К ВОПРОСУ РАСЧЕТА СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ПЕРЕКРЫТИЯ

Данная статья посвящена вопросу расчету сталежелезобетонных конструкций на примере сталежелезобетонного перекрытия.

Сталежелезобетоном называется композитный материал, сочетающий в себе сталь, железобетон и объединительные устройства для обеспечения совместной работы двух материалов: стали и железобетона.

Нормативным документом, который устанавливает требования к проектированию конструкций из сталежелезобетона, является СП 266.1325800.2016 «Сталежелезобетонные конструкции. Правила проектирования» [2].

В качестве исследуемой конструкции было принято железобетонное перекрытие с профлистом.

Рисунок 1. Пример сечения сталежелезобетонного перекрытия

Расчет конструкции производится на двух стадиях. Это необходимо для учета особенности работы конструкции на стадии затвердевания бетонной смеси, и  после – на стадии включения уже затвердевшей плиты в работу конструкции.

В данной статье не рассматривался вопрос расчета плиты на образование и раскрытие трещин в растянутой зоне бетона [2, с. 44].

Исходные данные: двухпролетная неразрезная схема, пролет l=3 м., бетон B20, толщина плиты h=20см, несъемной опалубкой из профлиста Н75-750-0,9 [1], перекрытие устроено по металлическим балкам 20Б1. Армирование плиты с помощью гибкой арматуры d_a=8мм с шагом 200мм. Для объединения конструкции рассматриваются гибкие анкера из арматурной стали d=16 мм с шагом 170мм, высотой 160 мм и расчетным сопротивление R_y=330 Мпа.

1.Расчет на стадии бетонирования

Сбор нагрузки на профнастил от свежеуложенной бетонной смеси, монтажных нагрузок, а также веса самого профлиста:

,                        (1)

где

,                (2)

γ- удельный вес бетона B20, h_f – толщина бетона без учета высоты гофр профлиста, h_b –приведенная толщина бетона [2, с. 28]

Расчет на прочность стального профилированного листа определяется как для надопорных, так и для пролетных сечений по формуле:

,                                                               (3)

Также необходимо учесть устойчивость стенок гофров профлиста:

                                                                  (4)

                   (5)

     (6)

И расчет жесткости настила от нормативной нагрузки:

                                                    (7)

.

Все необходимые проверки на стадии бетонирования выполнены.

2.Расчет на стадии эксплуатации

Расчет на данной стадии основывается на положении, что плита рассчитывается как железобетонная конструкция с жесткой рабочей арматурой в виде профлиста по неразрезной схеме [2, с 30]

Нагрузки на данной стадии представляют собой нагрузки от собственного веса плиты перекрытия и полезной равномерно-распределенной нагрузки:

                                                            (8)

где

          (9)

Рассматриваем два сечения соответственно: в пролете и над опорой. Расчет прочности по нормальным сечениям зависит от положения нейтральной линии в конструкции. [1, п. 6.1.2.2.] Высота граничной зоны находится из уравнения:

                                            (10)

Полученное значение x сравнивается с , где

                                                               (11)

h₀ –рабочая высота сечения,

ε_s,n– относительная деформация растянутого элемента, принимаемая максимальной из двух значений относительной деформации растянутой арматуры при напряжениях R_s [3] и относительной деформации растянутого стального настила при напряжениях R_y [2].

ε_b2 – относительная деформация сжатого бетона при напряжения R_b [3].

х=26,8 мм < x_R = 90,13 мм, что означает, что нейтральная ось находится в полке плиты, и расчет ведется по случаю 1 (см. рисунок 2)

,                               (12)

где М – есть изгибающий момент на 1 ребро плиты в пролетном сечении.

Рисунок 2. Схема усилий в пролетном сечении плиты по случаю 1 [2, с. 35]

И рассматриваем положение нейтральной оси для надопорного сечения - случай А [2, с. 38], т.к. нейтральная линия пересекает стенки пронастила. (см. рис. 3)

                    (13)

Рисунок 3. Схема усилий в опорном сечении плиты по случаю А [2, с. 39]

Расчет по наклонным сечениям производится при выполнении условий:

                                       (14), 

где

                                                  (15)

,                                                (16)

Где Q_b –поперечное усилие, воспринимаемое бетоном.

Проверку прочности сцепления профнастила с бетоном определяют для крайних пролетов плиты, как для нормального сечения в месте наибольшего изгибающего момента, при соблюдении условия:

,                                             (17),

где сопротивление анкерных упоров сдвигу бетона принимается наименьшим:

,                                     (18)

сопротивление рифов на стенках настила сдвигу относительно бетона:

,                                        (19)

Таким образом, по результатам расчетам имеем:

Таблица 1.

 Прочность по нормальным и наклонным сечениям, прочность сцепления анкеровки для сечений в пролете и над опорой

Далее необходимо произвести расчет ребра плиты на смятие для на опорах по следующей формуле:

,                                                      (20)

Где N – опорная реакция на один гофр листа,

b- ширина нижней полки настила,

la – ширина опоры плиты (в данном случае это ширина верхнего пояса стальной балки).

, верно.

И расчет прогиба плиты, как суммы максимального прогиба от нормативных нагрузок на стадии укладки бетонной смеси, прогиба от действия постоянной и временной нагрузок на стадии эксплуатации и дополнительного прогиба за счет податливости анкерных связей по формуле:

,                                                        (21)

                                       (22)

                                 (23)

см. п.1 прогиб на стадии бетонирования,

где  – расчетная кривизна от действия кратковременных и длительных нагрузок, определяемая по [2, с. 45-46];

- дополнительная кривизна, обусловленная податливостью анкерных связей [2, с. 46];

, и не должен превышать предельных прогибов где l - пролет плиты:

Таким образом, в рамках данной статьи выполнен расчет согласно методике расчета сталежелезобетонных перекрытий по предельным состояниям первой и второй групп в упругой стадии и с учетом стадийности работы конструкции.

Список литературы:

1. ГОСТ 24045-94. Профили стальные листовые гнутые с трапециевидными гофрами для строительства.М.,1994. с. 9
2. СП 266.1325800.2016 Сталежелезобетонные конструкции. Правила проектирования М.: "НИЦ "Строительство 2016. с.124
3. СП 63.133300.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003 М.: "НИЦ "Строительство 2012. с.147