Preview

Вестник НИЦ «Строительство»

Расширенный поиск

Оценка надежности метода расчета прочности наклонных сечений железобетонных элементов с различной формой поперечного сечения

https://doi.org/10.37538/2224-9494-2022-2(33)-139-149

Полный текст:

Аннотация

Введение. В действующих нормах по проектированию бетонных и железобетонных конструкций отсутствуют методы расчета прочности наклонных сечений изгибаемых элементов на действие поперечных сил при различной форме поперечного сечения. Это вынуждает проектировщиков при выполнении расчетов таких элементов прибегать к упрощениям, что в ряде случаев может привести к перерасходу поперечной арматуры или недооценке прочности.

Целью исследования, результаты которого приведены в статье, является проверка надежности новой методики расчета прочности наклонных сечений изгибаемых железобетонных конструкций с формой поперечного сечения, отличной от прямоугольной.

Материалы и методы. Оценка надежности новой методики расчета наклонных сечений с различной формой поперечного сечения выполнена путем сравнения расчетных и опытных значений поперечной силы, воспринимаемой наклонным сечением железобетонных элементов с различной формой поперечного сечения. Были рассмотрены опытные образцы с кольцевой, круглой, тавровой с полкой в растянутой или в сжатой зоне формой поперечного сечения, а также опытные образцы с квадратной формой поперечного сечения, испытанные на косой изгиб. Оценка надежности выполнена общепринятыми методами статистического анализа.

Результаты. Получены распределения отношения опытной разрушающей поперечной силы опытных образцов различного сечения и ее расчетных значений, которые близки к нормальным. По результатам оценки надежности установлено, что предложенная методика расчета по прочности наклонных сечений элементов с различными формами поперечного сечения по показателям точности и надежности сопоставима с принятой в СП 63.13330.2018 методикой расчета элементов прямоугольного сечения.

Выводы. Предложенная методика расчета по прочности наклонных сечений элементов с различными формами поперечного сечения по показателям точности и надежности сопоставима с принятой в СП 63.13330.2018 методикой расчета элементов прямоугольного сечения. 

Для цитирования:


Мухамедиев Т.А., Зенин С.А., Жарких А.С. Оценка надежности метода расчета прочности наклонных сечений железобетонных элементов с различной формой поперечного сечения. Вестник НИЦ «Строительство». 2022;33(2):139-149. https://doi.org/10.37538/2224-9494-2022-2(33)-139-149

For citation:


Mukhamediev T.A., Zenin S.A., Zharkikh A.S. The reliability assessment of the method for calculating the strength of oblique sections in reinforced concrete elements with various cross-sectional shape. Bulletin of Science and Research Center of Construction. 2022;33(2):139-149. (In Russ.) https://doi.org/10.37538/2224-9494-2022-2(33)-139-149

Введение

В СП 63.13330.2018 [7] представлены указания по расчету изгибаемых элементов по прочности, при этом методика расчета на действие изгибающих моментов охватывает элементы с произвольной формой сечения, а методика расчета на действие поперечных сил ограничена элементами только прямоугольной формы сечения. В связи с этим при проектировании конструкций с формой поперечного сечения, отличной от прямоугольной, пользователи свода правил при расчете прочности их наклонных сечений вынуждены прибегать к определенным упрощениям и условностям. Это приводит к перерасходу поперечной арматуры или ошибочной оценке прочности наклонного сечения в целом, что влияет на общую надежность принимаемых конструктивных решений.

Цель

Целью исследования, результаты которого приведены в статье, является проверка надежности ранее разработанной методики расчета прочности наклонных сечений изгибаемых железобетонных конструкций с учетом формы поперечного сечения.

Материалы и методы

Оценку надежности методики расчета выполняли по результатам сравнения расчетных и опытных значений поперечной силы, воспринимаемой наклонным сечением железобетонных элементов с различной формой поперечного сечения. Были рассмотрены результаты испытаний опытных образцов с круглой формой сечения (опыты Uffe G. Jensen [1]), кольцевой формой сечения (опыты В. Н. Шиванова, В. К. Ягодина [2]), таврового сечения с полкой в растянутой и сжатой зоне (опыты Ю. Л. Изотова [3], Б. М. Свердлова [4] и R. Thamrin [5]), а также опытных образцов с квадратной формой поперечного сечения, испытанных на косой изгиб под углом 45° и 22,5° (опыты R Thamrin [6]). Схемы армирования опытных образцов приведены на рис. 1.

Согласно СП 63.13330.2018 [7] поперечную силу, воспринимаемую наклонным сечением элемента, вычисляли по формуле

≤ Qb + Qsw,(1)

в которой усилие Qsw, воспринимаемое поперечной арматурой по длине наклонной трещины, определяли по указаниям [7], а усилие Qb, воспринимаемое бетоном, вычисляли по формуле, учитывающей форму поперечного сечения элемента

 ,(2)

принимая при этом

 , (3)

где

h0 = h – a;(4)

Rbt – расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;

A0 – площадь поперечного сечения элемента, вычисляемая без учета площади сечения защитного слоя бетона, а для элементов таврового и двутаврового сечения – и с ограничениями расчетной ширины полок;

As,red– приведенная площадь сечения продольной арматуры в растянутой зоне сечения элемента, которую в расчетах принимают не более 0,5A0;

С – наиболее опасная длина проекции наклонного сечения на продольную ось элемента, определяемая по указаниям СП 63.13330.2018 [7].

Для круглых и кольцевых сечений в формулу (2) вместо h0 подставляют d0 = 2 × r0.

Приведенную площадь сечения продольной арматуры в растянутой зоне сечения элемента определяли по формуле

, (5)

в которой ɛbt2 = 0,00015.

При расположении стержней продольной арматуры в растянутой зоне равномерно по высоте сечения элемента в расчете учитывают только стержни арматуры, расположенные у растянутой грани сечения.

Для опытных образцов [1] круглого сечения радиусом r (рис. 2, а) значение A0 принимали равным

 .(6)

Для опытных образцов [2] кольцевого сечения радиусом R и внутренним радиусом r (рис. 2, б) значение A0 принимали равным

 . (7)

Для опытных образцов [3] таврового сечения с полкой в сжатой зоне (рис. 2, в, д) значение A0 принимали равным

. (8)

Для опытных образцов [4] таврового сечения с полкой в растянутой зоне (рис. 2, г) значение A0 принимали равным

. (9)

Для косо изгибаемых под углом 45° опытных образцов [6] квадратного сечения (рис. 2, д)

. (10)

Для косо изгибаемых под углом 22,5° опытных образцов [6] квадратного сечения (рис. 2, е)

. (11)

Результаты

Оценку надежности производили общепринятыми методами статистического анализа. Оценки выполняли по соотношениям опытной разрушающей поперечной силы опытных образцов различного сечения и ее расчетных значений, вычисленных по новой методике с учетом и без учета продольной арматуры.

При расчете прочности наклонных сечений число учитываемых в расчетах стержней продольной арматуры в растянутой зоне сечения принимали равным для опытных образцов с поперечным сечением: круглой формы по опытам G. Jensen [1] – 6–9 стержней; кольцевой по опытам В. Н. Шиванова, В. К. Ягодина [2] – 2 стержня при общем их числе 5, и 5 стержней при общем их числе 17; тавровой по опытам Б. М. Свердлова, Ю. Л. Изотова, R. Thamrin [3][4][5] – все расположенные у растянутой грани стержни. Для косо изгибаемых опытных образцов квадратного сечения по опытам R. Thamrin [6] число учитываемых стержней продольной арматуры в растянутой зоне сечения принимали равным трем.

Расчет опытных образцов выполняли по двум вариантам: без учета работы продольной арматуры в растянутой зоне сечения и с учетом ее работы.

Сопоставление опытных значений разрушающей поперечной силы с расчетными, вычисленными без учета и с учетом продольной арматуры в растянутой зоне сечения опытных образцов, показаны на рис. 3.

По результатам расчетов без учета продольной арматуры в растянутой зоне сечения среднее значение Qрасч Qопыт составило 0,85 при стандартном отклонении 0,237, а по результатам расчетов с учетом продольной арматуры – 1,01 при стандартном отклонении 0,219 (см. рис. 4, 5).

Рис. 1. Схемы армирования опытных образцов с различной формой поперечного сечения:
а – опыты Uffe G. Jensen [1]; б – опыты В. Н. Шиванова, В. К. Ягодина [2]; в – опыты Ю. Л. Изотова [3]; г – опыты Б. М. Свердлова [4]; д – опыты R. Thamrin [5]; е – опыты R. Thamrin [6]

*all dimensions are in mm

Fig. 1. Reinforcement schemes for test samples with various cross-sectional shape:
а – Uffe G. Jensen experiments [1]; б – V. N. Shivanov and V. K. Yagodin experiments [2]; в – Yu. L. Izotov experiments [3]; г – B. M. Sverdlov experiments [4]; д – R. Thamrin experiments [5]; е – R. Thamrin experiments [6]

Рис. 2. Расчетная площадь поперечного сечения А0 опытных образцов с различной формой поперечного сечения

Fig. 2. Calculated cross-sectional area of test samples with various cross-sectional shape

Рис. 3. Отношение опытной разрушающей поперечной силы опытных образцов различного сечения и ее расчетных значений, вычисленных с учетом (а) и без учета (б) продольной арматуры
в растянутой зоне сечения

Fig. 3. Ratio of the experimental destructive shear force for test samples of various cross-section and its values calculated taking into account (а) and without taking into account (б) the longitudinal reinforcement
in the stretched zone of the cross-section

Рис. 4. Распределение отношения опытной разрушающей поперечной силы опытных образцов различного сечения и ее расчетных значений, вычисленных без учета продольной арматуры в растянутой зоне сечения

Fig. 4. Distribution of the ratio of the experimental destructive shear force for test samples of various cross-section and its values calculated without accounting the longitudinal reinforcement in the stretched zone of the cross-section

Рис. 5. Распределение отношения опытной разрушающей поперечной силы опытных образцов различного сечения и ее расчетных значений, вычисленных с учетом продольной арматуры в растянутой зоне сечения

Fig. 5. Distribution of the ratio of the experimental destructive shear force for test samples of various cross-section and its values calculated taking into account the longitudinal reinforcement in the stretched zone of the cross-section

Вывод

Предложенная методика расчета по прочности наклонных сечений элементов с различными формами поперечного сечения как с учетом, так и без учета продольной арматуры в растянутой зоне сечения по показателям точности и надежности сопоставима с принятой в СП 63.13330.2018 [7] методикой расчета элементов прямоугольного сечения и может быть использована для практических расчетов.

Список литературы

1. Uffe G. Jensen, Linh C. Hoang, Henrik B. Joergensen, Lars S. Fabrin. Shear strength of heavily reinforced concrete members with circular cross section. Engineering Structures. 2010;32(3):617–626. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2009.11.008

2. Шиванов В.Н., Ягодин В.К. Определение поперечной силы Qb в изгибаемых железобетонных элементах кольцевого сечения. Бетон и железобетон. 1968(1):37–38.

3. Изотов Ю.Л. Прочность железобетонных балок. Киев: Будiвельник; 1978.

4. Свердлов Б.М. Совершенствование методов расчета прочности ригелей каркасных зданий [диссертация]. Москва; 1989.

5. Thamrin R., Tanjung J., Aryanti R., Nur O.F., Devinus A. Shear strength of reinforced concrete T-beams without stirrups. Journal of Engineering Science and technology. 2016;11(4):548–562.

6. Thamrin R., Haris S., Dedi E., Dalmantias E. (2020). Shear Capacity of Reinforced Concrete Beams with Square Cross Section Subjected to Biaxial Bending. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;713(1):012029. https://doi.org/10.1088/1757-899X/713/1/012029

7. СП 63.13330.2018 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. Москва: Стандартинформ; 2019.


Об авторах

Т. А. Мухамедиев
Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (НИИЖБ) им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство»
Россия

Тахир Абдурахманович Мухамедиев, д-р техн. наук, главный научный сотрудник лаборатории теории железобетона и конструктивных систем,

2-я Институтская ул., д. 6, к. 5, г. Москва, 109428



С. А. Зенин
Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (НИИЖБ) им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство»
Россия

Сергей Алексеевич Зенин , канд. техн. наук, заведующий лабораторией железобетонных конструкций и конструктивных систем,

2-я Институтская ул., д. 6, к. 5, г. Москва, 109428



А. С. Жарких
Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (НИИЖБ) им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство»
Россия

Анастасия Сергеевна Жарких, инженер лаборатории железобетонных конструкций и конструктивных систем,

2-я Институтская ул., д. 6, к. 5, г. Москва, 109428



Дополнительные файлы

Рецензия

Для цитирования:


Мухамедиев Т.А., Зенин С.А., Жарких А.С. Оценка надежности метода расчета прочности наклонных сечений железобетонных элементов с различной формой поперечного сечения. Вестник НИЦ «Строительство». 2022;33(2):139-149. https://doi.org/10.37538/2224-9494-2022-2(33)-139-149

For citation:


Mukhamediev T.A., Zenin S.A., Zharkikh A.S. The reliability assessment of the method for calculating the strength of oblique sections in reinforced concrete elements with various cross-sectional shape. Bulletin of Science and Research Center of Construction. 2022;33(2):139-149. (In Russ.) https://doi.org/10.37538/2224-9494-2022-2(33)-139-149

Просмотров: 82


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2224-9494 (Print)
ISSN 2782-3938 (Online)