Методическое пособие 809

ISSN 2541-7592

НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

№ 2 (62)

Июнь, 2021

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ, ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

ТЕХНОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ

ИТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ

СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА

ТЕОРИЯ И ИСТОРИЯ АРХИТЕКТУРЫ, РЕСТАВРАЦИЯ

ИРЕКОНСТРУКЦИЯ ИСТОРИКО-АРХИТЕКТУРНОГО НАСЛЕДИЯ

АРХИТЕКТУРА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ.

ТВОРЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ АРХИТЕКТУРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО, ПЛАНИРОВКА СЕЛЬСКИХ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ

Воронеж

СОДЕРЖАНИЕ

7

Научный журнал строительства и архитектуры

CONTENTS

8

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

DOI 10.36622/VSTU.2021.62.2.001

УДК 624.012.45

РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ СЛОЖНОНАПРЯЖЕННОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ЭЛЕМЕНТА КОРОБЧАТОГО СЕЧЕНИЯ ПРИ КРУЧЕНИИ С ИЗГИБОМ

Н. И. Карпенко 1, Вл. И. Колчунов 2, В. И. Травуш 3

Научно-исследовательский институт строительной физики (НИИСФ) 1, 2, 3 Россия, г. Москва

Юго-Западный государственный университет (ЮЗГУ) 2 Россия, г. Курск

1Д-р техн. наук, проф., зав. лаб., академик РААСН, e-mail: niisf_lab9@mail.ru

2Д-р техн. наук, проф., проф. кафедры уникальных зданий и сооружений, гл. науч. сотрудник,

академик РААСН, e-mail: vlik52@mail.ru

3Д-р техн. наук, проф., гл. науч. сотрудник, академик РААСН, e-mail: travush@mail.ru

Постановка задачи. На основе анализа отечественных и зарубежных научных публикаций и нормативных документов установлено, что известные деформационные модели для расчета сложнонапряженных железобетонных элементов при кручении с изгибом носят достаточно условный характер. В связи с этим в статье рассматривается решение задачи создания расчетной модели железобетонного элемента при кручении с изгибом в стадии после образования трещин, наиболее полно учитывающей специфику трещинообразования, деформирования и разрушения таких элементов. Рассмотрен случай, когда из возможных внешних воздействий наибольшее влияние на на- пряженно-деформированное состояние оказывает действие крутящего и изгибающего моментов.

Результаты. На основе уравнений статики и физических соотношений железобетона определены расчетные параметры, такие как напряжения в бетоне сжатой зоны, высота сжатого бетона, напряжения в хомутах, деформации в бетоне и арматуре, кривизна и угол закручивания железобетонного элемента.

Выводы. Полученные аналитические зависимости апробированы численным расчетом железобетонного обвязочного ригеля наружного контура жилого здания коробчатого сечения из высокопрочного бетона. Предложенная деформационная модель может быть использована при проектировании широкого класса железобетонных конструкций, работающих на изгиб с кручением.

Ключевые слова: железобетон, расчетная модель, деформирование, сложное сопротивление, кручение с изгибом, трещины.

Введение. Несмотря на относительно широкое распространение в практике проектирования и строительства железобетонных конструкций, испытывающих сложное напряженное состояние — кручение с изгибом, методы расчета прочности таких конструкций, рассматриваемые в научных публикациях (например, [1, 9, 16, 17 и др.]) и используемые в нормативных документах разных стран, остаются недостаточно строгими. Так, в нормах стран ЕС до настоящего времени используются устаревшие модели ферменной аналогии.

© Карпенко Н. И., Колчунов Вл. И., Травуш В. И., 2021

9

Научный журнал строительства и архитектуры

Вотечественных нормативных документах и нормах стран СНГ традиционно используется метод сечений, который применительно к рассматриваемому сложному напряженному состоянию является весьма условным. Кроме того, в представленных выше работах рассматривается в основном решение задач прочности при изгибе с кручением. Модель расчета углов закручивания и кривизн в железобетонных элементах при изгибе с кручением (деформационная модель) была предложена в работах [4—6]. При этом использовался подход с выделением расчетного контура поперечного сечения, который пересекается спиральной трещиной или ее частью. Более общая модель механики железобетона с трещинами при объемном напряженном состоянии была приведена в фундаментальной монографии [8]. В настоящее время в исследованиях сложного сопротивления железобетонных конструкций все шире применяются конечно-элементные модели. Они позволяют получить приемлемые решения при расчете в линейно упругой постановке, а также в нелинейной постановке при использовании приведенных физико-механических и жесткостных характеристик. В то же время, как показывают экспериментальные [2, 3, 12—14, 19] и численные исследования [9, 10, 18], требуется физическое моделирование самого процесса трещинообразования на основе общей методологии решения проблемы жесткости, трещиностойкости и прочности железобетона [11, 18], и развитие самой расчетной схемы путем учета ряда новых эффектов деформирования. Этим определяется актуальность проведенного исследования.

Целью рассматриваемой работы является построение компактной и в то же время более общей расчетной модели сложнонапряженного железобетонного элемента коробчатого сечения, испытывающего совместное действие изгибающих М и крутящих Т моментов в стадии после образования пространственных трещин, с учетом формы поперечного сечения, пространственного характера трещин, напряженного состояния в продольных и поперечных стержнях, а также в бетоне сжатой зоны.

1. Расчетная модель сложнонапряженного железобетонного момента. Для построе-

ния расчетной модели используется подход [6, 7] с выделением расчетного контура наиболее напряженного пространственного поперечного сечения.

Поперечное сечение коробчатого элемента сечением h×b армировано двумя стержнями

продольной арматуры в растянутой зоне общей площадью 2Fs и в сжатой зоне общей площадью 2Fs'. Расстояние между стержнями h1 и b1 (рис. 1б). Поперечную арматуру окаймляют замкнутые хомуты с площадью стержней Fsw и шагом Usw0, h1 и b1 — размеры хомутов.

Врасчетной модели хомуты переносятся на уровень продольной арматуры (рис. 1б) с уменьшенным шагом Usw, где

Приведенная погонная площадь хомутов составит

где a' — расстояние от верхней поверхности сечения до центра тяжести арматуры сжатой зоны. При этом высота сечения принимается равной h1.

Во втором случае XT > 2a', при этом высота принимается равной Z1. Рассмотрим более общий второй случай.

10