Железобетонные ребристые плиты покрытий с переменным усилием преднапряжения вдоль пролета

Железобетонные ребристые плиты покрытий с переменным усилием

преднапряжения вдоль пролета

В.Х. Хуранов, З.Р. Лихов, А.М. Казиев, Ш.М. Шерибов ГОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный университет им Х.М. Бербекова», Нальчик, Россия

Аннотация: В статье представлены новые конструктивные решения железобетонных ребристых плит покрытия с преднапряженным армированием, в которых ребра растянутой зоны имеют ступенчатое очертание. Такое очертание способствует обрыву высокопрочной преднапряженной арматуры по длине элемента, что позволяет увеличить коэффициент использования арматуры в сравнении с типовым решением.

Ключевые слова: ребристые плиты покрытий, равное сопротивление, преднапряженная арматура, ступенчатое очертание.

Железобетонные ребристые преднапряженные плиты покрытий в современном промышленном строительстве получили широкое распространение. К ребристым относятся плиты с поперечным сечением, состоящим из плоской плиты и ребер по краям. В случае больших пролетов в ребрах обычно располагается предварительно растянутая арматура из высокопрочной стали, которая устанавливается по всей длине пролета. Сечение арматуры подбирается по набольшему изгибающему моменту посередине пролета, из-за чего на участках близких к опорам образуется излишний запас прочности [1]. Кроме того, необходимы мероприятия для устранения негативного влияния преднапряжения на приопорных участках -разрушение торцов и раскрытие трещин на верхней грани ребер.

Для проектирования экономически эффективных плит, предлагается приблизить их к конструкциям равного сопротивления, то есть к элементам, для которых отношение изгибающего момента к моменту сопротивления вдоль пролета остается постоянным (M/W=const). Применительно к железобетонным балкам это может быть достигнуто различными путями -изменение очертания и преднапряжения вдоль пролета [2-5], применение

смешанного армирования [6], применение комбинированного преднапряжения [7-8]. Известен метод создания изгибаемых конструкций равного сопротивления с помощью изменения размеров поперечных сечений вдоль пролета на основе эпюры моментов от внешней нагрузки. По данной методике предлагаются конструктивные решения, как для балок, так и для плит покрытия типа «2Т» [9]. Возможны также методы создания железобетонных сжатых элементов с переменным преднапряжением по длине элемента [10]. Для конструкций из металла или дерева данный метод позволяет получить элементы наиболее близкие к элементам равного сопротивления. Для железобетона с предварительным напряжением эта задача более сложная, но в то же время возможная и приводящая к существенному эффекту.

С целью улучшения технико-экономических показателей приводятся оригинальные проектные решения железобетонных преднапряженных плит. Для них произведен расчет по обеим группам предельных состояний с учетом ступенчатого очертания конструкции и изменений усилий преднапряжений по длине элемента.

Для сравнения принята типовая ребристая плита с размерами 3х12 м марки 1 ПГ 12 - 4Ат1000 серия 1.465.01 - 15 (Москва, ЦИТП - 1990 г.).

Расчетная равномерно распределенная нагрузка с учетом собственного веса плиты - 7.00 кПа, нормативная - 5,50 кПа.

Напрягаемая арматура в типовом решении - 2025Ат1000 по всей длине пролета, бетон тяжелый класса В35.

Значение предварительного напряжения в армировании растянутой зоны ^=920.00 МПа.

Предлагаются плиты с двумя видами расположения растянутой арматуры. Они представленные на рисунках 1 и 2. Вид 1 - 1020А1000 и по

одному стержню 1016А1000 для каждого ребра (суммарная площадь

2 2 армирования ^=10,30 см ). Вид 2 - 2018А1000 (^=10,20 см ). Обрываемая

преднапряженная арматура в первом варианте 2016А1000, а втором

2018А1000. Длина обрыва указана на рисунках, на которых видно, что

необходимые условия анкеровки обеспечены. Рациональность использования

арматуры видна из отношения площади эпюры моментов от расчетной

нагрузки к площади эпюры моментов внутренних сил в типовом решении

равно п= 0,67, а в предложенных решениях - в первом варианте 0,83, а во

втором - 0,8.

Таблица 1.

Вид Несу- Мсгс, асгс, /, Вес Эконо- Коэффи Масса

детали щая кНм мм см растян мия циент детали

способ утой армату исполь- , кг

ность арма- ры, % зования

М, туры арма-

кНм класса туры п

А1000,

кг

Типовая 356,5 257,2 0,10 1,74 92,2 0 0,67 6 095

Проектиру

емые

1 вид 364 258 0,09 1,68 85,2 8 0,83 5 973

2 вид 353,4 257 0,09 1,61 83,9 9 0,8 5 981

Примечание к табл. 1. Момент в среднем сечении от расчетной нагрузки М=365,5 кНм, от нормативной Мп =289,13 кНм. Бетон тяжелый класса В35.

1

В табл. 1. приводятся технико-экономические показатели для типовой и проектируемых плит. Кривизна отдельных сечений вдоль пролета изменяется не только из-за изменений значений изгибающих моментов, но и из-за изменений высоты сечения элемента, площади сечения арматуры и усилий обжатия. Моменты трещинообразования, ширина раскрытия трещин и прогибы определялись с учетом геометрических характеристик для каждого сечения.

При практически одинаковых технических характеристиках в предлагаемых решениях экономические показатели выше, чем в типовой плите. Расход высокопрочной арматуры класса А1000 на 8 .„9%, а масса плиты на 112 .119 кг меньше, чем в типовой плите.

Рис. 1. Железобетонная плита с ребром ступенчатого очертания в растянутой зоны (вид1).

1

а - плита в плане, б - продольное сечение плиты и эпюры внешних и внутренних моментов, в - поперечные сечения плиты, 1 - эпюра моментов от внешней расчетной нагрузки, 2 и 3 - эпюры моментов внутренних сил в типовой и проектируемых плитах.

Рис. 2. Железобетонная плита с ребром ступенчатого очертания в растянутой зоны (вид2).

а - схема плиты, б - эпюры внешних и внутренних расчетных моментов, в -эпюры нормативных моментов и моментов трещинообразования, г- эпюра кривизны, д - эпюра моментов от единичной силы, е - поперечные сечения плиты.

Положительным моментом в предлагаемых решениях является перераспределение усилий обжатия бетона, передающегося на торцевые участки элемента. В нашем случае усилие обжатия бетона направлено не на одно сечение торца, а на несколько участков благодаря ступенчатому профилю конструкции.

Литература

1. Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings// Singapore standard, 2004, 225 р.

2. Хуранов В.Х., Бжахов М.И., Джанкулаев А.Я., Лихов З.Р. Новое конструктивное решение железобетонной балки равного сопротивления // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. № 6. - С. 365-367.

3. Маилян Р.Л., Маилян Д.Р., Хуранов В.Х. Железобетонная балка. Патент России №30372. Бюл. №18.-27.06.2003.

4. Маилян Д.Р., Маилян Р.Л., Осипов М.В. Железобетонные балки с предварительным напряжением на отдельных участках // Бетон и железобетон. 2002. № 2. - С. 18.

5. Dilger W.H., Suru K.M. Steel stresses in partially prestressed concrete members. // Journal of Prestressed Concrete Institute. - 1986. - Vol/ 31/ - №3. - рр. 88-112.

6. Филимонов Н.Н., Трифонов И. А. Работа смешанной арматуры изгибаемого элемента в стадии разрушения // Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. - Новосибирск: 1979. №7. - С.32.

7. Лихов З.Р. К расчету железобетонных изгибаемых элементов с комбинированным преднапряжением с учетом полных диаграмм деформирования материалов // Сборник докладов Международной конференции "Строительство - 2003". - г. Ростов-на-Дону: РГСУ. - 2003г. -С.12.

8. Маилян Д.Р., Ахмад Михуб, Польской П.П. Вопросы исследования изгибаемых железобетонных элементов, усиленных различными видами

композитных материалов // Инженерный вестник Дона, 2013, №2 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2013/1674.

9. Маилян Д.Р., Маилян Р.Л., Хуранов В.Х. Способы изготовления железобетонных конструкций с переменным преднапряжением по длине элемента // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2004. № 5. -С. 4-11.

10. Маилян Д.Р., Мурадян В.А. К методике расчета железобетонных внецентренно сжатых колон // Инженерный вестник Дона, 2012, №4 (часть 2) URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1333.

References

1. Eurocode 2: Design of concrete structures. Part 1-1: General rules and rules for buildings. Singapore standard, 2004, 225 р.

2. Khuranov V.Kh., Bzhakhov M.I., Dzhankulaev A.Ya., Likhov Z.R Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Povolzh'ya. 2014. № 6. pp. 365-367.

3. Mailyan R.L., Mailyan D.R., Khuranov V.Kh. Zhelezobetonnaya balka. Patent Rossii №30372. Byul. №18. 27.06.2003.

4. Mailyan D.R., Mailyan R.L., Osipov M.V. Beton i zhelezobeton. 2002. № 2. 18p.

5. Dilger W.H., Suru K.M. Journal of Prestressed Concrete Institute. 1986. Vol. 31. №3. pр. 88-112.

6. Filimonov N.N., Trifonov I. A. Izvestiya VUZov. Stroitel'stvo i arkhitektura. Novosibirsk: 1979. №7. 32p.

7. Likhov Z.R. Sbornik dokladov Mezhdunarodnoy konferentsii "Stroitel'stvo 2003". Rostov-na-Donu: RGSU. 2003g. 12p.

8. Mailyan D.R., Akhmad Mikhub, Pol'skoy P.P. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №2 URL: ivdon.ru/magazine/archive/ n2y2013/1674.

9. Mailyan D.R., Mailyan R.L., Khuranov V.Kh. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Stroitel'stvo. 2004. № 5. pp. 4-11.

10. Mailyan D.R., Muradyan V.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, №4 URL: ivdon.ru/magazine/archive/ n4p2y2012/1333.