О влиянии конструктивных особенностей на напряженно-деформированное состояние (НДС) железобетонной плиты-оболочки перекрытия

Введение. Произведена оценка влияния вида связей и величины предварительного напряжения продольной рабочей арматуры на НДС железобетонной плиты-оболочки перекрытия, разработанной авторами.

Материалы и методы. Исследования проводились на конечно-элементной модели железобетонной плиты-оболочки, реализованной в ПК «ЛИРА».

Результаты. Развитие величин напряжений и поперечных вертикальных перемещений напрямую зависели от условий опирания плиты-оболочки.

Ограничение поперечных горизонтальных перемещений на опоре любым из выбранных способов позволяло уменьшить напряжения  в 3,47–3,78 раза, прогибы в 1,5–1,52 раза, напряжения – до 11,9 раза, прогибы w_ребро – в 1,18–1,53 раза.

Создание торцового ребра или ограничение перемещений дополнительной горизонтальной связью давали практически одинаковый эффект.

Поперечные горизонтальные перемещения нижней грани продольного контурного ребра в направлении пролета 𝑢_ребро, возникавшие в плите-оболочке, не имевшей торцового ребра и ограничения перемещений в поперечном направлении, были в параболической связи с величинами вертикальных поперечных сил.

В плите-оболочке с ограничением перемещений в поперечном направлении или с торцовым ребром перемещения 𝑢_ребро были в 3,88–4,32 раза меньше, а в торцах зависели от деформативности связей, т. е. при запрете горизонтального перемещения они были равны нулю.

Напряжения, действующие на нижней грани полки в поперечном направлении, в районе середины пролета в плите-оболочке с арматурой, предварительно напряженной до максимальной величины, имели положительные значения почти по всей ширине полки и напрямую зависели от толщины плиты в каждом сечении.

Предварительное напряжение позволило уменьшить прогибы в 4,02–4,37 раза, прогибы w_ребро в 1,09–5,59 раза, а также равномерно распределить напряжения по длине продольного контурного ребра, сделать их только растягивающими, близкими к нулю по всей его длине.

Предварительное напряжение арматуры максимальной величины позволило повысить горизонтальную жесткость продольного контурного ребра плиты-оболочки и ограничить его поперечные перемещения 𝑢_ребро.

Поперечные перемещения, возникавшие вблизи опоры предварительно напряженной плиты-оболочки, были в 1,04–1,2 раза меньше, чем в плите-оболочке с ненапрягаемой арматурой, на остальной части пролета – незначительно больше, изменяясь равномерно, без резких изменений, в отличие от плиты-оболочки с ненапрягаемой арматурой.

Обсуждение и заключение. Установлено, что оптимальная конструкция исследуемой плиты-оболочки перекрытия должна иметь ограничения перемещений у опор и максимально возможное предварительное напряжение продольной рабочей арматуры.

Практическая значимость проведенного исследования состоит в том, что указанные опорные условия и предварительное напряжение позволяют обеспечить максимальную деформативную стойкость конструкции, которая в нашем случае напрямую влияет на несущую способность плиты.

1. Селиванов А. В., Регер Ф. Ф. Результаты экспериментальных исследований железобетонной плиты-оболочки // Вестник СибАДИ. 2019;16(3):378–392. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2019-3-378-392

2. Боровских А. В. Исследование напряженно-деформированного состояния железобетонных плит-оболочек // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. Москва. 2008. С.82–86.

3. Боровских А. В. К вопросу о проектировании железобетонных перекрытий зданий // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2005. № 12(83). С.67–70.

4. Бастатский Б. Н., Барабадзе Н. Г., Адамова М. Г. О выборе формы поперечного сечения вспарушенных плит // Пространственные конструкции зданий и сооружений. 1985. Вып. 5. С. 128–133.

5. Боровских А. В., Шугаев В. В. Силовое сопротивление перекрытий зданий из плит-оболочек // Пространственные конструкции зданий и сооружений. 2005. С.15–16.

6. John F. Abel. The future of spatial structures // Fifty Years of Progress for Shell and Spatial Structures. Brentwood. UK: Multi Science Publishing Co Ltd., 2011. Pp. 485-490.

7. Fib Model Code for Concrete Structures 2010. Berlin: Ernst&Sohn, 2013. 402 p.

8. Скорук Л. Поиск эффективных расчетных моделей ребристых железобетонных плит перекрытий // CADmaster. 2004. № 3. С. 78–83.

9. Кодыш Э. Н., Трекин Н. Н., Вавилов О. В., Колойденко С. В. Плиты перекрытий 2Т для технологии непрерывного формования // Бетон и железобетон. 2001. № 6. С. 5–8.

10. Копша С. П., Заикин В. А. Технология безопалубочного формования – ключ к модернизации промышленности и снижению себестоимости жилья // Технологии бетонов. 2013. № 11. С. 29–33.

11. Малышев А. А. Современные линии безопалубочного формования // Бетон и железобетон. Оборудование. Материалы. Технологии. 2009. Вып. 1. С. 20–23.

12. Лощенко А. Л., Копша С. П., Бикбау М. Я. Строительно-индустриальный кластер – передовые технологии и машиностроение для строительства // Технологии бетонов. 2013. № 8. С. 28– 30.

13. Бикбау М. Я. Архитектурно-строительная система ИМЭТ – новая технологическая основа домостроения // ЖБИ и конструкции. 2012. № 2. С. 64–71.

14. Бикбау М. Я., Блинов В. П. Дом россиянина должен быть крепостью // ЖБИ и конструкции. 2012. № 3. С. 64–70.

15. Бикбау М. Я. Новые цементы и бетоны. Открытие явления нанокапсуляции дисперсных веществ // ЖБИ и конструкции. 2012. № 4. С. 67–72.

16. Баранова Т. И., Сильванович Т. Г., Викторов В. Г., Бормотов А. Н. Пустотная панель покрытий производственных зданий // Известия вузов. Строительство. 1995. № 11. С. 3–6.

17. Баранова Т. И., Сильванович Т. Г., Бормотов А. Н. Облегченная пустотная панель покрытия // Инженерные проблемы современного железобетона. Иваново. 1995. С. 42–47.

18. Баранова Т. И., Сильванович Т. Г., Бормотов А. Н., Селиванов М. Ю. Реализация конструкционно-технологических особенностей железобетона при разработке новых типов панелей перекрытий // Известия вузов. Строительство. 1997. № 4. С. 7–9.

19. Фардиев Р. Ф., Ашрапов А. Х., Мустафин А. И. Исследование несущей способности пустотных плит перекрытия при сниженной величине опирания на ригели // Известия КГАСУ. 2014. № 4 (30). С. 172–177.

20. Босаков Б. В., Белевич В. Н., Щетько Н. С., Райчев В. П. Расчет и экспериментальная оценка прочности многопустотных плит безопалубочного формования с учетом требований EN // Строительная наука и техника. 2010. № 6 (33). С. 47–54.

21. Босаков Б. В., Белевич В. Н., Щетько Н. С. Теоретические исследования по определению положения наклонной трещины в приопорной зоне преднапряженных плит безопалубочного формования // Вестник Белорусско-Российского университета. 2011. № 2 (31). С. 127–133.

22. Босаков Б. В., Белевич В. Н., Щетько Н. С. Определение величины втягивания канатов в изгибаемых преднапряженных железобетонных плитах безопалубочного формования // Вестник Брестского государственного технического университета. Строительство и архитектура. 2010. № 1 (61). С. 46–50.