ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА НИКОЛАЯ II» (МГУПС (МИИТ)
Кафедра «Строительные конструкции, здания

и сооружения»

Научный руководитель Федоров Виктор Сергеевич Академик РААСН,
докт. техн. наук, профессор

Сопротивление продавливанию плоских железобетонных плит, усиленных поперечной арматурой

Направление подготовки 08.04.01 «Строительство»
Направленность (магистерская программа) «Промышленное и гражданское строительство»

Магистерская диссертация

Москва 2017

Обучающийся Гусейнов Руслан Меликович

величины предварительного напряжения арматуры усиления
установление допустимого шага поперечной арматуры усиления
эффективность

применения поперечной арматуры из высокопрочной стали

Поперечная арматура усиления, установленная в сквозные отверстия в опорной зоне плиты и имеющая надёжную анкеровку по концам, значительно повышает сопротивление плит продавливанию и пластичность их работы.

остаются вопросы, требующие дополнительных исследований:

Теоретические основы методов расчета прочности плоских железобетонных плит на продавливание рассматривались в работах отечественных ученых: Гвоздева А.А., Коровина Н.Н., Голосова В.Н., Фишеровой М.Ф., Залесова А.С., Карпенко Н.И., Травуша В.И. и др., а также зарубежных ученых: Dilger W.H., Amin Ghali, Aurelio Muttoni и др. Однако исследования плит, усиленных поперечным армированием, весьма немногочисленны.

2011 г.
Строящееся монолитное здание. Владивосток, 2013 г.
Подземный паркинг. Москва, 2009

г.

Плавательный бассейн. Краснодар, 2013 г.

арматурой, и разработка рекомендаций по проектированию данного метода усиления.
Для

достижения поставленной цели решались следующие задачи:
− провести обзор теоретических и экспериментальных исследований работы плит при продавливании, армированных или усиленных поперечной арматурой;
− разработать конечно-элементную модель, позволяющую с достаточной степенью точности моделировать работу плит при продавливании, усиленных поперечной арматурой;
− выполнить численный эксперимент с использованием конечно-элементной модели для изучения влияния наиболее значимых параметров усиления на работу плит в условиях продавливания: коэффициента поперечного армирования, предварительного напряжения арматуры усиления, шага постановки, прочности арматуры усиления;
− разработать практические рекомендации по проектированию усиления плит сквозными шпильками.

Цель и задачи исследования

2 – гидравлический домкрат,
3 – тяги,
4 – траверса

рамы,
5 – горизонтальная силовая рама,
6 – силовой пол

коэффициент повреждения бетона при растяжении
Диаграмма
σb – εb,in
при сжатии
Диаграмма
σbt – εbt,in
при

растяжении

Диаграмма
εb,in – dc
при сжатии

Диаграмма
εbt,in – dct
при растяжении

плит перекрытий с промежуточной колонной, разработанная в программном комплексе Abaqus,

основанная на использовании модели с накоплением повреждений для бетона, позволяет определить продавливающую силу, напряжённо-деформированное состояние на всех этапах нагружения плит в условиях продавливания, в том числе и усиленных поперечной арматурой.

Схемы образования и развития трещин в КЭ моделях и опытных образцах сравнительно близки

экспериментальных образцов и для КЭ модели составляет 0,99±0,02

усиленных поперечными шпильками при действии сосредоточенной силы на продавливание по

СП 63.13330.2012 даёт небольшое (в среднем 13%) отклонение в сторону запаса

поперечного армирования
Прогибы численных моделей
Влияние зависимости носит нелинейный характер и

с ростом коэффициента поперечной арматуры рост вклада поперечной арматуры в общую несущую способность образцов замедляется и при содержании поперечной арматуры свыше 0,43% несущая способность образцов практически не повышается.

(sw > 0,43%)
При 0 ≤ sw ≤ 0,43% разрушение моделей происходит в зоне

поперечного армирования с достижением в поперечных стержнях предела текучести

При sw > 0,43% в поперечной арматуре не достигается предел текучести и разрушение в образцах происходит в зоне от грани колонны до 1-го ряда поперечной арматуры усиления

преднапряжения поперечной арматуры усиления
Увеличение момента затяжки поперечных шпилек практически не

отражается на несущей способности и деформативности плиты модели.

способствует более быстрому и надёжному включению её в работу.

арматуры усиления
Повышение прочности арматуры усиления при сохранении постоянного вклада поперечной

арматуры в несущую способность (за счёт уменьшения площади поперечного армирования) не влияет на прочность и деформативность плит модели при продавливании.

усиления
Влияние шага постановки поперечных стержней на несущую способность
Постановка поперечной арматуры

усиления эффективна даже при больших значениях шага постановки (до 1,75h0)

S0,75
S = 0,75h0
Образец S1
S = h0

в виде поперечного армирования становится неэффективным при постановке его с

шагом больше 1,75·h0, так как при превышении этого шага разрушение происходит между гранью колонны и первым шагом поперечного армирования.

Стержни, ближайшие к колонне, следует располагать не ближе h0/3 и не далее h0/2 от колонны.

Ширина зоны постановки поперечной арматуры усиления должна быть не менее 1,5∙h0.

действием нагрузки, в расчёте можно рассматривать как поперечное армирование, устанавливаемое

до бетонирования.

Расчёт прочности плиты с усилением следует выполнять по общим правилам в соответствии с требованиями СП 63.13330.2012, учитывая в расчёте только те стержни усиления, которые пересекают пирамиду продавливания.

Схема для расчёта на продавливание плит с поперечной арматурой усиления в виде сквозных шпилек
1 – первое расчётное поперечное сечение в зоне поперечного армирования;
2 – контур первого расчётного поперечного сечения;
3 – второе расчётное поперечное сечение, расположенное за контуром поперечного армирования;
4 – контур второго расчётного сечения;
5 – контур площадки приложения нагрузки

в плитах в зоне продавливания в направлении ортогональном сторонам расчётного

контура рекомендуется устанавливать с шагом не более 1/2∙h0 и не более 300 мм.
Стержни, ближайшие к колонне, следует располагать не ближе h0/3 и не далее h0/2 от колонны. Ширина зоны постановки поперечной арматуры усиления должна быть не менее 1,5∙h0.
Расстояния между стержнями вдоль расчётного контура рекомендуется принимать не более ¼ длины соответствующей стороны расчётного контура.
Следует выполнять предварительное напряжение поперечной арматуры усиления. При этом величину предварительного напряжения необходимо принимать не менее 30% и не более 70% от предела текучести арматуры усиления.
Толщина анкерных пластин принимается не менее 0,5 диаметра арматуры усиления, а размеры в плане – не менее 3-х диаметров.

плоских железобетонных плит, усиленных поперечной арматурой, при варьировании количества, шага,

прочности поперечной арматуры и величины усилий предварительно напряжения поперечных стержней.

Практическая значимость полученных результатов
состоит в определении рациональных параметров поперечного армирования плит при усилении, что будет способствовать более обоснованному и качественному проектированию усиления железобетонных плит на продавливание путем постановки поперечной арматуры.

Научную новизну работы составляют:
− параметры конечно-элементной модели для расчёта плит на продавливание, учитывающие нелинейную работу бетона на всех стадиях нагружения, включая стадию разрушения;
− результаты численного моделирования изменения напряжений в стержнях поперечной арматуры на всех стадиях работы плит, вплоть до разрушения;
– теоретические данные о влиянии на работу плит в условиях продавливания коэффициента поперечного армирования, предварительного напряжения арматуры усиления, шага постановки, прочности арматуры усиления.