Получены данные по схеме 1 с закреплением узлов торцевой поверхности (рассмотрены 2 варианта бетонных образцов призматической и цилиндрической формы) и схеме 3 (также 2 варианта) с закреплением боковых поверхностей образцов.

Внатурных условиях ислытательную схему 3 реализовать очень сложно, хотя она, по нашему мнению, в наибольшей степени отражает действительную работу элементов при расположении арматуры в массиве бетона. Размеры призматических элементов по схемам 1 и 3 приняты по аналогии со схемой 2 (сечения 200×200 мм), но без участков с устраненным сцеплением. Диаметр цилиндрических образцов 140 мм. Получены данные при длине анкеровки (образцов) 100 мм и 200 мм; в образцах длиной 200 мм рассмотрены 2 варианта диаметров арматуры: 12 мм и 20 мм.

Врезультате сравнения результатов расчетаИустановлено:

-при испытании образцов по схеме 3 можно получить наиболее стабильные данные, при этом разрушениеДрасколом для рассмотренных случаев более вероятно;

-характер разрушения образцов по схеме 2 соответствует данным, получаемым по схеме 3, и цилиндрическихА образцов по схеме 1;

-разрушение расколом призматических образцов по схеме 1, как и предполагалось ранее, маловероятноб;

-характер разрушения зависит от размеров и степени армирования образцов. и

Представляется, что метод компьютерного моделирования образцов, предназначенныхС для сложных экспериментов, может быть действенным средством прогнозирования характера трещинообразо-

вания и разрушения. Контрольные вопросы

1.Элементы железобетонных конструкций и условия их взаимодействия.

2.Факторы, влияющие на анкеровку.

3.Расчетные модели анкеровки.

4.Особенности модели системы «арматура + контактный слой + бетонная оболочка».

5.Эффективность моделирования анкеровки.

139

Лекция 24. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СТАЛЬНЫХ ФЕРМ

СЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ РЕБРИСТЫМ НАСТИЛОМ4

24.1.Обоснование исследования

Кнастоящему времени возведено много производственных зданий с покрытиями, основными несущими элементами которых являются стальные фермы и настил из железобетонных ребристых плит. Надёжность таких покрытий подтверждается длительной безаварийной эксплуатацией зданий и наличием резервов с неопределённой

обеспеченностью. В результате исследований и совершенствования методов расчёта конструктивных систем этаИнеопределённость постепенно устраняется. В частности, путём применения вероятностных моделей удалось подтвердить высокуюДнадёжность сборных железобетонных настилов при значительном увеличении расчётных значе-

ний снеговой нагрузки на территории Российской Федерации с 1.07.2003 г. В то же время расчётыАстальных ферм с применением традиционных расчётных схем показывают, что при увеличении расчётных усилий возникаютбпроблемы, связанные, в частности, с устойчивостью сжатых поясов и необходимостью их усиления. Эти проблемы приходитсяирешать при реконструкции или капитальном ремонте зданий.

Кроме этогоС, согласно статье 42 Федерального закона № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» при реконструкции или капитальном ремонте зданий требуется учитывать повышение уровня ответственности некоторых производственных объектов. Это приводит к дополнительному увеличению расчётных усилий в элементах ферм, которые применены, в частности, в покрытиях зданий тепловых электростанций мощностью 150 мегаватт и выше. В соответствии со статьёй 48.1 Градостроительного кодекса Российской Федерации, такие здания отнесены к особо опасным и

технически сложным объектам и поэтому коэффициент надёжности γn по ответственности должен быть не ниже 1,1. По стандарту организации СТО 36554501-014-2008 минимальное значение коэффициента ещё больше − γn = 1,2.

4 Исследование выполнено с участием М.П. Украинцева [17].

140

24.2.Результаты обследований

ипостановка задачи исследования

Для примера приведём результаты обследования здания ТЭЦ, эксплуатируемого более 50 лет во 2-м снеговом районе (после 2003 г. 3-й район). В покрытии здания с продольными фонарями применены стальные фермы пролётом 39,2 м и сборный железобетонный настил из ребристых плит. Плиты шириной 1,5 м соединены с фермами монтажной сваркой, швы между плитами замоноличены мелкозернистым бетоном (рис. 24.1). Верхний пояс ферм выполнен из спаренных угол-

ков 150×15, 150×12 и 125×80×8 (Ry = 240 МПа).

коррозии арматуры от влажностных воздействий, возникавших при протечках кровли нарушен й системы водоотвода. Повреждения элементов ферм не отмечал сь.

го пояса фермыС. Учитывали также несколько вариантов загружения снеговой нагрузкой.

Расчёт фермы выполнен по программному комплексу «ЛИРА». Собственный вес элементов фермы учтён расчётной программой.

Врезультате расчёта получены максимальные расчётные усилия

вэлементах верхнего сжатого пояса с разными сечениями: N = 1696 кН (элементы 16 – 21 и 47 – 52); 1446 кН (элементы 12 – 15 и 43 – 46) и 487 кН (элементы 6 – 8 и 37 – 39) (усилия от снеговой нагрузки соответственно Ns = 566 кН; 497 кН и 172 кН). При коэффициенте усло-

вия работы γс = 0,95 в элементах из спаренного уголка 150×15 с площадью сечения A = 2 43,08 = 86,16 см2 при гибкости λ = 150/4,6 =

141

= 32,6, коэффициенте продольного изгиба ϕ = 0,921 и коэффициенте надёжности γn = 1,1 получены расчётные напряжения σ = 270 МПа> Ry. В элементах из спаренного уголка 150×12 с площадью сечения A = 2 34,89 = 69,78 см2 расчётные напряжения σ = 2840 МПа > Ry. В

σ = 254 МПа> Ry.

Таким образом, напряжения во всех элементах сжатого пояса превышают расчётное сопротивление стали на 4 – 16 % и поэтому требуется усиление ферм.

Прогиб фермы при нормативной длительно действующей на-

грузке, определённый в упругой стадии деформирования, не превы-

шает допустимого значения и составляет 0,099 м. Однако при учёте

При расчётном значении снеговой нагрузкиИи коэффициенте на-

дёжности γn = 0,95, принятых в нормах до 2003 г. (усилия от снеговой нагрузки соответственнобNs = 308 кН; 271 кН и 9,4 кН и суммарные усилия N = 1438 кН; 1220 кН и 409 кН), усиление ферм не требуется,

так как σ = 181 МПаи< Ry; σ = 189 МПа < Ry; σ = 165 МПа < Ry и обеспечивается резерв прочности (устойчивости) верхнего пояса более

23 %.

УвеличениеСрасчётных значений снеговой нагрузки и повышение нормативных требований к безопасности зданий заставляют искать обоснованного объяснения фактов безаварийной эксплуатации покрытий из стальных ферм и ребристых настилов. Определённая подсказка для поиска скрытых резервов содержится в требованиях закона № 384-ФЗ к расчетным моделям (в том числе расчетным схемам, основным предпосылкам расчета) конструкций, которые должны отражать действительные условия работы здания или сооружения, отвечающие рассматриваемой расчетной ситуации. Особое внимание при этом уделяется пространственной работе конструкций и взаимодействию элементов конструктивных систем.

На основании этого поставлена задача исследования взаимодействия сборного ребристого настила со стальными фермами в пространственной системе покрытия и перераспределения усилий в элементах. Ранее подобные задачи решали применительно к покрытиям

142