Влияние высоты падения груза на продавливание безбалочных перекрытий

В статье автор анализирует существующие методики по расчёту железобетонного безбалочного перекрытия на динамическую нагрузку, связанную с падением груза.

Ключевые слова: железобетон, монолит, безбалочное перекрытие, динамические нагрузки, падение груза, продавливание.

В настоящий момент в связи с изменением экономической и политической ситуации в мире в нашей стране стремительно идёт наращивание мощностей различных производств, таких как металлургия, горнодобывающая промышленность, машиностроение и др. Также с учётом изменения логистических цепочек, связанных с санкционной политикой недружественных государств, при импорте различных товаров в Россию — появилась значительная потребность в увеличении складских мощностей.

Рис. 1. Транспортировка заготовки из печи для последующей ковки

Динамические воздействия на несущие конструкции максимально сопряжены со сложными технологическими процессами на промышленных производствах. Наиболее распространённое и часто встречающееся воздействие на конструкции абсолютно во всех сферах промышленности, а также на значительном количестве складских мощностей — воздействие от перемещения грузов при помощи кранового оборудования.

Перемещение грузов может оказывать следующее влияние на несущие конструкции:

— движение кранового оборудования по подкрановым балкам (включая аварийные ситуации;

— перемещения грузов с высокими температурами;

— падение грузов и т. д.

К конструкциям полов предъявляются достаточно компромиссные требования [1]. Техническое состояние полов на производствах тоже зачастую имеет ограниченно — работоспособную категорию технического состояния. Если отсутствует необходимость перемещения грузов наземными средствами, а осуществляется лишь при помощи кранового оборудования, а также отсутствует необходимость в чистоте цеховых и складских помещений то текущий ремонт зачастую не выполняется, появляется значительное количество повреждений на конструкциях полов. Наиболее логичным было бы рассмотреть расчёт от падения грузов на конструкции перекрытий, так как появляется значительная угроза безопасности.

Появление безбалочных плит перекрытия в России датировано началом XX века. Замена балок перекрытия капителями получила широкое распространение в промышленном строительстве, однако изменяющиеся технологические и архитектурные требования вскоре предписали отказаться и от них [2]. Новые требование предписывали создание конструктивных элементов более прочных, чем капители, но имеющих меньший габарит, чем плита.

Практика расчета бескапительных плит на поперечные нагрузки показала, что в ряде случаев происходит разрушение плит не от изгиба, а от среза по периметру участка, окружающего площадку нагружения.

Причины падения грузов:

— Нарушение требований охраны труда;

— Обрывы строп;

— Выпадение груза из тары;

— Различные аварийные ситуации.

При изучении динамических расчетов междуэтажных перекрытий в технической литературе наиболее часто встречаются работы по изучению конструкций при ударных и импульсных воздействиях [3].

Удар — явление в механической системе в результате динамического контакта системы с ударником, характеризующееся резким изменением скоростей точек системы за относительно малый период времени и непродолжительным действии значительных сил. Данные нагрузки зависят как от исходного количества энергии и механических параметров тела, так и от свойств конструкции (массы, жесткости и прочности). Ударные нагрузки могут быть вызваны ударами снарядов, бомб, обрушением вышерасположенных конструкций, аварийными ситуациями в промышленном строительстве [4].

Ударные нагрузки в сою очередь подразделяются на эксплуатационные и аварийные.

Эксплуатационные нагрузки возникают как правило в конструкциях сооружений, где установлено специальное оборудование (ударного действия), нагрузка действует многократно.

Аварийные нагрузки являются высокоинтенсивными и действуют на конструкции как правило однократно.

В общем случае задача динамического расчета сводится к определению закона движения масс деформируемого тела во времени, на основании которого возможно оценить значение прочности и жесткости системы [5].

В рамках численного эксперимента:

— Выполнен расчет плиты на продавливание при 3 различных значениях h (высота падения груза);

— Построены графики зависимости коэффициента использования сечения при продавливании от высоты падения груза для каждого из методов расчета.

Для выполнения численного эксперимента принято три значения высоты падения груза:

1 Первое значение принято менее значения стороны расчетного контура продавливания (0,58 м) и равным

2 Второе значение принято менее значения периметра расчетного контура продавливания (2,32 м) и равным .

3 Третье значение принято более значения периметра расчетного контура продавливания (2,32 м) и равным .

Поперечное армирование принято стержнями диаметром 12 мм из стали A500 с шагом 60 мм, стержни расположены равномерно вдоль контура расчетного поперечного сечения.

Результаты выполненных расчетов представлены в таблицах 1–3.

Таблица 1

Результаты расчета перекрытия на продавливание при высоте падения груза 0,5 м

По результатам расчетов, представленных в таблице 1, можно сделать вывод о том, что не сходимость результатов, полученных двумя различными методами, при уменьшении высоты падения груза в 2 раза при прочих равных условиях увеличилась с 11 % до 15 %.

Таблица 2

По результатам расчетов, представленных в таблице 2, можно сделать вывод о том, что не сходимость результатов, полученных двумя различными методами, при увеличении высоты падения груза в 2 раза при прочих равных условиях уменьшилась с 11 % до 7 %.

Таблица 3

Результаты расчета перекрытия на продавливание при высоте падения груза 3,0 м

По результатам расчетов, представленных в таблице 3, можно сделать вывод о том, что дифференциация результатов, полученных двумя различными методами, при увеличении высоты падения груза в 3 раза при прочих равных условиях уменьшилась с 11 % до 5 %.

Сводная диаграмма зависимости коэффициента использования сечения перекрытия от высоты падения груза при различных методах расчета представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Сводная диаграмма по результатам расчетов при переменной высоте падения груза

На основании анализа полученных результатов можно сделать вывод о том, что с график зависимости коэффициента использования сечения от высоты падения груза имеет скачкообразный характер. При этом при увеличении высоты падения груза в 2 раза коэффициент использования уменьшается на 34 %, а при уменьшении высоты в 2 раза коэффициент использования уменьшается на 62 %. При увеличении высоты падения груза с 1,0 м до 3,0 м уменьшение коэффициента использования сечения составило 21 %.

Сравнение результатов, полученных разными методами, показало, что наибольшая дифференциация значений достигает при высоте падения равной 1,0 м и составляет 11 %.

1. СП 29.13330.2011 Полы.
2. Дорфман А. Э. Проектирование безбалочных бескапительных перекрытий/ Дорфман А. Э., Левонтин Л. Н.;М.: Стройиздат, 1975–124 с.
3. Инструкция по расчету перекрытий на импульсивные нагрузки. ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Госстроя СССР. М.: Издательство литературы по строительству. 1966.
4. «Расчет конструкций на динамические и специальные нагрузки: Учебн. пособие для вузов и спец. «Пром. и гражд. стр-во»/Н. Н. Попов, Б. С. Расторгуев, А. В. Забегаев; М.: Высшая школа, 1992–319с.
5. Строительная механика. Динамика и устойчивость сооружений / Смирнов А. Ф., Александров А. В., Лащеников Б. Я., Шапошников Н. Н. — М.: Стройиздат, 1984. — 415с.