Строительство и архитектура /3. Современные технологии строительства, реконструкции и  реставрации.

д.т.н. Рощина С.И., к.т.н. Гоньшаков Н.Г., к.э.н. Гоньшаков А.Г.

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия

Определение влияния классов арматуры и бетона на напряженно-деформированное состояние облегченной конструкции с помощью програмного комплекса «Старкон»

Исследованию подвергалась железобетонная облегченная конструкция, образованная на основе типовой решетчатой балки, пролетом 12м. Неизменяемые (детерминированные) геометрические размеры приняты, как в типовой конструкции. Было проанализировано изменение напряженно-деформированного состояния в зависимости от трех параметров: площади затяжки, класса арматуры и класса бетона облегченной конструкции.

При расчете трещиностойкости статически неопределимых конструкций, испытывающих помимо внешних нагрузок воздействие на конструкцию усилий обжатия предварительно напряженной арматуры, последние учитывались расчетом. Усилия обжатия рассматривались как внешние силы, равные контролируемым усилиям за вычетом первых потерь, и приложенные в центре тяжести напрягаемой арматуры. Потери определялись согласно действующим строительным нормам и правилам на проектирование железобетонных конструкций [1, 2].

Решение поставленной задачи было достигнуто в результате проведения численного эксперимента.

Величина предварительного напряжения в арматуре затяжки для рассматриваемого случая на данном этапе принималась постоянной. Численный эксперимент проводился в программном комплексе «СТАРКОН», в основу которого были положены проведенные ранее теоретические исследования, достоверность которых подтверждалась экспериментально.

Было выполнено 46 вариантов расчетов с учетом физической и геометрической нелинейности конструкции.

В программу вводились следующие данные: пролет конструкции L=12 м; длина жесткого диска с = 1,35 м; длина анкеровки арматуры с₁ = 1,07 м; площадь арматуры затяжки A_z = (6,28 …12,32) см²; модуль упругости бетона E_b = (30600 …35200) МПа; модуль упругости арматуры затяжки E_з = (190000 …200000) МПа; количество симметричных участков n = 4; высота верхнего пояса на опоре h₀ = 0,9 м; высота верхнего пояса в сечении 1 h₁ = 0,632 м; высота верхнего пояса в сечении 2 h₂ = 0,36 м; высота верхнего пояса в сечении 3 h₃ = 0,36 м; высота верхнего пояса в коньке h₄ = 0,39 м; полная высота конструкции на опоре H₀ = 0,9 м; полная высота конструкции в коньке H₄ = 1,39 м; защитный слой бетона для сжатой арматуры a_s = 4,5 см; защитный слой бетона для растянутой арматуры a_s1 = 4,5 см; защитный слой бетона для арматуры затяжки a_з = 7 см; площадь растянутой арматуры A_s = 16,08 см²; площадь сжатой арматуры A_s1 = 16,08 см²; коэффициент упругопластических деформаций бетона ν = 0,45; модуль упругости рабочей арматуры E_s = 200000 МПа; нормативное сопротивление бетона на растяжение R_bt,ser = (1,6 …1,95) МПа; нормативное сопротивление бетона на сжатие R_b,ser = (18,5…25,5) МПа; расчетное сопротивление бетона на растяжение R_bt = (1,05…1,3) МПа; расчетное сопротивление бетона на сжатие R_b = (14,5 …19,5) МПа; расчетное сопротивление рабочей арматуры R_s = 365 МПа; расчетное сопротивление арматуры затяжки R_з = (365 …680) МПа; расчетное сопротивление растяжению арматуры затяжки для предельных состояний 2-ой группы R_з,ser = (400 …800) МПа; усилие обжатия в стадии изготовления F_обж = 173,7 кН; распределенная нагрузка q = 28,88 кН/м; нормативная кратковременная нагрузка q_кр = 5,88 кН/м; нормативная постоянная и длительная нагрузка q_дл = 23,0 кН/м; уклон облегченной конструкции α = 4,8˚.

Результаты вычислений для представляющих интерес 18 вариантов приведены в табл.1.

Таблица 1

№ п/п	Параметры			Сечение 1	Сечение 2	Сечение 3	Сечение 4	Усилие в затяжке, кН
	Аз, см^2	Класс		M, кН∙м	M, кН∙м	M, кН∙м	M, кН∙м
		арм-ры	бетона
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	6,28	A-V	B25	-74,25	-17,49	31,12	21,86	434,39
2	6,28	A-V	В35	-74,35	-18,93	28,7	18,43	434,35
3	6,28	A-IV	B35	-	-	-	-	затяжка потекла
4	7,6	A-IV	B25	-74,25	-17,49	31,12	21,86	434,39
5	7,6	A-IV	B30	-74,28	-18,34	29,7	19,88	434,37
6	7,6	A-IV	В35	-74,35	-18,93	28,68	18,43	434,35
7	7,6	A-V	В25	-74,25	-17,53	31,51	21,82	434,39
8	7,6	A-V	В35	-74,35	-18,93	28,68	18,43	434,35
9	7,6	A-III	В35	-	-	-	-	затяжка потекла
10	9,82	A-IV	В25	-74,25	-17,49	31,12	21,86	434,39
11	9,82	A-IV	В30	-74,28	-18,34	29,7	19,88	434,37
12	9,82	A-IV	В35	-74,35	-18,93	28,68	18,43	434,35
13	9,82	A-V	В25	-74,25	-17,53	31,51	21,82	434,39
14	9,82	A-III	В35	-	-	-	-	затяжка потекла
15	12,3	A-III	В25	-74,28	-17,53	31,07	21,81	434,44
16	12,3	А-III	В30	-74,28	-18,34	29,7	19,88	434,37
17	12,3	A-IV	В25	-74,25	-17,49	31,12	21,86	434,39
18	12,3	A-V	В25	-74,25	-17,53	31,51	21,82	434,39

На основании проведенного в программном комплексе «СТАРКОН» численного эксперимента можно сделать вывод, что изготовление облегченных конструкций с напрягаемой арматурой 2Ø20 мм класса А-V с А_з = 6,28 см² и классом бетона В25 – является наиболее экономически эффективным. Как показало численное исследование – использование для затяжки арматуры класса ниже A-V непременно ведет к увеличению площади поперечного сечения даже при повышении класса бетона и ширины поперечного сечения. Деформативность облегченной конструкции существенно снижается при повышении класса бетона до В35 (прогиб уменьшается на 17%). В результате вышеизложенного можно заключить, что и класс бетона, и класс арматуры являются значимыми при проектировании облегченных конструкций. Подбор данных параметров следует производить особенно тщательно, иначе это может привести либо к удорожанию конструкции, либо к ее преждевременному разрушению.

Литература:

1. СНиП 2.03.01 - 84*. Бетонные и железобетонные конструкции./ Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989 г.

2. Пособие по проектированию предварительно напряженных конструкций из тяжелых и легких бетонов (к СНиП 2.03.01-84). Часть I. – М.: Центральный институт типового проектирования, 1988 г.