Напряжения и сдвиг сталежелезобетонных перекрытий со сборными элементами и стальными балками

Актуальность. Сталежелезобетонные перекрытия со сборными железобетонными плитами являются индустриальной быстровозводимой конструкцией. Применение таких конструкций позволяет сокращать сроки строительства, экономить металл, получать эффективные конструкции без выступающих балок на пролетах до 20 м под нагрузки гражданских зданий, сооружений и автостоянок. В известных источниках, сводах правил и зарубежных нормах сборные железобетонные плиты перекрытий не включаются в работу комбинированной конструкции, т. к. проектировщики стараются избегать сложных узлов соединений (сварка, болты) при строительстве. Несомненный интерес представляет включение в работу комбинированной сталежелезобетонной балки сборных плит, а также бетона омоноличенных швов между сталью и плитами при отсутствии дополнительных анкеров и связей.

Цель. Для выявления работы на сдвиг рассмотрены результаты экспериментальных исследований моделей конструкций, а также крупномасштабных перекрытий размером 6×10 м со сборными плитами.

Основные результаты. Выявлены закономерности работы контактных зон «сталь – бетон» и «сталь – бетон – анкер», построены диаграммы работы контактных зон для численных расчетов. Испытания перекрытий показали, что при использовании простейших способов объединения монолитный железобетон, объединяющий сталь и сборные элементы, задействует в работу сборные плиты на расстоянии от оси балки не менее 2 толщин перекрытий для двух различных способов опирания.

Выводы. Численное моделирование с учетом работы контактной зоны показало хорошую сходимость с экспериментальными результатами. Рекомендуется уточнить значения ширины сжатой полки бетона в нормативных документах для расчета конструкций со сборным железобетоном.

1. Rackham J.W., Hicks S.J., Newman G.M. Design of asymmetric slimfloor beams with precast concrete slabs // The Steel Construction Institute. Silwood Park. Ascot. Berkshire, 2006. 101 p. (SCI Publication P342).

2. Лоусон Р.М., Огден Р.Дж., Рэкхэм Дж.В. Сталь в многоэтажных жилых зданиях. Институт стальных конструкций. (SCI) Silwood Park. Ascot. Berkshire SL5 7QN (Великобритания), 2004. 68 с. (Публикация SCI P332).

3. Ahmed I.M., Tsavdaridis K.D. The evolution of composite flooring systems: applications, testing, modelling and Eurocode design approaches // Journal of Constructional Steel Research. 2019. № 155. P. 286–300.

4. Травуш В.И., Каприелов С.С., Конин Д.В. и др. Определение несущей способности на сдвиг контактной поверхности «сталь – бетон» в сталежелезобетонных конструкциях для бетонов различной прочности на сжатие и фибробетона // Строительство и реконструкция. 2016. № 4 (66). С. 45–55.

5. Braun M. Experimentelle Untersuchungen von Slim-Floor-Trägern in Verbundbauweise. Untersuchungen zur Verbundwirkung von Betondübeln // Stahlbau 83. 2014. Heft 10. P. 746–754; Heft 5. P. 302–308.

6. Červenka V., Jendele L., Červenka J. ATENA Program Documentation. Part 1. Theory. Prague, 2018. January 26. 324 p.

7. Ferreira F.P.V., Tsavdaridis K.D., Martins C.H., De Nardin S. Steel-concrete composite beams with precast hollow-core slabs: A Sustainable Solution // Sustainability. 2021. 13 (8), 4230. URL: https://doi.org/10.3390/su13084230

8. Goralski C. Zusammenwirken von Beton und Stahlprofil bei kammerbetonierten Verbundträgern: PhD Dissertation. Aachen, Germany, 2006. 218 p.

9. Hicks S.J., Lawson R.M. Design of composite beams using precast concrete slabs // The Steel Construction Institute. Silwood Park. Ascot. Berkshire, 2003. 98 p. (SCI Publication P287).

10. Lam D. Composite steel beams using precast concrete hollow core floor slabs: PhD Thesis. University of Nottingham, UK, 1998. 303 p.

11. Lam D. Designing composite beams with precast hollow-core slabs to Eurocode 4 // Advanced Steel Construction. 2007. V. 3. № 2. P. 594–606.

12. Salama T., Nassif H.H. Effective flange width for composite steel beams // The Journal of Engineering Research. 2011. V. 8. № 1. P. 28–43.

13. Tusnin A.R., Kolyago A.A. Features of finite element analysis of steel-reinforced concrete slabs from hollow core slabs // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. № 456. 012095. 6 p.

14. Way A.G.J., Cosgrove T.C., Brettle M.E. Precast concrete floors in steel framed buildings // The Steel Construction Institute. Silwood Park. Ascot. Berkshire, 2007. 101 p. (SCI Publication P351).

15. Боровиков А.Г., Боровикова Н.А. Оценка напряженно-деформированного состояния сталежелезобетонных балок со сквозной стенкой // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2015. № 3. С. 219–225.

16. Веселов А.А., Чепилко С.О. Напряженно-деформированное состояние сталежелезобетонной балки // Вестник гражданских инженеров. 2010. № 2 (23). С. 31–37.

17. Замалиев Ф.С. К оценке прочности анкерных связей изгибаемых сталежелезобетонных элементов // Известия КГАСУ. 2015. № 1 (31). С. 80–85.

18. Замалиев Ф.С., Филиппов В.В. Расчетно-экспериментальные исследования сталежелезобетонных конструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 7. С. 29–36.

19. Замалиев Ф.С, Биккинин Э.Г. и др. Экспериментальные исследования начального напряженно-деформированного состояния сталежелезобетонных балок и плит // Известия КГАСУ. 2015. № 2 (32). С. 149–153.

20. Туснин А.Р., Коляго А.А. Конструкция и работа сталежелезобетонного перекрытия с использованием сборных пустотных железобетонных плит // Современная наука и инновации. 2016. № 3. С. 141–147.