Если по условиям эксплуатации трещины в плите не допускаются (сильно агрессивная среда), ПОК можно рассчитать (определить изгибающие моменты) по упругой стадии с использованием таблиц или вычислительных комплексов по МКЭ.
В основном ПОК рассчитывают по методу предельного равновесия, в основу которого положена конечная стадия работы конструкции под нагрузкой – стадия разрушения, и определенная схема разрушения. Как показали эксперименты, для ПОК характерна конвертообразная схема разрушения, при которой плита разделяется на систему звеньев (жестких дисков), соединенных друг с другом по линиям излома пластическими шарнирами – в пролете по биссектрисам углов и на опорах вдоль балок (рис. 6). Значение момента в пластическом шарнире на единицу его длины зависит от площади сечения рабочей арматуры
(1)
В общем случае каждая панель (ячейка) плиты испытывает действие шести изгибающих моментов: двух пролетных и и четырех опорных . Основное расчетное выражение для определения этих моментов выводится исходя из равенства работ внешней нагрузки и внутренних усилий (в состоянии предельного равновесия) на виртуальных (возможных) перемещениях.
1. Работа внешней нагрузки. В предельном состоянии плита провисает, образуя пирамиду высотой, равной максимальному прогибу Угол поворота звеньев при бесконечно малых перемещениях равен
(2)
Внешняя нагрузка перемещается вместе с плитой и совершает работу
Рис. 6. К расчету плит опертых по контуру по методу предельного равновесия:
1 – линейный пластический шарнир на опоре; 2 – то же, в пролете
где - перемещение произвольной точки плиты; - площадь плиты;
- объем фигуры перемещения (пирамиды), равный
|
(3)
Тогда работа внешней нагрузки
(4)
2. Работа внутренних усилий. Определяется работой изгибающих моментов на соответствующих углах поворота
. (5)
3. Из условия равенства работ с учетом выражения (2) получим основное уравнение для расчета ПОК
(6)
Таб. 1
1…1,5 | 0,2…1 | 1,3…2,5 | 1,3…2,5 |
1,5…2 | 0,15…0,5 | 1…2 | 0,2…0,75 |
Используя приведенные в таб. 1 рекомендуемые соотношения моментов, сводим уравнение (6) с шестью неизвестными к уравнению с одним неизвестным . Определив , затем по принятым соотношениям моментов определяют и остальные моменты.
В практических расчетах определение моментов зачастую упрощается. Так, для средней панели квадратной плиты (), окаймленной по всему периметру балками, задавшись и приняв обрыв одной из нижних сеток на расстоянии 1/4 от балок, получаем для опорных и пролетных моментов
(7)
Для свободно опертой квадратной плиты все опорные моменты равны нулю, а пролетные – . Тогда при обрыве одной нижней сетки на 1/8 от опоры
(8)
По найденным моментам подбирают арматуру в пролетах и на опорах как для изгибаемого элемента прямоугольного сечения с одиночной арматурой (арматура подбирается на 1 м ширины плиты, т.е. мм.)
В плитах, окаймленных по всему контуру ребрами, в состоянии предельного равновесия возникает распор, повышающий несущую способность плит. Поэтому при подборе арматуры для таких плит значения моментов могут быть уменьшены до 20%.