Уточненный расчёт прочности фиброжелезобетонных элементов круглого сечения при действии поперечных сил Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Анализ представленных данных по существующим программным продуктам комплексной автоматизации водоканалов представлен в таблице.

Сравнительная характеристика программ автоматизации водоканалов

Хар актер истики Система АСУТП «1С: Управление водоканалом» Программно-технический комплекс «КРУГ-2000»

Разработчик МУП «Водоканал» г. Йошкар-Олы Компания Софт-портал Фирма «Круг»

Быстрота внедрения и освоения программы Легкая установка и освоение Легкая установка и освоение Простота в эксплуатации, рассчитана на пользователей с разным уровнем подготовки

Возможность бесплатного использования Имеется бесплатная версия с ограниченным функционалом Период бесплатной подписки -3 месяца, затем оформляется платная подписка на ИТС Имеется демоверсия

Стоимость лицензии, руб. От 10 900 От 224 000 От 17 400

Минимальные системные требования к ПК Операционная система: Microsoft Windows 10, 8, 7, Vista, Windows XP с установленным ServicePack 3 и выше, Windows 2000 c ServicePack 4 и выше, WindowsServer 2000/2003/2008/2012 Операционная система: Windows Vista, XP, 2000 Профессиональная, Корпоративная Операционная система: Windows XP, Vista, 7, 8, 10 (Домашняя, Профессиональная, Корпоративная, Для образовательных учреждений)

Сферы автоматизации Давление воды, состояние насосов, электродвигателей, уровень и расход воды Отслеживание процесса водозабора и очистки воды в каждой контрольной точке Своевременный ремонт оборудования и снятие показаний с приборов

Представленная сравнительная характеристика позволяет сделать вывод: наиболее приемлемым, полнофункциональным и оптимальным является программный продукт «1С: Управление водоканалом».

Опыт действующих автоматизированных систем водоснабжения, внедрённых самыми разными организациями РФ, доказывает, что только за счёт более рационального водораспределения экономия электроэнергии может достигать 20-30 % от ранее потребляемой [5]. То же самое касается уменьшения потерь воды, частоты аварий и т. п.

В заключение заметим, что в Брянской области автоматизированной системой учёта и контроля водопо-требления оборудовано весьма незначительное количество водоканалов. Отсюда следует вывод о целесообразности развития данного направления для предприятий водоснабжения региона, так как комплексная автоматизация может стать одним из основных технических направлений энерго- и ресурсосбережения.

Библиографический список

1. Петухова, М. Ю. Формирование информационной среды предприятия / М. Ю. Петухова, Н. Д. Ульянова // Инновационные направления разработки и использования информационных систем и технологий: мат-лы III Междунар. заочной студ. науч.-практ. конф.; Брянск. 23-25 мая 2016 г. - Брянск: Брянский гос. аграрный ун-т, 2016. - С. 208-213.

2. Водоснабжение. - URL: http://bibliotekar.ru/spravochnik-15/8.htm (дата обращения: 17.05.2017).

3. Полякова, Н. Н. 1С: Предприятие 8. Комплексная автоматизация / Н. Н. Полякова, Е. М. Милютина // Современные информационные технологии в экономике, образовании и бизнесе: сб. мат-лов I Межвуз. заочной студ. науч.-практ. конф. - Брянск: Брянский гос. аграрный ун-т, 2014. - С. 254-256.

4. Пашкова, Н. Н. Технологии построения корпоративных информационных систем / Н. Н. Пашкова, С. Н. Лысенкова // Инновационные направления разработки и использования информационных систем и технологий: мат-лы III Междунар. заочной студ. науч.-практ. конф.; Брянск. 23-25 мая 2016 г. - Брянск: Брянский гос. аграрный ун-т, 2016. - С. 189-194.

5. Курбатов, В. П. Об опыте организации автоматизации системы подачи и распределения воды в ОАО «Водоканал» г. Красногорска / В. П. Курбатов - URL: http://dep.ru/introduction/vodosnabzhenie-i-kanalizatsiya/ob-opyte-organizatsii-avtomatizatsii-sistemy-podachi-i-raspredeleniya-vody-v-oao-vodokanal-g-krasnog/ (дата обращения: 30.05.2017).

© Ульянова Н. Д., Гулакова Ю. А., 2017

УДК 624.012.3-033.37

УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЁТ ПРОЧНОСТИ ФИБРОЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КРУГЛОГО

СЕЧЕНИЯ ПРИ ДЕЙСТВИИ ПОПЕРЕЧНЫХ СИЛ

М. О. Хегай, О. Н. Хегай

Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова

В работе рассматриваются основные виды разрушения железобетонных конструкций по наклонному сечению, теоретические предположения к расчёту по прочности фиброжелезобетонных балок круглого сечения при действии поперечных сил. Представлена расчётная модель, которая позволяет определить несущую способность фиброжелезобетонного элемента круглого сечения при действии поперечных сил с учётом работ нагельного эффекта продольной арматуры и сил зацепления.

Ключевые слова: фиброжелезобетон, наклонное сечение, круглое сечение, срез, нагельный эффект, касательные напряжения, расчёт прочности.

Фибровое армирование бетона представляет интерес не только с точки зрения улучшения работы материала на растяжение, но также и с позиций существенного повышения его сопротивляемости ударным нагрузкам, истиранию, трещинообразованию.

Введение стальной фибры в изгибаемые элементы круглого сечения способно повысить несущую способность в зоне действия поперечных сил, а разрушение элемента по наклонному сечению носит более вязкий, плавный характер [1; 2].

В зависимости от того, где напряжения быстрее достигнут предельных значений, различают три общеизвестных случая разрушения [3; 4] элемента по наклонным сечениям (рис. 1).

Рис. 1. Возможные схемы разрушения изгибаемых элементов по наклонным сечениям: а - схема разрушения от действия изгибающего момента, б - схема разрушения от действия поперечной силы, в - схема разрушения по сжатой полосе бетона между наклонными трещинами

В качестве расчётной модели при определении прочности фиброжелезобетонных элементов круглого сечения при действии поперечных сил принята модель разрушения по второму случаю (рис. 1б).

Продольное и поперечное усилия в фибробетоне определяются исходя из эпюр нормальных и касательных напряжений (рис. 2).

Рис. 2. Расчётная схема усилий в наклонном сечении, при расчёте фиброжелезобетонного элемента

Над наклонной трещиной эпюра нормальных напряжений принимается прямоугольной с величиной напряжений, равной сопротивлению фибробетона осевому сжатию Rjъ, а по наклонной трещине треугольной с максимальным значением у начала наклонной трещины, равным о/^

Эпюра касательных напряжений в сжатой зоне фибробетона принимается в виде параболы с максимальным значением ттах в вершине наклонной трещины, а в растянутой зоне фибробетона принимает треугольную форму.

На основании исследований А. С. Залесова [5] поперечное усилие в фибробетоне над вершиной наклонной трещины определяется из эпюры касательных напряжений (рис. 3):

3пг 2

(1 - ^

(1)

3пг 2тт

4(1 - ^т)

3пг \шх

4(г 2 - у 2)

(2)

где у = о^ - х, Ттах , (коэффициент ш - коэффициент разности прочности фибробетона на растяжение от прочности среза).

г

г

Рис. 3. Расчётные эпюры напряжений в фибробетоне

Установлено, что поперечная сила QfЪ существенно зависит от так называемого относительного пролёта среза с/Ъ, то есть от относительного расстояния от сжатой зоны бетона над вершиной наклонной трещины до опоры. С увеличением пролёта среза происходит резкое падение поперечной силы Qfb, которое приближенно описывается гиперболической зависимостью с/Ъ. Таким образом, логично будет добавить с/Ъ в формулу (3), так как формула (2) позволяет определить поперечное усилие при чистом срезе без учёта наклонного сечения:

3пг 4тк

= 4( 2 2) (3) 4(г - у )с

Поперечное усилие, воспринимаемое фибробетоном растянутой зоны, определяется выражением:

= 0,5а^Ь1ЛсГс„р (4)

Величина напряжений в фибробетонном слое растянутой зоны при расчёте в [4] определяется как разность прочностных свойств фибробетона и бетона на растяжение:

°Ь = КЬ - КЬг (5)

Асгспр - площадь эллипса отсечённой сжатой зоной бетона:

= 2г2 - 2гх + 1,5г 2 sin2 в

Лсгспг = ■ п (6)

sinв

где □ - угол наклона трещины.

Продольная арматура в месте пересечения наклонной трещины испытывает как растяжение, так и изгиб вследствие взаимного смещения частей элемента, разделённых наклонной трещиной. В продольной арматуре возникают следующие усилия: продольное растягивающее и поперечное, так называемое нагельное усилие, которое, в свою очередь вызывает откол или раскалывание бетона защитного слоя.

Величина нагельного усилия прямо пропорционально зависит от напряжений смятия в бетоне под продольной арматурой.

Для определения зависимости нами был запроектирован анкер (рис. 4) в бетонном слое, в программном комплексе ЛИРА. Из картины напряжений (рис. 5) видно, что зона, находящаяся под анкером, испытывает сжатие (смятие), а над анкером отрыв - растяжение.

Рис. 4. Общий вид анкера в комплексной программе «ЛИРА»

Рис. 5. Изополя нормальных напряжений в элементе

Полученный график (рис. 6) позволяет определить зависимость касательных напряжений в арматуре от смятия бетона.

Таким образом, получив уравнение линии аппроксимации, нагельные силы в продольной арматуре находим с помощью выражения:

Qs = As(0,3R¿ - 0,075) (7)

20000 i

~ 1В000 --

@ 16000 --

^ 14000 -«и

О 12000 --(-"

" 10000 --щ

§ 8000 --| 6000 -р 4000 --§

к 2000 -0 -0

касательные напряжения в арматуре (т/м.кв) Рис. 6. График зависимости напряжений в бетонном слое под анкером от касательных напряжений в арматуре

Экспериментальные исследования А. С. Залесова и И. А. Титова показали, что при деформировании железобетонного элемента в наклонной трещине возможно возникновение сил зацепления значительной величины, возникающих в результате взаимного смещения берегов наклонной трещины. Выражаем их через расчётное сопротивление фибробетона растяжению с некоторым понижающим коэффициентом К:

Qcrc = kRjbtAcrc sin в (8)

Условие прочности (сумма проекций всех внутренних усилий на поперечную ось элемента должна быть не меньше внешних поперечных сил) будет определяться по формуле:

Q ± Qfb + Qfbt +^Qsi + Qw + Qcrc (9)

Таким образом, данный расчёт позволяет определить несущую способность фиброжелезобетонного элемента круглого сечения при действии поперечных сил с учётом работ нагельного эффекта продольной арматуры, а также сил зацепления.

Библиографический список

1. Морозов, В. И. Исследования фиброжелезобетонных колон с высокопрочной арматурой / В. И. Морозов, А. О. Хегай // Вестник гражданских инженеров. - 2011. - № 3(28). - С. 34-37.

2. Опбул, Э. К. Эффективное использование высокопрочной арматуры в изгибаемых элементах без предварительного напряжения: дис. ... канд. техн. наук / Э. К. Опбул; СПбГАСУ. - СПб., 2006. - 152 с.

3. СП 52-104-2006. Сталефибробетонные конструкции / Госстрой России. - М.: ГУП НИИЖБ, 2007. - 88 с.

4. СНиП 2.01.03-85. Армоцементные конструкции / Госстрой СССР. - М.: ГУП НИИЖБ, 1985. - 51 с.

5. Залесов, А. С. Сопротивление железобетонных элементов действию поперечных сил / И. М. Чупак, А. С. Залесов, С. А. Корейба. -Кишинев: Штиинца, Кишиневский политехнический институт, 1987. - 132 с.

© Хегай М. О., Хегай О. Н., 2017