Диаграммный метод в расчетах усиленных железобетонных элементов

Все завалы неоднородны по своему объему. Как показывает практика, у поверхности завалы имеют более высокую плотность, а так же, сосредоточена основная масса мелких обломков, обломков крыши, строительного мусора. В центре завала и у его основания, преимущественно находятся крупные и средние обломки, пустоты встречаются чаще, а размеры пустот относительно большие [1]. Такое распределение обломков объясняется природой формирования завала. При разрушении, конструкции его верхних этажей здания проходят более протяженный путь, получают большее ускорение и подвергаются более высоким динамическим нагрузкам. Это приводит к тому, что эти конструкции в большей части превращаются в мелкие, образуя обломки и мусор. Конструкции нижних этажей здания меньше разрушаются при падении и, нагромождаясь, формируют вторичные своды, в которых, как показывает практика, образуется большое количество пустот [2]. Также, большая вероятность образования пустот в уцелевших углах здания и в районах расположения лестничных клеток и лифтовых шахт.

Список литературы /References

1. Калайдов А.Н., Неровных А.Н., Фирсов А.В. Организация и технология ведения аварийно-спасательных и других неотложных работ при землетрясениях и взрывах.. Учеб. пособие изд. Москва: М.: Академия ГПС МЧС России, 2007.

2. Харисов Г.Х., Калайдов А.Н., Фирсов А.В. Организация и ведение аварийно-спасательных работ. Курс лекций (для слушателей и курсантов факультета пожарной и техносферной безопасности). Москва: М.: Академия ГПС МЧС России, 2005.

3. Правила проведения аварийно-спасательных работ при обрушении зданий и сооружений: Пособие. М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2004. 100 с.

ДИАГРАММНЫЙ МЕТОД В РАСЧЕТАХ УСИЛЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Маркова О.М.

Маркова Оксана Михайловна - магистрант, кафедра городского строительства и хозяйства, Архитектурно-строительный институт Тольяттинский государственный университет, г. Тольятти

Аннотация: в данной статье рассмотрены проблемы расчета усиленных железобетонных элементов, а также методы их расчета. В действующем СП отсутствует точный алгоритм расчета для усиленных железобетонных конструкций. Чаще всего такие конструкции рассчитываются методом предельных усилий, который имеет недостатки, приводящие к погрешности при расчете. Перспективным направлением является расчет усиленных железобетонных элементов по деформационной модели с использованием диаграмм деформирования. Ключевые слова: железобетон, метод предельных усилий, деформационная модель, диаграммы деформирования бетона и арматурной стали, расчет железобетонных элементов, усиленный железобетонный элемент.

В эпоху индустриализации строительства, основой всех зданий и сооружений являются конструкции из железобетона. Применяются они в различных отраслях -жилищно-гражданское строительство, промышленное, сельскохозяйственное и т.д. Такие конструкции имеют значительные преимущества - высокую прочность, как на

сжатие, так и на растяжение (за счет включения в работу арматурных стержней растянутой зоны). А возможность придания железобетонным конструкциям требуемую форму и размеры, а также высокие технико-экономические показатели обуславливают их широкое применение.

Строительство с использованием железобетона усиленными темпами началось в СССР после постановления ЦК КПСС и Совета Министров «О развитии производства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства» от 19.08.1954 г. С этого момента производство строительных железобетонных конструкций выросло в разы.

Опыт эксплуатации железобетонных конструкций показывает их достаточно высокую долговечность. Однако на настоящий момент многие конструкции нуждаются в реконструкции и усилении. Как правило, необходимость этого связана с потерей прочности конструкции в ходе неправильной эксплуатации и действия внешних агрессивных факторов, а также с потребностью в увеличении нагрузки на конструкцию по сравнению с заложенной проектом нагрузкой.

Усиление - наиболее технологически сложный процесс, по сравнению с производством новых конструкций. В расчете должно учитываться множество факторов: это и степень повреждения, и состояние соседних конструкций, и характер нагружения. При этом необходимо установить фактические нагрузки и действительный характер работы. Следовательно, и расчет усиленных железобетонных конструкций - задача более трудная.

Расчет железобетонных конструкций, как новых, так и усиливаемых регламентируется действующим СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции» [1].

В нормах предусматривается проведение расчета двумя способами: методом предельных усилий, либо методом деформационной модели с использованием диаграмм деформирования. В качестве наиболее часто применяемого метода расчета в настоящее время используется упрощенный метод расчета - расчет по предельным усилиям, основанный на расчете по двум группам предельных состояний. Согласно этому методу, прочность элемента обеспечена, если действующие в сечении усилия не превышают предельных значений. Данный метод применяется довольно длительное время, но, несмотря на преимущества этого метода и простоту расчетов, метод имеет и свои недостатки. Основным таким недостатком является невозможность учесть напряженно-деформированное состояние конструкции до ее усиления, что противоречит требованию норм, где говорится, что расчет усиливаемых конструкций должен проводиться с учетом напряженно-деформированного состояния конструкции до ее усиления.

Недостатки метода расчета по предельным усилиям приводят к развитию нового направления - основанного на анализе напряженно-деформированного состояния поперечного сечения, то есть расчет усиливаемых железобетонных элементов по деформационной модели на основе диаграмм деформирования, характеризующих нелинейную работу бетона и арматуры. Этим методом рассматривается изменение напряженно-деформированного состояния сечения в процессе усиления, с учетом предыстории нагружения. В основе данного метода лежит применение гипотезы плоских сечений и фактических диаграмм деформирования бетона и арматуры, основанных на связи «напряжение-деформации».

Изначально, развитие деформационной модели велось в двух направлениях.

1. Напряженно-деформационное состояние рассматривается в точке для бетона и арматуры на основании использования их действительных диаграмм состояния. Предусматривается упругопластическое деформирование, исходя из совместности деформирования бетона и арматуры. Развитием этого направления занимались Г.А. Гениев, В.И. Киссюк., Г.А. Тюпин.

2. Макроструктурные деформационные модели. Именно эта модель включена в действующие нормы при расчете на действие изгибающего момента. Развитием

18

этого направления занимались В.И. Мурашев, В.Н. Байков, А.А. Гвоздев, В.М. Бондаренко и т.д.

Диаграммный метод является основным для расчета по европейским нормам [2], в российские нормы же не так давно только начал внедряться. В СП рекомендуется расчет вести по двух- и трехлинейным диаграммам деформирования арматуры и бетона. Расчет при помощи этих диаграмм является облегченным и наиболее быстрым, однако, менее приближенным к реальной работе конструкции, чем криволинейные диаграммы, такие, как диаграмма Карпенко [3], которая так и не была включена в свод правил по причине сложности проведения расчета. Параметры диаграмм задаются в зависимости от класса бетона и арматуры, учитывая изменение характеристик в процессе эксплуатации конструкции.

Сложность расчета усиленных железобетонных конструкций заключается также и в том, что на данный момент в своде правил даны лишь общие указания по расчету усиленных железобетонных элементов, но отсутствует четкий алгоритм расчета, поэтому в большинстве случаев усиленные железобетонные конструкции рассчитываются по методу предельных усилий, как не усиленные. Основной проблемой введения расчета усиленных конструкций по деформационной модели является повышенная сложность получения точных результатов без применения средств автоматизации, так как расчет ведется итерационным методом с последовательными приближениями, а сечение необходимо разбивать на большое количество элементарных площадок, для получения наиболее полной картины деформаций, что усложняет процесс вычислений.

Однако деформационная модель помогает решать такие вопросы, как расчет элементов произвольной формы поперечного сечения, нормального к продольной оси, в то время, как по методу предельных усилий возможно рассчитать только элементы простого сечения (прямоугольного, таврового, двутавтового и т.д.). Также в расчете по деформационной модели предусматривается учет неоднородности характеристик материала, что важно при расчете железобетонных конструкций, усиленных увеличением сечения, т.к. характеристики нового бетона и старого будут различаться, в том числе из-за изменения напряженно-деформированного состояния старого бетона в процессе эксплуатации.

В целом, развитие диаграммного метода и применение его в расчетах усиленных железобетонных элементов является весьма перспективным и стремительно развивающимся направлением, помогающим решать многие задачи. В настоящее время ведется активное изучение перспектив использования деформационной модели для расчета усиленных железобетонных элементов, развитие алгоритма такого расчета и возможности применения программных комплексов в проведении расчетов, что является очень важной задачей в процессе совершенствования теории железобетона.

Список литературы

1. ENV 1992-1-1, Eurocode 2: Design of Concrete Structures. Part 1: General Rules and Rules for Building. - Brussels: European Committee for Standardization, 1992.

2. СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003 (с Изменениями № 1, 2).

3. Карпенко Н.И., Карпенко С.Н. О диаграммной методике расчета деформаций стержневых элементов и ее частных случаях // Бетон и железобетон, 2012. № 6. С. 20-27.