На основе ранее проведённого анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований [1, 2] выявлено, что в монолитных карнизных узлах железобетонных П-образных рам с ломаным очертанием ригеля при действии изгибающего момента и поперечной силы основную роль играют главные сжимающие напряжения, концентрирующиеся в веерообразном направлении и сходящиеся к вершине внутреннего угла. Следовательно, исследуемые узлы можно включить в класс коротких железобетонных элементов, поскольку именно в них определяющую роль играют главные напряжения.
Разработано и исследовано три модификации расчетной аналоговой стержневой модели (АСМ) монолитных карнизных узлов рам (рис. 1 а, б, в), которые базируются на основных положениях о том, что узел сопряжения ригеля и стойки относится к классу коротких элементов [3]. Проведена сравнительная оценка модификаций расчетной аналоговой стержневой модели и выявлено, что модификация модели АСМ _М3 (рис. 1 в) более точно, по сравнению с остальными модификациями, описывает напряженно-деформированное состояние исследуемого узла и характер действующих усилий.
Разработанная аналоговая каркасно-стержневая модель (АКСМ), рис. 2, по сути, является несущим каркасом рассматриваемых монолитных карнизных узлов рам. Она выделяет наиболее нагруженные участки, которые условно названы полосами бетона и арматурными поясами, и образует несущую систему узла. Функцией такой аналоговой каркасно-стержневой модели является определение размеров и предельных состояний сечений расчетных элементов при всех возможных схемах разрушения узла.

Условия прочности записываются на основе предельных состояний расчетных сечений аналоговой каркасно-стержневой модели карнизных узлов монолитных рам. При разрушении рассматриваемых узлов сопряжения предельным состоянием расчетного сечения следует считать такое состояние, когда в бетоне и арматуре сечения появляются предельные усилия – _b R_b и _s R_s. В каркасно-стержневой модели карнизных узлов расчетным является сечение центрально-сжатых наклонных полос с размерами , где  – расчетная ширина наклонных сжатых полос (рис. 2);  – ширина сечения рамы.
Условия прочности имеют вид:
– при разрушении узлов по сжатым полосам

, (1)

где  – усилие сжатия в наклонной полосе бетона;  – коэффициент, корректирующий расчетную величину R_b в зависимости от напряженно-деформированного состояния бетона расчетного сечения и определяемый с помощью критерия прочности бетона;
– при разрушении в результате среза сжатых полос бетона

, (2)

где  – усилие среза в наклонной полосе бетона;  – коэффициент, корректирующий прочность бетона при сопротивлении растяжению;
– при разрушении по растянутым арматурным поясам

, (3)

где  – растягивающее усилие продольной арматуры ригеля, расположенной вдоль верхней грани, или продольной арматуры стойки.

Рис. 2. Расчетная аналоговая каркасно-стержневая модель АКСМ

Предложенные расчетные модели АСМ и АКСМ позволяют разработать принцип эффективного армирования монолитных карнизных узлов железобетонных рам. Анализ результатов исследований показывает, что в центральной части карнизного узла образуются трещины лучеобразного характера от раздавливания бетона, направленные от центра сгиба растянутой арматуры к внутреннему углу карнизного узла (рис. 3 а). Типовые решения по армированию карнизных узлов рам не в полной мере отражают характер их напряженно-деформированного состояния – клинообразная по форме сердцевина узла недостаточно заармирована. В этом случае наиболее эффективным мероприятием, предотвращающим возможное трещинообразование, является использование двух арматурных сеток С-1 с каждой стороны по толщине сечения рамы в качестве дополнительного армирования центральной части узла (рис. 3 б). Рабочую арматуру сеток предлагается располагать по направлению действия главных напряжений на всю высоту сечения узла для прямого участия в работе расчетных элементов, оказывая сопротивление развитию деформаций укорочения (либо удлинения).
Таким образом, принцип эффективного армирования монолитных карнизных узлов заключается в том, чтобы размещать рабочую арматуру вдоль расчетных элементов аналоговых расчетных моделей.

Кроме того, в сжатых элементах модели целесообразно применять арматуру, расположенную в поперечном направлении относительно осей этих элементов. Указанные рабочие стержни в первом случае будут препятствовать развитию продольных деформаций укорочения (или удлинения) в бетоне рассчитываемых элементов. Во втором случае рабочие стержни, расположенные в поперечном направлении сжатых бетонных полос, будут препятствовать развитию поперечных деформаций. Такой вид армирования будет идеальным с точки зрения эффективности расположения рабочей арматуры, позволяющий в полной мере соответствовать характеру сопротивления узловых соединений. В этом случае арматура выполняет две функции – играет роль рабочей и косвенной арматуры. Следовательно, оси аналоговых стержневых и каркасно-стержневых моделей являются схемой эффективного расположения арматуры.

1. Иванов И.А., Гучкин И.С., Демьянова В.С., Тараканов О.В., Чиненков Ю.В., Корнев Н.А. Отчет о производственных испытаниях опытных керамзитобетонных рам пролетом 21 м, имеющих опалубочные размеры по серии 1.822-2 и предназначенных для однопролетных сельскохозяйственных зданий // Пензенский ИСИ, НИИЖБ Госстроя СССР, Омский комбинат строительных конструкций. 1986.
2. Артюшин Д.В., Баркаров П.В. Оценка напряженно-деформированного состояния монолитных карнизных узлов железобетонных П-образных рам // Вестник магистратуры. 2015. №3 (42). С. 26-28.
3. Артюшин Д.В. Разработка методики расчета и конструирования монолитных узлов сопряжения железобетонных конструкций на основе аналоговых каркасно-стержневых моделей для развития комплекса Сводов Правил Норм нового поколения. // Труды общего собрания РААСН «Непрерывное архитектурно-строительное образование как фактор обеспечения качества среды жизнедеятельности». 2005.

Все статьи автора «Артюшин Дмитрий Викторович»