Принципиальные вопросы прочности железобетонных плит при продавливании

Введение. Расчетная модель прочности плит при продавливании, принятая в отечественных нормативных документах, содержит ряд противоречий физической стороне процесса. Из экспериментальных исследований известно, что еще до момента разрушения в бетоне развивается множество трещин. Поэтому его прочность на растяжение, положенная в основу действующей модели, исчерпывается задолго до разрушения конструкции. Действующая модель не учитывает продольное армирование плит, которое является одним из основных факторов обеспечения прочности при продавливании. Аналогичные недостатки есть в зарубежных моделях. Точность нормативных методик расчета, как отечественных, так и зарубежных, низкая.

Цель. Создание метода расчета плит на продавливание, корректно учитывающего все известные особенности работы конструкции и обладающего высокой точностью.

Материалы и методы. Рассмотрен метод расчета прочности плит на продавливание, в основу которого положено условие равновесия моментов внешних и внутренних сил, в отличие от нормативного метода, в котором рассматривается равновесие проекций всех сил на вертикальную ось.

Результаты. Разработан метод расчета, который не противоречит известным опытным данным о работе плит при продавливании. Удалось корректно учесть работу продольной арматуры плиты. Показана высокая точность предложенного метода расчета.

Выводы. Проведенное исследование позволяет по-новому взглянуть на суть процесса продавливания. Рассмотрен механизм разрушения, обладающий принципиальными отличиями. Предложенный метод расчета позволяет получать результаты, сопоставимые по точности с лучшими численными моделями.

1. Einpaul J., Ruiz M.F., Muttoni A. Measurements of internal cracking in punching test slabs without shear reinforcement. <i>Magazine of Concrete Research</i>. 2018, no. 5, pp. 798–810.

2. Simoes J.T., Ruiz M.F., Muttoni A. Validation of the critical shear crack theory for punching of slabs without transverse reinforcement by means of a refined mechanical model. <i>Structural Concrete</i>. 2018, no. 19, pp. 191–216.

3. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.

4. Силантьев А.С., Лучкин Е.А. Определение натурным испытанием вклада продольной арматуры и изгибающего момента в колонне в прочность плиты на продавливание. Особенности подготовки и моделирования образцов // <i>Сборник докладов конференции: Актуальные проблемы строительной отрасли и образования</i>, Москва, 30 сентября 2020 года. 2020. С. 162–169.

5. Kabantsev O.V., Krylov S.B., Trofimov S.V. Numerical analysis of longitudinal reinforcement effect on RC slab punching shear resistance by strength and crack propagation criteria. <i>International Journal for Computational Civil and Structural Engineering</i>. 2021, no. 17, pp. 21–33.

6. Guandalini S., Burdet O.L., Muttoni A. Punching tests of slabs with low reinforcement ratios. <i>ACI Structural Journal</i>. 2009, vol. 106, pp. 87–95.

7. EN 1992-1-1:2004. Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings.

8. ACI 318-19. Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary.

9. Коровин Н.Н., Голубев А.Ю. Продавливание толстых железобетонных плит // <i>Бетон и железобетон</i>. 1989. № 11. С. 20–23.

10. <i>fib</i> Model Code for Concrete Structures 2010.

11. Li K. K. L. Influence of size on punching shear strength of concrete slabs. McGill University, 2000, pp. 1–65.

12. Donmez А., Bazant Z.P. Size effect on punching strength of reinforced concrete slabs with and without shear reinforcement. <i>ACI Structural Journal</i>. 2017, vol. 114, pp. 875–886.

13. Ruiz M.F., Muttoni A. Size effect in shear and punching shear failures of concrete members without transverse reinforcement: Differences between statically determinate members and redundant structures. <i>Structural Concrete</i>. 2017, vol. 109, pp. 1–11.

14. Červenka V., Červenka J., Kadlec L. Model uncertainties in numerical simulations of reinforced concrete structures. <i>Structural Concrete</i>. 2018, pp. 1–13.

15. Lips S., Fernandez Ruiz M., Muttoni A. Experimental investigation on punching strength and deformation capacity of shear-reinforced slabs. <i>ACI Structural Journal</i>. 2012, vol. 109, pp. 889–900.

16. Birkle G. Punching of flat slabs: the influence of slab thickness and stud layout (Thesis). The University of Calgary, 2004, 217 p.