Применение деформационной модели к расчету железобетонных перекрытий по стальному профилированному листу

Железобетонное перекрытие по стальному профилированному настилу, иначе — сталежелезобетонное перекрытие, представляет собой монолитную конструкцию, для которой профилированный настил является несъемной опалубкой на стадии изготовления и внешней рабочей арматурой на стадии эксплуатации [1]. Такие перекрытия применимы во всех видах строительства:

в частном домостроении и в строительстве многоэтажных зданий, в постройке террас и гаражей, промышленных и гражданских зданий, при реконструкции и капитальном ремонте.

Главной отличительной особенностью таких перекрытий является работа профнастила как внешней рабочей арматуры, и она же вызывает большинство вопросов при проектировании подобных конструкций. Необходимым условием работоспособности сталежелезобетонных плит является включение профилированного настила в работу железобетонной плиты, что достигается прочным сцеплением листовой стали с бетоном, которое обеспечивается наличием рифления на поверхности профилированного настила и обязательной анкеровкой плиты на опорах пролета.

В настоящее время в нормативных документах для проектирования перекрытий по стальному профилированному настилу приводится порядок расчета по предельным усилиям первой и второй групп. При этом применение деформационной модели к расчету указанных перекрытий является наиболее перспективным. Целью данной работы является разработка метода расчета перекрытий по стальному профилированному листу с применением деформационной модели.

Как известно, в основу деформационной модели положен принцип разбиения нормального сечения конструкции на множество участков. По утвержденным в нормативном документе [2] законам деформирования материалов конструкции для каждого участка можно получить характер распределения деформаций и напряжений по нормальному сечению железобетонного элемента. Адаптируя положения к расчету по диаграммам деформирования материалов к расчеты стележелезобетонного перекрытия, в приведенные уравнения и зависимости вводим составляющую стального профилированного настила.

Рисунок 1 – Расчетная схема нормального сечения

В существующей методике расчета прочности нормального сечения учтена возможность проскальзывания материалов относительно друг друга на границе бетон-профилированный лист, в уравнениях равновесия к расчетной прочности профилированной стали применяется коэффициент условий работы, значение которого зависит от формы выштампованных рифов на поверхности профлиста. В разработанной методике расчета по деформационной модели такой коэффициент учитывается при определении максимальной относительной деформации для профилированного настила.

При апробации разработанной методики расчет проводился для нескольких вариантов расчетного сечения и результаты сравнивались с результатами расчетов по существующей методике при идентичных расчетных сечениях. Результаты расчетов оформлены в виде графиков, изображенных на рисунках 2-4.

Для демонстрации работы плиты при возрастании нагрузки от нуля до разрушения составлена модель деформирования перекрытия (рисунок 2). Расчет прогиба проводился для трех вариантов армирования конструкции: μ=1,69% - рабочей арматурой служит только профилированный настил; μ=2,05 % - в растянутую зону установлены арматурные стержни; μ=2,9% -армирование, при котором относительная высота сжатой зоны приближена к своему граничному значению.

Рисунок 2 – Сводный график зависимости прогиба от прилагаемой нагрузки

При расчете прочности переменными величинами являлись степень армирования плиты (рисунок 3) и класс бетона (рисунок 4).

Рисунок 3 – Зависимость несущей способности от степени армирования при разных классах бетона.

Расчет па ______________

Реформой побели

Расчет по ______________ предельный усилиям

MuLt. кНм ■

bis az» te взо а?? взв а« Ж аят ааа"^в

Рисунок 4 – Зависимость несущей способности от класса бетона при разном армировании плиты.

Вывод.

• 1.    Анализ полученных данных выявил высокую сходимость

• 2.    Метод расчета по деформационной модели имеет ряд

результатов расчетов по двум методикам, что свидетельствует о том, что разработанная методика справедлива и может быть применена к расчетам сталежелезобетонных плит.

преимуществ, таких как:

• -      деформационная модель дает возможность оценивать состояние

всех элементов конструкции на всех этапах её работы по мере возрастания нагрузки от нуля до разрушения;

• -      отсутствует необходимость учитывать положение нейтральной

оси;

• -    расчет прогибов позволяет увидеть стадии работы перекрытия и отследить влияние той или иной составляющей сечения на общую несущую способность, что позволяет делать выводы об эффективности конструкции

• 3.    При высокой сходимости результатов расчетов по двум методикам на основании аналитических данных обоих расчетов можно прийти к схожим выводам о конструкции перекрытия и её поведении при различных воздействиях.

перекрытия;

В целом разработанная методика расчета железобетонных перекрытий по стальному профилированному настилу расширяет возможности применения деформационной модели как универсального современного инструмента при проектировании различных конструкций. Наиболее эффективным будет внедрение разработанного алгоритма в различные программные комплексы, где весь её потенциал может использоваться для создания математических моделей конструкций и их расчетов.