h0. Рабочая высота сечения для поперечной арматуры при продавливании
Уважаемые коллеги.
Прошу подсказать, какое из трех значений h0 принимать при расчете на продавливание при использовании сварных каркасов от продавливания.
Спасибо.
h0 продавливание.pdf (4.9 Кб, 1297 просмотров) |
Просмотров: 14336
Алексей_308 |
Посмотреть профиль |
Найти ещё сообщения от Алексей_308 |
Регистрация: 25.04.2006
Сообщений: 1,203
Регистрация: 09.04.2009
Сообщений: 221
забыл: это монолитная плита покрытия.
Алексей_308 |
Посмотреть профиль |
Найти ещё сообщения от Алексей_308 |
Регистрация: 03.04.2009
Новосибирск
Сообщений: 36
см. СП 52-101-2003 стр.31
h0=0.5(h0x+h0y),
h0x и h0y — рабочая высота сечения для продольной арматуры, расположенной в направлении осей X и Y.
Сообщений: n/a
1-е, но усредненное, как в сообщении 4. Если сами стержни поперечной арматуры существенно ниже верхней сетки, то там уже нюансы возникают.
Регистрация: 09.04.2009
Сообщений: 221
Для упрощения понимания представим, что продольная арматура в обоих направлениях имеет одинаковый защитный слой.
Я рассуждаю следующим образом:
при расчете плиты на продавливание без поперечной арматуры — принимается h0 (1)
при расчете плиты на продавливание с поперечной арматурой в виде хомутов, огибающих рабочую продольную арматуру — принимается тоже h0 (1)
при расчете плиты на продавливание с поперечной арматурой в виде сварных каркасов (т.е. когда поперечная арматура «анкерится» не за продольную арматуру, а за арматуру каркаса) — что принимается? может быть h0 (2) все таки?
Алексей_308 |
Посмотреть профиль |
Найти ещё сообщения от Алексей_308 |
Сообщений: n/a
Алексей, тогда Вы можете получить парадоксальную ситуацию. Допустим добавите в плиту толщиной полметра каркасы высотой 20 (утрирую) см, и тогда плита, проходившая без арматуры (с h0 по верхней сетке) с арматурой и новым h0 перестанет проходить. И в таком духе.
Регистрация: 09.04.2009
Сообщений: 221
Ал-й, ситуация реальная, но не для инженера с «гибким» мозгом).
Немного переделаю Вашу ситуацию: плита толщиной полметра не несет без поперечки, добавляю каркасы высотой 20 см — что принимать в этом случае.
Сообщение от Ал-й
Если сами стержни поперечной арматуры существенно ниже верхней сетки, то там уже нюансы возникают.
что за нюансы и как их прицепить к делу?
Алексей_308 |
Посмотреть профиль |
Найти ещё сообщения от Алексей_308 |
Сообщений: n/a
Алексей_308,
По первому вопросу — никто не знает что делать, в аналогичной ситуации однажды было принято решение исследовать узел натурно — чем кончилось не знаю. На том объекте как раз в толстенную плиту запихали низких каркасов.
А из «еще нюансов» — что делать если верхняя сетка сильно опущена (строители затупили) — неужели рабочую высоту снижать за ней? А по старому пособию по проектированию ростверков бралась в таком случае полная высота сечения. Странно, да? Опустили сетку — и не проходит. А без сетки — проходит.
Это непроработанные в нормах вопросы, каждый раз решаются тяжело, с привлечениями НИИ и тп. С моей стороны выход видится в простых и однозначных конструктивных решениях и тщательном авторском надзоре.
Регистрация: 15.09.2007
град Воронеж
Сообщений: 4,582
Сообщение от Ал-й
А из «еще нюансов» — что делать если верхняя сетка сильно опущена (строители затупили) — неужели рабочую высоту снижать за ней? А по старому пособию по проектированию ростверков бралась в таком случае полная высота сечения. Странно, да? Опустили сетку — и не проходит. А без сетки — проходит.
Если посмотреть старые формулы расчета балок на поперечную силу, то можно увидеть что действительно учитывается высота сечения, а в новых СП уже h0. На продавливание в «Руководстве по безбалочным» h0. Думаю, что здесь учтена трещиностойкость. Т.е. На опоре, где мы проверяем сечение на поперечную силу, в большинстве случаев мы используем защемление, и отсюда имеем опорный момент. Соответственно также имеем раскрытие трещин (до арматуры), которые и учитываются при нелинейном расчете тем или иным способом. Следовательно есть логика брать именно h0.
Пока это мои размышления, вот соберусь с силами и прочитаю книжку Трекина и Никитина, и буду знать наверняка.
__________________
С уважением,
yarrus77
Анализ методов расчёта безбалочных перекрытий на продавливание Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
ЖЕЛЕЗОБЕТОН / КАРКАС / БЕЗБАЛОЧНОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ / АРМАТУРНЫЕ РАБОТЫ / РАБОЧАЯ ВЫСОТА СЕЧЕНИЯ / ЗАЩИТНЫЙ СЛОЙ БЕТОНА / СМЕЩЕНИЕ АРМАТУРЫ / ПОДБОР АРМАТУРЫ / ПК ЛИРА-САПР / REINFORCED CONCRETE / GIRDERLESS FLOOR / BREAKDOWN / WORKING HEIGHT OF SECTION / TRANSVERSAL ARMATURE / PYRAMID OF BREAKDOWN
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Трофимова В.М., Бурмистрова А.А., Аксёнов Н.Б.
В статье рассмотрены результаты анализа методик расчёта плоских плит безбалочных перекрытий на продавливание по Российским и зарубежным нормам проектирования. Установлено, что в рассмотренных методиках расчёта на продавливание использованы схожие расчётные модели и учтены одинаковые силовые факторы. Учёт влияния моментов осуществляется по-разному: либо путём введения в расчётную модель касательных напряжений, либо введением эмпирического коэффициента. Не одинаков подход и к назначению геометрических параметров расчётного (критического) контура. Установлено, что работа узла сопряжения безбалочной плиты с колонной изучена пока не в полной мере и требуются дополнительные исследования по обобщению методик расчёта.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Трофимова В.М., Бурмистрова А.А., Аксёнов Н.Б.
Расчет плиты монолитного безбалочного перекрытия на продавливание
Силовое сопротивление железобетонных монолитных плоских плит перекрытий при продавливании колоннами прямоугольного сечения
Расчет прочности на продавливание плиты безбалочного безкапительного перекрытия
Монолитные безбалочные железобетонные перекрытия при отсутствии капителей колонн
Оценка прочности железобетонных плит на продавливание
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Analysis of methods of calculation of girderless floors on breakdown
In article results of the analysis of method of calculation of flat plates of girderless floors are considered on breakdown according to the Russian and foreign design codes are considered. The analysis of the received results demonstrates that in the considered calculation procedures on breakdown similar settlement models are used and identical power factors are considered. Namely the pressing-through effort and the bending moments operating in two planes. Taking note of the moments in various techniques is carried out in two ways. The first way tangent tension is entered into settlement model. And each technique offers the form of an epyura of tangent tension. The second way introduction to a condition of durability of the empirical coefficient considering influence of the bending moments. Approach to purpose of geometrical parameters of a settlement (critical) contour is not identical. Contours of different techniques differ in a form and the sizes. And the difference of the sizes is very considerable. It is established that work of knot of interface of girderless flag with a column is studied yet not fully and additional researches on generalization of calculation procedures are required.
Текст научной работы на тему «Анализ методов расчёта безбалочных перекрытий на продавливание»
Анализ методов расчёта безбалочных перекрытий на продавливание
В.М. Трофимова, А.А. Бурмистрова, Н.Б. Аксёнов.
Донской государственный технический университет
Аннотация: В статье рассмотрены результаты анализа методик расчёта плоских плит безбалочных перекрытий на продавливание по Российским и зарубежным нормам проектирования. Установлено, что в рассмотренных методиках расчёта на продавливание использованы схожие расчётные модели и учтены одинаковые силовые факторы. Учёт влияния моментов осуществляется по-разному: либо путём введения в расчётную модель касательных напряжений, либо введением эмпирического коэффициента. Не одинаков подход и к назначению геометрических параметров расчётного (критического) контура. Установлено, что работа узла сопряжения безбалочной плиты с колонной изучена пока не в полной мере и требуются дополнительные исследования по обобщению методик расчёта.
Ключевые слова: железобетон, безбалочное перекрытие, продавливание, рабочая высота сечения, поперечная арматура, пирамида продавливания.
В настоящее время наиболее распространенным типом перекрытий в массовом строительстве являются плоские безбалочные перекрытия. Их долговечность и эксплуатационная надёжность зависят как от учёта особенностей используемых материалов [1-3], так и от степени изученности напряжённо-деформированного состояния узла опирания плиты на колонну. Прочность предлагаемых технологами материалов возрастает [4, 5], это обстоятельство и появление на рынке композитных материалов [6] позволяют уменьшать сечения несущих конструкций. В связи с этим весьма важен вопрос обеспечения надёжности узла сопряжения плиты с колоннами.
Продавливание плиты происходит, когда усилие от внешней нагрузки, приходящее в узел сопряжения, превышает предельное усилие, которое может воспринять бетон и поперечная арматура. Фактическая форма поверхности, по которой происходит разрушение плиты, имеет сложный вид и зависит от многих факторов [7-9]. Изучению этого вопроса посвящено большое количество работ, но пока нет единого мнения о работе плиты при продавливании и механизме разрушения [9, 10].
Расчётные предпосылки и расчётные модели, используемые в нашей стране и за рубежом, отличаются. Если взять только нашу страну — в разное время подход к расчёту на продавливание менялся.
Согласно действующему нормативному документу Российской Федерации СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» условие прочности при действии только продольной силы и отсутствии поперечной арматуры имеет вид:
где Б — сосредоточенная сила от внешней нагрузки;
Рь,иц — предельное усилие, воспринимаемое бетоном, которое равно:
где Аь — площадь расчетного поперечного сечения, расположенного на расстоянии ^,/2 от границы площади приложения сосредоточенной силы Б, определяемая по формуле:
В этой формуле: и — периметр контура расчетного поперечного сечения, ^ — приведенная рабочая высота сечения.
Очевидно, что, предельное усилие, воспринимаемое бетоном, равно:
Бь,и1! = ад 2(а+ь+2^)]-где а и ь — размеры сторон колонны.
В программном комплексе Лира-САПР был выполнен вычислительный эксперимент. В качестве расчётной модели был принят 16-ти этажный каркас жилого дома с безбалочными плитами перекрытий. Рассматривалось продавливание железобетонной плиты на отм. +9.600 квадратным штампом с размерами, равными поперечному сечению колонны 500×500 мм (рис.1). Толщина плиты равна 220 мм, расчетное сопротивление бетона осевому растяжению Яы = 1,05 МПа.
Рис. 1. — Конечно-элементная модель плиты Для квадратного сечения колонны формула упрощается:
После подстановки в неё численных значений получим, что бетон в расчетном сечении может воспринять усилие = 565 кН.
Усилие продавливания Б = 310,08 кН (из расчёта в ПК Лира-САПР).
В СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции» принималось, что продавливание происходит по поверхности пирамиды, меньшим основанием которой служит площадь действия продавливающей силы, а боковые грани наклонены под углом 45°. Расчёт на продавливание плитных конструкций без поперечной арматуры производился из условия:
где ит — среднеарифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания;
где ^ — рабочая высота плиты.
Использованная расчётная модель в виде пирамиды продавливания была унаследована от более раннего документа — СНиП 11-В.12-62.
В действующем СП 63.13330.2012 о пирамиде продавливания не упоминается, а вводится понятие периметра контура расчётного поперечного сечения, расположенного на расстоянии 0,5^ от границы приложения сосредоточенной силы. В соответствии с определением, контур представляет
собой прямоугольник или квадрат (в зависимости от сечения колонны) с периметром равным:
Сравнивая выражения (4) и (5), видим, что численные значения предельных усилий, воспринимаемых бетоном при продавливании, вычисленные по формулам (2) и (3), будут совпадать.
Следовательно, поскольку Б = 310,08 кН меньше = 565 кН, прочность обеспечена как по старым, так и по новым нормам.
Основным отличием СП 63.13330.2012 от ранних норм является необходимость учёта влияния изгибающих моментов. В расчётной модели принято, что моменты ведут к появлению по периметру расчётного контура касательных напряжений. Считается, что эти напряжения линейно изменяются по длине расчётного контура в направлении действия момента и достигают максимума у противоположных сторон расчётного контура, перпендикулярных плоскости действия момента.
Максимальные изгибающие моменты в плите (рис.2) обусловили выбор узла сопряжения, рассчитываемого на продавливание.
Собственный вес Мозаика напряжений по Мх Единицы измерения — (кН*м)’м
Рис. 2. — Мозаика напряжений по Мх. Расчет элементов без поперечной арматуры на продавливание при совместном действии сосредоточенной силы и изгибающего момента производят из условия:
310,08/565 + 42,4/130,8 + 36,6/130,8 = 1,153 >1 Как видим, в отличие от прежних норм прочность узла не обеспечена -требуется установка поперечной арматуры.
Формула расчета на продавливание по американским нормам ACI 31814 «Требования строительных норм и правил для железобетона» имеет вид:
где Vn — нормативное значение прочности на продавливание, Vu — фактическое значение нагрузки, ф — коэффициент снижения прочности.
Vn = |1-АуГ fy, Vu =F/(u h0) + (7v’M)/Wb .
Доля момента, учитываемая в расчете на продавливание, определяется коэффициентом yv = 1 — [1/ (l+2/3*V(lx/ly))].
Формула расчета на продавливание по EN 1992 Eurocode 2: «Design of concrete structures. Part 1: General rules and rules for buildings» имеет вид:
где VEd — расчетная продавливающая сила, VRd^ — расчетное значение сопротивления продавливанию плиты без учета арматуры, которое учитывает продольное армирование плиты перекрытия с помощью эмпирического коэффициента 100/?ь где р\ — коэффициент армирования:
VRdx = CRd к (100р1^скГ + k1 ■Оср > (Vmin
также в формуле учитывается влияние изгибающего момента:
VEd = в( VEd /(ui d)), в = 1 + k-(MEd/VEd) ■ (u1/W1), где в — коэффициент сдвига, принимаемый равным 1,4 (учитывает поправку на передачу момента).
Основное отличие норм EN 1992 Eurocode 2: «Design of concrete structures. Part 1: General rules and rules for buildings» от отечественных и американских норм заключается в назначении расчетного периметра и гипотезе о равномерном распределении скалывающих напряжений по длине сторон расчётного периметра.
Как видим, рассмотренные нормы проектирования учитывают изгибающие моменты либо путём введения в расчётную модель касательных напряжений, действующих по сторонам расчётного контура, либо введением эмпирического коэффициента. Различие наблюдается и в определении самого расчётного периметра, так в Eurocode 2 периметр принимается в виде фигуры, описанной линией, проведенной на расстоянии 2d от загруженного участка (рис.3). Под величиной «d» здесь понимают значение средней расчетной толщины плиты.
Рис. 3. — Критический периметр для площадей приложения местной нагрузки, удаленных от свободных краев плиты и отверстий
Прочность плиты без поперечного армирования на продавливание согласно строительным нормам Белоруссии следует проверять из условия:
как периметр, отстоящий на расстоянии 1,5d от их внешней грани, где d -средняя расчетная толщина плиты.
В нормах РФ рассматривается сечение, которое расположено вокруг зоны передачи усилий на плиту на расстоянии ho/2, где ho — приведенная рабочая высота сечения.
Таким образом, в рассмотренных методиках расчёта на продавливание использованы схожие расчётные модели и учтены одинаковые силовые факторы, как продавливающее усилие, так и изгибающие моменты. Последние учитываются по-разному: либо путём введения в расчётную модель касательных напряжений, либо введением эмпирического коэффициента. Причём форма эпюр касательных напряжений предлагается разная. Не одинаков подход и к назначению геометрических параметров расчётного (критического) контура, при этом разница размеров контуров, полученных по рекомендациям рассмотренных методик, весьма существенна. Очевидно, что работа узла сопряжения безбалочной плиты с колонной изучена пока не в полной мере и требуются дополнительные исследования по обобщению методик расчёта.
1. Мкртчян А.М., Аксенов В.Н. Аналитическое описание диаграммы деформирования высокопрочных бетонов // Инженерный вестник Дона, 2013, №3 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1818/.
2. Аксенов В.Н. Расчет колонн из высокопрочного бетона по деформированной схеме // Научный журнал строительства и архитектуры. 2009. № 1. С. 125-132.
3. V.N. Aksenov, Vu Le Quyen, E.V. Trufanova, Evaluation of Reinforced Concrete Cylindrical Reservoirs with Single-layered Walls, In Procedia Engineering, Volume 150, 2016, pp. 1919-1925, ISSN 1877-7058, URL:
4. Мкртчян А.М., Аксенов В.Н., Маилян Д.Р., Блягоз А.М., Сморгунова М.В. Особенности конструктивных свойств высокопрочных бетонов // Новые технологии. 2013. № 3. С. 135-143.
5. Nesvetaev G.V., Korchagin I.V., Lopatina Yu.Yu. About influence of superplasticizers and mineral additives on creep factor of hardened cement paste and concrete // Solid State Phenomena. 2017. Vol.265. pp. 109-113. URL: doi.org/ 10.4028/www.scientific.net/SSP.265.109
6. Польской П.П., Маилян Д.Р. Влияние стального и композитного армирования на ширину раскрытия нормальных трещин // Инженерный вестник Дона, 2013, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1675
7. Клевцов В. А., Болгов А.Н. Действительная работа узлов плоской безбалочной плиты перекрытия с колоннами при продавливании // Бетон и Железобетон. 2005. №3. С. 17-19.
8. Краснощёков Ю.В. Комлев A.A. Прочность плиты безбалочного перекрытия на участках соединения с колоннами // Бетон и Железобетон. 2011. №1. С. 25-27.
9. Залесов А.С. Разработка методики расчета и конструирования монолитных железобетонных безбалочных перекрытий, фундаментных плит и ростверков на продавливание: автореф. дис. . д-р техн. наук. М., 2002. 55 с.
10.Габрусенко В.В. Некоторые особенности проектирования железобетонных конструкций по новым нормам // Проектирование и строительство в Сибири. 2007. №5. С. 24-26.
1. Mkrtchjan A.M., Aksenov V.N. Inzenernyj vestnik Dona (RUS), 2013, №3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1818/.
2. Aksenov V.N. Nauchnyj zhurnal stroitel’stva i arhitektury. 2009. №1. р. 125-132.
3. V.N. Aksenov, Vu Le Quyen, E.V. Trufanova, Evaluation of Reinforced Concrete
Cylindrical Reservoirs with Single-layered Walls, In Procedia Engineering, Volume 150, 2016, pp. 1919-1925, ISSN 1877-7058, https://doi.org/10.10167j.proeng.2016.07.192.
4. Mkrtchyan A.M., Aksenov V.N., Mailyan D.R., Blyagoz A.M. Novye tekhnologii. 2013. №3. pp. 135-143.
5. Nesvetaev G.V., Korchagin I.V., Lopatina Yu.Yu. Solid State Phenomena. 2017. Vol.265. pp.109-113. URL: doi.org/ 10.4028/www.scientific.net/SSP.265.109
6. Pol’skoj P.P., Mailjan D.R. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1675
7. Klevtsov V.A., Bolgov A.N. Beton i Zhelezobeton. 2005. №3. PP. 17-19.
8. Krasnoshchekov Yu.V. Komlev A.A. Beton i Zhelezobeton. 2011. №1. PP. 2527.
9. Zalesov A.S. Razrabotka metodiki rascheta i konstruirovaniya monolitnykh zhelezobetonnykh bezbalochnykh perekrytiy. fundamentnykh plit i rostverkov na prodavlivaniye [Development of methods for calculating and designing monolithic reinforced concrete girders, base plates and grillages for pushing]: avtoref. dis. . d-r tekhn. nauk. M.. 2002. 55 p.
10. Gabrusenko V.V. Proyektirovaniye i stroitelstvo v Sibiri. 2007. №5. PP. 24-26.
Расчет прочности на продавливание плиты безбалочного безкапительного перекрытия Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
ПРОДАВЛИВАНИЕ / PUNCHING / МОНОЛИТ / MONOLITH / БЕЗБАЛОЧНОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ / CONCRETE CLASS / ПРОЧНОСТЬ / STRENGTH / НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ / BEARING CAPACITY / ВРЕМЕННАЯ НАГРУЗКА / LIVE LOAD / ПОПЕРЕЧНОЕ АРМИРОВАНИЕ / TRANSVERSE REINFORCEMENT / СОСРЕДОТОЧЕННАЯ СИЛА / CONCENTRATED FORCE / КЛАСС БЕТОНА / BEAMLESS OVERLAP
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Кремнев Василий Анатольевич, Кузнецов Виталий Сергеевич, Талызова Юлия Александровна
Приведены расчеты на продавливание монолитного безбалочного перекрытия в соответствии с действующими нормами. Рассмотрено влияние различных факторов на обеспечение прочности стыка колонны и перекрытия, таких как класс бетона , толщина плиты перекрытия, наличие поперечного армирования . Определены предельные равномерно распределенные нагрузки для плит с различной сеткой колонн. Целью исследования является расширение применения безкапительных перекрытий.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Кремнев Василий Анатольевич, Кузнецов Виталий Сергеевич, Талызова Юлия Александровна
Особенности распределения напряжений в плите безбалочного перекрытия от усилия преднапряжения
Расчет прочности плит монолитного безбалочного перекрытияпо методу предельного равновесия
Конструктивные решения безбалочных безкапительных перекрытий с предварительно напряженной арматурой
Влияние применения высокопрочной арматуры без сцепления с бетоном на прочность монолитных безбалочных перекрытий
Расчет железобетонных плит перекрытия на продавливание
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Burst strength analysis for a plate of girderless capitelless floor
The paper presents calculations of the punching girderless monolithic slab with transverse reinforcement under the action of a concentrated force in accordance with the applicable regulations. The authors specify the circumstances that may limit the use of the certain sizes of spans of beamless floors. The influence of various factors on ensuring the strength of the joints of columns and ceiling is obserced, such as the class of the concrete slab thickness, the presence of transverse reinforcement . In this paper the calculations of the burst strength were performed for girderless slabs of the thickness 20, 21, 22, 23, 24 and 25 cm of concrete classes B15, B20, B25, B30 and columns of square section with the side b = 30 cm. The cells of 5 × 5, 6 × 6, 7 × 7, 8 × 8, 9 × 9 m were analized. Bending moments were not taken into account. The utmost bursting effort for various classes of concrete slab thickness and the absence or presence of transverse reinforcement were discovered. The limiting uniformly distributed loads for plates with different grid of columns were calculated. It was found out that in case of the size of the cells up to 5 x 5 m inclusively, you can use all the above concrete classes and slab thicknesss. But in case of the cells of 9 x 9 m and more the use of overlap without capitals is problematic because of the impossibility to ensure the burst strength without special design solutions. Some of contemporary ways to expand the use of overlap without capitals are: the use of high-strength concretes, application of stiff reinforcement in the area of joint of stiff reinforcement, fiber reinforcement and the use of prestressed reinforcement.
Текст научной работы на тему «Расчет прочности на продавливание плиты безбалочного безкапительного перекрытия»
В.А. Кремнев, В.С. Кузнецов*, Ю.А. Талызова*
ООО «ИнформАвиаКоМ», *ФГБОУВПО «МГСУ»
РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ НА ПРОДАВЛИВАНИЕ ПЛИТЫ БЕЗБАЛОЧНОГО БЕЗКАПИТЕЛЬНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ
Приведены расчеты на продавливание монолитного безбалочного перекрытия в соответствии с действующими нормами. Рассмотрено влияние различных факторов на обеспечение прочности стыка колонны и перекрытия, таких как класс бетона, толщина плиты перекрытия, наличие поперечного армирования. Определены предельные равномерно распределенные нагрузки для плит с различной сеткой колонн. Целью исследования является расширение применения безкапительных перекрытий.
Ключевые слова: продавливание, монолит, безбалочное перекрытие, прочность, несущая способность, временная нагрузка, поперечное армирование, сосредоточенная сила, класс бетона.
Наиболее существенными обстоятельствами, ограничивающими применение безбалочных перекрытий с пролетами, превышающими 5 м, армированных ненапрягаемой арматурой, являются сложности с обеспечением прочности на продавливание, а также с удовлетворением требований второй группы предельных состояний [1—5].
Расчет прочности плиты на продавливание без поперечной арматуры при действии сосредоточенной силы производят из условия, что перерезывающие
силы полностью воспринимаются бетоном [6—9].
где F — сосредоточенная сила от внешней нагрузки; Fbutt — предельное усилие, воспринимаемое бетоном.
где h0 — приведенная рабочая высота сечения,
где h0x + hy — рабочая высота сечения при продольной арматуре, расположенной вдоль осей Xи Y; и — периметр расчетного сечения.
При колоннах прямоугольного сечения с размерами a*b периметр равен и = 2 (b + a + 2h0). (4)
При колонне квадратного сечения со стороной b периметр и = 4(b + h). Расчет плиты на продавливание с поперечной арматурой при действии сосредоточенной силы производят согласно [4, 5] из условия
где Fswult — предельное усилие воспринимаемое поперечной арматурой при продавливании.
В соответствии с рекомендациями [8] максимальное значение F не должно превышать 2Fbutt, т.е.
F Fb,u,t Fsw,u,t 2Fb,u,t. (6)
Вычисляя значения Е при различных высотах плиты и классах бетона, можно определить предельные равномерно распределенные нагрузки для плит с различной сеткой колонн.
В настоящей работе были выполнены расчеты прочности безбалочных плит на продавливание при толщинах 20.. .25 см, классах бетона В15, В20, В25, В30 и колоннах квадратного сечения со стороной Ь = 30 см. Рассматривались ячейки 5 х 5; 6 х 6; 7 х 7; 8 х 8; 9 х 9 м. Учет изгибающих моментов не производился. Расстояние от центра тяжести продольной арматуры до растянутой грани во всех расчетах принималось 35 мм (Н() = 165 мм).
Предельная расчетная полная равномерно распределенная нагрузка д определялась по формуле
где А — площадь, рассматриваемой ячейки.
На рис. 1 приведены результаты вычислений предельных усилий ЕЬий, воспринимаемых бетоном, при различных классах бетона и фиксированных геометрических размерах плиты и колонны.
—22 —23 —24 — 25 —20 арм —21 арм ^—22 арм ^—23 арм — 24 арм ^—25 арм
В15 В20 В25 ВЗО В35
Рис. 1. Предельное усилие продавливания при различных классах бетона, толщинах плиты и отсутствии или наличии поперечного армирования
При анализе результатов вычислений принималось во внимание, что расчетная постоянная нагрузка складывалась из расчетной нагрузки gm от собственного веса плиты и минимальной нагрузки от начинки пола или кровли (gu = 2 кН/м2), а максимальная расчетная временная равномерно распределенная нагрузка v определялась по формуле
На графиках рис. 2 для квадратной ячейки 5 х 5 м даны максимальные временные расчетные равномерно распределенные нагрузки при различных классах бетона, толщинах плиты и сечении колонны 30 х 30 см.
Рис. 2. Расчетная полезная нагрузка, кН/м2, для ячейки 5 х 5 м с наличием или отсутствием поперечной арматуры
Из графиков видно, что при назначенных размерах ячейки и сечения колонны прочность на продавливание обеспечивается во всем диапазоне представленных толщин плиты и классов бетона, даже без применения поперечной арматуры. Так, для плиты толщиной 20 см и класса бетона В25 максимально возможная временная нагрузка составляет 5,4 кН/м2 (540 кг/м2) без поперечной арматуры и 18,3 кН/м2 (1830 кг/м2) при ее наличии, что вполне соответствует многим эксплуатационным нагрузкам [6].
На рис. 3 (ячейка 9 х 9 м) представлены значения максимальных временных расчетных равномерно распределенных нагрузок при тех же условиях.
Из графиков видно, что без применения поперечной арматуры прочность на продавливание не обеспечивается во всем диапазоне представленных толщин плиты и классов бетона [10].
Даже при наличии поперечной арматуры плиты толщинами 20 и 21 см являются несостоятельными по прочности на продавливание [10—15]. Для плиты толщиной 20 см из бетона В25 с поперечным армированием максимально возможная временная нагрузка составляет 0,5 кН/м2 (50 кг/м2), а плиты толщиной 25 см — 2,6 кН/м2 (260 кг/м2).
Выводы. 1. При размерах ячеек до 5 х 5 м включительно, возможно использование всех вышеуказанных классов бетона и толщин плит.
2. При ячейках 9 х 9 м и более применение безкапительных перекрытий проблематично, с точки зрения обеспечения прочности на продавливание без специальных конструктивных решений.
3. К современным мероприятиям, расширяющим применение безкапи-тельных перекрытий, относятся использование высокопрочных бетонов, применение в зоне стыка жесткой арматуры, дисперсного армирования, а также использование предварительного напряжения арматуры.
4. Полученные результаты можно использовать при проектировании капительных и безкапительных монолитных перекрытий: приведенные диапазоны различных временных нагрузок можно использовать для упрощения расчета на продавливание.
Толшнна пяты, см
Рис. 3. Максимальные расчетные временные нагрузки (площадь ячейки 81 м2)
1. Погребной И.О., Кузнецов В.Д. Безригельный предварительно напряженный каркас с плоским перекрытием // Инженерно-строительный журнал. 2010. N° 3. С. 52— 55. Режим доступа: http://engstroy.spb.ru/index_2010_03/pogrebnoy_prednapryazheniye. pdf. Дата обращения: 22.01.2014.
2. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М. : Стройиздат, 1996. 413 с.
3. Беглов А.Д., Санжаровский Р.С. Теория расчета железобетонных конструкций на прочность и устойчивость. Современные нормы и Евростандарты. СПб. : СПбГАСУ ; М. : Изд-во АСВ, 2006. 221 с.
4. Вольмир А.С. Гибкие пластинки и оболочки. М. : ГИТТЛ, 1956. 420 с.
5. Wieczorek M. Influence of Amount and Arrangement of Reinforcement on the Mechanism of Destruction of the Corner Part of a Slab-Column Structure // Proœdia Engineering, 2013. Vol. 57. Pp. 1260—1268. Режим доступа: http://www.sciencedirect. com/science/article/pii/S1877705813008928. Дата обращения: 22.01.2014.
6. Ватин И.Н., Иванов А.Д. Сопряжение колонны и безребристой бескапительной плиты перекрытия монолитного железобетонного каркасного здания. СПб., 2006. 82 с. Режим доступа: http://www.engstroy.spb.ru/library/ivanov_kolonna_i_perekrytie.pdf. Дата обращения: 22.01.2014.
7. Самохвалова Е.О., Иванов А.Д. Стык колонны с безбалочным бескапительным перекрытием в монолитном здании // Инженерно-строительный журнал. 2009. N 3. С. 33—37. Режим доступа: http://www.engstroy.spb.ru/index_2009_03/samohvalova_styk. pdf. Дата обращения: 22.01.2014.
8. Руководство по проектированию железобетонных конструкций с безбалочными перекрытиями. М. : Стройиздат, 1979. 50 с.
9. Тихонов И.Н. Армирование элементов монолитных железобетонных зданий. М. : НИИЖБ им. А.А. Гвоздева, 2007. 168 с.
10. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. 2-е изд. М. : Высш. шк., 1968. 512 с.
11. Zenunovica D., Folic R. Models for behavior analysis of monolithic wall and precast or monolithic floor slab connections // Engineering Structures. July 2012. Vol. 40. Pp. 466—478. Режим доступа: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0141029612001241. Дата обращения: 10.01.2014.
12. Soudki K., El-Sayed A.K., VanZwolc T. Strengthening of concrete slab-column connections using CFRP strips // Journal of King Saud University — Engineering Sciences. January 2012. Vol. 24. No. 1. Pp. 25—33. Режим доступа: http://www.sciencedirect.com/ science/article/pii/S1018363911000559. Дата обращения: 10.04.2013.
13. Paillé J.-M. Eurocode. Calcul des structures en béton. Guide d’application. Paris : Afnor, Eyrolles, octobre 2013. 718 p. Режим доступа: http://www.editions-eyrolles.com/ Livre/9782212137330/calcul-des-structures-en-beton. Дата обращения: 10.01.2014.
14. Altenbach H., Huang C., Naumenko K. Creep-damage predictions in thin-walled structures by use of isotropic and anisotropic damage models // The journal of Strain Analysis for Engineering Design. 2002. Vol. 37. No. 3. Pp. 265—275.
15. Altenbach H., Morachkovsky O., Naumenko K., Sychov A. Geometrically nonlinear bending of thin-walled shells and plates under creep-damage conditions // Archive of Applied Mechanics. 1997. Vol. 67. No. 5. Pp. 339—352.
Поступила в редакцию в апреле 2014 г.
Об авторах: Кремнев Василий Анатольевич — генеральный директор, ООО «ИнформАвиаКоМ», 141074, Московская область, г. Королев, ул. Пионерская, д. 2, оф. 1, 8 (495) 645-20-62, info@iakom.ru;
Кузнецов Виталий Сергеевич — кандидат технических наук, профессор кафедры архитектурно-строительного проектирования, Мытищинский филиал Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 141006, Московская область, г. Мытищи, Олимпийский проспект, д. 50, 8 (495) 583-07-65, visku1943@km.ru;
Талызова Юлия Александровна — ассистент кафедры архитектурно-строительного проектирования, Мытищинский филиал Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 141006, Московская область, г. Мытищи, Олимпийский проспект, д. 50, yuliatalyzova@yandex.ru.
Для цитирования: Кремнев В.А., Кузнецов В.С., Талызова Ю.А. Расчет прочности на продавливание плиты безбалочного безкапительного перекрытия // Вестник МГСУ 2014. № 10. С. 34—40.
V.A. Kremnev, V.S. Kuznetsov, Yu.A. Talyzova
BURST STRENGTH ANALYSIS FOR A PLATE OF GIRDERLESS CAPITELLESS FLOOR
The paper presents calculations of the punching girderless monolithic slab with transverse reinforcement under the action of a concentrated force in accordance with the applicable regulations. The authors specify the circumstances that may limit the use of the certain sizes of spans of beamless floors. The influence of various factors on ensuring the strength of the joints of columns and ceiling is obserced, such as the class of the concrete slab thickness, the presence of transverse reinforcement.
In this paper the calculations of the burst strength were performed for girderless slabs of the thickness 20, 21 , 22, 23, 24 and 25 cm of concrete classes B15, B20, B25, B30 and columns of square section with the side b = 30 cm. The cells of 5 * 5, 6 * 6, 7 * x 7, 8 * 8, 9 * 9 m were analized. Bending moments were not taken into account.
The utmost bursting effort for various classes of concrete slab thickness and the absence or presence of transverse reinforcement were discovered. The limiting uniformly distributed loads for plates with different grid of columns were calculated. It was found out that in case of the size of the cells up to 5 x 5 m inclusively, you can use all the above concrete classes and slab thicknesss. But in case of the cells of 9 x 9 m and more the use of overlap without capitals is problematic because of the impossibility to ensure the burst strength without special design solutions. Some of contemporary ways to expand the use of overlap without capitals are: the use of high-strength concretes, application of stiff reinforcement in the area of joint of stiff reinforcement, fiber reinforcement and the use of prestressed reinforcement.
Key words: punching, monolith, beamless overlap, strength, bearing capacity, live load, transverse reinforcement, concentrated force, concrete class.
1. Pogrebnoy I.O., Kuznetsov V.D. Bezrigel’nyy predvaritel’no napryazhennyy karkas s ploskim perekrytiem [Beamless Prestressed Frame with flat S;ab]. Inzhenerno-stroitel’nyy zhur-nal [Civil Engineering Journal]. 2010, no. 3. Pp. 52—55. Available at: http://engstroy.spb.ru/ index_2010_03/pogrebnoy_prednapryazheniye.pdf. Date of access: 5.12.2014. (in Russian)
2. Karpenko N.I. Obshchie modeli mekhaniki zhelezobetona [General Models of Reinforced Concrete Mechanics]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1996, 413 p. (in Russian)
3. Beglov A.D., Sanzharovskiy R.S. Teoriya rascheta zhelezobetonnykh konstruktsiy na prochnost’ i ustoychivost’. Sovremennye normy i Evrostandarty [Theory of Strength and Stability Calculation for Reinforced Concrete Structures. Modern Norms and European Standards]. Saint Petersburg, SPbGASU Publ.; Moscow, ASV Publ., 2006, 221 p. (in Russian)
4. Vol’mir A.S. Gibkie plastinki i obolochki [Flexible Plates and Shells]. Moscow, GITTL Publ. 1956, 420 p. (in Russian)
5. Miroslaw Wieczorek. Influence of Amount and Arrangement of Reinforcement on the Mechanism of Destruction of the Corner Part of a Slab-Column Structure. Procedia Engineering. 2013, vol. 57, pp. 1260—1268. Available at: http://www.sciencedirect.com. Date of access: 5.12.2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2013.04.159.
6. Vatin I.N., Ivanov A.D. Sopryazhenie kolonny i bezrebristoy beskapitel’noy plity per-ekrytiya monolitnogo zhelezobetonnogo karkasnogo zdaniya [Pairing of Columns And Slabs Without Edges And Without Capitals Monolithic In A Reinforced Concrete Frame Building]. Saint Petersburg, 2006, 82 p. Available at: http://www.engstroy.spb.ru/library/ivanov_ kolonna_i_perekrytie.pdf. Date of access: 22.01.2014. (in Russian)
7. Samokhvalova E.O., Ivanov A.D. Styk kolonny s bezbalochnym beskapitel’nym perekrytiem v monolitnom zdanii [Joint of Columns with Beamless Noncap Overlap in a Monolithic Building]. Inzhenerno-stroitel’nyy zhurnal [Civil Engineering Journal]. 2009, no. 3, pp. 33—37. Available at: http://www.engstroy.spb.ru/index_2009_03/samohvalova_styk.pdf. Date of access: 22.01.2014. (in Russian)
8. Rukovodstvo po proektirovaniyu zhelezobetonnykh konstruktsiy s bezbalochnymi per-ekrytiyami [Guidelines for the Design of Concrete Structures with Beamless Floors ]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1979, 50 p. (in Russian)
9. Tikhonov I.N. Armirovanie elementov monolitnykh zhelezobetonnykh zdaniy [Reinforcement of the Elements of Monolithic Reinforced Concrete Buildings]. Moscow, NIIZhB im. A.A. Gvozdeva Publ., 2007,168 p. (in Russian)
10. Bezukhov N.I. Osnovy teorii uprugosti, plastichnosti i polzuchesti [Fundamentals of the Theory of Elasticity and Creep]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1968, 512 p. (in Russian)
11. Zenunovica D., Folic R. Models for Behavior Analysis of Monolithic Wall and Precast or Monolithic Floor Slab Connections. Engineering Structures. July 2012, vol. 40, pp. 466— 478. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141029612001241. Date of access: 10.01.2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.engstruct.2012.03.007.
12. Soudki K., El-Sayed A.K., VanZwolc T. Strengthening of Concrete Slab-Column Connections Using CFRP Strips. Journal of King Saud University — Engineering Sciences. January 2012, vol. 24, no. 1, pp. 25—33. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/ article/pii/S1018363911000559. Date of access: 10.04.2013.
13. Paillé J.-M. Eurocode. Calcul des structures en béton. Guide d’application. Paris, Afnor, Eyrolles, octobre 2013, 718 p. Available at: http://www.editions-eyrolles.com/ Livre/9782212137330/calcul-des-structures-en-beton. Date of access: 10.01.2014.
14. Altenbach H., Huang C., Naumenko K. Creep-damage Predictions in Thin-Walled Structures by Use of Isotropic and Anisotropic Damage Models. The journal of Strain Analysis for Engineering Design. 2002, vol. 37, no. 3, pp. 265—275. DOI: http://dx.doi. org/10.1243/0309324021515023.
15. Altenbach H., Morachkovsky O., Naumenko K., Sychov A. Geometrically Nonlinear Bending of Thin-Walled Shells and Plates under Creep-Damage Conditions. Archive of Applied Mechanics. 1997, vol. 67, no. 5, pp. 339—352. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/ s004190050122.
About the authors: Kremnev Vasiliy Anatol’evich — Director General, LLC «In-formAviaKoM», 2 Pionerskaya str., Korolev, Moscow Region, 141074, Russian Federation; +7 (495) 645-2062; info@iakom.ru;
Kuznetsov Vitaliy Sergeevich — Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Architectural and Construction Design, Mytishchi Branch, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 50 Olimpiyskiy prospect, Mytishchi, Moscow Region, 141006, Russian Federation; +7 (495) 583-07-65; visku1943@km.ru;
Talyzova Yulia Aleksandrovna — Assistant Lecturer, Department of Architectural and Construction Design, Mytishchi Branch, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 50 Olimpiyskiy prospect, Mytishchi, Moscow Region, 141006, Russian Federation; yuliatalyzova@yandex.ru.
For citation: Kremnev V.A., Kuznetsov V.S., Talyzova Yu.A. Raschet prochnosti na prodavlivanie plity bezbalochnogo bezkapitel’nogo perekrytiya [Burst Strength Analysis for a Plate of Girderless Capitelless Floor]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014, no. 10, pp. 34—40. (in Russian)
Анализ методов расчёта безбалочных перекрытий на продавливание
В статье рассмотрены результаты анализа методик расчёта плоских плит безбалочных перекрытий на продавливание по Российским и зарубежным нормам проектирования. Установлено, что в рассмотренных методиках расчёта на продавливание использованы схожие расчётные модели и учтены одинаковые силовые факторы. Учёт влияния моментов осуществляется по-разному: либо путём введения в расчётную модель касательных напряжений, либо введением эмпирического коэффициента. Не одинаков подход и к назначению геометрических параметров расчётного (критического) контура. Установлено, что работа узла сопряжения безбалочной плиты с колонной изучена пока не в полной мере и требуются дополнительные исследования по обобщению методик расчёта.
Аннотация статьи
железобетон
безбалочное перекрытие
продавливание
рабочая высота сечения
поперечная арматура
пирамида продавливания
Ключевые слова
Нальгиев Батыр Хусейнович
Научный руководитель
Аксенов Николай Борисович
Архитектура, строительство
«Актуальные исследования» #49 (128), декабрь ’22
Поделиться
Цитировать
Актуальные исследования
# 49 ( 128 ), декабрь ‘ 22
В настоящее время наиболее распространенным типом перекрытий в массовом строительстве являются плоские безбалочные перекрытия. Их долговечность и эксплуатационная надёжность зависят как от учёта особенностей используемых материалов [1-3], так и от степени изученности напряжённо-деформированного состояния узла опирания плиты на колонну.
Прочность предлагаемых технологами материалов возрастает [4, 5], это обстоятельство и появление на рынке композитных материалов [6] позволяют уменьшать сечения несущих конструкций. В связи с этим весьма важен вопрос обеспечения надёжности узла сопряжения плиты с колоннами.
Продавливание плиты происходит, когда усилие от внешней нагрузки, приходящее в узел сопряжения, превышает предельное усилие, которое может воспринять бетон и поперечная арматура. Фактическая форма поверхности, по которой происходит разрушение плиты, имеет сложный вид и зависит от многих факторов [7-9]. Изучению этого вопроса посвящено большое количество работ, но пока нет единого мнения о работе плиты при продавливании и механизме разрушения [9, 10].
Расчётные предпосылки и расчётные модели, используемые в нашей стране и за рубежом, отличаются. Если взять только нашу страну – в разное время подход к расчёту на продавливание менялся.
Согласно действующему нормативному документу Российской Федерации СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» условие прочности при действии только продольной силы и отсутствии поперечной арматуры имеет вид:
где F – сосредоточенная сила от внешней нагрузки;
Fb,ult – предельное усилие, воспринимаемое бетоном, которое равно:
где Аb – площадь расчетного поперечного сечения, расположенного на расстоянии ho/2 от границы площади приложения сосредоточенной силы F, определяемая по формуле:
u – периметр контура расчетного поперечного сечения,
ho — приведенная рабочая высота сечения.
Очевидно, что, предельное усилие, воспринимаемое бетоном, равно:
Fb,ult = Rbt·[ 2(a+b+2ho)]· ho,
где а и b – размеры сторон колонны.
В программном комплексе Лира-САПР был выполнен вычислительный эксперимент. В качестве расчётной модели был принят 16-ти этажный каркас жилого дома с безбалочными плитами перекрытий. Рассматривалось продавливание железобетонной плиты на отм. +9.600 квадратным штампом с размерами, равными поперечному сечению колонны 500х500 мм (рис.1). Толщина плиты равна 220 мм, расчетное сопротивление бетона осевому растяжению Rbt = 1,05 МПа.
Рис. 1. Конечно-элементная модель плиты
Для квадратного сечения колонны формула упрощается:
Fb,ult = Rbt·[4(a+ho)]· ho.
После подстановки в неё численных значений получим, что бетон в расчетном сечении может воспринять усилие Fb,ult = 565 кН.
Усилие продавливания F = 310,08 кН (из расчёта в ПК Лира-САПР).
В СНиП 2.03.01-84*«Бетонные и железобетонные конструкции» принималось, что продавливание происходит по поверхности пирамиды, меньшим основанием которой служит площадь действия продавливающей силы, а боковые грани наклонены под углом 45°. Расчёт на продавливание плитных конструкций без поперечной арматуры производился из условия:
где Um – среднеарифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания;
Um = 0,5[(2a+2b)+(2(a+2ho)+ 2(b+2ho))] = 2(a+b+2ho) (4)
где ho – рабочая высота плиты.
Использованная расчётная модель в виде пирамиды продавливания была унаследована от более раннего документа – СНиП II-В.12-62.
В действующем СП 63.13330.2018 о пирамиде продавливания не упоминается, а вводится понятие периметра контура расчётного поперечного сечения, расположенного на расстоянии 0,5ho от границы приложения сосредоточенной силы. В соответствии с определением, контур представляет собой прямоугольник или квадрат (в зависимости от сечения колонны) с периметром равным:
u=2(a+2ho/2)+2(b+2ho/2)= 2(a+b+2ho) (5)
Сравнивая выражения (4) и (5), видим, что численные значения предельных усилий, воспринимаемых бетоном при продавливании, вычисленные по формулам (2) и (3), будут совпадать.
Следовательно, поскольку F = 310,08 кН меньше Fb,ult = 565 кН, прочность обеспечена как по старым, так и по новым нормам.
Основным отличием СП 63.13330.2018 от ранних норм является необходимость учёта влияния изгибающих моментов. В расчётной модели принято, что моменты ведут к появлению по периметру расчётного контура касательных напряжений. Считается, что эти напряжения линейно изменяются по длине расчётного контура в направлении действия момента и достигают максимума у противоположных сторон расчётного контура, перпендикулярных плоскости действия момента.
Максимальные изгибающие моменты в плите (рис.2) обусловили выбор узла сопряжения, рассчитываемого на продавливание.
Рис. 2. Мозаика напряжений по Мх
Расчет элементов без поперечной арматуры на продавливание при совместном действии сосредоточенной силы и изгибающего момента производят из условия:
F/Fb,ult + Mx /Mbx,ult + My /Mby,ult ≤ 1 (6)
После подстановки в формулу (6) численные значения, получим:
310,08/565 + 42,4/130,8 + 36,6/130,8 = 1,153 >1
Как видим, в отличие от прежних норм прочность узла не обеспечена – требуется установка поперечной арматуры.
Формула расчета на продавливание по американским нормам ACI 318-14 «Требования строительных норм и правил для железобетона» имеет вид:
где Vn – нормативное значение прочности на продавливание,
Vu – фактическое значение нагрузки,
ϕ – коэффициент снижения прочности.
Vn = μ·Avf ·fy, Vu =F/(u·ho) + (v·M)/Wb.
Доля момента, учитываемая в расчете на продавливание, определяется коэффициентом v = 1 – [1/ (1+2/3*√(lx/ly))].
Формула расчета на продавливание по EN 1992 Eurocode 2: «Design of concrete structures. Part 1: General rules and rules for buildings» имеет вид:
где VEd – расчетная продавливающая сила,
VRd,с – расчетное значение
сопротивления продавливанию плиты без учета арматуры, которое учитывает продольное армирование плиты перекрытия с помощью эмпирического коэффициента 100 1, где 1 – коэффициент армирования:
VRd,с = СRd,с·k· (100p1·fск) 1/3 + k1·σср ≥ (Vmin + k1·σср),
также в формуле учитывается влияние изгибающего момента:
β = 1 + k·(MEd/VEd) · (u1/W1),
где β – коэффициент сдвига, принимаемый равным 1,4 (учитывает поправку на передачу момента).
Основное отличие норм EN 1992 Eurocode 2: «Design of concrete structures. Part 1: General rules and rules for buildings» от отечественных и американских норм заключается в назначении расчетного периметра и гипотезе о равномерном распределении скалывающих напряжений по длине сторон расчётного периметра.
Как видим, рассмотренные нормы проектирования учитывают изгибающие моменты либо путём введения в расчётную модель касательных напряжений, действующих по сторонам расчётного контура, либо введением эмпирического коэффициента. Различие наблюдается и в определении самого расчётного периметра, так в Eurocode 2 периметр принимается в виде фигуры, описанной линией, проведенной на расстоянии 2d от загруженного участка (рис.3). Под величиной «d» здесь понимают значение средней расчетной толщины плиты.
Рис. 3. Критический периметр для площадей приложения местной нагрузки, удаленных от свободных краев плиты и отверстий
Прочность плиты без поперечного армирования на продавливание согласно строительным нормам Белоруссии следует проверять из условия:
VSd ≤ VRd, с = [0,15k·(100p1·fск) 1/3 – 0,10 σср]·d,
но не менее (0,5fctd — 0,10 σср)·d, где VSd – результирующая поперечная сила, действующая по длине критического периметра, который для круговых и прямоугольных в плане площадей приложения местной нагрузки, расположенных на удалении от свободных краев плиты, следует определять как периметр, отстоящий на расстоянии 1,5d от их внешней грани, где d – средняя расчетная толщина плиты.
В нормах РФ рассматривается сечение, которое расположено вокруг зоны передачи усилий на плиту на расстоянии ho/2, где ho – приведенная рабочая высота сечения.
Таким образом, в рассмотренных методиках расчёта на продавливание использованы схожие расчётные модели и учтены одинаковые силовые факторы, как продавливающее усилие, так и изгибающие моменты. Последние учитываются по-разному: либо путём введения в расчётную модель касательных напряжений, либо введением эмпирического коэффициента. Причём форма эпюр касательных напряжений предлагается разная. Не одинаков подход и к назначению геометрических параметров расчётного (критического) контура, при этом разница размеров контуров, полученных по рекомендациям рассмотренных методик, весьма существенна. Очевидно, что работа узла сопряжения безбалочной плиты с колонной изучена пока не в полной мере и требуются дополнительные исследования по обобщению методик расчёта.
Текст статьи
- Мкртчян А.М., Аксенов В.Н. Аналитическое описание диаграммы деформирования высокопрочных бетонов // Инженерный вестник Дона, 2013, №3 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1818/.
- Аксенов В.Н. Расчет колонн из высокопрочного бетона по деформированной схеме // Научный журнал строительства и архитектуры. 2009. № 1. С. 125-132.
- V.N. Aksenov, Vu Le Quyen, E.V. Trufanova, Evaluation of Reinforced Concrete Cylindrical Reservoirs with Single-layered Walls, In Procedia Engineering, Volume 150, 2016, pp. 1919-1925, ISSN 1877-7058, URL:doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.192.
- Мкртчян А.М., Аксенов В.Н., Маилян Д.Р., Блягоз А.М., Сморгунова М.В. Особенности конструктивных свойств высокопрочных бетонов // Новые технологии. 2013. № 3. С. 135-143.
- Nesvetaev G.V., Korchagin I.V., Lopatina Yu.Yu. About influence of superplasticizers and mineral additives on creep factor of hardened cement paste and concrete // Solid State Phenomena. 2017. Vol.265. pp.109-113. URL: doi.org/ 10.4028/www.scientific.net/SSP.265.109
- Польской П.П., Маилян Д.Р. Влияние стального и композитного армирования на ширину раскрытия нормальных трещин // Инженерный вестник Дона, 2013, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1675
- Клевцов В.А., Болгов А.Н. Действительная работа узлов плоской безбалочной плиты перекрытия с колоннами при продавливании // Бетон и Железобетон. 2005. №3. С. 17-19.
- Краснощёков Ю.В. Kомлев A.A. Прочность плиты безбалочного перекрытия на участках соединения с колоннами // Бетон и Железобетон. 2011. №1. С. 25-27.
- Залесов А.С. Разработка методики расчета и конструирования монолитных железобетонных безбалочных перекрытий, фундаментных плит и ростверков на продавливание: автореф. дис. . д-р техн. наук. М., 2002. 55 с.
- Габрусенко В.В. Некоторые особенности проектирования железобетонных конструкций по новым нормам // Проектирование и строительство в Сибири. 2007. №5. С. 24-26.