Промышленные полы

Стеклопластиковая арматура повсеместно вытесняет металлическую. Это объясняется как ее техническими характеристиками, так и низкой стоимостью. На данный момент стеклопластиковая арматура дешевле стальной арматуры всех марок. И в будущем разрыв в цене будет только увеличиваться.

Композитная арматура активно применяется при заливке промышленных полов. По сравнению с металлической, арматура из стеклопластика позволяет заметно удешевить стоимость работ, а так же минимизировать количество нахлестов, сэкономить на доставке. Практика показывает, что скорость вязки композитной арматуры при заливке промышленных полов как минимум вдвое превышает скорость вязки стальной арматуры.

Промышленные полы постоянно сталкиваются с высокими нагрузками, а так же воздействием агрессивных сред. Их долговечность в таком случае напрямую зависит от используемой арматуры. Стальная арматура, подверженная коррозии, на ряде производств не может обеспечить срок службы полов больше трех лет. В то же время, композитная арматура делает возможным увеличить этот срок в два, а то и в три раза.

Стеклопластиковая арматура не только обладает высокой коррозийной устойчивостью, но и еще отличается низкой теплопроводностью и небольшим удельным весом. Благодаря этому она оптимально подходит для использования в заливке промышленных полов.

Документация:

СП 29.13330.2011 Полы. Актуализированная редакция СНиП 2.03.13-88

Армирование подстилающего слоя

Расчет бетонного подстилающего слоя, армированного стеклопластиковыми стержнями

Нагрузка на пол — от автопогрузчика 4043М; грунт основания искусственный — песок. Грунтовые воды отсутствуют.
Транспорт - автопогрузчик 4043М, нагрузку на колесо и диаметр круга следа колеса взяты из «Рекомендаций по расчету полов с подстилающим слоем и по конструкциям металлических плит для полов производственных помещений».
На пол не предусмотрено воздействие повышенных температур и агрессивных сред.
Для искусственного основания из песка мелкого по табл. Ж.7 СП 29.13330.2011 Ks=60МН/м3=6000т/м3.
Для подстилающего слоя примем бетон класса В22,5 Rb=132.5кг/см2 = 1325т/м2=13МПа, Rbt=9,94кг/см2 =99,4т/ м2=0,975МПа, E=290500кг/см2 =2,905х106т/ м2=28750МПа армированный стержнями стеклопластиковыми с Rs=Rsn/γs=1300МПа/1,3 =1000МПа, E=5,5х104МПа.
При расчете жестких подстилающих слоев по прочности должно выполняться условие (Ж.7):

МР < Мult

где МР - расчетный изгибающий момент в рассматриваемом сечении подстилающего слоя, кН∙м/м;
Миlt - предельный изгибающий момент в рассматриваемом сечении подстилающего слоя, определяемый в соответствии с Ж. 2.6 СП 29.13330.2011.
Расчетный изгибающий момент Мр кН∙м/м, в плите подстилающего слоя, расположенного на грунте основания, при действии на пол нагрузки от колес транспортных средств в соответствии с Ж. 1.12 СП 29.13330.2011 определяют по формуле (Ж.12):

МР=К3РР =119,5 х 73,38 кН =8769Н=8,8кН

где РР - расчетная нагрузка на след, определяемая по формуле (Ж.6 СП 29.13330.2011):

Рр= РнККdγf=36,40х1,2х1,4х1,2=73,38 кН

где Рн - нормативная нагрузка на расчетное колесо;
К - коэффициент, учитывающий влияние нагрузок от других колес транспортного средства, принимаемый равным: для транспортных средств с двумя осями К = 1,2; с тремя и четырьмя осями К = 1,8;
Kd - коэффициент динамичности, принимаемый равным; 1,2 - для транспортных средств с пневматическими шинами; 1,4 - для транспортных средств с литыми шинами из резины; 1,6 - для транспортных средств с металлическими колесами при наличии ободьев из полимерных материалов; 2,0 - для транспортных средств с металлическими колесами;
γf - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным 1,2.
К3=119,5 - коэффициент, принимаемый по таблице Ж.3 СП 29.13330.2011 в зависимости от отношения:

ρ= rp /l =0,125м/0,582м=0,215;

где rp - для нагрузок простого вида расчетные размеры следа определяются по формуле (Ж.З СП 29.13330.2011):

rp = r + 2hl=25/2+2х0=12,5см

где r - радиус круга, равновеликого площади следа опирания на поверхности покрытия;
hi - толщина слоев пола, расположенных выше рассчитываемого подстилающего слоя.
l - упругая характеристика гибкости плиты, подстилающего слоя определяется по формуле (Ж.15):

l = .

где , - расчетный коэффициент постели грунтового основания, МН/м3, определяемый по Ж. 2.9;
В - жесткость сечения плиты, определим по формуле (7.31) СП 52-101-2003 как для железобетонного элемента на участке без трещин:

В = Еb1Ired,=24437,5∙2,81∙10-4=6,87 МН∙м

где Еb1- модуль деформации сжатого бетона, определяемый в зависимости от продолжительности действия нагрузки;
При непродолжительном действии нагрузки:

Еb1=0,85 Еb=0,85∙28750=24437,5 МПа

При продолжительном действии нагрузки:

Еb1=Еbτ= Еb/(1+φb,cr)

где φb,cr - принимают по таблице 5.5 СП 52-101-2003.
Ired - момент инерции приведенного поперечного сечения относительно его центра тяжести с учетом отсутствия трещин допускается определять без учета арматуры:

Ired =I=bh3/12=1∙0,153/12=2,81∙10-4м3

Предельный изгибающий момент Мult для железобетонных сечений, кН∙м/м, на единицу ширины сечения подстилающего слоя следует определять по формуле (Ж.19):

Мult=АSRS = 1,3х10-4х1000000х(0,1275-0,01/2)=15,925 кН∙м/м

где АS - площадь сечения растянутой арматуры на единицу ширины сечения плиты, АS=1,30 см2 АКБ шаг 150мм, что больше минимального процента армирования μ=0,001 АS≥0,001∙100∙12=1,20 см2;
RS- расчетное сопротивление арматуры растяжению;
hо - рабочая высота сечения (расстояние от сжатой грани сечения до центра тяжести растянутой арматуры рассматриваемого сечения), определяемая по формуле (Ж.20):

ho = h-a-ds/2=0,15-0,02-0,005/2=0,1275м

где h - толщина подстилающего слоя;
ds — номинальный диаметр арматурных стержней;
а — толщина защитного слоя.
х - высота сжатой зоны бетона в сечении, определяемая по формуле (Ж.21):

х= = м

где Rb - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию.

МР =8,4 кН м< Мult =15,925 кН∙м

Условие прочности выполняется.

Расчет железобетонных элементов по раскрытию трещин производят в тех случаях, когда соблюдается условие:

М=7,3кНм > Mcrc =5,44кН м 

где М - изгибающий момент от внешней нагрузки относительно оси, нормальной к плоскости действия момента и проходящей через центр тяжести приведенного поперечного сечения элемента;

МРII=К3РРII =119,5 х 61,15 кН =7307Н=7,3кНм

РрII= РнККdγf=36,40х1,2х1,4х1=61,15 кН

Mcrc - изгибающий момент, воспринимаемый нормальным сечением элемента при образовании трещин.

Mcrc=Rbt,serW =1450∙0,00375=5,44кН м

где Rbt,ser - расчетные сопротивления бетона осевому растяжению для предельных состояний второй группы;
W- момент сопротивления приведенного сечения для крайнего растянутого волокна бетона, для изгибаемых элементов прямоугольного сечения момент сопротивления без учета арматуры определяют по формуле

W=bh2/6=1∙0.152/6=0.00375м3

При расчете железобетонных подстилающих слоев по ширине раскрытия трещин надлежит выполнять условие (Ж.22):

acrc < acrc,ult 

где acrc - ширина раскрытия трещин в расчетном сечении плиты, определяемая согласно СП 52-104-2003;
acrc,ult - допустимая ширина раскрытия трещин, принимаемая при непродолжительном раскрытии трещин равной 0,4 мм.

Ширину раскрытия нормальных трещин определяют по формуле:

acrc=φ1φ2φ3ψsσsls/Es=1∙0,5∙1∙1∙479505∙0,2/55000000Па=0,0009м=0,9мм>0,4мм

acrc=1∙0,5∙1∙0,4∙479505∙0,2/55000000Па=0,00036м=0,36мм<0,4мм

где σs- напряжение в продольной растянутой арматуре в нормальном сечении с трещиной от соответствующей внешней нагрузки изгибаемых элементов определяют по формуле:

σs=M(h0-yc)αs1/Ired=7,3(0,1275-0,012)4,925/8,66∙10-6=479505

где Ired - момент инерции приведенного поперечного сечения элемента, определяемый с учетом площади сечения только сжатой зоны бетона и площади сечения растянутой;

Ired= Ib+ Isαs1=(1∙0,0123/12)+1,73∙10-6∙4,925=8,66∙10-6м4

где Ib, Is - моменты инерции площадей сечения соответственно сжатой зоны бетона и растянутой арматуры относительно центра тяжести приведенного без учета бетона растянутой зоны поперечного сечения.

Is=As(h0-ycm)2=0.00013(0.1275-0.012)2=1,73∙10-6м4

где ycm - расстояние от наиболее сжатого волокна бетона до центра тяжести приведенного поперечного сечения без учета бетона растянутой зоны ycm =хm=0.012,

yc - расстояние от сжатой грани до центра тяжести приведенного поперечного сечения элемента, для изгибаемых элементов yc=хm=0.012, где хm - высота сжатой зоны бетона, для прямоугольных сечений только с растянутой арматурой высоту сжатой зоны определяют по формуле:





=1.3/(100∙12.75)=0.001

αs1 -коэффициент приведения арматуры к бетону определяют по формуле:

αs1=Es/Eb,red=55000МПа/11166,7МПа=4,925

где Eb,red - приведенный модуль деформации сжатого бетона, учитывающий неупругие деформации сжатого бетона и определяемый по формуле

Eb,red= Rb,ser /εb1,red=16,75МПа/0,0015=11166,7МПа

где εb1,red - относительную деформацию бетона принимают равной 0,0015.

ls - базовое (без учета влияния вида поверхности арматуры) расстояние между смежными нормальными трещинами. ls принимают не менее 10ds=5см и 10 см и не более 40ds=20см и 40 см (для элементов с рабочей высотой поперечного сечения не более 1 м).

ls=0,5Abtds/As=0,5∙(0,075∙1)∙0,005/0,00013=1,44м>0.2м

где Abt - площадь сечения растянутого бетона. В любом случае значение принимают равным площади сечения при ее высоте в пределах не менее 2а=0,04м и не более 0,5h=0.075м.

Принимаем ls=0.2м

ψs- коэффициент, учитывающий неравномерное распределение относительных деформаций растянутой арматуры между трещинами; допускается принимать коэффициент ψs=1, если при этом условие acrc ≤acrc,uit, не удовлетворяется, значение ψs для изгибаемых элементов значение коэффициента ψs допускается определять по формуле

ψs=1-0,8Mcrc/M=1-0,8∙5,44/7,3=0,4

φ1- коэффициент, учитывающий продолжительность действия нагрузки, принимаемый равным 1,0  при непродолжительном действии нагрузки;
φ2- коэффициент, учитывающий профиль продольной арматуры, принимаемый равным 0,5  для арматуры периодического профиля;
φ3- коэффициент, учитывающий характер нагружения, принимаемый равным 1,0 - для изгибаемых элементов.

Принимаем подстилающий слой из бетона В22,5 толщиной—15 см, армированный стержнями стеклопластиковыми САС ф6 (внутренний диаметр 6мм) шаг 150мм.