Методика расчета прочности и прогиба стальных профилированных настилов, работающих в составе сталежелезобетонных перекрытий, на стадии бетонирования перекрытия

деформированного состояния и устойчивости трубопроводов /A.M. Шаммазов., В.А. Чичелов, P.M. Зарипов, Г.Е. Коробков. - М.: Интер, 2005. - 706 с.

DEFORMATIONS OF THE PIPELINE UNDER THE INFLUENCE OF TECTONIC DISPLACEMENT OF GROUND IN THE VERTICAL PLANE

Stress - strain state of the pipe line road built on the territory where tectonic motions of structural form are taken with predominated horizontal component is investigated. Formulas for determination of the elastic line of pipeline and the maximal value of stresses in critical section are presented. Ultimate displacement of foundation such that strengthening condition is defined. Numerical example with diagrams is presented.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ И ПРОГИБА СТАЛЬНЫХ ПРОФИЛИРОВАННЫХ НАСТИЛОВ, РАБОТАЮЩИХ В СОСТАВЕ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЕРЕКРЫТИЙ, НА СТАДИИ БЕТОНИРОВАНИЯ ПЕРЕКРЫТИЯ

И.А. РУМЯНЦЕВА, канд. техн. наук, доц.

Московская государственная академия водного транспорта

Стальной профилированный настил в составе монолитной плиты сталеже-лезобетонного перекрытия на стадии возведения при процессе бетонирования работает в качестве строительных подмостей и несъемной опалубки. Применение стальных профилированных настилов в качестве строительных подмостей без установки временных промежуточных опор повышает безопасность ведения процесса бетонирования, так как закрепленный на опорах настил воспринимает монтажные нагрузки полностью, а отсутствие временных опор высвобождает нижнее пространство для ведения там монтажных работ и параллельного процесса бетонирования. Кроме того, исключается возможность сложения опалубки вследствие случайного повреждения подпорок, что может возникнуть в случае установки деревянной опалубки.

Расчет стального профилированного настила, представляющего соединенные между собою отдельные стальные профилированные листы, выполняют как стального тонкостенного изгибаемого элемента на воздействие поперечной нагрузки: от собственной массы настила, массы свежеуложенного бетона и монтажной нагрузки. Монтажная нагрузка при процессе бетонирования перекрытия включает массу оборудования и людей. Действие поперечной нагрузки на перекрытие вызывает его изгиб, при котором верхние горизонтальные .полки настила испытывают действие сжимающих напряжений, а нижние - растягивающих напряжений. Особенностью работы тонкостенного элемента, каким является настил, является работа в закритической области, когда при сжимающих напряжениях больших критических, при которых происходит потеря местной устойчивости сжатыми горизонтальными полками настила, настил не утрачивает несущей способности, а продолжает работать и воспринимать возрастающую нагрузку. Однако при этом сжатые горизонтальные полки работают уменьшенной шириной, называемой приведенной. Степень уменьшения приведенной

YAKUPOV R.G., ZARIPOV D.M.

ширины сжатых горизонтальных полок по отношению к полной ширине отражает редукционный коэффициент, величина которого с увеличением сжимающих напряжений уменьшается. В ГОСТе 24045-94 [1] на стальные профилированные листы моменты сопротивления и моменты инерции рассчитаны при постоянных значениях приведенной ширины. При расчете значений моментов инерции приведенная ширина сжатых горизонтальных полок принята равной 60 толщинам листа при действии напряжения, равного нормативному сопротивлению стали 230 МПа. При расчете моментов сопротивления принятая приведенная ширина сжатых горизонтальных полок равна 40 толщинам листа при действии напряжения, равного расчетному сопротивлению стали - 220 МПа. Эти условия приняты для всех типов профилированных листов: независимо от толщины, размеров, марки профилированного листа, класса стали.

При работе стальных профилированных настилов в составе монолитной плиты сталежелезобетонных перекрытий на стадии бетонирования значение действующих нагрузок зависит от толщины слоя бетона над профилированным настилом, от положения профилированного настила (широкие полки сжаты или узкие), способа бетонирования. Поэтому включение в работу полки с заранее заданной шириной не всегда правильно может отражать действительную работу профилированного настила, то есть это может привести к завышению прочности или жесткости. Поэтому была поставлена задача: исследовать изменение приведенной ширины сжатых горизонтальных полок профилированных настилов при закритической работе в зависимости от возникающих в них напряжений. В основу численных исследований была положена теория расчета, разработанная Карманом - Винтером. Согласно теории Кармана - Винтера принимали следующие допущения:

• форма поперечного сечения гофров при действии нагрузки не изменяется;

• гофры настила рассматриваются как упругие балки с учетом закритической работы;

• нормальные напряжения по высоте поперечного сечения стенок распределяются линейно;

• нормальные напряжения по ширине продольно сжатых полок до местной потери устойчивости, а также по ширине растянутых полок распределяются равномерно;

• после местной потери устойчивости продольно сжатых полок напряжения распределяются неравномерно, возрастая от середины полки к ее краям;

• при определении характеристик: моментов сопротивления и инерции стальных профилированных листов при закритической работе сжатых горизонтальных полок, криволинейная эпюра сжимающих напряжений заменяется прямоугольной, имеющей площадь равную криволинейной. Величина напряжения принимается равной максимальной величине напряжений на краю полки, а средняя часть полки считается выключенной из работы.

Были исследованы практически все прокатываемые по ГОСТ 24045-94 стальные профилированные листы, изучены следующие марки стальных профилированных листов: Н114-600, Н80А-674, Н75-750, Н60-845, Н57-750, НС44-1000, НС35-1000 расширенного диапазона толщины от 0,6 мм до 1,0 мм. Листы были выбраны по условию бетонирования бетононасосами без установки временных промежуточных опор до набора бетоном проектной прочности. Шаг изменения напряжений в сжатых горизонтальных полках принимался равным 10 МПа, начиная с критического напряжения, соответствующего потере устойчивости, заканчивая или напряжением равным расчетному сопротивлению стали, 235 МПа, или равным нормативному, 245 МПа. Рассматривались перекры-

тля при двух положениях профилированного листа: когда сжаты более широкие горизонтальные полки (ось 2-2), либо когда сжаты узкие полки (ось 1-1) (обозначение индексом «п»). Полученные в исследовании значения приведенной ширины сжатых горизонтальных полок сравнивались с приведенной шириной, заложенной в ГОСТ 24045-94. Сравнение показало, что принятое в ГОСТ значение приведенной ширины сжатых горизонтальных полок у стальных профилированных листов изучаемых марок при расчете моментов инерции завышено и достигается при напряжениях на 17 - 32 % меньших, чем 230 МПа.

Таким образом, во-первых, условия, отвечающие нормальной эксплуатации, будут нарушаться, во-вторых, за счет большего прогиба будет больший объем жидкого бетона стекать к середине пролета, вызывая увеличение расхода бетона и увеличение нагрузки от его собственного веса.

Сравнение принятой в ГОСТ приведенной ширины при расчете момента сопротивления с полученными при проведенном исследовании значениями приведенной ширины сжатых горизонтальных полок настилов показало, что это значение на 5 - 15 % выше полученных при напряжениях, равных расчетному сопротивлению 235 МПа. Следовательно, присутствует запас прочности.

Таким образом, исследования подтвердили, что необходимо при расчете стальных профилированных настилов в составе сталежелезобетонного перекрытия на стадии бетонирования монолитной плиты учитывать закритическую работу сжатых горизонтальных полок настилов и значения моментов сопротивления и моментов инерции принимать в зависимости от действующих напряжений. Для этого были разработаны номограммы и таблицы зависимостей моментов сопротивления и моментов инерции, представленные в [2]. Расчет прочности и прогибов стальных профилированных настилов с применением предложенных номограмм позволяет с точностью до 1% учитывать изменение моментов сопротивления и моментов инерции при закритической работе сжатых горизонтальных полок в зависимости от действующей нагрузки.

Ниже приведен пример расчета стального профилированного настила марки Н60-845-0,9 на стадии бетонирования плиты толщиной слоя бетона над настилом равном 10 см сталежелезобетонного перекрытия, работающего по одно-пролетной расчетной схеме пролетом 2,5 м. Монтажная нагрузка при бетонировании бетононасосами - 0,5 кН/м2. Нагрузка от собственного веса настила - 0,11 кН/м2 и нагрузка от собственного веса тяжелого бетона приведенной толщиной 12 см - 3 кН/м2. Суммарная нормативная нагрузка составила 3,61 кН/м2 и расчетная нагрузка - 4,37 кН/м2. Максимальный изгибающий момент для однопро-летной схемы пролетом 2,5м от нормативных нагрузок равен 2,82 кНм и от расчетных нагрузок - 3,41 кНм.

Расчет на прочность согласно СТО 0047-2005 [2] выполняем с применением таблиц. Вначале принимаем для настила марки Н60-845-0,9 момент сопротивления при работе полным сечением: относительно сжатых полок й^ = 32,07см3, относительно растянутых полок IV/ = 22,3см3 (табл. 1).

Определяем напряжения в сжатых горизонтальных полках

М 341 кНсм .... . 2 сгс = — =-~-Ю,63кН / см .

Щ 32,07слг

Согласно данным таблицы 2, полученные напряжения сжатия больше критических напряжений, соответствующих потере местной устойчивости сжатыми горизонтальными полками при действии расчетных нагрузок, поэтому необходимо учитывать закритическую работу сжатых горизонтальных полок.

ас = Ю,63кН/см2 > акр = 2,98кН/см2.

По таблице А.З при сжатых широких горизонтальных полках, применяя интерполяцию, определяем И7? = 24,2 см3 при <тс =10,63кН /см2 . Рассчитываем напряжения в сжатых горизонтальных полках при ^ = 24,2см3

М 341 кНсм , . лп тт, 2

ас =^Г =-г = 14,09 кН 1см1

Щ 24,2 см3

и затем соответствующий момент сопротивления по таблице А.З = 22,81см3. Определяем напряжение в сжатых горизонтальных полках при = 22,81 см3

М 341 кНсм .лг.СТт, 2 ас - — =-- = 14,95кН/см

Щ 22,81см3

и затем соответствующий момент сопротивления по таблице А.З 1¥2 = 22,54 см3. Определяем напряжение в сжатых горизонтальных полках

М 341 кНсм 2 ас - — =-- = 15,13к#/см

Щ 22,54см3

и соответствующий момент сопротивления по таблице А.З = 22,48 см\ Определяем напряжение в сжатых горизонтальных полках

М 341 кНсм ,,,_ тг. 2 „ „„ ,г, 2

ас = — =-- -\5,ПкН/см <К„ - 23кН/см ,

Щ 22,49см У

1517-1513

Отличие составляет А = —---— х\ 00 - 0,3%

15,13

Определяем момент сопротивления относительно растянутых горизонталь-

в сжатых горизонтальных полках 15,17 [аходим напряжение в растянутых гориз< М _ ШкНсм ^ _ 2

у

ных полок при напряжении в сжатых горизонтальных полках 15,17кН/см по таблице А.З Wl = 20,94 см3. Находим напряжение в растянутых горизонтальных

полках а, = — =-г- = 16,28 < =2ЪкН / см

Щ 20,94см3 У

Итак, получили по таблице А.З моменты сопротивления IV/ = 20,94 см3 и = 22,48 см3, которые по ГОСТ 24045-94 соответственно равны УР/ = 21,5 см3 и Ш2 = 27 см3. Отличие составляет для 2,6% и для 16,7%.

Расчет прогиба согласно СТО 0047-2005 [2] выполняем с применением таблицы А. 12. Вначале расчета принимаем момент сопротивления по таблице 1 при условии работы стального профилированного настила полным сечением. Момент сопротивления относительно сжатых полок 1¥2 = 32,07 см3, относительно растянутых полок И^1=22,Зсм3. Определяем напряжения в сжатых гори-

Мн 282кНсм ... 2 зонтальных полках ас =-=-- = 8,79к# / см .

Щ 32,07см3

Согласно данным таблицы 2, полученные напряжения сжатия больше критических напряжений, соответствующих потере местной устойчивости сжатыми горизонтальными полками при действии нормативных нагрузок, поэтому необходимо учитывать закритическую работу сжатых горизонтальных полок

ас = %,79кН/см2>акр=4,9%кН/см2.

По таблице А. 12 при сжатых широких полках, применяя интерполяцию, определяем момент сопротивления относительно сжатых горизонтальных полок

IV2 = 28,86см3 при напряжении ас = 8,79кЯ/см2. Рассчитываем напряжения в сжатых горизонтальных полках при ¡¥2 = 28,86 см3

Мн 282кНсм ппп „. : сг = —- =-- = 9,11 кН/см

Щ 28,86сл<

По таблице А. 12 при сжатых широких полках, применяя интерполяцию, определяем момент сопротивления относительно сжатых горизонтальных полок

а 2

W2 = 28,26см при напряжении <тс = 9,77кН/см . Рассчитываем напряжения в сжатых горизонтальных полках при W2 = 28,26 см3

ос=^ШкНсМ=9,ШН1ем\ W2 28,26см3

и соответствующий момент сопротивления по таблице А.12 W2 = 28,13 см3. Определяем напряжение в сжатых горизонтальных полках при W2 = 28,13 см3

Мн 2Ъ2кНсм ,ЛЛ_ тт, 2 ас = —- =-- = 10,02кН/см*.

Щ 28,1 Зсл<

2

По таблице А.12 применяя интерполяцию при ас -10,02кН /см , определяем W2 = 28,12 см3, W, = 21,84 см3 и / = 73,76 см3. Рассчитываем напряжения в

Мн 2%2кНсм .... тт. 2

«ол'гптгггту глпнолито rrtutrv nrbTTvav /Т — п — — | / Q I f М / с*лл

UUVl/lllJ 1ШЛ I VpXl-JWiliU^lVllvm V/i - _ • .

Щ 21,84слг

_ , 5M2 5-282-2,52-104 , 1Q / ...

Определяем прогиб f --=---= 1,19см <-= 1,25см.

48EI 48-2,1-104-73,76 200

Момент инерции по ГОСТ 24045-94 равен 1=78,7 см4.

-j_^ ^

Отличие моментов инерции составляет А - —---— jcl 00 = 6% .

78,7

Очевидно что, расчеты на прочность и прогиб с применением таблиц, учитывающих изменение моментов сопротивления и моментов инерции при закри-тической работе сжатых горизонтальных полок в зависимости от действующего напряжения, более точно отражают действительную работу стальных профилированных настилов, работающих в составе сталежелезобетонных перекрытий, на стадии бетонирования плиты перекрытия. Использование моментов сопротивления и моментов инерции, принятых постоянными по ГОСТ 24045-94, приводят к завышенной прочности и жесткости стальных профилированных настилов на стадии бетонирования сталежелезобетонного перекрытия.

Литература

1. ГОСТ 24045-94. Профили стальные листовые гнутые с трапециевидными гофрами для строительства. Технические условия. ИПК. Издательство стандартов. 1995, 19 с.

2. СТО 0047-2005. Перекрытии сталежелезобетонные с монолитной плитой по стальному профилированному настилу. Расчет и проектирование. ЦНИИПСК им. Н.П. Мельникова, ЗАО «Хилти Дистрибьюши Лтд». 2005, 65 с.

THE PROCEDURE OF CALCULATION OF STRENGTH AND SAGGING OF THE STEEL METAL FLOOR DECKING, WHICH WORKS IN THE COMPOSITION OF STEEL-REINFORCED-CONCRETE

OVERLAPS, AT THE STAGE OF THE CONCRETING OF OVERLAP

RUMYANCEVA I.A.

The results of the study of a change in the given width of the compressed horizontal shelves of practically all models of the steel metal floor decking, rolled according to GOST 24045-94, in the dependence on the effective stresses are represented in the article. The comparison with the values of the given width of the compressed horizontal shelves of floorings accepted in GOST 24045-94, which confirmed the need for with the calculation of strength and sagging of flooring at the stage of concreting considering the supercritical work of the compressed horizontal shelves, is executed. An example of calculation is given.