Численный расчет сталежелезобетонных конструкций

Введение.

Сталежелезобетонные конструкции представляют собой композитную систему, образованную стальными балками и железобетонной плитой. Для эффективной работы конструкции необходима надежная передача сдвигающих усилий между балкой и плитой. С этой целью применяются анкерные устройства, обеспечивающие связь балки и плиты. Рассматривается конструкция сталежелезобетонного перекрытия, образованного железобетонной плитой и стальными балками из гнутых профилей. Сталежелезобетонное перекрытие - это система из параллельно расположенных гнутых стальных оцинкованных балок, частично замоноличенных в бетонную плиту толщиной 90 мм, из бетона В25. Передача сдвигающих усилий передается за счет сцепления оцинкованной стали и бетона без анкерных устройств и дополнительной обработки поверхности балки.

Материалы и методы.

Для выявления фактических сил сцепления выполнены испытания образцов, у которых плоская оцинкованная пластина была заделана в бетон. Проведена оценка конечно-элементных моделей (КЭМ), созданных с помощью различных вычислительных комплексов. Установлены параметры КЭМ, при которых обеспечивается приемлемая для практического использования точность.

Результаты.

Экспериментально установлена прочность сцепления стальной пластины с бетоном при различных вариантах ее крепления к бетону. Определена требуемая сетка разбиения плиты при использовании 3D конечных элементов.

Выводы.

Разработана конструкция сталежелезобетонного перекрытия пролетом 6-8 м с применением гнутых оцинкованных профилей, частично заделанных в железобетонную плиту толщиной 90 мм. Экспериментально определена прочность на сдвиг соединения оцинкованной стальной пластины, заделанной в бетон, составившая в зависимости от способа подготовки заделанной в бетон поверхности стального листа от 0,248 до 0,415 МПа. Отработаны численные модели с применением различных вычислительных комплексов, предназначенных для расчета сталежелезобетонного перекрытия. Намечены пути совершенствования КЭМ на основе развития численной методики расчета с учетом экспериментальных данных, полученных при испытаниях натурной конструкции.

1. Бабалич В.С., Андросов Е.Н. Сталежелезобетонные конструкции и перспектива их применения в строительной практике России // Успехи современной науки. 2017. Т. 4. № 4. С. 205-208.

2. Кибирева Ю.А., Астафьева Н.С. Применение конструкций из сталежелезобетона // Экология и строительство. 2018. № 2. C. 27-34. DOI: 10.24411/2413-8452-2018-10004

3. Kanchanadevi A., Ramanjaneyulu K., Gandhi P. Shear resistance of embedded connection of composite girder with corrugated steel web // Journal of Constructional Steel Research. 2021. Vol. 187. P. 106994. DOI: 10.1016/j.jcsr.2021.106994

4. Альхименко А.И., Ватин Н.И., Рыбаков В.А. Технология легких стальных тонкостенных конструкций. СПб. : Изд-во СПбОДЗПП, 2008. 26 с.

5. Теплова Ж.С., Виноградова Н.А. Прочность сталежелезобетонных образцов при центральном сжатии // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2015. № 5 (32). С. 29-38.

6. Ростовых Г.Н. Совершенствование методики расчета гибких упоров в конструкциях сталежелезобетонных мостов // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2007. № 3 (12). С. 79-87.

7. Крылов С.Б., Семенов В.А., Конин Д.В., Крылов А.С., Рожкова Л.С. О новом Руководстве по проектированию сталежелезобетонных конструкций (в развитие СП 266.13330.2016 Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования) // Academia. Архитектура и строительство. 2019. № 1. C. 99-106. DOI 10.22337/2077-9038-2019-1-99-106

8. Suwaed A.S.H., Karavasilis T.L. Demountable steel-concrete composite beam with full-interaction and low degree of shear connection // Journal of Constructional Steel Research. 2020. Vol. 171. P. 106152. DOI: 10.1016/j.jcsr.2020.106152

9. Colajanni P., Mendola L.L., Monaco A. Review of push-out and shear response of hybrid steel-trussed concrete beams // Buildings. 2018. Vol. 8. Issue 10. P. 134. DOI: 10.3390/buildings8100134

10. Рыбаков В.А. Современные методы расчета металлоконструкций из тонкостенных профилей // Стройметалл. 2007. № 2 (2). С. 36-38.

11. Hsu C.T.T., Punurai S., Punurai W., Majdi Y. New composite beams having cold-formed steel joists and concrete slab // Engineering Structures. 2014. Vol. 71. Pp. 187-200. DOI: 10.1016/j.engstruct.2014.04.011

12. 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. Vol. 155. Pp. 286-300. DOI: 10.1016/j.jcsr.2019.01.007

13. Панова Е.С., Сергеев Е.И. Особенности расчета сталежелезобетонных конструкций // Научный взгляд в будущее. 2019. Т. 1. № 14. С. 72-75. DOI: 10.30888/2415-7538.2019-14-01-005

14. Reginato L.H., Tamayo J.L.P., Morsch I.B. Finite element study of effective width in steel-concrete composite beams under long-term service loads // Latin American Journal of Solids and Structures. 2018. Vol. 15. Issue 8. DOI: 10.1590/1679-78254599

15. Tamayo J.L.P., Franco M.I., Morsch I.B., Désir J.M., Wayar A.M.M. Some aspects of numerical modeling of steel-concrete composite beams with prestressed tendons // Latin American Journal of Solids and Structures. 2019. Vol. 16. Issue 7. DOI: 10.1590/1679-78255599

16. Alsharari F., El-Zohairy A., Salim H., El-Sisi A.E. Numerical investigation of the monotonic behavior of strengthened Steel-Concrete composite girders // Engineering Structures. 2021. Vol. 246. P. 113081. DOI: 10.1016/j.engstruct.2021.113081

17. Jurkiewiez B., Braymand S. Experimental study of a pre-cracked steel-concrete composite beam // Journal of Constructional Steel Research. 2007. Vol. 63. Issue 1. Pp. 135-144. DOI: 10.1016/j.jcsr.2006.03.013

18. Ахрамочкина Т.И. Теоретические и экспериментальные исследования сталежелезобетонных конструкций с применением гнутых стальных профилей // Строительство: наука и образование. 2021. Т. 11. № 4. С. 27-40. DOI: 10.22227/2305-5502.2021.4.3

19. Биргер И.А., Пановко Я.Г. Прочность, устойчивость, колебания : справочник в 3-х томах. Т. 1. М. : Машиностроение, 1968. 831 с.