Методика расчета раскалывающих усилий в анкерной зоне предварительно напряженных балок

Цель и постановка проблемы

• Бетон анкерной зоны предварительно напряженного железобетонного элемента находится в сложном напряженно-деформированном состоянии (НДС) и испытывает значительные местные растягивающие напряжения (напряжения раскалывания), направленные поперек продольного усилия от предварительного обжатия.
• Действующие нормативные документы (СП 35.13330.2011, СП 63.13330.2018) требуют учитывать НДС при подборе армирования, но не предоставляют методики расчета для большой группы анкеров на торце элемента.
• Существующие аналитические методы (формулы 1 и 2) при суммировании усилий натяжения всех пучков приводят к завышенному армированию анкерной зоны.
• Цель авторов: разработать методику расчета раскалывающих усилий для группы пучков с учетом положения каждого пучка, размеров анкерного устройства и взаимного влияния от последовательного натяжения.

Объект и методология

• Объект исследования: анкерная зона главной балки путепровода с 12 анкерами стаканного типа АКС-19 на торце (пряди К7-15,7-1860).
• Параметры: усилие натяжения одного 19-прядевого пучка — 3919 кН (1,1Rp = 1375 МПа).
• Метод расчета: метод конечных элементов (МКЭ) в программном комплексе SOFiSTiK (плоская линейная постановка, оболочечный элемент толщиной 450 мм).
• Рассмотрены две расчетные схемы:

1. Схема №1: анкерная зона над опорной частью (учитывается влияние опоры на НДС).
2. Схема №2: анкерная зона на границе секций бетонирования (6 м от оси опоры, влияние опорной части отсутствует).

• Проанализированы результаты натяжения каждого пучка отдельно и суммарного натяжения всех пучков (суперпозиция).

Ключевые результаты

• Аналитический метод применим только для одного пучка на торце. Разница между МКЭ и аналитическим методом для одного пучка составляет от -3,17% до +8,93%.
• Наибольшие раскалывающие усилия возникают при отдельных натяжениях пучков, а не при суммарном натяжении всех пучков. При сложении нагрузок происходит уменьшение растягивающих усилий и их перераспределение.
• Зоны раскалывания различны по длине в зависимости от положения анкера по высоте балки: для анкеров №1 и №4 — 1,25 м, для №2 и №3 — 2,0 м.
• Определяющим для армирования является анкер №2 (максимальное суммарное усилие раскалывания — 878 кН по расчетной схеме №1).
• Результат подбора армирования: для анкеров №1 и №2 требуется установить 2 стержня ⌀12 А400 с шагом 150 мм на длине, ограниченной высотой балки от торца.
• Эпюры для симметрично расположенных анкеров различны в схеме №1 (из-за влияния опорной части) и зеркальны в схеме №2 (опорная часть не влияет).

Практическая ценность

• Разработана методика расчета раскалывающих усилий для группы пучков, учитывающая их положение относительно поперечного сечения балки, размеры анкерного устройства и последовательность натяжения.
• Доказано, что суммирование усилий натяжения всех пучков нецелесообразно — оно приводит к завышенному армированию.
• При подборе дополнительного поперечного армирования допускается учитывать основное поперечное армирование, полученное при расчете наклонных и пространственных сечений в стадии эксплуатации (т.к. в стадии натяжения усилия от внешних нагрузок меньше, а в стадии эксплуатации сила предварительного напряжения меньше, чем при натяжении).
• Предложена конкретная схема армирования главной балки на раскалывание, устанавливаемого на расстоянии высоты балки от ее торца (с допущением, что стержень между анкерами работает на оба анкера).

Полный текст статьи для ознакомления:
https://sts-hydro.ru/publication/prochnost-ankernoj-zony-predvaritelno-napryazhennogo-proletnogo-stroeniya-na-mestnye-napryazheniya-raskalyvaniya/