Отзыв 1-го официального оппонента Иваненко А.Н.

ОТЗЫВ
официального
оппонента
на
АЛЕКСЕЯ НИКОЛАЕВИЧА
диссертационную
работу
ИВАНЕНКО
«Раскрытие трещин в железобетонных
элементах с учётом сопротивления бетона их развитию», представленную
к защите на соискание учёной степени кандидата технических наук по
специальностям
05.23.01
«Строительные
-
конструкции,
здания
и
сооружения»
1. Актуальность темы диссертации
При проектировании железобетонных конструкций обычно требования
прочности, устойчивости, выносливости имеют приоритетное значение перед
требованиями второй группы предельных состояний (образование, раскрытие
трещин, деформации). Первая группа предельных состояний определяет само
существование конструкции, а вторая группа связана с качественными
показателями
выполнения
современных
условиях
конструкцией
строительного
своих
функций.
производства,
Однако
когда
в
возросли
технологические возможности возведения высотных и большепролетных
конструкций из высокопрочных бетонов и арматурных сталей или
заменяющих
сталь материалов,
достаточно
остро
встал
вопрос
об
обеспечении надёжного расчётного прогнозирования трещиностойкости и
деформативности конструкций. Между тем, теоретические основы расчётов
железобетонных конструкций по второй группе предельных состояний за
последние
пять-шесть
десятилетий
почти
не
изменились.
Совершенствовались численные методы решения задач в связи с развитием
метода конечных элементов, уточнялись прочностные, деформационные
характеристики материалов и условий их взаимодействия, разрабатывались
программные
средства
и
расчётно-конструктивные
комплексы
автоматизированного проектирования конструкций. Но метод конечного
элемента, на котором построены программные комплексы, имеет свои
ограничения, и потому тема представленной диссертации о расчёте
железобетонных конструкций по второй группе предельных состояний с
2
применением относительно недавно предложенной блочной расчётной схемы
и отдельных положений механики разрушения актуальна.
По содержанию цели, поставленной для выполнения исследований, и
вытекающих из неё задач, а также полученных результатов, выполненное
исследование относится к сфере научной специальности 05.23.01 –
строительные конструкции, здания и сооружения.
2. Анализ содержания диссертации и автореферата
Диссертация написана на 156 страницах машинописного текста,
включая список литературных источников и 2 приложения об использовании
результатов работы в учебном процессе Сочинского государственного
университета и в проектной практике.
Структурно диссертация состоит их введения, четырёх глав и
заключения, в котором изложены основные выводы по результатам
исследования.
Во введении изложены объект исследования, актуальность, научная
новизна работы, достоверность результатов, практическая значимость,
сведения об апробации работы, опубликованных материалах диссертации.
В первой главе рассмотрено состояние проблемы, результаты
исследований деформативности и трещиностойкости бетонов. Большое
внимание
уделено
противоречивости
вопросам
взглядов
на
предельной
растяжимости
бетона,
растяжимость
армированного
бетона.
Выражено мнение в пользу точки зрения, что армирование только меняет
характер трещинообразования, увеличивая усилие, при котором образуются
трещины, за счёт совместной работы бетона и арматуры, не влияя на
предельную
растяжимость
самого
бетона.
Эта
деформационная
характеристика бетона - предельная растяжимость, - наряду с начальным
модулем упругости, принята в качестве базового параметра в построении
расчётной схемы для определения усилий трещинообразования.
Для оценки предельной сжимаемости бетона принята хорошо
экспериментально обоснованная формула О.Ф. Ильина - А.С. Залесова.
В качестве диаграмм состояния бетона при растяжении и сжатии
приняты двухлинейные диаграммы Прандтля. Как вариант деформационной
3
модели бетона рассмотрена модель линейной механики разрушения бетона
при растяжении. Согласно этой модели растянутый бетон вплоть до предела
прочности при растяжении деформируется линейно, а там, где напряжения,
достигают предела прочности, возникает область предразрушения с
напряжениями,
равными
предельным.
Внешней
границей
области
предразрушения является поверхность, на которой деформации равны
предельной растяжимости бетона. Эта граница образует контур вершины
макротрещины.
Формально
эта
модель
аналогична
модели
упругопластического деформирования растянутого бетона по диаграмме
Прандтля, если под зоной предразрушения понимать условную площадку
текучести.
Сжатая арматура описывается двухлинейной диаграммой, растянутая –
двухъярусной диаграммой Прандтля с площадками постоянных напряжений
на пределе текучести и в окрестности временного сопротивления.
Проанализированы расчётная модель сечения и блочная модель.
В результате анализа литературных источников по теме диссертации
сформулирована цель диссертационного исследования и определяемые ею
задачи.
Во второй главе рассматривается стадия трещинообразования в
изгибаемых железобетонных элементах. Решение задачи определения усилий
трещинообразования
даётся
для
трёх
разных
вариантов
задания
распределения напряжений в растянутой зоне: при прямоугольной эпюре
напряжений, соответствующей жёсткопластической диаграмме состояния
растянутого
бетона;
соответствующей
при
диаграмме
трапециевидной
Прандтля;
и
при
эпюре
напряжений,
треугольной
эпюре
напряжений с зоной предразрушения, определяемой по правилам линейной
механики разрушения. Решение отыскивается из уравнений равновесия и
геометрических соотношений, следующих из гипотезы плоских сечений.
Усилия и перемещения записаны в относительных величинах, которые
выражаются через два параметра, один из которых – коэффициент упругости
растянутого бетона.
4
Показано,
что
коэффициент
упругости
сильно
влияет
на
относительную величину усилия трещинообразования. Оно тем больше, чем
меньше коэффициент упругости, то есть, чем «слабее», «пластичнее» бетон.
Напротив, относительное усилие трещинообразования практически прямо
пропорционально
коэффициенту
армирования
сечения.
Взаимно
противоположное совместное влияние этих двух факторов – коэффициента
упругости бетона и коэффициента армирования – может приводить к
странному, на первый взгляд, результату: сильно армированная балка из
высокопрочного бетона имеет меньшее значение относительного усилия
трещинообразования, чем существенно менее армированная балка из
сравнительно слабого, но «вязкого» бетона. Правда, при переходе от
относительного значения усилия трещинообразования к абсолютному
значению путём умножения относительного значения на множитель
Rbt,serbh2/6 этот поразительный результат несколько смягчается за счёт
величины прочности на растяжение Rbt,ser. Тем не менее, показано, что
влияние коэффициента упругости более сильное, чем влияние коэффициента
армирования. Это хорошо видно на рис. 2.32, где сопоставлены расчётные
данные, полученные по методу, разработанному в диссертации, с опытными
данными, поученными Ж.С. Нугужиновым.
В
третьей
главе
изложен
способ
определения
напряжённо-
деформированного состояния изгибаемых железобетонных элементов после
образования трещин. Применён тот же метод, что и предыдущей главе, но
диаграммы состояния бетона и арматуры сжатой зоны приняты в виде
диаграммы Прандтля, растянутой арматуры – в виде двухъярусной
диаграммы Прандтля, а для растянутого бетона применена модель линейной
механики разрушения.
Новыми
результатами
в
данной
главе
являются
зависимости
относительной высоты сжатой зоны от уровня деформаций в крайнем сжатом
волокне, или, иными словами, от уровня нагружения конструкции. Показано,
что при относительно высоких коэффициентах армирования и высоком
уровне нагружения конструкции высота сжатой зоны возрастает при
дальнейшем росте нагрузки. Это происходит вследствие исчерпания
5
возможности увеличения усилия в сжатом бетоне за счёт наполнения эпюры
напряжений, когда усилие в растянутой арматуре возрастает при переходе с
площадки текучести на ветвь упрочнения.
При расчёте конструкций на кратковременные воздействия большой
интенсивности представляют интерес полученные в диссертации результаты,
касающиеся величин деформаций в арматуре, когда произошло частичное
разрушение сжатой зоны бетона.
В четвёртой главе рассмотрены вопросы определения расстояния
между трещинами, ширины их раскрытия и кривизны элемента при уровне
напряжений в нормальном сечении, определённом по методу, изложенному в
третьей главе. Для решения этих задач используется модель блока,
выделенного между соседними нормальными трещинами и загруженного по
торцовым граням на продолжении трещин нормальными напряжениями, а по
линии контакта с растянутой арматурой – касательными напряжениями
сцепления арматуры с бетоном. Распределение последних задается в виде
треугольных или трапецеидальных эпюр, кососимметрично расположенных
относительно срединной точки на растянутой грани. Максимальные
ординаты эпюр сцепления располагаются у берегов трещин и принимаются
равными
удвоенному
среднему
значению
сопротивления
сцепления
арматуры с бетоном по СНиП.
Длина блока (расстояние между трещинами) принимается такой, чтобы
нормальные напряжения в срединной точке на растянутой грани не
превышали сопротивления бетона растяжению. Определение напряжений в
этой точке, перемещение точек, по которым отыскивается деформированный
контур торцовых граней, включая область раскрытия трещины и поверхность
контакта
смежных
блоков
(поверхность
продолжения
трещины),
производится по линиям влияния, построенным в диссертации методом
конечных элементов по программе ЛИРА.
Количественные результаты по расстоянию между трещинами,
раскрытию трещин, и кривизне, полученные в четвёртой главе без
эмпирических коэффициентов (здесь только эпюры сцепления задавались с
ориентировкой по СНиП), оказались достаточно близкими к результатам,
6
полученным по актуализированной редакции СНиП 52-01-2003 со всей
присущей нормам эмпирикой.
Выводы по диссертации, изложенные в заключении, соответствуют
проведённым исследованиям и полученным результатам.
Автореферат правильно отражает содержание работы.
Семь опубликованных по теме диссертации научных работ, из
которых четыре представлены в изданиях, рекомендованных ВАК, в полной
мере охватывают основное содержание диссертации.
Апробация
работы
проведена
на
представительных
научных
конференциях и семинаре.
3 Научная новизна научных положений,
выводов и рекомендаций диссертации состоит:
1.
в составлении разрешающих уравнений стадии образования трещин с
учётом
предельной
растяжимости
бетона,
выраженной
через
коэффициент упругости бетона при растяжении;
2.
в выявлении большого влияния коэффициента упругости растянутого
бетона на относительные значения усилий трещинообразования и в
связи с этим необходимости нормировать этот коэффициент;
3.
в численных результатах, полученных при рассмотрении стадии
разрушения не только по достижении арматурой предела текучести, но
и по мере выхода её на ветвь упрочнения;
4.
в разработке численного метода расчётов по определению расстояния
между трещинами, ширины раскрытия трещин и кривизны изгибаемых
железобетонных элементов.
4 Достоверность выводов и рекомендаций подтверждается
применением апробированных методов теории железобетона, механики
деформированного твёрдого тела, сравнением результатов полученных
решений с экспериментальными данными других исследований по
литературным источникам, отсутствием противоречий сформулированных
выводов и рекомендаций базовым положениям теории железобетона и
практики эксплуатации железобетонных конструкций.
7
5 Практическую значимость
работы
составляют
уточнённая
методика
расчёта
усилий
трещинообразования с учётом деформативных свойств конкретных бетонов,
расширение
возможностей
анализа
напряжённо-деформированного
состояния железобетонных конструкций при натурных обследованиях.
6 Замечания по тексту диссертации и автореферата:
1. Относительный
выражается
как
момент
трещинообразования
отношение
m=M/(Rbt,serbh2/6).
в
диссертации
Согласно
СП
63.13330.2012 для неармированного бетонного сечения Mcrc=Rbt.serWpl=
=Rbt.serγbh2/6,
где
γ=Wpl/W=Wpl/(bh2/6)=Mcrc/(Rbt.serbh2/6)=m.
Иными
словами, коэффициент пластичности совпадает количественно с
относительным моментом трещинообразования. Было бы интересно
сопоставление значений m и γ при разных формах сечений и разных
коэффициентах армирования.
2. Графики сопоставления теоретическ их результатов, полученных в
диссертации, с опытными данными Ж.С. Нугужинова, приведённые на
рис. 2.32 (в автореферате рис. 3), не содержат в диссертации
развёрнутых комментариев. Даже в автореферате пояснения к рис. 3
более подробны.
3. В главе 3 при описании расчётной схемы и на рис. 3.2 введены
коэффициенты осреднения деформаций растянутой арматуры ψs,
сжатого бетона ψb и высоты сжатой зоны xm. Но ничего не говорится о
том, как они определяются: по рекомендациям норм или специальным
образом.
4. Выражение (4.2) на с. 98 в диссертации (соответственно (13) на с. 16
автореферата), представляющее собой матрицу числовых значений
линии влияния для напряжений, не имеет физического смысла, так как
не могут суммироваться матрицы линий влияния от касательных
усилий сцепления арматуры с бетоном и нормальных усилий на
продолжении трещины. Суммироваться могут произведения матриц на
8
соответствующие векторы усилий. Правильный смысл отражён в
формуле (4.5) диссертации ((14) – в автореферате).
5. В диссертации величина максимума ординаты эпюры сцепления
принята τmax=2Rbond =4,5Rbt (с. 100). Эта величина обоснована
треугольной формой эпюры сцепления. Но не подкреплена анализом
каких-то экспериментальных данных или теоретических результатов
авторов, известных своими работами в области сцепления арматуры с
бетоном (А.Л. Оатула, М.М. Холмянского, А.А.Веселова и др.).
6. В автореферате нет пояснения, что такое «трансформированная эпюра
сжатой зоны бетона» и «трансформированная эпюра растянутой зоны
бетона над трещиной» (с.13). Возможно, ради экономии места и потому
что есть рисунок. Но зато дважды дано описание одних и тех же
параметров αs, αs1 на с. 9 и с. 11, а также два повторяющихся больших
предложения на с. 3 и с. 7.
Отмеченные замечания не влияют на положительную оценку работы в
целом.
7. Общая оценка диссертации
Диссертационная
«Раскрытие
трещин
работа
в
Иваненко
железобетонных
Алексея
Николаевича
элементах
с
учётом
сопротивления бетона их развитию» написана на актуальную тему, на
высоком научном уровне, содержит элементы научной новизны и
практической ценности, имеет внедрение в практику строительства и
вузовский учебный процесс, соответствует паспорту специальности 05.23.01
«Строительные конструкции, здания и сооружения» по пункту 3.
Она является завершённым научным исследованием, в котором дано
решение задачи, имеющей существенное значение для методов расчёта
железобетонных конструкций и их элементов и как квалификационная
работа отвечает требованиям п. 9 Положения ВАК России «О порядке
9
lpr4cy)KAellkrs.
yqeHbrx
cTeneHefi),
npeAbrBn.f,eMbrM
KAHAI4AATCK14M
.{n c c eprarlr4-rrMrro clerlr4€urbHocTra 0 5 .23 .0 | .
Anrop
arofi pa6oru
zsaHeHro A.H. 3acnyx{HBaer upucpKAeHr4fl,eMy
yueuoft creleHl4 KaHAI{.qararexHr4rrecKkrxHayK rro Ha3BaHnoficueqLraJrbHocrn.
OQzquanrurrfi onnoHeHT
3aBeAyrou{zfi xa$ e4pofi <Crp or4reJrbHbre
KoHcrpyKrluLr
prfr,rApoTexHlrqecKzecoopymeHrrr)
[arecrancKoro rocyAapcrBeHHororexHurrecKoroyHLrBepcrzTera,
HayK,npo$eccop
AoKToprexHr,rqecKr'rx
VcrapxauonOcuau MaroueAoBr{q
(De4epamnoerocyAapcrBeHuoe
yqpe)KAeHueBbrcrrero r
<r{arecraHcrraftrocyAapcrnennrrfi
3670l 5, r. Maxaqxan
a, PE, np. VI.Ufavutrs70
Ten.: (8-8722)62-37-61
@anc.:
62-37-97
E-mail:dstu@dstu.run
Cafir:http:/ lwww.dstu.rn
flo4uucr A.r.H.,npoSeccopaO. M. VcrapxaHoBayAocroBeprrc