Влияние конструктивных и технологических факторов на показатели поперечного армирования железобетонных балок

В работе рассматривается влияние различных факторов на реальную длину хомутов при конструировании сечений линейных изгибаемых железобетонных элементов. Целью работы является определение степени влияния хомутов различной конфигурации, а также иных факторов, на длину хомута при различных размерах сечения линейного изгибаемого элемента. Полученные данные и зависимости позволяют получать наиболее эффективные решения армирования наклонных сечений минимальной стоимости. Расчетно-аналитический, основанный на анализе результатов расчетов при различных видах поперечного армирования, соотношения диаметров продольной и поперечной арматуры, величин защитного слоя, радиуса загиба хомута и размеров сечения. Предложено выражение для расчета действительной длины хомута в зависимости от размеров сечения, коэффициента армирования и толщины защитного слоя с учетом применяемых оправок. Получены графики, которые говорят об экономии длины хомута от 6,7-7,4%, при использовании рабочей арматуры Ø6, до 12,2-37,9%, при использовании рабочей арматуры Ø40, в диапазоне размеров сечения от 20×40 см до 55×80 см и при коэффициенте армирования 0,1%≤μ≤3%. Проанализированы зависимости уменьшения прочности в условиях неточной привязки рабочей продольной арматуры к хомутам. Полученные данные говорят об уменьшении прочности нормальных сечений балок от 0,33% до 10,78%. В работе рассмотрено влияние различных факторов при конструировании сечений линейных изгибаемых элементов на реальную длину хомутов в соответствии с принятыми нормами. Представленная работа уточняет расход поперечной арматуры для ее наиболее экономичного использования.

1. Tamrazyan А.G., Alekseytsev A.V. Optimization of reinforced concrete beams under local mechanical and corrosive damage // Engineering Optimization. 2022. doi.org/10.1080/0305215X.2022.2134356

2. Chakrabarty B.K. Models for optimal design of reinforced concrete beams // Journal of Structural Engineering. 1992. Vol. 118. No. 11 . doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1992)118:11(3238)

3. Coello C.C., Hernandez F.S. and Farrera F.A. Optimal design of reinforced concrete beams using genetic algorithms // Journal of Intelligent Learning Systems and Applications. 2014. Vol. 6. No. 4. doi.org/10.1016/S0957-4174(96)00084-X

4. Garstecki A., Glema A., Ścigałło J. Optimal design of reinforced concrete beams and frames // Computer Assisted Mechanics and Eng. Sciences. 1996. No. 3 (3). Pp. 223 -231.

5. Demby M., Ścigałło J. Design aspects of the safe structuring of reinforcement in reinforced concrete bending beams // Modern building materials, structures and techniques, MBMST 2016. Procedia Engineering 172. 2017. Pp. 211 -217. doi:10.1016/j.proeng.2017.02.051

6. Kuznetsov V.S., Shaposhnikova Y.A., Yandiev A.A. Selection of the optimal parameters of a reinforced concrete rectangular beam with single reinforcement // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. No. 962 (2): 022055. doi: 10.1088/1757-899X/962/2/022055

7. Jensen B.C. and Łapko A. On shear reinforcement design of structural concrete beams on the basis of theory of plasticity // Journal of Civil Engineering and Management. 2009. No. 15 (4). Рp. 395-403.doi.org/10.3846/1392-3730.2009.15.395-403

8. Minelli F. and Plizzari G.A. Shear design of FRC members with little or no conventional shear reinforcement // Ailor Made Concrete Structures – Walraven & Stoelhorst (eds). 2008. doi:10.1201/9781439828410.ch100

9. Балакай А.А., Цыганов М.В., Алейник Д.В., Дмитренко Е.А. Зависимость несущей способности наклонных сечений на действие поперечной силы от изменения длины проекции наклонного сечения // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2020. № 4 (144). С. 50-55.

10. Филатов В.Б., Арцыбасов А.С., Багаутдинов М.А., Гордеев Д.И., Кортунов А.И., Никитин Р.А. Анализ расчетных моделей при расчете прочности наклонных сечений железобетонных балок на действие поперечных сил // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Том 16. № 4-3. С. 642-645.

11. Снежкина О.В., Егинов Э.В., Ладин Р.А. Оценка влияния вертикальных хомутов на прочностьжелезобетонных балок при действии поперечных сил // Региональная архитектура и строительство. 2014. № 3. С. 57-61.

12. Силантьев А.С., Лучкин Е.А. Работа изгибаемых элементов по наклонным сечениям с экстремально малым пролетом среза // Бетон и железобетон. 2020. № 2 (602). С. 28-33.

13. Тихонов И.Н., Саврасов И.П. Исследование прочности железобетонных балок с арматурой класса А500 при действии поперечных сил // Жилищное строительство. 2010. № 9. С. 32-37.

14. Аксёнов Н.Б., Задорожная А.В., Трофимова В.М., Синицина Т.В., Назаров А.В. Исследование влияния отклонений положения рабочей арматуры от проектного на прочность безбалочных перекрытий // Инженерный вестник Дона. 2018. № 2 [Электронный ресурс] URL:ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_113_Aksionov.pdf_91646016dd.pdf (дата обращения: 05.01.2023).

15. Яковлев С.Н., Поздеев В.М. Исследование железобетонных многопустотных плит перекрытий с дефектом смещения рабочей арматуры путем натурных испытаний // Инженерные кадры - будущее инновационной экономики России. 2016. № 5. С. 89-92.

16. Campione G., Monaco A., Minafò G. Shear strength of high-strength concrete beams: Modeling and design recommendations // Engineering Structures. 2014. No. 69 (9). Pp. 116-122. doi:10.1016/j.engstruct.2014.02.029

17. Zhuowei Wang A., Yufeng Liao and Weilun Wang. Effect of longitudinal reinforcement ratio and effective depth on shear capacity of PVA fiber high strength RC beams // Advances in engineering research (AER). 2nd International Conference on Material Science, Energy and Environmental Engineering (MSEEE 2018). 2018. Vol. 169. doi:10.2991/mseee-18.2018.52

18. Кузнецов B.C., Кузнецов A.B., Смирнов М.Н. Нормативные допуски как факторы риска снижения долговечности строительных объектов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2005. № 5 (76). С. 80-81.

19. Кузнецов B.C., Прокуронова Е.А. Геометрические допуски как факторы риска снижения долговечности железобетонных элементов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2006. № 7 (90). С. 22-23.

20. Корчагин О.П., Зонина С.В. О специфике расчётов изгибаемых железобетонных конструкций по наклонным сечениям // Социально-экономические и технические системы: исследование, проектирование, оптимизация. 2018. № 1 (77). С. 12-20.

21. Kuznetsov V., Shaposhnikova Y. The cost of flexible elements of a rectangular profile // XIV International Scientific Conference «INTERAGROMASH 2021». Lecture Notes in Networks and Systems. 2022. Vol. 247. Pp. 33–40. doi:10.1007/978-3-030-80946-1_4

22. Kuznetsov V.S., Shaposhnikova Y.A. The structure of the content and cost of materials in bending reinforced concrete element with variable section height // Lecture Notes in Civil Engineering. 2021. Vol. 151. Pp. 181 –187. doi:10.1007/978-3-030-72910-3_26

23. Merta I., Kolbitsch A., Kravanja S. Cost optimization of reinforced concrete beams // Conference: Sixth International Conference Concrete under Severe Conditions Environment & Loading. At: Mérida. Yucatán. México. 2010. [Online]. URL:researchgate.net/publication/282132306_Cost_Optimization_of_Reinforced_Concrete_Beams (date of application: 05.01.2023).

24. Сутягин А.Е. Практический способ расчёта поперечной арматуры в балках // Наука и безопасность. 2012. № 4. С. 65-69.

25. Духанин П.В., Макшанов Н.Я. Определение допустимых технологий для осуществления поперечного армирования арматурного каркаса с учетом условий и факторов производства // Ростовский научный журнал. 2017. № 6. С. 301 -307.

26. Радкевич А.В., Нетеса А.Н. Определение и ранжирование организационно-технологических факторов, обусловливающих рациональные решения соединения арматуры // Наука и прогресс транспорта. Вестник Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта. 2017. № 3 (69).[Электронный ресурс]. URL: cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-i-ranzhirovanie-organizatsionno-tehnologicheskihfaktorov-obuslovlivayuschih-ratsionalnye-resheniya-soedineniya/viewer (дата обращения: 05.01.2023).

27. Кузнецова С.В., Симаков А.Л., Рожков А.Н., Мамин Ю.А., Варнавская Т.В. Расчет отклонения поперечных сечений арматуры при автоматизированной гибке // Вісник національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». Серія: Приладобудування. 2015. № 50 (2). С. 106-114.

28. Biswas L. How to calculate cutting length of stirrups in beam and colum. [Online]. Civil Read. 2018. URL:civilread.com/cutting-length-stirrups/ (date of application: 05.01.2023).