ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

1

ЛИТЕРАТУРА

1. Пособие по проектированию железобетонных сборно-монолитных конструкций. М., 1988.

2. Я.Г.Сунгатуллин. Особенности расчета сборно-монолитных железобетонных конструкций по первой группе предельных состояний. Казань, 1981г.

3. Я.Г.Сунгатуллин. Особенности проектирования сборно-монолитных железобетонных конструкций по второй группе предельных состояний. Казань, 1983 г.

4. В.Н.Фатхуллин В.Ш. Проектирование сборно-монолитных железобетонных изгибаемых элементов. Казань, 1992г.

2

СОДЕРЖАНИЕ1. Общая характеристика. Примеры использования . Достоинства и

недостатки. Работа кафедры в этом направлении.

2. Особенности расчета. Сведения о теории составных стержней, области применения, определение жесткости поперечных и сдвиговых связей. Класс конструкций, рассчитываемых по теории. Особенности статической работы конструкций. Выводы о работе сборно-монолитной конструкции, как составной системы.

3. Расчет сборно-монолитных конструкций по действующим СНиП и пособию.

3

Сборно-монолитные конструкции представляют собой рациональное сочетание сборного элемента неполного поперечного сечения и монолитного бетона, укладываемого на месте эксплуатации и дополняющего сечение до расчетного.

Основные преимущества:

• Создание повышенной пространственной жесткости здания за счет замоноличивания узлов и сопряжений;

• Возможность использования ограниченной номенклатуры сборных элементов упрощенной конструкции;

• Сокращение расходов на создание базы стройиндустрии, сокращение инвестиционного цикла.

Недостатки:

• Наличие мокрого процесса на строительной площадке, что ограничивает производство работ в зимнее время.

• Медленный набор прочности бетона при использовании традиционных вяжущих.

Оба недостатка могут быть сняты за счет обогрева и использования быстротвердеющих цементов.

КЛАССИФИКАЦИЯ СЕЧЕНИЙ СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ 4

РЕШЕНИЕ ПОКРЫТИЙ ЗДАНИЙ 5

РЕШЕНИЯ ПЕРЕКРЫТИЙ И ПОКРЫТИЙ 6

РЕШЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ 7

РЕШЕНИЯ СТЫКОВ КОНСТРУКЦИЙ 8

РЕШЕНИЯ СТЫКОВ КОНСТРУКЦИЙ9

РЕШЕНИЯ СТЫКОВ КОНСТРУКЦИЙ 10

РЕШЕНИЯ СТЫКОВ КОНСТРУКЦИЙ 11

РЕШЕНИЯ СТЫКОВ КОНСТРУКЦИЙ 12

К ОЦЕНКЕ ПРОЧНОСТИ КОНТАКТНЫХ ШВОВ ПО ТЕОРИИ проф. А.Р.РЖАНИЦЫНА

/Ã,mÒñ

/Ý,mSñ

Тс – сдвигающее усилие на 1 связь;

M – число связей на единицу длины шва;

Г – деформации взаимного сдвига смежных волокон двух соседних стержней.

S – усилие (+ или -), приходящееся на 1 связь;

m – число связей на единицу длины шва;

Э – поперечные деформации взаимного сдвига соседних слоев

13

РАЗНОВИДНОСТИ КОНТАКТНЫХ ШВОВ 14

СВЕДЕНИЯ О РАСЧЕТЕ СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ

Расчет ведется в две стадии.

• До приобретения монолитным бетоном заданной прочности;

• После приобретения монолитным бетоном заданной прочности, т.е. при совместной работе его со сборными элементами.

В обоих случаях расчет производится по действующим СНиП.

При этом в 1-й стадии расчета учитываются нагрузки, возникающие в период возведения (собственный вес сборного и монолитного бетонов, временная нагрузка, передаваемая на конструкцию во время возведения). Во 2-й стадии расчет производится на действие эксплуатационных нагрузок.

Расчет по первой группе предельных состояний.

Особенность заключается в том, что, если в сжатую зону попадают бетоны разных классов, в расчет они вводятся со своими расчетными сопротивлениями. При определении характеристик сжатой зоны по формуле

- расчетное сопротивление сжатию j-го слоя бетона соответствующего класса;

- соответственно статические моменты сопротивления j-го слоя бетона и всего сечения

относительно оси, проходящей по центру тяжести крайнего растянутого стержня арматуры.

bR08.085.0

S

SRR jbj

b

bjR

SS j ,

15

К ОЦЕНКЕ ПРОЧНОСТИ ПО СЕЧЕНИЯМ, НОРМАЛЬНЫМ К ПРОДОЛЬНОЙ ОСИ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 16

К ОЦЕНКЕ ПРОЧНОСТИ СЕЧЕНИЙ, НАКЛОННЫХ К ПРОДОЛЬНОЙ ОСИ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

17

РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ КОНТАКТНЫХ ШВОВ 18

shFF

Z

MMF sw

shshshsh lbRF

shnshsshbsh RRRR

Z – плечо внутренней пары продольной силы в наклонном сечении. Принимается равным 0.9ho;

М – момент от внешней нагрузки в нормальном сечении, проходящем через конец наклонного сечения у сжатой грани элемента;

Мsw – момент, воспринимаемый поперечной арматурой в наклонном сечении.

2

2CqM sw

sw

F – сдвигающее усилие в шве от внешней нагрузки;

Fsh – предельное сдвигающее усилие, воспринимаемое швом.

Rsh – суммарное расчетное сопротивление сдвигу шва;;

bsh – расчетная ширина поверхности сдвига;

Lsh - расчетная длина поверхности сдвига.

Rshb – сопротивление шва сдвигу за счет сцепления, механического зацепления и обжатия бетона;

Rshs – то же за счет работы на срез поперечной арматуры, пересекающей шов;;

Rshn – сопротивление шва сдвигу за счет работы поперечных шпонок..

ФИБРОБЕТОН – МАТЕРИАЛ XXI ВЕКА

•Фибробетон, как и традиционный бетон, представляет собой композиционный материал, включающий дополнительно распределенную в объеме фибровую арматуру.

•Главными показателями свойств у фибробетонов можно считать следующие:-прочность при сжатии, осевом растяжении, растяжении при изгибе;-начальный модуль деформаций;-морозостойкость;-водонепроницаемость;-истираемость;-ударную прочность (вязкость).

-Установлены следующие области рационального применения фибробетонов:

-монолитные конструкции и сооружения (автомобильные дороги, перекладка покрытия, промышленные полы, выравнивающие полы, мостовые настилы, ирригационные каналы, взрыво- и взломоустойчивые сооружения, водоотбойные дамбы, огнезащитная штукатурка, емкости для воды, обделки тоннелей, пространственные покрытия и сооружения, оборонные сооружения, ремонт монолитных конструкций полов, дорог и др.);

- сборные элементы и конструкции (железнодорожные шпалы, трубопроводы, склепы, балки, ступени, стеновые панели, кровельные панели и черепица, модули плавающих доков, морские сооружения, взрыво- и взломоустойчивые конструкции, плиты аэродромных, дорожные, тротуарных покрытия и креплений каналов, карнизные элементы мостов, сваи, шпунт, обогревательные элементы, элементы пространственных покрытия и сооружений, уличная фурнитура.

-В Москве организовано опытное производство фибры из полипропилена на Московском нефтеперерабатывающем заводе.

Стальные фибры

1 –фибра ВНИИМЕТИЗ, Магнитогорск;

2 – фибра калибровочного завода г.Магнитогорск;

3 – фибра ОАО «Диона», г.Москва;

4 – фибра НПО «Волвек Плюс», г.Челябинск;

5 – фибра Dramix, Бельгия;

6 – фибра Mannesmann Handel, Германия;

7 – фибра Harex, Германия

19

ФИБРОБЕТОН – МАТЕРИАЛ XXI ВЕКА 20Литература:

1. СП 52-104-2006 «Сталефибробетонные конструкции». М., ГосСтрой России. ГУА НИИЖБ, 2006, 80 с.

2. РТМ-17-01-2002. Руководящие технические материалы по проектированию и применению сталефибробетонных строительных конструкций. М., ГосСтрой России. ГУП НИИЖБ, 2005, 73 с.

3. Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно-армированных бетонов. М., 2004.

Фибробетон - разновидность железобетона, дисперсно-армированная различными высокопрочными модифицированными волокнами (стальными и не стальными).

Можно выделить три основных разновидности дисперсно-армированного бетона:- сталефибробетон (стальные фибры);- фибробетон с минеральными волокнами (стекловолокно, базальт);- фибробетон с синтетическими волокнами (полипропилен, нейлон, полиэфир, акрил, углеводные и

др.)Дисперсно-армированные бетоны прочно и устойчиво завоевывают свое место в различных областях

строительства (табл. 1), благодаря непревзойденным показателям по прочности, долговечности, износостойкости, водонепроницаемости, трещиностойкости, ударной вязкости, выносливости, морозостойкости.

Формы сечения и средняя длина основных типов стальных фибр

ФИБРОБЕТОН – МАТЕРИАЛ XXI ВЕКА 21

Монолитные конструкции и сооружения Сборные элементы и конструкции

Автомобильные дороги Железнодорожные шпалы

Перекладка покрытия Элементы труб

Промышленные полы Склепы

Выравнивающие полы Балки

Мостовые настилы Ступени

Ирригационные каналы Стеновые панели

Взрыво- и взломоустойчивые сооружения Кровельные панели и черепица

Водоотбойные дамбы Модули плавающих доков

Огнезащитная штукатурка Морские сооружения

Емкости для воды и др. жидкостей Взрыво- и взломоустойчивые конструкции

Обделки тоннелей Плиты аэродромных, дорожных, тротуарных покрытий и креплений каналов

Пространственные покрытия и сооружения Карнизные элементы мостов

Оборонные сооружения Сваи, шпунт

Малоэтажные жилые здания Обогревательные элементы

Каркас и элемент зданий Элементы пространственных покрытий и сооружений

Уличная фурнитура

Область применения сталефибробетона в строительных конструкциях зданий и сооружений

ФИБРОБЕТОН – МАТЕРИАЛ XXI ВЕКА 22

Сравнительная характеристика эксплуатационных свойствобычного бетона и фибробетона

ФИБРОБЕТОН – МАТЕРИАЛ XXI ВЕКА 23

Сталефибробетон

Стальную фибру производят следующими способами:- резкой из тонкой проволоки;- резкой из тонкого стального листа;- фрезированием слябов;- вытяжкой из расплава.Размеры фибры - от 0,2 мм до 2,0 мм в диаметре от 5 мм до 160 мм в длину, наиболее употребляемые 12,7 - 63,5 мм. Прочность на растяжение стальной фибры в зависимости от вида колеблется от 400 до 1360МПа. Расход стальной фибры в зависимости от толщины и назначения конструкции на 1 м3 бетона составляет от 20 до 240 кг (наиболее употребительный расход 80-120 кг, для дорожных и аэродромных покрытий - 40-120 кг/м . Объемное рациональное содержание 0,5 - 2%.Для увеличения сцепления между стальными фибрами и бетоном рекомендуются волокна периодического профиля, с рельефной и деформированной поверхностью, различной формы сечений, гнутые волокна, с отгибами на концах, с различными анкерами и т.д.Сталефибробетон по сравнению с неармированным бетоном имеет ряд преимуществ:- повышение прочности при сжатии до 25%;- повышение прочности на растяжение при изгибе до 250%;- повышение прочности при осевом растяжении до 60-80%;- повышение сопротивления удару до 10-12 раз;- повышение модуля упругости до 20%; повышение долговечности конструкций и увеличение межремонтного цикла при их эксплуатации в 1,8 - 2,0 раза;- повышается морозостойкость, водонепроницаемость, сопротивление знакопеременным температурам, сопротивление абразивному износу и др.;- фибровое армирование придает бетонной матрице пластический характер и повышенную трещиностойкость.

ФИБРОБЕТОН – МАТЕРИАЛ XXI ВЕКА 24Сведения о расчете

(по СП-52-104-2006. Сталефибробетонные конструкции)

Сталефибробетонные конструкции в зависимости от их армирования подразделяются на конструкции- только с фибровым армированием;- с комбинированным армированием фиброй в сочетании со стержневой или проволочной

арматурой.Вид армирования следует принимать в соответствии с требованиями нормативов. Там же приводятся

методика расчета сталефибробетонных элементов и конструкций. Приводимые расчетные схемы и подход к расчету близок к железобетону.

Рассмотрим расчет изгибаемых элементов по I группе предельных состояний (по прочности сечений, нормальных к продольным).

Расчетная схема элемента с фибровым армированием

;0xM ;0yN

ñå÷x MMM ;0

0;0 fbtfby NNN

Характеристики расчетной схемы:- геометрические характеристики b, h, x, z;- физические характеристики Rfbt, Rfb ;- статические

.

- статические:

ФИБРОБЕТОН – МАТЕРИАЛ XXI ВЕКА 25О физико-механических характеристиках материала

,( btfbt RfR и др. факторы).

При выборе Rfbt, рассматриваются два возможных случая разрушения материала при растяжении.

Критерием является параметр λ, характеризующий соотношение длины фибры (Lf) и ее заделки в бетон:

serb

serfredfàíf R

Rd

,

,,,

При соотношении имеем 1-й случай: сопротивление разрушению исчерпывается из-за отрыва

некоторого количества фибр и выдергивается из остальных.

Тогда

)005.028.0(1.01

,2fvb

f

àífffvorTtfbt R

l

lRKKmR

2,f

àíf

tm - коэффициент условия работы и т.д. (см. [1]).

fv

redf

ffvorTbfbt d

lKKRmR

5.008.08 ,

2

2

)( 2ffvfnbbt RKRR

При соотношении имеем 2-й случай, характеризующий исчерпание сопротивления растяжению

фибробетона выдергиванием условно всех фибр из бетона..

.Сопротивление фибробетона сжатию определяется по формуле:

2,f

àíf

Анализ формулы показывает, что сопротивления фибробетона растяжению и сжатию зависят от соответствующих прочностных характеристик бетона, сопротивления растяжению материала фибр, коэффициента армирования и др. параметров, формулы которых приводятся в СП, но объяснить физическую их суть невозможно.

ТРУБОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ 26Трубобетон - разновидность железобетона, в котором в качестве арматуры используется материал

трубы, увеличивающий несущую способность конструкции за счет сдерживания поперечных деформаций бетона (эффект обоймы) и работы на сжатие.

Трубобетонные элементы используются в основном в конструкциях, работающих на сжатие.Передача сжимающих усилий может производиться как на бетон, так и на трубу.

Труба, работая как обойма, в несколько ( до 5-ти) раз повышает несущую способность бетона:

mRR bb 16.4*

т.е. бетон работает в условиях всестороннего сжатия

Оценка несущей способности трубобетонного элемента производится по зависимости

Величина не постоянная, а зависящая от толщины стенки трубы, коэффициента армирования, диаметра и др. факторов.

Эффективность трубобетонных конструкций с использованием в качестве колонн многоэтажных каркасных зданий:

отсутствие армирования стержневой арматурой как продольного, так и поперечного направления; прочность бетона внутри трубы повышается; высокая скорость возведения элементов каркаса здания из трубобетона, которая превосходит в 3-4 раза

аналогичную с применением классической щитовой опалубки (в итоге сроки строительства объекта сокращаются в 1,5-2 раза, а себестоимость на 25-30%);

стальная труба позволяет производить последующий монтаж опалубки сразу после укладки бетонной смеси без достижения бетоном прочности, необходимой для разопалубки. Возведение зданий с использованием трубобетонных конструкций относят к технологии экспресс-возведения. Безусловно, не все «безоблачно». Например, обеспечение совместной работы бетона и опалубки ( может быть напрягают не цементы?).

aTb FFRN

где а - коэффициент использования обоймы 3

11

k k - эффективность обоймы.