3.2 Проектирование плиты

Для проектирования плиты необходимо предварительно установить расчетную схему ее работы, а также величину нагрузки и усилий, действующих на нее. Указанная задача может решаться в предположении, что плита работает как балочная, если у нее отношение сторон опорного контура . В противном случае плиту следует рассчитывать с учетом влияния соотношения сторон опорного контура.

Все нагрузки и усилия для плиты определяются применительно к ее условной полосе шириной b = 1000 мм, которая при поперечной системе набора располагается вдоль судна, а при продольной – поперек. В дальнейшем результаты расчетов, сделанные для полосы, распространяются на вою ширину плиты, находящуюся в аналогичных условиях с точки зрения прочности.

В перекрытии с продольной системой набора плиты рассматриваются как изгибаемые (от участия в местной прочности), защемленные на опорах и нагруженные нагрузкой (рисунок 2).

При поперечной системе набора плиты рассматриваются как защемленные на опорах, нагруженные одновременно изгибом (от участия в местной прочности) и продольными усилиями (от участия в общей прочности). Такие плиты проектируются и рассчитываются как внецентреннонагруженные.

Наибольшие изгибающие моменты днищевой плиты при в опорном сечении и в пролетном определяются по следующим формулам, кН·м:

опора ; (1)

пролет , (2)

где	–	пролет плиты, измеренный по осям и равный при поперечной системе набора шпации, а при продольной – расстоянию между продольными балками набора, м;
–		пролет плиты в свету, м;
–		ширина ребра шпангоута или стрингера (подробнее см. 2.2), в первом приближении можно принять 0,1 м;
–		нагрузка на полосу плиты площадью , кН, определяется по формуле

, (3)

где	–	удельный вес воды, равный 10 кН/м3;
–		ширина полосы, принимаемая равной 1 м;
–		полувысота расчетной волны, соответствующая классу Регистра и принимаемая равной: для судна класса «M» – 1,5 м; класса «O» – 1,0 м; класса «P» – 0,6 м;
–		собственный вес полосы плиты, кН, определяется по формуле

, (4)

где	–	объемный вес железобетона, принимаемый равным: для тяжелого бетона – 25,5 кН/м3, для легкого – 22 кН/м3;
–		толщина плиты, м, принимаеется в первом приближении равной 0,05 м, но не менее 0,025 А.

Осевое усилие ( – растягивающее или – сжимающее, кН), приходящееся при поперечной системе набора на полосу плиты днища шириной м, от участия в общем изгибе корпуса определяется по формуле

, (5)

где	–	заданный момент общего изгиба, кН·м;
–		высота корпуса судна, м;
–		ширина корпуса судна, м.

Знак усилия определяется знаком момента :

при перегибающем – усилие будет сжимающим;

при прогибающем – усилие будет растягивающим.

В пределах длины шпации величина считается постоянной.

Величина эксцентриситета в опорном , м, и пролетном , м, сечениях плиты, соответствующая данным и , определяется в общем случае по формуле

, (6)

Результаты расчета сводятся в таблицу 4.

Таблица 4 – Усилия, действующие на плиту днища

Сечение	Изгибающий момент, кН·м	Осевые усилия, кН		Эксцентриситет, м
		растяжение	сжатие	растяжение	сжатие
опора
пролет

3.2.1. Определение толщины плиты. Толщина плиты в первом приближении может быть принята равной наибольшей величине из минимально допустимых значений :

. (7)

а) в соответствии с требования п. 7.2.21 ПРРР величина должна быть не менее приведенной в таблице 3;

б) из условия обеспечения прочности плиты при изгибе

, (8)

где	–	коэффициент запаса прочности, принимается в соответствии с таблицей 7.3.23 ПРРР (см. таблицу приложения 3);
–		призменная прочность бетона, МПа, принимается по таблице 1;
–		опорный изгибающий момент плиты, МПа;
–		расстояние от центра тяжести арматуры, растягиваемой моментом , до растянутой кромки бетона, см, принимается в первом приближении равным = 1,5 см;

в) из условия обеспечения конструктивной жесткости

(9)

Значения принимаются по таблице 5.

Таблица 5 – Значения коэффициента

Система набора	Пролет , м
	1,2 и менее	1,3	1,4	1,5	1,6 и более
Поперечная	0,030	0,035	0,040	0,045	0,050
Продольная	0,030	0,030	0,035	0,040	0,045

При наличии вутов в опорном сечении плиты значения можно уменьшить на 10-15 процентов. В случае действия на плиту значительных сжимающих нагрузок, могущих лимитировать ее прочность ( кН), рекомендуется принимать .

Найденное по выражению (7) значение следует округлять до ближайшего большего из следующих = 35; 40; 45; 50; 60; 70; 80; 100 мм. Подчеркнутые величины являются предпочтительными.

В отдельных случаях приходится определять толщину плиты при заданной для нее рабочей арматуре, принятой, например, по технологическим соображениям. В этом случае для изгибаемой плиты обшивки (продольная система набора судна) толщина , см определяется по формуле

, (10)

где	–	коэффициент запаса прочности, принимаемый по таблице приложения 3;
–		наибольший момент, изгибающий плиту, принимаемый равным опорному моменту , кН·м;
–		заданная площадь сечения стержней арматуры сетки, приходящаяся на 1 м/пог. ее ширины, см2, растягиваемых моментом ;
ReH –		предел текучести арматуры, МПа;
см		– расчетная ширина полосы плиты;
–		призменная прочность бетона, МПа;
–		толщина защитного слоя арматуры , назначаемая с учетом указаний п. 1.3. и принимаемая равной 1,0 см;
–		диаметр арматуры , назначаемый с учетом указаний п. 1.3, см.

Обычно для судовых плит арматура сеток состоит (в од­ном направлении) из шт стержней на 1 м/п ширины диаметром , равным одному из следующих значений: 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14 мм. С учетом этого и сделанных выше уточ­нений толщина изгибаемых плит может определяться по форму­ле

(11)

Здесь	и -	коэффициенты, определяемые в зависимости от и по табл. 4;
-		количество стержней в одном ряду сетки плиты, растянутой моментом , шт.

Полученную по формулам (10), (11) толщину плиты следует округлять до ближайшего большего значения.

Таблица 4

Значения коэффициентов и

Класс арматуры		Диаметр стержней, мм
		6	7	8	9	10	12	14
, кН	A-I	6,13	8,35	10,89	12,6	17,04	24,53	33,38
	A-II	–	–	–	–	21,30	30,66	41,73
	A-III	10,24	13,92	18,16	23,00	28,40	40,88	55,64
, см		1,30	1,35	1,40	1,45	1,50	1,60	1,70

1.3. Проектирование рабочей арматуры плиты

1. Общие указания. Рабочая арматура плиты является ос­новной и располагается при поперечной системе набора вдоль судна, а при продольной - поперек. Она размещается ближе к наружной поверхности плиты, чем распределительная.

Рабочая арматура плиты, располагающаяся со стороны на­ружной (смачиваемой) поверхности, обозначается с индексом сверху "н", а располагающаяся со стороны внутренней (не­смачиваемой) поверхности - с индексом "в". Площадь сечения, диаметр и количество в ряду стержней сетки рабочей армату­ры, приходящихся на 1 м/п ширины плиты , обозначаются соответственно: для нижней сетки – , , ; для верхней сетки – , , (рис.3).

Как правило, у судовых плит обшивки ,

Для нахождения площади рабочей арматуры и необходимо предварительно задаться величинами и , равными расстоянию от центра тяжести и до ближайшей кромки бетонного сечения и вычисляемыми как

(12а)

(12б)

Здесь	-	толщина защитного слоя для арматуры , принимаемая по Правилам Регистра равной 1,0 см;
-		тоже для арматуры , принимаемая равной 0,5 см; рекомендуется принимать не менее .

Диаметр рабочей арматуры плиты предварительно можно принимать равным, мм

(13а)

(13б)

– принимается из п. 1.2. и берется в мм.

Диаметр арматуры может быть одним из следующих: 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14 мм. Арматура, подвергающаяся сварке для наращивания длины, должна иметь диаметр не менее 8 мм, а имеющая класс A-II, – не менее 10 мм. Рекомендуется прини­мать четные значения диаметра.

Площадь сечения рабочей арматуры плиты определяется из условия обеспечения достаточной прочности для восприя­тия действующих на неё нормальных растягивающих усилий, обусловленных изгибом, или совместно изгибом и растяжением (внецентренное растяжение) по формулам,

п риведенным в приложении IV, в которых во всех случаях см, . Плиты, подвергающиеся одновременно изгибу и сжатию (внецентренное сжатие), могут рассматриваться без учета сжатия, т.е. как изгибаемые.

Во всех случаях площадь сечения арматуры должна удов­летворять условию

(14)

В соответствии с Правилами Регистра величина принимается по табл. 5.

Таблица 5

Минимальный коэффициент армирования

Класс арматуры	A - I	A - II	A - III
	0,005	0,004	0,003

2. Определение площади арматуры . Рабочая армату­ра плиты испытывает наибольшие напряжения в опорном сечении, воспринимая опорный момент и осевое уси­лие (поперечная система набора), действующие одно­временно. Определять величину следует как наибольшую из полученных по формулам приложения IV, а именно: при про­дольной системе набора – по формуле 1.IV, при поперечной системе набора – по формулам 2.IV или 3.IV в зависимости от величины эксцентриситета.

При определении в указанных формулах следует принимать

; ;

; ; (15)

3. Определение площади арматуры . Внутренняя ра­бочая арматура плиты испытывает наибольшее растяже­ние в пролетном сечении, воспринимая или только пролетный изгибающий момент (продольная система набора), или пролетный момент и осевое растягивающее усилие , дей­ствующие одновременно (поперечная система набора).

Определение величины производится таким же путем, как и , т.е. по формулам приложения IV с соблюдением данных выше указаний, при этом в формулах приложе­ния следует принимать:

; ;

; ; (16)

4. Назначение диаметра и количества стержней. Зная общую площадь сечения арматуры плиты, вычисленную указанным выше способом, т.е. и , приходящуюся на шири­ну плиты см, нетрудно определить диаметр стержней и (при выбранном количестве стержней на 1 м/п) или расстоянии между ними – шаге стержней , имея в виду, что см.

Требуемое количество стержней определенного диаметра для получения необходимой площади сечения арматуры можно находить по табл. 5 приложения V.

При назначении , , необходимо соблюдать следующие требования:

а) разница между требуемой по расчету площадью арма­туры и фактической , принимаемой по таб­лице, должна быть минимальной и по возможности удовлетво­рять условию

; (17)

б) диаметр арматуры должен удовлетворять общим указа­ниям п. 1.3. и условию

, мм (18)

при этом он может отличаться от найденного предварительно по выражению (13);

в) количество стержней сетки в одном ряду на ширине 1 м/п должно удовлетворять условию

или мм (19)

г) шаг стержней рабочей арматуры не должен превышать

.

Помимо указанных требований, желательно выполнять сле­дующие условия:

при сварных сетках шаг арматуры должен быть мм ( шт на м/п) или, в крайнем случае, кратным

мм, т.е. , 100, 150, 200 мм ( ; 10; 6,7; 5). При вязаной арматуре сетки шаг может быть любым в пределах значений (19); шаг стержней наружной арматуры и внутренней должен быть одинаковым или таким, чтобы шаг арматуры был в два раза больше, чем шаг ар­матуры , т.е. ; при различных шагах арма­туры диаметры стержней и должны быть одинаковыми, т.е. ;

допускается иметь в одной сетке 50% стержней одного диаметра и 50% другого, располагающихся вперемежку, при этом разница диаметров стержней плиты должна быть не менее 2 мм; если арматура назначается конструктивно, желательно иметь одинаковыми диаметр и шаг обеих сеток;

при продольной системе набора в целях экономии стали допускается в плитах с пролетом 1,5 м часть стержней арматуры , но не более 50% их общего количества, располагать только над опорой на длине не менее ( - ширина ребра); суммарная площадь таких стержней должна быть не более 50% величины .

Найденные значения следует сопоставить с предварительно принятыми при определении и . Разница между принятыми и фактическим значениями рабочей высоты плиты должна быть в пределах 10%. При большей разнице рабочих высот следует найти новые значения и , применительно к ним найти новые площади и диаметры стержней арматуры.

Окончательно найденные значения арматуры следует запи­сать как ⌀ с указанием в скобках фактической (табличной) площади сечения арматуры в см², на­пример, 10⌀10 (7,85 см²), 10⌀8 (5,03 см²).

1.4. Определение распредели­тельной арматуры плиты. Распреде­лительная арматура плиты располагается перпендикулярно рабочей и размещается ближе к середине сечения. Она обозначается: со стороны наружной поверхности и , со стороны внутренней поверхности – , .

Предварительные значения и распределительной арматуры можно выбрать, приняв и равными наименьшему диаметру рабочей арматуры плиты, а 10 или 5 с соблюдением условия (14).

⌀ ⌀

⌀ ⌀ (20)

Во всех случаях шаг распределительной арматуры должен удовлетворять условию .

Необходимо также, чтобы площадь распределительной ар­матуры плиты составляла не менее 20% площади рабочей арма­туры плиты, т.е.

(21)

В дальнейшем значения и уточняются при проектировании балки (шпангоута или стрингера), поддерживающей плиту, так как стержни распределительной арматуры плиты принимают участие в изгибе указанных балок, как вхо­дящие в состав их присоединенного пояска. Если указанное уточнение потребует увеличения сечения распределительной арматуры, то ее следует, по возможности, выполнять из стержней такого же диаметра, что и рабочая арматура.