6.3. Исследования наружных фрагментов

Формула (6.6) исходит из предпосылки разрушения плиты при образовании наклонных трещин во внутренних фрагментах. Несущая способность наружных фрагментов остаётся недоиспользованной тем больше, чем толще крайние рёбра.

Для полного использования наружных рёбер введём коэффициент, учитывающий геометрическую форму сечения наружного фрагмента:

При расчёте по формуле (6.8) несущая способность плиты шириной 1,2 м (k4 = 1) на 77 % превышает значение, определённое по формуле (6.2) (k5н = 0,75 и bн = 3,8 см). Несущая способность плиты шириной 1,5 м на 71 % больше значения, определённого по формуле

плиты. Результаты так х бсследований приведены в работе [10].

СКонтрольные вопросы

1.Факторы, влияющие на напряжённое состояние наклонных сечений круглопустотных плит.

2.Системная модель круглопустотной плиты и её элементы.

3.Условие прочности плиты без поперечного армирования.

4.Напряжённое состояние наружных рёбер плиты.

5.Степень влияния преднапряжения на прочность наклонных сечений.и

34

Лекция 7. КОНСТРУКТИВНАЯ СИСТЕМА СБОРНОГО НАСТИЛА

7.1.Конструктивные особенности железобетонных настилов

Железобетонный настил – это несущая конструктивная система из расположенных в горизонтальной плоскости элементов, взаимосвязанных и взаимодействующих под поперечной нагрузкой. Настил является основной несущей частью (подсистемой) конструктивных систем перекрытий и покрытий зданий и пролетных строений мостов. Подобные системы применяют в стеновых ограждениях зданий и сооружений, в частности, в шпунтовых ограждениях. Целесообразность выделения настилов в систему или подсистему выявилась в результате длительных исследований сборных железобетонных перекрытий и

ны лишь отдельные стороны настиловАкак конструктивной системы или подсистемы перекрыт я. В частности, практически не исследова-

на их надежность, в норматбвной и справочной литературе отсутствуют указания по проект рованию настилов, а результаты отдельных

исследований Сне находятипрактической реализации. В большинстве случаев взаимодействие элементов настила учитывается приближенно, так как механизм взаимодействия и возможности конструктивной системы остаются скрытыми от проектировщиков.

7.2. Принципы системного исследования

Рассмотрим подробнее особенности и методы реализации теоретической модели конструктивных систем при исследовании железобетонных настилов.

Реализация принципа структурности связана, прежде всего, с определением состава и структуры настилов путем анализа способов

35

членения системы на элементы и объединения элементов в единое целое. Существуют различные способы членения настилов на элементы в зависимости от конструктивного решения и технологии изготовления перекрытия (покрытия). Особенно тщательно отработаны способы членения сборных систем, основным элементом которых являются железобетонные изделия в виде плит.

Сборные элементы различают по размерам, форме и конфигурации поперечного сечения, армированию и несущей способности, а также способам соединения между собой и с опорными элементами перекрытий. Основные размеры элементов унифицированы. Наиболее распространены плиты плоские сплошные и многопустотные, а также ребристые типов "П","Т","ТТ" с ребрами вниз или вверх (рис. 7.1).

В отечественной практ ке наиболее распространены пастилы из однородных элементов балочного типа, однако в общем случае возможно применение в одной системе настила элементов с разными размерами и конфигурацией сечений, отличающихся по прочности и жесткости.

Взаимосвязь элементов обеспечивается замоноличиванием швов бетоном или раствором, реже с помощью сварки закладных деталей или выпусков арматуры. Швы между плитами бывают гладкими и шпоночными, армированными (железобетонными) и неармированными (бетонными, растворными).

В целом принцип структурности при исследовании настилов реализуется в построении модели в виде конструктивной схемы с указанием конкретных размеров, нагрузок и способов соединения элементов.

36

Основная функция железобетонного настила – несущая, хотя его физико-технические свойства учитывают и при оценке ограждающей способности перекрытий, в частности, звукоизолирующей. Выполнение несущих функций, или функционирование настила, отождествляют с его работой в форме взаимодействия конструктивных элементов при воздействии внешней среды. Как происходит взаимодействие элементов, как работает настил, какие изменения происходят в нем при этом? Ответы на эти вопросы получают из анализа механизма взаимодействия и совместной работы элементов.

Для уяснения механизма взаимодействия важен анализ несущих функций связей (соединений) основных элементов настила. Например, монолитные бесшпоночные соединения надежно работают толь-

Характер работы настила зависит от деформаций соединений и конструктивных элементов, которые характеризуются механическими

свойствами материалов, уровнем напряженного состояния элементов,

перераспределения усилийб, приАкотором может изменяться не только величина, но и характер усилий взаимодействия.

длительностью действия нагрузки и т.п. Влияние фактора деформа-

тивности требует учета структурных изменений элементов и явления

Поведение элементовинастила в системе определяется, главным образом, опытным путем. Осо ое значение имеют результаты натурных испытанийСнаст лов с змерениями деформаций и перемещений

элементов. Эти данные составляют основу модели функционирования в форме описания механизма взаимодействия со схемами совместной работы элементов и напряженно-деформированного состояния систе-

мы (рис. 7.2).

Особенность работы настила заключается в перераспределении усилий с более нагруженных или менее жестких элементов на менее загруженные или более жёсткие. Работа настилов поддается регулированию путем подбора элементов, материалов и способов соединения. Из-за сложности конструктивной системы настилов выполнить эффективное регулирование без теоретических исследований практически невозможно. Велика также роль теоретических изысканий в виде разработки соответствующих расчетных моделей при исследовании влияния на настилы внешних элементов и среды.

37

Рис. 7.2. Схемы трещин сверху (1) и снизу (2) при разрушении настила, опертого по контуру

Расчетные модели (схемы) настила формируют на основе конструктивных схем и механизма взаимодействия элементов. Наиболее проста и доступна расчетная схема настила в виде плоской системы – пластины с безмоментными связями между элементами (рис. 7.3). Бо-

Рис. 7.3. Пример расчетной схемы сборного настила

Для расчета статически неопределимой системы настила применяют континуальные и дискретные модели. Наиболее точной считается дискретная расчетная модель, реализуемая известными методами строительной механики. Проблемным и определяющим условием расчета является учет перераспределения усилий при неупругих деформациях элементов, особенно связевых. Поэтому совершенствование методов расчета настилов, осуществляемое в основном с целью

38

универсализации, автоматизации и повышения точности, связано с выполнением этого условия.

Сложившиеся основы автоматизированного проектирования позволяют идти на усложнение расчетных схем с целью получения расчетных усилий и перемещений, в максимальной степени приближенных к фактическим. Использование разных методов расчета и расчётных схем позволяет наиболее полно реализовать все системные принципы и системную модель при исследовании железобетонных настилов.

Широко распространенный метод расчета по предельным состояниям дает возможность реализовать в самом упрощенном виде принцип надежности. Однако в основе этого метода лежит поэле-

ментный подход к надежности, требующий тщательного анализа системы отказов элементов. Проблемными являютсяИпредельные состоя-

ния межэлементных связей и взаимовлияние отказов элементов на

надежность системы настила. ТеоретическогоДрешения этих вопросов

пока нет, использование же конструктивных методов обеспечения надежного функционирования, основанных на опыте эксплуатации, представляется неэффективным. Пренебрежение взаимным влиянием элементов настила может привести к повреждениям конструкций и снижению эксплуатационной надежности.

Наиболее приемлемыйбпутьАтеоретической реализации принципа надежности – использованиеи вероятностных методов расчета. Однако при недостаточной нформации об отказах и характеристиках изменчивостиСрасчетных параметров имеют значение также экспериментальные методы.

На начальном этапе внедрения системного подхода привлекательно использование структурных моделей надежности настилов, которые отличаются наглядностью и относительной простотой. Анализ надежности настила с помощью статических структурных моделей представляет собой определенную форму предварительного анализа влияния отказа элементов или подсистем на рабочие характеристики системы. При таком анализе предполагается, что каждый элемент находится в одном из двух состояний – исправном или отказе. Блок-схема структурной модели настила весьма сложная, так как ее нельзя описать с помощью только параллельных или последовательных соединений. В этом случае рассматриваются все взаимоисключающие способы появления отказов в конструктивной системе.

39

На рис. 7.4. показаны варианты отказов элементов в системе настила из трех плит.

Комплексная реализация системных Ипринципов как активных средств достижения цели способствует созданию эффективной систе-

Рис. 7.4. Варианты отказа системы настила при отказе двух элементов

мы настила. Реализация принципаАэффективностиД начинается с подбора состава настила и формированияб его структуры. Эффективность настила особенно зависит от функциональных возможностей связей, обеспечивающих взаимодействиеи рабочих элементов. Если межэлементные соединен я в наст лах выполнять конструктивно, только с целью повышенияСкак х-л бо строительных качеств перекрытий (например, звукоизоляц ), то, как несущая система, настил не может рассматриваться. Очевидно, что такой подход неэффективен из-за недостаточного использования резервов системы, которые подтверждаются опытами и расчетами.

В целом эффективность настила оценивают по критериям пригодности, оптимальности и адаптивности. Критерий пригодности используют, например, при выборе решения под заданную нагрузку; настил будет тем эффективней, чем большую нагрузку он сможет воспринять по сравнению с совокупностью плит, не работающих совместно. Критерий реализуется в форме технико-экономической оценки при сравнении вариантов. Критерий оптимальности – проблемный критерий эффективности настилов, мало изученный и наиболее сложный. Критерий адаптивности привлекается при оценке возможности

40