Шаблон оформления статьи для публикации в электронном научно-образовательном и прикладном журнале «Инженерный вестник Дона»
жүктеу/скачать 0.66 Mb.
|
ВведениеПовышение показателей эффективности конструкций одно из ключевых направлений развития технического прогресса в строительной отрасли. Применение эффективных композитных конструкций, позволяют значительно улучшить показатели материалоемкости, стоимости, трудоемкости. К таким конструкциям можно отнести сталежелезобетон, в состав которого входят прокатные стальные профили, стержневая арматура и бетон. Этот композитный материал синергирует в себе полезные свойства бетона, прекрасно работающего на сжатие, с преимуществами в легкости и эффективной работе на растяжении стальной части сечения. К сожалению, в отечественной строительной практике по возведению общественных зданий сталежелезобетон не получил должной популярности, возможно ввиду долгого отсутствия нормативной литературы в области возведения зданий с применением такого материала или сложности расчета конструкций в целом. Однако за рубежом сталежелезобетонные (далее СЖБ) конструкции активно применяются уже продолжительное время, в особенности СЖБ перекрытие по профилированному листу. Согласно многим источникам, СЖБ конструкции – крайне широкое понятие, включающее различные элементы зданий и сооружений, в которых совместная работа стали и железобетона используется в разной степени. Но данные конструкции можно охарактеризовать высокоэффективными за счет присутствия важного принципа проектирования – совмещения функций различных конструктивных материалов. Изначально, исходя из опыта строительства, появлялись предположения о повышении прочностных характеристик конструкций из стали и железобетона, работающих совместно случайным образом за счет сил трения и других факторов. В конце XIX века среди строителей возникла идея, что железные балки, покрытые слоем бетона, обладают повышенной жесткостью и прочностью. В последствии, эти предположения оправдались и СЖБ конструкции обрели популярность, в особенности в мостостроении. Первым элементом объединения железобетона и стали принято считать спираль из арматуры, приваренную к верхнему поясу стальной балки, которая впервые была использована в Швейцарии в 1939 г. в разрезном балочном пролётном строении системы «Альфа» (рис.1). Рис. 1. – Объединение железобетона и стали системы «Альфа» [1]. Проследив тенденции последующих исследований [2], можно сказать, что работа по изучению СЖБ конструкций велась в основном в области обеспечения совместной работы стальной и железобетонной частей путем изобретения новых и усовершенствования старых соединительных элементов. Однако, стоит упомянуть, что развитие и популяризация СЖБ шла также в области возведения высотных зданий из трубобетонных конструкций, к примеру с помощью системы SWMB, более подробно описанной в этой статье – [3]. Самый знаменитым примером применения таких конструкций в России может послужить «Лахта Центр» [4]. Проблема надежного соединения слоев СЖБ конструкций, возникшая на этапе их появления по сей день, является актуальной задачей. С одной стороны продолжается поиск рациональных конструктивных решений анкерных устройств [5], с другой стороны исследователям и инженерам не дает покоя необходимость найти надежные способы оценки прочности сопряжения плиты с балкой [6]. Было изобретено огромное количество способов объединения частей СЖБ конструкции, главными из которых на данный момент на постсоветском пространстве стали гибкие штыревые упоры и уголковые жесткие упоры Z-образного сечения. В соответствии с Европейскими нормами [7, 8] рекомендовано использовать для объединения гибкие штыревые упоры или жесткие упоры с петлевыми элементами, Британскими нормами [9] дополнительно допускается применение гибких упоров из прокатного швеллера, а также соединение на высокопрочных болтах, обжимающих железобетон. Схемы работы при разрушении условно жесткого и гибкого упоров показаны на рис. 2-3. Механизм разрушения для гибких упоров характеризуется локализацией наибольших напряжений у пояса балки. При смещении плиты относительно пояса бетон двигается по гибкому упору, растягивая его и отрывая от пояса. Рис. 2. – Схема разрушения бетона плиты на жестком упоре [10]. Рис. 3. – Схема разрушения соединения на гибком упоре [10]. До недавнего времени нормативные документы по СЖБ конструкциям зданий в отечественной базе были представлены фрагментально, в основном в виде различных СТО и лишь недавно появился полноценный СП 266.1325800.2016 «Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования» (далее СП 266). Согласно требованиям СП 266, расчет СЖБ конструкций производится исходя из гипотезы плоских сечений, без учета податливости швов объединения стальной и железобетонной частей. Соединительные элементы, исходя из упомянутого выше требования, должны считаться жесткими несмотря на то, что сам свод правил оперирует понятиям «жестких» и «гибких» упоров. Согласно зарубежным, в частности американским и европейским нормативным документам [7, 8, 11], СЖБ перекрытия могут считаться как с полным, так и с частичным объединением стальной и железобетонной частей сечения (более подробно, к примеру в американской нормативной базе об этом изложено в комментариях к главе I3 [11]). При полном объединении перемещение плиты относительно стальной балки не допускается, упоры в расчете принимаются жесткими и проектируются таким образом, чтобы их суммарное сопротивление было больше или равно сдвигающей силе в шве объединения на каждом расчетном участке. Предельным состоянием для частично или полностью объединенной конструкции по первому предельному состоянию будет достижение максимального напряжения в сечении от предельного изгибающего момента, которое может выдержать сечение. Следуя концепции полного объединения, можно запроектировать конструкцию с уменьшенным сечением стальной балки частично объединенного СЖБ перекрытия. По своей сути эта концепция полностью соответствует подходу к расчету такого перекрытия, описанному в отечественных нормативных документах. За исключением немаловажного нюанса – относительно каких величин выполняется расчет несущей способности сечения с учетом работы соединительных элементов. Согласно нашим нормам расчет СЖБ балки по первому предельному состоянию от действия изгибающего момента корректируется работой шва объединения железобетонной и стальной частей сечения на основе фактического максимального изгибающего момента, действующего от принятых нагрузок. Что отличается от зарубежных документов, где вводится понятие частичной композитности и учет работы соединительных элементов производится, как говорилось выше, от предельного изгибающего момента, которое может выдержать сталежелезобетонное сечение. Стоит отметить также, что в отечественной нормативной документации, в отличие от зарубежной, отсутствует проверка на расчетные деформации гибких упоров и не нормируется их минимальная величина. В итоге, было принято решение о необходимости дальнейшего исследования обозначенных проблем и сравнения различных методик путем численного расчета нескольких вариантов сталежелезобетонного перекрытия согласно отечественной и зарубежной нормативным базам. жүктеу/скачать 0.66 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|