рамы при различном закреплении диафрагм и оценить достоверность полученных аналитических и эмпирических зависимостей. Научная новизна работы. 1. На основании аналитического решения определена неравномерность распределения усилий в упорах по длине ригеля, а именно, усилия в приопорной зоне больше, чем по пролету. 2. Аналитически получена и экспериментально подтверждена аналитическая зависимость для определения приведенной жесткости комбинированной плиты на сдвиг. 3. Получена аналитическая методика определения перемещений ригелей рамы и усилий в упорах комбинированной плиты, работающей в качестве диафрагмы, в предположении работы ее элементов, как балки на упругом основании. Теоретическая и практическая значимость работы. 1. Разработана методика повышающая релевантность расчетных моделей стальных каркасов с комбинированными перекрытиями на действие горизонтальных нагрузок путем уточнения жесткости плит на сдвиг. 2. Разработаны рекомендации по учету комбинированной плиты в качестве диска жесткости, в частности, шаги, направленные на уменьшение неравномерности распределения усилий в упорах от действия горизонтальных нагрузок. 3. Разработана методология проведения испытаний, позволяющая косвенно оценить усилия в сдвиговых упорах по показаниям тензометров в зоне их установки с обратной стороны полки элемента рамки. Методология и методы диссертационного исследования. Методологической основой послужили отечественная и зарубежная нормативная база, литература по расчету и проектированию сталежелезобетонных, легких тонкостенных конструкций, положения строительной механики, теории сопротивления материалов. Методологическую основу составляют аналитические, численные и экспериментальные исследования отдельных элементов, участков и полноразмерных образцов комбинированных плит перекрытия с применением профилированного настила. Численные исследования выполнялись на современных сертифицированных программных комплексах, основанных на методе конечных элементов. Объект исследования – диафрагма металлического каркаса многоэтажного здания из комбинированной плиты с применением профилированного настила. Предмет исследования – жесткостные характеристики комбинированной плиты, напряженно-деформированное состояние упоров, возникающие от смещения ригелей каркаса и поворота плит перекрытия и покрытия многоэтажного здания. Положения, выносимые на защиту: 1. Методика определения приведенной жесткости на сдвиг фрагмента комбинированной плиты с применением профилированного настила, работающей в качестве диафрагмы. 2. Зависимость характера распределения усилий в ригелях рамы от шага постановки упоров в комбинированной плите с применением СПН. 3. Методики определения возможности работы комбинированной плиты с применением профилированного настила перекрытия в качестве диафрагмы. 4. Результаты экспериментальных исследований на сдвиг ригеля рамы при ее закреплении диафрагмой. Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 71 – 74-ой международных научных конференциях КазГАСУ по проблемам архитектуры и строительства (г. Казань, 2019, 2021, 2022, 2023, 2024), X Международной научно-практической конференции «Научно-инновационные исследования и разработки» (г. Саратов, 2022), XV Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки и образования в условиях современных вызовов» (г. Москва, 2022), IX Международной научно-практической конференции «Современные тенденции развития науки и мирового сообщества в эпоху цифровизации» (г. Москва, 2022), Международной научно-практической конференции «Эффективные строительные конструкции, материалы и технологии» (г. Липецк, 2024). Реализация работы. Работы по теме диссертационного исследования награждены стипендией Мэра г. Казани (2022 г.), отмечена дипломом II степени в номинации «Лучший проект в области инженерных изысканий» в международном профессиональном конкурсе «НОПРИЗ» (2022 г.). Степень достоверности результатов диссертационного исследования. Результаты численных и натурных экспериментов не противоречат известным законам и теориям, как отечественных, так и зарубежных ученых. Обоснованность выводов работы обеспечена использованием общепринятых в строительной механике и механике твердого тела расчетных предпосылок и допущений, а также взаимной корреляцией результатов аналитических, численных и натурных экспериментов.