Моделирование совместной работы балки с плитой в составе монолитного перекрытия — один из трудных вопросов в практике расчетов железобетона.
Выбранная модель должна обеспечивать:
1. Отражение эффекта совместной работы балки с плитной частью (про это писал в предыдущем посте).
2. Удобство сбора усилий для конструирования балки и плиты (на основе полученных усилий)
Рассмотрим 6 возможных способов, их плюсы и минусы.
1. Стержневой элемент прямоугольного сечения в плоскости плиты, состоящей из пластин
Эта модель наиболее простая в исполнении, но очень грубая. В ней не учитывается то, что центр тяжести балки в реальности смещен относительно плоскости плиты. Поэтому эффект их совместной работы искажается. Строго говоря, эта модель вообще не корректна.
2. Стержневой элемент прямоугольного сечения с эксцентриситетом
Эта модель уже вполне соответствует реальному поведению конструкции, но она не удобна с точки зрения последующего конструирования. Для определения момента в балке нужно складывать момент в самом подвешенном стержне с моментом, создаваемым его продольным усилием относительно плоскости плиты.
3. Стержневой элемент таврового сечения в плоскости плиты
Модель на первый взгляд кажется странной, но на практике она лучше, чем первые две. В ней сочетается простота и достаточно корректный учет совместной работы ребра балки и плиты. Сложность заключается в подборе ширины свесов сечения тавра. Подробнее об этом — в следующем посте.
4. Модель с ребром балки в виде вертикальной пластины
Хорошая модель с точки зрения достоверности результатов, однако не удобна для подбора арматуры в балке. Точность такой модели чувствительная к размеру КЭ сетки в вертикальной пластине. Рекомендуется разбивать ее по высоте минимум на 4 КЭ (как показано на карточке).
5. Модель с балкой в виде горизонтальной пластины с эксцентриситетом
Модель по сути похожая на 2, но вместо стержня - пластина. Совместная работа учитывается корректно, конструировать балку не удобно, строить такую модель , на мой взгляд, супер неудобно. В практическом плане наиболее бесполезная.
6. Модель с объемными конечными элементами
Наиболее точная модель, но слишком сложная в построении и анализе. Используется больше в исследовательских целях.
По итогу я бы сказал, что однозначно лучшей модели нет, все зависит от сценария использования. Если нужно наиболее точно узнать прогибы — то модели №2 и №5. В научных целях и задачах верификации — модель №6. Если нужно подобрать армирование балки с плитой — удобнее оказывается модель №3.
В практике я использую модель №3 (стержневой элемент таврового сечения в плоскости плиты). В следующем посте расскажу подробнее о том, как она работает и какие есть нюансы.