Влияние коэффициента поперечного армирования

Исследование влияние количества поперечного армирования арматуры усиления (коэффициента поперечного армирования) на несущую способность при продавливании выполнялось на 9 КЭ моделях, моделирующих сопряжение плиты с промежуточной колонной. Все основные влияющие параметры на работу плит при продавливании – прочность бетона, геометрические размеры, продольное армирование плиты и т.д., за исключением количества поперечного армирования, сохранялись постоянными. Параметры моделей приведены в табл. 3.2.

В диссертации под коэффициентом поперечного армирования (m _sw) принимается отношение площади поперечной арматуры (А_sw), попадающей в пирамиду продавливания, к площади бетона расчётного поперечного сечения (A_b). При этом размер пирамиды и угол наклона ее боковых граней принимались в соответствии с действующим нормами СП 63.13330.2012.

Изменение количества поперечного армирования достигалось изменением площади арматуры усиления при сохранении геометрических параметров расположения стержней и предела текучести поперечной арматуры. Процент поперечного армирования (m _sw) варьировался в диапазоне от 0 до 0,87%.

Общий вид КЭ модели показан на рисунке 3.1. Для сокращения времени расчёта моделей использовался принцип симметрии, т.е. моделировалась четверть узла.

Результатами расчёта являлись: прогиб в середине плиты, напряжения в поперечной и продольной арматуре, характер трещинообразования и разрушающая нагрузка образцов.

Рисунок 3.1. Общий вид КЭ модели

Расположение поперечного армирование принималось в форме креста. Шаг поперечных стержней составлял s = 50 мм (0,43· h ₀).

Вклад бетона F_b в общую несущую способность на продавливание F_ult принимался равным прочности эталонного образца, без поперечной арматуры.

Вклад поперечной арматуры F_sw в несущую способность принимался равным разнице продавливающей силы модели с поперечной арматурой и эталонного образца.

Величины разрушающих нагрузок для численных моделей в зависимости от коэффициента поперечного армирования приведены в таблице 3.3, а графики прогибов образцов приведены на рисунке 3.2.

 

Таблица 3.3

Результаты расчёта

Образцы	m sw, %	Fb, кН	Fsw, кН	Fult, кН	Fult / Fb
М0	0	318	-	318	1,00
М2	0,04	318	71	389	1,22
МЗ	0,08	318	117	435	1,37
М4	0,14	318	128	446	1,40
М5	0,22	318	167	485	1,53
Мб	0,31	318	226	544	1,71
М7	0,43	318	259	577	1,81
М8	0,56	318	267	585	1,84
М10	0,87	318	282	600	1,89

 

Рисунок 3.2. Прогибы численных моделей

Рисунок 3.3. Вклад поперечной арматуры в общую несущую способность на продавливание в зависимости от коэффициента поперечного армирования

Из таблицы 3.3 следует, что с ростом процента поперечного армирования несущая способность возрастает, при этом, как следует из графика на рисунке 3.2 значительно возрастают и деформации образцов в предельной стадии до 2,6 раза. Зависимость вклада поперечной арматуры в несущую способность плит от коэффициента поперечного армирования приведена на рисунке 3.3.

Из графика видно, что с увеличением коэффициента поперечного армирования повышается вклад поперечной арматуры в общую несущую способность на продавливание. Влияние зависимости носит нелинейный характер и с ростом коэффициента поперечной арматуры рост вклада поперечной арматуры в общую несущую способность образцов замедляется и при содержании поперечной арматуры свыше 0,43% несущая способность образцов практически не повышается.

Результатами расчётов установлено, что при 0 ≤ m _sw ≤ 0,43% разрушение моделей происходит в зоне поперечного армирования с достижением в поперечных стержнях предела текучести (рис. 3.4). При m _sw > 0,43% в поперечной арматуре не достигается предел текучести и разрушение в образцах происходит в зоне от грани колонны до 1-го ряда поперечной арматуры усиления (см. рис. 3.5).

Рисунок 3.4. Напряжения в поперечных стержнях. Образец М2

(m _sw ≤ 0,43%)

Рисунок 3.5. Напряжение в поперечных стержнях. Образец М10

(m _sw > 0,43%)

Из графиков на рисунках 4.4 и 4.5 следует, что напряжения в поперечных стержнях остаются равными усилию от предварительного напряжения до нагрузок, равных 30%...50% от разрушающей. Также видно, что напряжения в поперечной арматуре по удалению от колонны распределены неравномерно и с удалением от колонны затухают.

В стадии близкой к разрушению наблюдается выравнивание напряжений в стержнях с 1-го по 5-й ряд (зона от 0 до 2,2∙ h ₀ от грани колонны) и достижение напряжений предела текучести.

Следует также отметить следующую особенность в моделях с m _sw > 0,43% (разрушение по грани колонны): при нагрузках 90-95% от разрушающей, происходит падение напряжения в поперечных стержнях 1-го ряда. Данный эффект можно объяснить тем фактом, что при высоких коэффициентах поперечного армирования критическая трещина в плите в стадии близкой к разрушению образуется в зоне между поперечной арматурой и колонной.

Таким образом, по результатам анализа влияния количества арматуры усиления можно сделать следующие выводы:

− усиление плиты на продавливание путем постановки поперечной арматуры значительно увеличивает несущую способность до 89% и деформативность плиты при продавливании до 3 раз;

− по результатам численного моделирования не выявлено минимальное количество поперечной арматуры, т.е. даже при относительно небольшом количестве арматуры, усиление является эффективным;

− при коэффициенте поперечного армирования m _sw > 0,43% меняется механизм разрушения плиты при продавливании: разрушение происходит по грани колонны, в поперечных стержнях напряжения не достигают предела текучести.