Монолитное железобетонное перекрытие со стальным профилированным настилом

Стальной профилированный настил, используемый в качестве арматуры плиты, имеет надежное сцепление с бетоном для обеспечения их совместной работы, это обеспечивается выштампованными при проекте рифами, образующими шпонки на его гранях.

По ширине профилированные листы стыкуют путем нахлестки боковых граней, соединяя их между собой комбинированными заклепками с шагом 600 мм.

При проектировании монолитных железобетонных плит с применением стального профилированного настила (СПН) расчет выполняют для двух стадий работы: возведения и эксплуатации.

Расчет СПН на стадии возведения.

В стадии несущей конструкцией является стальной профилированный настил. При расчете определяется его прочность и жесткость как для стального тонкостенного веса настила, массы свежеуложенного бетона и монтажной нагрузки, включающей массу оборудования и людей в процессе возведения перекрытий (табл1).

Вычисляем приведенную толщину бетона

Н_б=(b+b¢) h_n/(2S_n)= (93+118,6)^.80/2 ^.168,6=50,2 мм

М_мах=g^.l²/2=4410,6 ^.36/8=19847,7 Hм

l – длина пролета

Вычисляем прочность стального настила в пролете по сжатой узкой полке.

В пролете по растянутой широкой полке

Условия не соблюдаются, поэтому пролет в 6 м разбиваем на два пролета по 3 м временной опорой.

                                                                                        М_max=0,07gl²=0,07^.4410,6^.3²=2778,6Н^.м

На опоре М_оп= - 0,125gl²=

= 0.125^.4410,6^.3²=4961,9 Н ^.м

М_н=2301,3 Н ^.м

Неразрезной двухпролетный настил марки Н80А-674-10 ориентирован широкими полками гофров вниз. Длина пролета 3 м. На профилированный настил с помощью бетононасоса укладывается монолитный бетон. Высота слоя бетона над настилом 7 см.

1.  вычисляем прочность настила в пролете и на опоре.

В пролете по сжатой (узкой) полке.<

 где  M_max – максимальный изгибающий момент от растягивающих нагрузок на 1 м ширины настила; W_x – расчетный момент сопротивления на 1 м ширины настила; R_n – расчетное сопротивление стального профилированного настила растяжению.

По растянутой (широкой) полке.

Перед расчетом прочности СПН на опоре проверяем, на устойчивость сжатой полки.

 , где t – толщина листа СПН; b_e- ширина плоских участков сжатых полок, равная расстоянию между краями выкружек.

b_e=9,3 – 2r=9,3 - 2×0,5=8,3

Таким образом

Условие не соблюдается. Значит на опоре сжатая широкая полка частично выключается из работы. Поэтому определяется с учетом приведенной ширины сжатых полок настила, которую находим по формуле.

Момент сопротивления стального профилированного настила при уменьшенной ширине сжатой полки определяется по правилам сопромата (W^¢_x2 =44.84 см³).

Соответствующее значению W^¢_x2 сжимающее напряжение в полках на опоре равно

МПа.

Продолжаем вычислять значения b_red=

По номограмме  «Рекомендации по проектированию монолитных железобетонных перекрытий со СПН» значению соответствует W^¢_x2= W^¢¢_x2=43,5см³

Проверяем разность между W^¢_x2 и W^¢¢_x2

Следовательно окончательное значение момента сопротивления W_x2  принимаем равным 43.5 см³, а соответствующее ему сжимающее т.е. прочность сечения на опоре обеспечена.

2.  Определяем прочность настила по поперечной силе

       -расчетное сопротивление срезу СПН.

Q  - максимальное значение поперечной силы воспринимаемое 1м ширины настила.

На ширине 1м настила поперечная сила воспринимается 12 стенками СПН   ,   R_ns =140МПа,  Q = 8269,8 Н

Таким образом, прочность настила

Следовательно, сечение в стадии эксплуатации обладает достаточной прочностью.

3.  Определяем наибольший прогиб СПН в стадии возведения.

f_n=k_n×(g_н×l_н⁴/E_n×I_x)+a,   где k_n – коэффициент для 2-х пролетного настила  k_n=0.0091

g_n- нормативная нагрузка (табл.1); l_n – расчетный пролет настила, см;

I_x – расчетный момент инерции рассматриваемого сечения настила;

а – эмпирическая величина, равна 2мм;

E_n – модуль упругости СПН.

Проверяем условие:

s_n=45.3 МПа £ 83,2 МПа

Т.к. условие выполняется, то по номограмме (рис.7) определяем значение I_x, при s_n=45.3 МПа, I_x = 185 см⁴

Тогда прогиб настила в стадии возведения будет составлять

<1,5см

Следовательно, жесткость СПН на стадии возведения обеспечена.

Расчет в стадии эксплуатации.

Несущей конструкцией является железобетонная плита в которой стальной профилированный настил используется как внешняя рабочая арматура.

1.  Расчет прочности сечений нормальных к продольной оси изгибаемого элемента.

                                                                                Настил марки Н80А-674-10

                                                                                  A_r=3.05см², R_n=220 МПа

=0.8;  у_с=4,28см.

Бетон класса В20, R_b=11.5×0.85=

=0.78МПа;                   =0.85

(коэффициент условий работы, учитывающий длительность действия нагрузки), 

R_bt=0.8×0.85=0.68МПа;

M_max=g×l²/8=5639.3×6²/8=25.37кНм

Q= g×l²/2=16.91 кНм

За расчетное сечение плиты в пролете принимаем тавровое сечение шириной полки b_f, равной расстоянию между осями гофров СПН, и высотой, равной высоте СПН и толщине слоя бетона над верхней гранью настила.

M_max=902.2×36/8 =4060 Нм - расчетный изгибающий момент на 0,168 м ширины плиты.

b=93

Требуется проверить прочность сечения плиты в пролете.

Расчет : расчетная характеристика сжатой зоны бетона на пористом