Міцність залізобетонних конструкцій при продавлюванні
DOI:
https://doi.org/10.32347/2522-4182.17.2025.5-16Ключові слова:
punching shear, strength, design model, beams, slab, comparisonАнотація
Продавлювання є одним із можливих видів руйнування залізобетонних конструкцій і виникає при прикладенні зосередженої сили до плит перекриття через площу, спів розмірну з висотою плити. Зокрема, коли колони спираються плити на перекриття, фундаментні плити та інші.
Існуючі методи розрахунку міцності залізобетонних плит на продавлювання базуються на емпіричному підході, який не завжди адекватно оцінює міцність плит і вплив основних факторів. Водночас загальний характер руйнування при продавлюванні та дії поперечних сил на згинальні елементи дозволяє проводити розрахунки на основі загальної моделі.
У цій статті представлено модель розрахунку міцності залізобетонних плит при продавлюванні засновану на загальному підході до розрахунку міцності залізобетонних елементів при дії поперечної сили та продавлюванні.
У рамках розробленої моделі максимальна поперечна сила, що діє на плиту, визначається як сума максимальних поперечних сил, що сприймають дві взаємно перпендикулярні балки змінної ширини. Вважається, що балки навантажені зосередженими силами на відстані від умовної опори, що дорівнює горизонтальній проекції похилих тріщин, які утворюють піраміду продавлювання. Критерієм руйнування балки вважається зсув бетону в стиснутій зоні над критичною похилою тріщиною, а у якості внутрішніх зусиль у похилому перерізі приймаються зусилля в бетоні розтягнутої зони, стиснутої зони на продовженні похилої тріщини і зусилля у поперечній арматурі.
В якості варійованих факторів були прийняті клас бетону за міцністю і відношення довжини площадки передачі зосередженої сили до висоти плити. Міцність бетону варіювалася в діапазоні C12/15…C40/50, відношення розмірів площадки до висоти плити приймалося в діапазоні a_sup/d=0.7...3,0, а коефіцієнт армування 0,010 і =0,015.
В результаті розрахунків встановлено, що розроблений метод правильно відображає вплив на міцність плит при продавлюванні міцності бетону та співвідношення між розмірами зовнішньої пластини для передачі навантаження та висотою плити.
Посилання
Wood J. G.M. Pipers Row Car Park, Wolverhampton Quantitative Study of the Causes of the Partial Collapse on 20th March 1997, SS&D Contract Report to HSE, 2002. [in English]
Wight, J.K, MacGregor, J.G, (2009). Reinforced Concrete Pearson Prentice Hall, New Jersey, , 1157 р. [in English]
Michael J. L. Egberts, (2009). Preventing Progressive Collapse of Flat Plate Structures with Irregular Layout of Structural Integrity Reinforcement, thesis, Department of Civil Engineering and Applied Mechanics, McGill University, Montreal,,105 p. [in English]
Alaa G Sherif G.A, Walter H. Dilger, (2000). Tests of full-scale continuous reinforced concrete flat slabs, ACI Structural Journal, (97), No. 3, 455-467 [in English]
Ramana N.V. (2017).Review on punching shear strength of slabs, Int. J. International Journal of Engineering Research and Development, (13), (10),1–25. [in English]
Baskaran. K, Morly. C.T, (2004). A new approach testing reinforced concrete flat slab, Magazine Concrete Research, (56), No. 6, 367-374. [in English]
Muttoni A. (2008). Punching Shear Strength of Reinforced Concrete Slabs without Transverse Reinforcement, ACI Structural Journal/July-August, pp.440-450. [in English]
Jahangir Alam, A. K. M. Amanat Khan Mahmud, Salek M. Seraj (2008). An Experimental Study on Punching Shear Behavior of Concrete Slabs, Structural Engineering (12) No. 2, 257-265. [in English]
Gilbert R.I, Guo X. H. (2005).Time –dependent deflection and deformation of reinforced concrete flat slabs – An experimental study, ACI Structural Journal, (102), NO. 3, 363-373. [in English]
Russell, J.M., Owen, J.S., Hajirasouliha, I. (2015). Experimental investigation on the dynamic response of RC flat slabs after a sudden column loss, Engineering Structures (99), 28-41 [in English]
Eva O.L. Lantsoght Cor van der Veen, Joost Walraven, Ane de Boer, (2015). Experimental investigation on shear capacity of reinforced concrete slabs with plain bars and slabs on elastomeric bearings, Engineering Structure, (103), 1–14. [in English]
Kwang-Soo Youm, Jung J. Kim, Jiho Moon, (2014). Punching shear failure of slab with lightweight aggregate concrete (LWAC) and low reinforcement ratio, Construction and Building Materials (65), 92-102. [in English]
Youm K.S., Jeon, H. K.; Park, Y.S.; Lee, S. H.; Moon, J. Experimental study on punching shear of lightweight concrete, Proceedings of the Thirteenth East Asia-Pacific Conference on Structural Engineering and Construction (EASEC-13), September 11-13, 2013, Sapporo, Japan, E-6-4., E-6-4 [in English]
Fernandez Ruiz M., Muttoni, A. Sagaseta, J. (2015). Shear strength of concrete members without transverse reinforcement: A mechanical approach to consistently account for size and strain effects, Engineering Structures (99), 360-372. [in English]
Siburg, C., Hegger, J. (2014). Experimental investigations on the punching behavior of reinforced concrete footings with structural dimensions. Structural Concrete, 15(3), 331–339. [in English]
Siburg, C., Ricker, M., Hegger J. (2014). Punching shear design of footings: critical review of different code provisions., Structural Concrete., 15(4), 497–508. [in English]
Mitchell, D., Cook, W.D., Dilger, W. (2005). Effect of size, geometry and material properties on punching shear resistance, ACI Special Issue on Punching Shear in Reinforced Concrete Slabs, American Concrete Institute, SP-232-3,. 39–56. [in English]
Kueres, D., Siburg, C., Herbrand, M., Classen, M., & Hegger, J. (2017). Uniform design method for punching shear in flat slabs and column bases. Engineering Structures, 136(1), 149–164. [in English]
Bogdandy, B., & Hegedus, I. (2016). Determination of the punching cross-section of reinforced concrete flat slabs. Periodica Polytechnica Civil Engineering., 60(3), 405–411. [in English]
Muttoni, A. Fernández Ruiz M., Simões J.T. (2017). The theoretical principles of the critical shear crack theory for punching shear failures and derivation of consistent closed-form design expressions, Structural concrete, pp. 1-17. [in English]
Jahangir Alam1, A. K. M., Amanat Khan Mahmud, (2013). Analysis on The Effect of flexural steel on punching shear of slabs, International Journal of Engineering Research & Technology, (2), (6), 2878-2901. [in English]
SIA, 262 Code for Concrete Structures, Swiss Society of Engineers and Architects, Zurich, Switzerland, 2003, 94 p. [in English]
FIB, Punching of Structural Concrete Slabs, fib Bulletin 12, Lausanne, Switzerland, 2001, 307 p. [in English]
ACI Committee 318 2014 Building code requirements for structural concrete (ACI 318-14): an ACI standard : commentary on building code requirements for structural concrete (ACI 318R-14), an ACI report, Michigan, United State: American Concrete Institute, 524 p. [in English]
EN 1992-1-1:2023 Eurocode 2. -Design of concrete structures – Part-1-1 General rules and rules for building, Bridges and civil engineering structures, 402 p. [in English]
Ricker, M., & Siburg, C. (2016). Punching shear strength of flat slabs—critical review of Eurocode 2 and fib Model Code 2010 design provisions. Structural Concrete, 17(3),457–468. [in English]
Alexander, S. D. B., Hawkins, N. M., A Design Perspective on Punching Shear, SP-232, M. A. Polak, ed., American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 2005, pp. 97-108. [in English]
Klymov Yu., (1999) New Design Models of the Shear Strength of Reinforcement Concrete Member,” Structural Concrete - The Bridge Between People, fib Symposium, Viacon, Prague, (1), 319-324. [in English]
Klimov, Yu., Kozak, A. (2025) Theoretical foundations for design of reinforced concrete under plane stress states, Strength of Material and Theory of Structures, (114), 311-318. [in English]
https://doi.org/10.32347/2410-2547.2025.114.311-318
Klymov, Yu., Smorkalov, D. (2025). Experi-mental and theoretical researches of strength of compressed reinforced concrete elements with indirect reinforcement by welded meshes, Building Constructions, Theory and practice, (16), 22-32 [in English]
https://doi.org/10.32347/2522-4182.16.2025.22-32
Litzner H.-U.Design of Concrete Structures of ENV 1992-Eurocode 2, Ernst and Sohn, 1995, 308 p. [in English]
Klimov, Yu., Smorkalov, D.V., Kozak A.A. (2024). Behavior to shear force of a reinforced bar in the concrete Strength of Material and Theory of Structures, (113), 320-328 [in English]
https://doi.org/10.32347/2410-2547.2024.113.320-328
Klymov, Yu., Smorkalov, D. (2024) Experimental researches of the strength of reinforced concrete elements under transverse forces. Building Constructions, Theory and practice, (14), 4-14 [in Ukrainian]
