Влияние шага поперечной арматуры

Для исследования влияния шага поперечной арматуры на несущую способность плит перекрытий при продавливании было проведено испытание 7 численных образцов. Исследовался вклад поперечной арматуры в несущую способность на продавливание в зависимости от шага в радиальном направлении: s = 0,3· h ₀, s = 0,5· h ₀, s = 0,75· h ₀, s = h ₀, s = 1,5· h ₀, s = 1,75· h ₀.

Предельная несущая способность образов в зависимости от шага поперечной арматуры приведена в таблице 3.6. График деформирования образцов приведен на рисунке 3.11. Из графика видно, что постановка поперечной арматуры усиления эффективна даже при больших значениях шага постановки (до 1,75· h ₀). Наибольшую несущую способность на продавливание показал образец S0,3 с наименьшим шагом постановки.

Увеличение несущей способности на продавливание образца S0,3 от эталонного образца составило 75,2%. Наименьшую несущую способность на продавливание показал образец S1,75 для которого увеличение несущей способности относительно эталонного образца составило 20,1%.

Таблица 3.6

Результаты расчётов

№ п/п	Маркировка образца	s, мм	Fult, кН	Увеличение несущей способности, %	Характер разрушения
1	S0	-	318	-	продавливание
2	S0,3	0,3· h 0	548	72,3	"
3	S0,5	0,5· h 0	474	49,1	"
4	S0,75	0,75· h 0	457	43,7	"
5	S1	h 0	426	34,0	"
6	S1,5	1,5· h 0	401	26,1	"
7	S1,75	1,75· h 0	401	26,1	"

 

Для оценки влияния шага арматуры усиления на рост прочности на продавливание был построен график зависимости несущей способности плит образцов от шага поперечной арматуры (рис. 3.12). Из графика на рисунке 3.12 следует, что для образцов, усиленных поперечной арматурой, с увеличением шага постановки поперечных стержней снижается прочность на продавливание. На рисунках 3.13 – 3.18 приведены графики напряжений в поперечной арматуре плит образцов.

Рисунок 3.11. Прогибы образцов в зависимости от шага арматуры усиления

Рисунок 3.12. Влияние шага постановки поперечных стержней на несущую способность плит при продавливании

 

Рисунок 3.13. Напряжения в стержнях. Образец S0,3

Рисунок 3.14. Напряжение в стержнях. Образец S0,5

Рисунок 3.15. Напряжение в стержнях. Образец S0,75

Рисунок 3.16. Напряжение в стержнях. Образец S1

Рисунок 3.17. Напряжение в стержнях. Образец S1,5

Рисунок 3.18. Напряжение в стержнях. Образец S1,75

Численными исследованиями установлено, что в образцах с шагом поперечной арматуры s > 1,75· h ₀ разрушение образцов происходит в зоне между гранью колонны и первым рядом поперечной арматуры. При разрушении этих образцов установлено, что поперечная арматура не достигает предела текучести. В остальных образцах разрушение происходит в зоне поперечного армирования при напряжениях в первом ряде стержней равных пределу текучести.

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

− увеличение шага постановки арматуры усиления снижает несущую способность плиты при продавливании. Влияние носит нелинейный характер;

− усиление в виде поперечного армирования становится не эффективным при постановке его с шагом больше 1,75· h ₀, так как при превышении этого шага разрушение происходит между гранью колонны и первым шагом поперечного армирования.

Рисунок 3.19. Общий вид КЭ модели S0,3 перед разрушением

Рекомендации по проектированию усиления плит сквозными шпильками

Расчётные положения

Арматуру усиления, установленную под действием нагрузки, в расчёте можно рассматривать как поперечное армирование, устанавливаемое до бетонирования.

Расчёт прочности плиты с усилением следует выполнять по общим правилам в соответствии с требованиями СП 63.13330.2012, учитывая в расчёте только те стержни усиления, которые пересекают пирамиду продавливания (рис. 3.20) и удовлетворяющие конструктивным требованиям раздела 3.6.2.

При проектировании усиления следует учитывать фактический класс бетона прочности, установленный в ходе обследования.

Предварительное напряжение арматуры усиления способствует надёжному включению её в работу, но не приводит в итоге к существенному повышению прочности плиты.

В качестве арматуры усиления следует принимать шпильки классов 5.8 и выше, а также высокопрочную арматурную сталь с пределом текучести до 640 МПа с нарезанной резьбой.

Содержание поперечной арматуры усиления (отношение площади поперечной арматуры А_sw, попадающей в пирамиду продавливания, к площади бетона расчётного поперечного сечения A_b) должно составлять не более 0,43%. Большее количество поперечной арматуры не приводит к повышению несущей способности.

3.6.2 Конструктивные требования

Поперечную арматуру усиления в плитах в зоне продавливания в направлении ортогональном сторонам расчётного контура рекомендуется устанавливать с шагом не более 1/2∙ h ₀ и не более 300 мм (см. рис. 3.20).

Стержни, ближайшие к колонне, следует располагать не ближе h ₀/3 и не далее h ₀/2 от колонны. Ширина зоны постановки поперечной арматуры усиления должна быть не менее 1,5∙ h ₀.

Расстояния между стержнями вдоль расчётного контура рекомендуется принимать не более ¼ длины соответствующей стороны расчётного контура.

 

Рисунок 3.20. Схема для расчёта на продавливание плит с поперечной арматурой усиления в виде сквозных шпилек. 1 – первое расчётное поперечное сечение в зоне поперечного армирования; 2 – контур первого расчётного поперечного сечения; 3 – второе расчётное поперечное сечение, расположенное за контуром поперечного армирования; 4 – контур второго расчётного сечения; 5 – контур площадки приложения нагрузки

Следует выполнять предварительное напряжение поперечной арматуры усиления. При этом величину предварительного напряжения необходимо принимать не менее 30% и не более 70% от предела текучести арматуры усиления.

Толщина анкерных пластин принимается не менее 0,5 диаметра арматуры усиления, а размеры в плане – не менее 3-х диаметров.