Міцність залізобетонних плит підсилених шляхом підмонолічування залізобетонних балок

Abstract

Магістерська кваліфікаційна робота присвячена дослідженню підсилення монолітних залізобетонних плит перекриття шляхом введення додаткових залізобетонних балок. У роботі розглянуто основні методи підсилення залізобетонних конструкцій, зокрема підмонолічування, що дозволяє суттєво підвищити несучу здатність перекриттів та забезпечити їх довговічність під дією експлуатаційних навантажень. Основною метою роботи є розробка та оптимізація методики підсилення залізобетонних плит з використанням додаткових монолітних балок, а також експериментальне та числове моделювання поведінки підсилених конструкцій під навантаженням. Об’єкт дослідження: Підсилені монолітні залізобетонні плити перекриття при реконструкції будівель різного призначення. Предмет дослідження: Вивчення поведінки залізобетонних плит, що підсилюються введенням додаткових залізобетонних балок. Аналіз впливу такого підсилення на загальний прогин конструкції, її напружено-деформований стан та інші ключові характеристики. У процесі дослідження були визначені міцнісні характеристики бетону неруйнівним методом, проведено лабораторні випробування підсилених плит та здійснено числове моделювання у середовищі ЛІРА-САПР. Результати експериментальних досліджень підтвердили ефективність підсилення, що виявилося у зменшенні прогинів, підвищенні тріщиностійкості та покращенні несучої здатності конструкцій. Робота містить рекомендації щодо практичного застосування методу підсилення в реконструкції житлових та промислових будівель, що дозволить підвищити їх надійність і стійкість до експлуатаційних навантажень. Числове моделювання дозволило детально вивчити напружено-деформований стан підсилених плит, визначити критичні зони напружень та оптимізувати розташування арматури для зменшення ризику руйнування. Порівняльний аналіз експериментальних даних з результатами моделювання показав високу кореляцію, що підтверджує достовірність вибраних розрахункових моделей. Результати дослідження. В процесі роботи були проведені експериментальні випробування підсилених залізобетонних плит, що показали значне підвищення жорсткості та зменшення прогинів у порівнянні з непідсиленими конструкціями. Зокрема: максимальні напруження у розтягнутих стержнях при 75% навантаження досягли 187,9 МПа за ДБН В.2.6-98:2009, тоді як модель ЛІРА показала 159 МПа. Найбільший прогин при повному навантаженні у підсилених плитах становив 3,96 см (за ДБН) та 3,57 см (ЛІРА), що свідчить про значне зменшення деформацій завдяки підсиленню. Порівняльний аналіз показав, що результати моделювання у ЛІРА-САПР добре узгоджуються з експериментальними даними.The master's qualification thesis is devoted to the study of strengthening monolithic reinforced concrete slabs by introducing additional reinforced concrete beams. The work considers the main methods of strengthening reinforced concrete structures, particularly monolithic strengthening, which significantly increases the load-bearing capacity of slabs and ensures their durability under operational loads. The main objective of the work is to develop and optimize the methodology for strengthening reinforced concrete slabs using additional monolithic beams, as well as experimental and numerical modeling of the behavior of strengthened structures under load. Object of the study: Strengthened monolithic reinforced concrete slabs during the reconstruction of buildings for various purposes. Subject of the study: Investigation of the behavior of reinforced concrete slabs strengthened by introducing additional reinforced concrete beams. Analysis of the effect of such strengthening on the overall deflection of the structure, its stress-strain state, and other key characteristics. During the study, the strength characteristics of concrete were determined using a non-destructive method, laboratory tests of strengthened slabs were conducted, and numerical modeling was performed in the LIRA-SAPR environment. The results of experimental studies confirmed the effectiveness of the strengthening, which was reflected in the reduction of deflections, increased crack resistance, and improved load-bearing capacity of the structures. The work includes recommendations for the practical application of the strengthening method in the reconstruction of residential and industrial buildings, which will increase their reliability and resistance to operational loads. Numerical modeling allowed a detailed study of the stress-strain state of the strengthened slabs, identification of critical stress zones, and optimization of reinforcement placement to reduce the risk of failure. A comparative analysis of experimental data with modeling results showed a high correlation, confirming the reliability of the chosen calculation models. Research Results. During the work, experimental tests of the strengthened reinforced concrete slabs were carried out, demonstrating a significant increase in stiffness and a reduction in deflections compared to unstrengthened structures. Specifically. The maximum stresses in the tensile reinforcement at 75% loading reached 187.9 MPa according to DBN V.2.6-98:2009, while the LIRA model showed 159 MPa. The maximum deflection under full load in the strengthened slabs was 3.96 cm (DBN) and 3.57 cm (LIRA), indicating a significant reduction in deformations due to strengthening. Comparative analysis showed that the modeling results in LIRA-SAPR are well correlated with experimental data.