АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК БЕТОНА И СТЕПЕНИ УСИЛИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ АРМАТУРЫ НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЯ, ПРОИЗВОДИМЫХ БЕЗОПАЛУБОЧНЫМ СПОСОБОМ

ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF CONCRETE CHARACTERISTICS AND THE DEGREE OF REINFORCEMENT PRESTRESSING FORCE ON THE STRESS-STRAIN STATE OF REINFORCED CONCRETE FLOOR SLABS PRODUCED BY THE NON-FORMWORK METHOD

Nikolay Ovchinnikov

student, department of “Building structures”, Kostroma State Agricultural Academy,

Russia, Kostroma

Mikhail Plyusnin

scientific supervisor, Ph.D. tech. sciences, Lecturer at the Department of Building Structures, Kostroma State Agricultural Academy,

Russia, Kostroma

АННОТАЦИЯ

В статье представлен метод расчета и анализ влияния характеристик бетона и степени усилия предварительного напряжения арматуры на напряженно-деформированное состояние железобетонной плиты перекрытия, производимой безопалубочным способом.

ABSTRACT

The article presents a method for calculating and analyzing the effect of the characteristics of concrete and the degree of prestressing force of reinforcement on the stress-strain state of a reinforced concrete floor slab produced by a non-formwork method.

Ключевые слова: железобетонные плиты перекрытия, безопалубочное формование, предварительное напряжение, арматура, математическая модель.

Keywords: reinforced concrete floor slabs, formwork molding, prestressing, fittings, mathematical model.

Железобетонные плиты перекрытия в настоящее время являются неотъемлемым элементом при строительстве различных зданий и сооружений. Основная особенность выпускаемых на зарубежном оборудовании плиты безопалубочного формования – отсутствие поперечной арматуры в вертикальных ребрах и, в зависимости от рабочей документации производителя, отсутствие продольной рабочей арматуры в верхней зоне плиты. Расчет конструкции предлагает тяжелый высокопрочный бетон (для обеспечения несущей способности по наклонным сечениям для изготовления плит ПБ используются бетоны класса В35…В45). Изделия выпускаются предварительно напряженными, армируются высокопрочной арматурой (величина предварительного напряжения как правило находится в диапазоне 900…1100 МПа).

Недавно появившийся нормативный документ СП 335.1325800.2017 «Крупнопанельные конструктивные системы. Правила проектирования» содержит основные расчётные и конструктивные требования к плитам безопалубочного формования, что облегчает проектирование с использованием этих плит. Однако, ряд вопросов, возникающих при использовании плит ПБ ещё не решён. Одним из таких вопросов является уточнение характера влияния величины предварительного напряжения арматуры и класса бетона на напряжённо-деформированное состояние плит перекрытия безопалубочного формования, который рассмотрен в данной статье.

Цель исследования

Анализ влияния усилия предварительного напряжения арматуры и класса бетона на напряжённо-деформированное состояние плит перекрытия безопалубочного формования с целью определения возможности снижения величины предварительного напряжения и класса бетона при производстве данных плит.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Разработка численной модели для определения напряжённо-деформированного состояния (НДС) плиты перекрытия, изготовляемой методом безопалубочного формования;
2. С использованием численной модели определить влияние класса бетона и величины предварительного напряжения арматуры на прочность и трещиностойкость плиты;
3. По результатам расчётов определить возможность снижения усилия предварительного напряжения и класса бетона при производстве плит и в случае наличия такой возможности дать рекомендации о диапазонах такого снижения.

Материал и методы исследования

Все расчёты выполнены в соответствии с требованиями СП63.13330.2018 "Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения" и «Методического пособия по расчёту предварительно напряжённых железобетонных конструкций» к СП63.13330.2012.

Для проведения определения НДС плит в программе «Mathcad» была реализована математическая модель (синтаксис формул соответствует принятым в программе «Mathcad» обозначениям):

1. В начале рассчитываются характеристики эквивалентного таврового сечения плиты.

2. Определение потерь предварительного напряжения

3. Определение несущей способности плиты для нормального и наклонного сечений

4. Проверка трещиностойкости плиты.

Для определения момента трещинообразования использовался итерационный алгоритм расчёта на основе нелинейной деформационной модели (в соответствии с СП63.13330.2018) реализованный в программе «Mathcad».

Все расчеты осуществлялись для классов бетона по прочности на сжатие В20…В45 в диапазоне усилий предварительного напряжения арматуры 600…1100 МПа для плиты ПБ 90.12.

Таблица 1.

Характеристики плиты перекрытия

Результаты расчётов показаны на графиках, приведённых ниже.

1. Влияние класса бетона и величины предварительного напряжения на прочность плиты перекрытия.

Результаты расчётов приведены на рисунках 1, 2. Серой горизонтальной линией показано значение соответствующего внутреннего усилия от расчётной нагрузки.

Рисунок 1. Несущая способность плиты ПБ 90.12 по нормальному сечению

Рисунок 2. Несущая способность плиты ПБ 90.12 по наклонному сечению

Прочность плиты по наклонному и нормальному сечению не зависит от величины предварительного напряжения арматуры. Для плиты отмечается зависимость прочности от класса бетона. Несущая способность по нормальному сечению зависит и от количества продольной арматуры. По графику можно отметить, что плита имеет запас несущей способности по нормальному сечению при всех рассмотренных классах бетона. Несущая способность по наклонному сечению от количества продольной арматуры не зависит и меняется от 51 кН для бетона В20 до 86 кН для бетона класса В45. Поперечная сила от расчётной нагрузки для плиты ПБ 90.12 превышает 51 кН. Поэтому для плиты пролётом 9 метров для обеспечения несущей способности по наклонному сечению необходимо использовать бетон класса не ниже В30.

2. Влияние класса бетона и величины предварительного напряжения на трещиностойкость плиты перекрытия

Зависимость момента трещинообразования (возникновения нормальных трещин) от класса бетона и величины предварительного напряжения арматуры показан на рисунке 3. Пунктиром обозначен момент от нормативной нагрузки.

Рисунок 3. Момент трещинообразования плиты ПБ 90.12

Для плиты ПБ 90.12 на графике приведены результаты только для бетонов класса В40 и В45 при предварительном напряжении более 900 МПа, так как при меньших классах бетона и меньшем предварительном напряжении арматуры требования по трещиностойкости не выполняются.

Таким образом, при изготовлении плиты ПБ 90.12 для недопущения возникновения нормальных трещин при нормативной нагрузке применение бетонов классов прочности менее В40 и величины предварительного напряжения ниже 1000 МПа не допускается. С учётом данных, приведённых в работе [3], мгновенное перераспределение усилий между бетоном и предварительно напряжённой арматурой в момент возникновения нормальной трещины может привести к хрупкому разрушению плиты. Таким образом, несущая способность плиты может быть исчерпана при значении нагрузки менее расчётной, полученной по методике, изложенной в СП63.13330.2018. Следовательно, необходимо обеспечивать отсутствие возникновения трещин в плитах при нормативных нагрузках.

Заключение. Исходя из проведённых исследований наиболее жёсткие требования должны предъявляться к трещиностойкости плит. Изучение плит перекрытий безопалубочного формования для обеспечения надежности и экономичности в производстве остается актуальным.

Список литературы:

1. Авласко, Е. В. Влияние кручения в многопустотных железобетонных плитах безопалубочного формования // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Прикладные науки. Строительство. - 2013. - № 16. - С. 40-44.
2. Блажко В.П. О применении многопустотных плит безопалубочного формования в панельеых и каркасных зданиях // Жилищное строительство. 2013. №10. С. 7-10.
3. Воронов В.И., Михайлов В.В., Рощина С.И. Результаты контрольных испытаний многопустотных предварительно напряженных плит перекрытия стендового безопалубочного формования // Научно-технический вестник Поволжья. 2011. № 5. С. 89-92.
4. Гончарова М.А., Ивашкин А.Н., Коста А.А. Подбор и оптимизация составов бетонов для производства многопустотных плит перекрытия безопалубочного формования // Строительные материалы. 2017. № 3. С. 35-38.
5. Цыбакин, С. В. Влияние вырезов в плитах безопалубочного формования на их несущую способность / С. В. Цыбакин, М. Г. Плюснин, А. Н. Зотов // Вестник гражданских инженеров. – 2021. – № 5(88). – С. 63-69. – DOI 10.23968/1999-5571-2021-18-5-63-69. – EDN WMEGWK.