В статье рассмотрено напряженно-деформированное состояние монолитной плиты перекрытия с пустотообразователями типа S-260 по системе Cobiax. Разработано несколько различных по трудоемкости создания моделей плиты перекрытия для сравнения результатов расчета. Произведено сравнение результатов с имеющейся теорией расчета монолитных плит перекрытия с неизвлекаемыми вкладышами-пустотообразователями.

Ключевые слова: монолитная плита перекрытия, неизвлекаемые вкладыши-пустотообразователи, система Cobiax, пространственная расчетная модель, метод конечных элементов.

В последние годы за рубежом активно развивалась технология Cobiax [4], которая позволяет облегчить плиту перекрытия с помощью внедрения в железобетонный массив арматурных модулей с пустотообразователями эллипсоидной или шаровидной формы из переработанного пластика. Но в нашей стране такая технология только начинает применяться — проводятся исследования по практическому применению изделий в железобетонных плитах, разрабатывается нормативная документация.

В связи с этим, целью данного исследования является анализ напряженно-деформированного состояния плиты перекрытия с пустотообразователями по системе Cobiax.

Рассмотрим плиту перекрытия с геометрическими размерами в плане 9,1х9,1 м с высотой 400 мм, по контуру плита оперта на стены и в центре на колонну, в качестве пустотообразователей взяты модули типа S-260, с шагом 350 мм.

При помощи программного комплекса SCAD смоделированы и рассчитаны четыре различные схемы рассматриваемой плиты перекрытия для сравнения результатов расчета:

1. Плита перекрытия с наличием пустот, образованная объемными конечными элементами (рис. 1);
2. Плита перекрытия с наличием пустот, образованная пластинчатыми и стержневыми элементами с приведенным эквивалентным сечением (рис. 2);
3. Плита перекрытия без пустот, образованная пластинчатыми конечными элементами с приведенной высотой сечения (объем пустот «размазан» в объеме тела железобетонной плиты) (h=343 мм);
4. Плита перекрытия без пустот, образованная пластинчатыми конечными элементами с фактической высотой сечения. Данную модель рекомендует использовать методика расчета пустотных плит перекрытия с неизвлекаемыми вкладышами-пустотообразователями.

В соответствии с пунктом № 6.2.6 СП 52–103–2007 [6] для более точной оценки распределения усилий в элементах конструктивной системы на первой стадии расчета принимаем приближенные значения нелинейных жесткостей с учетом условных понижающих коэффициентов. Для горизонтальных несущих элементов принимается понижающий коэффициент равный 0,3.

Рис. 1. Плита перекрытия, образованная объемными конечными элементами. а — участок с пустотообразователем типа S-260, б — фрагмент расчетной модели

Рис. 2. Плита перекрытия, образованная пластинчатыми и стержневыми конечными элементами. а — эквивалентное сечение участка с пустотообразователем типа S-260, б — фрагмент расчетной модели

При анализе напряженно-деформированного состояния выяснилось, что каждая смоделированная схема плиты перекрытия дают одинаковый характер результатов: верхние приопорные зоны испытывают растяжение, нижние — сжатие; в середине пролета верхние зоны плит испытывают сжатие, нижние — растяжение; максимальные прогибы образуются в серединной части пролета.

Сравнение напряженного состояния в схемах производилось в нескольких локациях, а именно: места крепления плиты перекрытия к стене и к колонне, места фактического или предполагаемого изменения сечения со стороны опирания на стену и колонну, серединная часть пролета.

За эталонную схему для сравнения напряжений принималась схема плиты, образованная объемными элементами. Получившиеся отклонения в напряжениях сведены в диаграмму, представленную на рис. 3.

Рис. 3. Диаграмма. Отклонения в расчетных схемах плиты

Тип пустотообразователя S-260.

По результатам расчета плиты перекрытия выстой 400 мм с пустотообразователем типа S-260, видно, что к напряженному состоянию схемы плиты с пустотами, образованной объемными конечными элементами, наиболее из всех приближена схема, по которой рекомендуется рассчитывать такие плиты — схема, образованная пластинчатыми элементами с фактической высотой сечения плиты. Наиболее приближенное деформированное состояние плиты по сравнению с другими схемами дает плита перекрытия, образованная пластинчатыми и стержневыми конечными элементами с приведенным эквивалентным сечением.

В заключение отметим, что несмотря на отсутствие массы объема бетона, которое вытесняется пустотообразователем, напряжения в схеме, образованной объемными конечными элементами и в рекомендуемой методикой расчета таких плит перекрытия модели сохраняются. Это говорит о том, что армирование плит перекрытия с пустотообразователями по системе Cobiax можно считать по более упрощенной модели, так как при неизменном напряженном состоянии сохранится подбор армирования плиты, и наличие пустотообразователей сэкономят бетон и уменьшат прогиб плиты.

Литература:

1. Байков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: учебник для вузов / В. Н. Байков, Э. Е. Сигалов. — 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1991. — 767 с.

2. СП 430.1325800.2018 Монолитные конструктивные системы. Правила проектирования — Введ. 2019–06–26. — ОАО «НИЦ «Строительство», 2019. — 44 с.

3. Климов С. В., Проектирование и расчет железобетонных многопустотных плит перекрытий: учеб.-метод. пособие / С. В. Климов, Т. В. Юрина, С. Л. Бугаев. — Пермь: изд-во Пермс. гос. техн. ун-та, 2008. — 79 с.

4. Cobiax Technologies AG. Электронный ресурс. — Режим доступа: https://www.cobiax.com/.

5. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52–01–2003. — Введ. 2019–06–20. — М.: ОАО «НИЦ «Строительство», 2019. — 152 с.

6. СП 52–103–2007. Свод Правил по проектированию и строительству. Железобетонные и монолитные конструкции зданий. — Введ. 2007.07.15. — М.: ОАО «НИЦ «Строительство», 2007 г. — 23 с.