Поиск эффективных расчетных моделей ребристых железобетонных плит и перекрытий

В практике проектирования встречаются довольно сложные по конфигурации и форме монолитные конструкции и их элементы. При расчете таких конструкций актуальными оказываются вопросы их корректного моделирования в расчетной схеме [1] – с использованием средств, предоставляемых универсальными расчетными программами [2]. В частности, это касается моделирования таких, казалось бы, простых конструкций, как ребристые перекрытия, сборные ребристые плиты и плиты типа 2Т, которые могут входить в состав того или иного сооружения или отдельной конструкции.

Ребристое перекрытие (рис. 1) состоит из плиты (балочной или опертой по контуру), второстепенных и главных балок. Все элементы перекрытия монолитно связаны между собой и представляют единое целое. Сущность конструкции монолитного ребристого перекрытия сводится к тому, что в целях экономии бетон изъят из растянутой зоны сечения. Сохранены лишь ребра, в которых сконцентрирована растянутая арматура и которые обеспечивают прочность элемента по наклонным сечениям.

Рис. 1. Фрагмент ребристого перекрытия

Монолитное ребристое перекрытие конструктивно выполнено таким образом, что его верхняя поверхность является гладкой (балки не выступают из перекрытия). При расчете подобных конструкций с помощью современных вычислительных комплексов, которые базируются на методе конечных элементов (например, SCAD [2]), приходится оперировать такими общими моделями конструкций и их элементов, как стержень, плита, оболочка. Естественно, возникает вопрос, как разместить стержневой элемент по отношению к плитному: центрируя его по нейтральной линии плиты или смещая с определенным эксцентриситетом? Речь идет о том, как представить в расчетной схеме продольные и поперечные ребра и какая из расчетных схем будет наилучшим образом отражать действительную работу конструкции под действием нагрузки. По результатам расчетов какой из схем подобранная арматура будет наиболее рациональной?

Прежде всего необходимо заметить, что главный нормативный документ СНиП, касающийся железобетона [3], стыдливо умалчивает о существовании плит: указания по их расчету можно найти лишь в разнообразных рекомендациях и методиках [4], которым, наряду с достоинствами, присущи и определенные недостатки.

Автором этих строк проведен численный эксперимент, в котором было рассмотрено несколько расчетных схем с разным моделированием взаимного расположения ребра и плиты. При этом выполнено сравнение результатов расчета по выбранным схемам с результатами расчета по обычной для многих инженеров традиционной методике, которая приведена в пособии «Проектирование железобетонных конструкций» [5].

Для более полного понимания результатов эксперимента, их корректной трактовки и сравнения рассмотрим три ключевых момента, без уточнения которых невозможно в полной мере оценить полученные данные.