МЕТОДЫ РАСЧЕТА КОМБИНИРОВАННЫХ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

№6,

Технические науки

Зулпуев Абдивап Момунович (Доктор технических наук)

Ключевые слова: КОМБИНИРОВАННАЯ БАЛКА; ПЛИТА-ПРОГОН; РАВНОМЕРНО-РАСПРЕДЕЛЕННАЯ НАГРУЗКА; НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ И ДЕФОРМАТИВНОСТЬ; МЕТОД СОСРЕДОТОЧЕННЫХ ДЕФОРМАЦИЙ; COMBINED BEA; SLAB PURLIN; EQUALLY-DISTRIBUTED LOADINQ; CARRYINQ CAPACITY AND DEFORMALITY; METHOD OF CONCENTRATED DEFORMATIONS.

Аннотация: В данной статье проведен анализ методов расчета комбинированных изгибаемых железобетонных конструкций и способы обеспечения совместной работы монолитных железобетонных перекрытий, армированных стальными профилированными настилами и опертых на сборные железобетонные прогоны, а также изложено о создании методики расчета комбинированных балок на основе метода сосредоточенных деформаций с реализацией на вычислительной технике.

В многоэтажных зданиях и сооружениях комбинированная балка, по конструктивной форме, представляет собой изгибаемый элемент, состоящий из железобетонной плиты и прогона. Несущая способность и деформативность таких железобетонных конструкций определяется прочностью и жесткостью самих элементов и связи между ними [1-3]. При отсутствии деформации сдвига на контакте «плита – прогон» комбинированная балка может рассматриваться как монолитная. Однако такое допущение не строго характеризует работу таких конструкций, так как при связях с любой степенью жесткости имеет место взаимный сдвиг элементов [4-6].

Вместе с тем для ряда практических задач, при обеспечении определенных соотношений прочности и жесткости самих элементов и связи между ними, этой погрешностью пренебрегают. В этом случае продольные деформации по высоте сечения комбинированных балок принимаются как линейно распределенные. В частности, такой подход реализован при проектировании мостовых сооружений по методике приведенных сечений [7-9]. При этом приведение комбинированного сечения к однородному осуществляется делением ширины плиты на отношение модулей упругости стали (Еs) и бетона (Еb). Для расчета комбинированных балок необходимо выполнение условий: чтобы нейтральная ось пересекала стальной прогон, а напряжения в верхнем и нижнем поясе прогона достигли расчетных значений одновременно.

Дальнейшее развитие данный метод получил в работах [10-12], где предложено учитывать пластическую работу бетона и ограниченное развитие пластических деформаций стали в поясах прогона. Критерием предельного состояния по прочности принимается величина предельных упруго-пластических деформаций в центре тяжести бетонного сечения εbпр = 1,6 % и стальных поясов εsnp = 0,6-2,5 %.

Основной характеристикой в составных конструкциях с податливыми связями является коэффициент жесткости (ξ), представляющий собой отношение сдвигающего усилия (Т), к деформации сдвига связей (Δ).

В работах современных авторов [13-15] получено дифференциальное уравнение продольной силы в столбах односвязной диафрагмы, загруженной горизонтальной нагрузкой, распределенной по любому закону по высоте здания.

На основе основных положений работ [16-18] разработана методика расчета монолитных железобетонных плит пол стальному профилированному настилу. В ходе исследований нами получены дифференциальные уравнения сдвигающих усилий, прогибов, учитывающие податливость между составными поясами (бетонной плиты и настила) до и после образования трещин, даны их решения. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили правильность расчетных положений.

Метод расчета прочности комбинированных балок со сплошными плитами, который основывается на предположении, что прочность нормального сечения ограничивается прочностью связей, а несущая способность нормального сечения комбинированной балки вычисляется как сумма моментов внутренних сил относительно точки приложения равнодействующей усилий растяжения в стальном прогоне.

В отдельных исследованиях показано, что в отдельных случаях прочность комбинированных балок может быть определена несущей способностью бетонной плиты на раскалывание. Рекомендуется для этого случая определять величину сдвигающего усилия, воспринимаемого железобетонной плитой.

Перемещения (прогибы) комбинированных балок с достаточно жесткими и прочными связями сдвига определяют по правилам строительной механики с учетом кратковременной и длительной ползучести бетона.

В этой связи необходимо отметить, что в комбинированной балке со сборным железобетонным прогоном предлагаемой конструкции обеспечивается полная совместность работы составляющих ее элементов. На основе сказанного расчет по несущей способности и деформациям предложено осуществлять как для монолитного железобетонного изгибаемого элемента.

Расчет железобетонных конструкций, объединенных податливыми связями, может выполняться методом сосредоточенных деформаций. Простота учета податливых соединений между элементами или в опорных устройствах при расчете сборно-монолитных железобетонных или вообще составных конструкции является одним из достоинств этого метода. Основные положения метода сосредоточенных деформаций применительно к железобетонным конструкциям разработаны М.И. Додоновым и далее развито А.М. Зулпуевым. Результаты расчета сборного железобетонного перекрытия по методу сосредоточенных деформаций на действие горизонтальной нагрузки, с учетом нелинейной деформации межплитных швов, показали хорошую сходимость с данными опыта.

Использование стальных прогонов в составе комбинированного перекрытия при возведении зданий небольшой этажности увеличивает расход металла до 30 %. Технико-экономический анализ показывает, что с применением железобетонных прогонов можно снизить расход металла на единицу площади перекрытия до 25 %. Известные конструкции железобетонных прогонов трудоемки при изготовлении и монтаже. С целью расширения области применения, снижения металлоемкости и трудоемкости возведения комбинированных перекрытий с использованием стального профилированного настила требуется усовершенствование конструкции сборного железобетонного прогона и стыка объединения его с монолитной плитой.

Установлено, что в странах СНГ и за рубежом выполнен значительный объем экспериментальных исследований по изучению работы комбинированных балок со сплошными бетонными плитами и накоплен большой опыт их проектирования. На основании накопленного материала разработаны методы расчета комбинированных балок с достаточно жесткими и прочными связями сдвига, основанные на упругой или пластической работе материалов. Вместе с тем, очень мало исследований, посвященных изучению комбинированных балок с податливыми связями сдвига, что не позволяет разработать обоснованные методы расчета таких конструкций. Имеющиеся разработки в большинстве своем приспосабливались к нормативным руководствам для железобетонных конструкций с гибкой или жесткой арматурой, а также обычных стальных конструкций. Отдельные работы ограничивались рассмотрением только упругой работы связей и материалов конструкции.

На основании вышеизложенных разработана новая конструкция сборно-монолитных железобетонных перекрытий с использованием стальных профилированных настилов. Железобетонные перекрытия такой конструкции обеспечивает снижение его металлоемкости и трудоемкости возведения, разработана методика расчета на основе метода сосредоточенных деформаций с реализацией на вычислительной технике с последующей экспериментальной проверкой.

Список литературы

  1. Давыдов Ю.М., Еникеев И.Х., Нигматулин Р.И. Расчет обтекания затупленных тел потоком газа с частицами с учетом влияния отраженных частиц на течение газовзвеси // Прикладная механика и техническая физика. 1990. № 6. С. 67.
  2. Зачепа В.Р. Регулярные ветвления решений неразрешенных относительно производной дифференциальных уравнений // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Физика. Математика. 2014. № 1. С. 86-96.
  3. Зулпуев А.М., Ганыев А.М. Определение расчетных моделей с растяжимым и ограниченно растяжимым бетоном // Территория науки. 2016. № 5. С. 33-40.
  4. Зулпуев А.М., Темикеев К., Бактыгулов К. Cоотношения «напряжения-деформации» для бетона при различной длительности загружения // Синергия. 2016. № 1. С. 59-68.
  5. Еникеев И.Х., Кузнецова О.Ф., Полянский В.А., Шургальский Э.Ф. Математическое моделирование двухфазных закрученных потоков модифицированным методом крупных частиц // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1988. Т. 28. № 1. С. 90.
  6. Портнов М.М. Алгоритмы преобразования моделей технологических объектов на основе z-преобразований // В сборнике: Актуальные проблемы развития вертикальной интеграции системы образования, науки и бизнеса: экономические, правовые и социальные аспекты материалы III Международной научно-практической конференции. 2015. С. 146-151.
  7. Зулпуев А.М., Бактыгулов К., Асанова С.А. Обоснование методики расчета комбинированных изгибаемых железобетонных конструкций // Устойчивое развитие науки и образования. 2017. № 3. С. 110-115.
  8. Еникеев И.Х. Разработка газодинамических методов расчета сепарации дисперсных частиц в пылеуловителях вихревого и инерционного типа // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. — Москва, 1993. – 31 с.
  9. Некрасова Д.В., Перфильева К.С., Климова Е.В. Программный комплекс построения и исследования некоторых типов регрессионных связей // Устойчивое развитие науки и образования. 2017. № 2. С. 171-182.
  10. Акжолов М.Ж., Алабужев П.М., Алиев А.В., Артищева Л.М., Бойко Л.Г., Горский Н.Л., Гришин Ю.А., Давыдова И.М., Егоров М.Ю., Еникеев И.Х., Кельберг В.М., Комочков В.А., Кондрашев В.В., Косовцев П.И., Котельников В.А., Котин А.Е., Круглов М.Г., Липанов А.М., Макаров В.И., Маслова О.Г. и др. Исследование актуальных проблем механики и машиностроения // Численное исследование актуальных проблем машиностроения и механики сплошных и сыпучих сред методом крупных частиц / Москва, 1995. Том 5 Механика. Экология.
  11. Зачепа В.Р. Конечно определённые особенности неразрешенных дифференциальных уравнений // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Физика. Математика. 2016.№ 3. С. 122-133.
  12. Зулпуев А.М., Бактыгулов К. Расчет на прочность сборных железобетонных плит перекрытий, опертых по контуру // Территория науки. 2016. № 1. С. 63-68.
  13. Зулпуев А.М., Бактыгулов К. Расчет сборно-монолитных железобетонных перекрытий, армированных стальным профилированным настилом по методу сосредоточенных деформаций // Территория науки. 2016. № 2. С. 35-47.
  14. Еникеев И.X. Расчет дозвуковых газодисперсных потоков в криволинейных каналах методом крупных частиц // Теоретические основы химической технологии. 2006. Т. 40. № 1. С. 85-94.
  15. Zadorozhniy V.G., Kurina G.A. Mean-periodic solutions of a first-order linear differential equation // Doklady Mathematics. 2013. Т. 87. № 3. С. 325-330.
  16. Ахмадиев Р.Р., Ляпун Д.В., Столповская Н.В., Зорина А.В., Перелыгина И.Э., Крысанова Т.А., Плаксина Н.И. Определение массовой доли монохлоруксусной кислоты в амидопропилбетаинах методом ГХ-МС // Сорбционные и хроматографические процессы. 2015. Т. 15. № 6. С. 888-894.
  17. Зулпуев А.М., Ганыев А.М. Расчет по методу сосредоточенных деформаций железобетонных стержневых систем с учетом физической нелинейности // Синергия. 2016. № 5. С. 100-107.
  18. Еникеев И.Х. Численное исследование обтекания затупленных тел потоком газовзвеси // Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. — Москва, 1984. – 116 с.