Descrizione
Una trave in cemento armato è progettata come una trave a due campate con uno sbalzo. La sezione trasversale varia lungo la lunghezza dello sbalzo (sezione trasversale rastremata). Le forze interne, l'armatura longitudinale e a taglio necessaria per lo stato limite ultimo sono calcolate e confrontate con i risultati in [1].
Materiale | Calcestruzzo C25/30 | Modulo di elasticità | E | 31000 | N/mm2 |
Valore di progetto della resistenza a compressione del calcestruzzo | fcd | 14,167 | N/mm2 | ||
Acciaio di armatura B500S(B) | Tensione di snervamento caratteristica | [F5]yk | 500,000 | N/mm2 | |
Tensione di snervamento di progetto | fyd | 434,783 | N/mm2 | ||
Geometria | Struttura | Lunghezza sbalzo | leff,sbalzo | 4,000 | m |
Lunghezza campata 1 | leff,1 | 8,000 | m | ||
Lunghezza campata 2 | leff,2 | 8,000 | m | ||
Sezione trasversale | Altezza | h | 1500 | mm | |
Larghezza | b | 2620 | mm | ||
Altezza dell'ala | hf | 150 | mm | ||
Larghezza dell'anima | bw | 380 | mm | ||
Copriferro | cnom | 35 | mm | ||
Carichi | Carichi permanenti | CC1 | gk,1 | 10.500 - 90.000 (trapezoidale) | kN/m |
CC2 | Gk,2 | 216,000 | kN | ||
CC3 | Gk,3 | 416,000 | kN | ||
Carichi imposti | CC4 | qk,1,1 | 40,000 | kN/m | |
CC5 | qk,1,2 | 40,000 | kN/m | ||
CC6 | qk,1,3 | 30,000 | kN/m | ||
CC7 | Qk,2 | 284,000 | kN |
Impostazioni di RFEM
- Considerazione della ridistribuzione del momento limitato del momento vincolare sec. a 5.5
- Riduzione dei momenti o dimensionamento per i momenti sulla faccia di un vincolo esterno monolitico sec. a 5.3.2.2
- Riduzione delle forze di taglio nella faccia del vincolo esterno e distanza d sec. a 6.2.1(8)
- Il tipo di distribuzione della sezione utilizzata è rastremata all'inizio dell'asta, per considerare la variazione di altezza della sezione trasversale.
Risultati
- Momento flettente e forza di taglio da carichi permanenti e imposti
Momento flettente e forza di taglio dovuta a gk,1 Forza interna Unità RFEM/Soluzione analitica Campata 1 Campata 2 Asse A Asse B Asse C Momento flettente [kNm] RFEM 248,890 432,840 -296.460 -645.760 0 Soluzione analitica 249,000 433,000 -296.000 -646.000 0 forza di taglio [kN] RFEM -43.330 80,830 -201.000/316.340 -403.660/440.720 -279.280 Soluzione analitica -44.000 81,000 -201.000/316.000 -404.000/441.000 -279.000 Momento flettente e forza di taglio dovuta a Gk,2 Forza interna Unità RFEM/Soluzione analitica Campata 1 Campata 2 Asse A Asse B Asse C Momento flettente [kNm] RFEM -305.850 101,850 -815.400 203,720 0 Soluzione analitica -306.000 102,000 -815.000 204,000 0 forza di taglio [kN] RFEM 127,390 -25.460 -215.670/127.390 -127.390/-25.460 -25.460 Soluzione analitica 127,000 -25.500 -216.000/127.000 -127.000/-25.500 -25.500 Momento flettente e forza di taglio dovuta a Gk,3 Forza interna Unità RFEM/Soluzione analitica Campata 1 Campata 2 Asse A Asse B Asse C Momento flettente [kNm] RFEM 676,040 -155.960 0 -311.920 0 Soluzione analitica 676,000 156,000 0 -312.000 0 forza di taglio [kN] RFEM 169.010/-246.990 -38.990 169,010 -246.990/38.990 38,990 Soluzione analitica 169.000/247.000 39,000 169,000 -247.000/39.000 39,000 Momento flettente e forza di taglio dovuti a qk,1,1 Forza interna Unità RFEM/Soluzione analitica Campata 1 Campata 2 Asse A Asse B Asse C Momento flettente [kNm] RFEM -120.100 40,000 -320.200 79,950 0 Soluzione analitica -120.220 40,030 -320.490 80,060 0 forza di taglio [kN] RFEM 50,070 -10.000 -160.000/50.020 50.020/-10.000 -10.000 Soluzione analitica 50,000 -10.010 -160.000/50.070 50.070/-10.010 -10.010 Momento flettente e forza di taglio dovuti a qk,1,2 Forza interna Unità RFEM/Soluzione analitica Campata 1 Campata 2 Asse A Asse B Asse C Momento flettente [kNm] RFEM 240,020 -79.980 0 -159.960 0 Soluzione analitica 240,000 -80.000 0 -160.000 0 forza di taglio [kN] RFEM -19.990 19,990 140,010 -179.990/19.999 19,999 Soluzione analitica -20.000 20,000 140,000 -180.000/20.000 20,000 Momento flettente e forza di taglio dovuti a qk,1,3 Forza interna Unità RFEM/Soluzione analitica Campata 1 Campata 2 Asse A Asse B Asse C Momento flettente [kNm] RFEM -59.980 180,010 0 -119.970 0 Soluzione analitica -60.000 184,000 0 -120.000 0 forza di taglio [kN] RFEM -15.000 15,000 -15.000 -15.000/135.000 -105.000 Soluzione analitica -15.000 15,000 -15.000 -15.000/135.000 -105.000 Momento flettente e forza di taglio dovuti a Qk,2 Forza interna Unità RFEM/Soluzione analitica Campata 1 Campata 2 Asse A Asse B Asse C Momento flettente [kNm] RFEM 461,530 -106.470 0 -212.950 0 Soluzione analitica 462,000 -106.500 0 -213.000 0 forza di taglio [kN] RFEM 115.380/-168.620 26,620 115,380 -168.620/26.620 26,620 Soluzione analitica -169.000/115.000 26,600 115,000 -15.000/135.000 -169.000/26.600
- Forze interne
La tabella seguente contiene tutte le combinazioni di carico dello stato limite ultimo:Combinazione di carichi Casi di carico assegnati CO1 1.00·CC1 + 1.00·CC2 + 1.00·CC3 CO2 1.35·LC1 + 1.35·LC2 + 1.35·LC3 + 1.50·LC4 + 1.50·LC5 + 1.50·LC6 + (1.50·0.80)·LC7 CO3 1.35·LC1 + 1.35·LC2 + 1.35·LC3 + (1.50·0.70)·LC4 + (1.50·0.70)·LC5 + (1.50·0.70)·LC6 + 1.50·LC7 CO4 1.35·LC1 + 1.00·LC2 + 1.35·LC3 + 1.50·LC5 + 1.50·LC6 + (1.50·0.80)·LC7 CO5 1.35·LC1 + 1.00·LC2 + 1.35·LC3 + (1.50·0.70)·LC5 + 1.50·LC7 CO6 1.00·LC1 + 1.35·LC2 + 1.35·LC3 + (1.50·0.70)·LC4 + 1.50·LC7 CO7 1.35·LC1 + 1.00·LC2 + 1.35·LC3 + (1.50·0.70)·LC5 + (1.50·0.70)·LC6+ 1.50·LC7 CO8 1.35·LC1 + 1.35·LC2 + 1.00·LC3 + 1.50·LC4 + 1.50·LC6 CO9 1.35·LC1 + 1.35·LC2 + 1.35·LC3 + 1.50·LC4 + 1.50·LC5 + (1.50·0.80)·LC7
Azione Unità Combinazione di carico Risultato di RFEM Risultato di riferimento Rapporto MEd,A kNm CO8 -1981.830 -1980.000 1.00 MEd,B kNm CO4 -1764.600 -1765.000 0,99 MEd,1 kNm CO5 1887,120 1887,000 1.00 MEd,2 kNm CO8 885,540 895,000 0,99 VEd,A,li kN CO2 -802.500 -803.000 0,99 VEd,A,re kN CO9 1250,770 1250,000 1.00 VEd,1,li kN CO6 582,090 581,000 1.00 VEd,1,re kN CO7 -554.660 -555.000 0,99 VEd,B,li kN CO4 -1245.820 -1246.000 0,99 VEd,B,re kN CO4 -886.580 -887.000 0,99 VEd,C kN CO8 -544.930 -545.000 0,99 - Armatura longitudinale richiesta
In letteratura, una ridistribuzione del momento del 15% è stata considerata al vincolo esterno B all'interno delle combinazioni di carico 4 ed una ridistribuzione del momento del 12% è stata considerata all'interno della combinazione di carico 7. Al contrario, RFEM applica la stessa ridistribuzione del momento su tutte le combinazioni di carico. Per facilitare un confronto significativo con la letteratura, saranno apportate modifiche al modello RFEM. Successivamente, sarà presentata la soluzione reale fornita da RFEM.
Confronto dei risultati di RFEM con i risultati della letteratura:
Vincolo A:
La trave è collegata monoliticamente al vincolo esterno e, quindi, al momento critico di progetto si trova sulla faccia del vincolo esterno. Tuttavia, la letteratura trascura l'influenza del carico quando si calcola il momento sulla faccia del vincolo esterno. Per consentire un confronto significativo con i risultati in RFEM, è necessario ricalcolarlo considerando l'influenza del carico. Il momento di progetto sulla faccia del vincolo esterno senza considerazione dell'influenza del carico, MEd, è -1819,0 kNm. Considerando l'effetto dei carichi, MEd aumenta a -1823,0 kNm.
RFEM Soluzione analitica Rapporto Caso di carico Momento flettente di progetto MEd Armatura richiesta As,stat,tot Momento flettente di progetto MEd Armatura richiesta As,stat,tot MEd As,stat,tot [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ] CO8 -1824.790 32,50 -1823.000 31,60 1.00 1,02
In letteratura, si presume che l'altezza della sezione trasversale sul bordo del vincolo esterno sia uguale all'altezza della sezione trasversale al centro del vincolo esterno. Tuttavia, in RFEM, l'altezza effettiva della sezione trasversale è considerata a causa della sezione trasversale rastremata. Di conseguenza, questo porta a requisiti di armatura più elevati in RFEM.
Supporto B:
La combinazione di carico critica in questo caso è la combinazione di carico 4. Per corrispondere alla letteratura, il rapporto di ridistribuzione del momento nel vincolo esterno B è impostato su 0,850.
Supporto B RFEM Soluzione analitica Rapporto Caso di carico Momento flettente di progetto MEd Armatura richiesta As,stat,tot Momento flettente di progetto MEd Armatura richiesta As,stat,tot MEd As,stat,tot [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ] CO4 -1345.870 22,40 -1360.000 22,80 0,99 0.98
Quando si calcola il momento di progetto, la letteratura prende in considerazione che il momento sulla faccia del vincolo non deve essere inferiore a 0,65 del momento finale fisso completo (DIN EN 1992-1-1, 5.3.2.2). Questa condizione non è implementata in RFEM. Questo spiega la differenza nel momento di progetto. - Campata 1:
Poiché la trave è definita come un'asta continua in RFEM, non è possibile impostare una larghezza efficace beff per ogni campata. Il valore più piccolo delle due larghezze efficaci dalla campata 1 e 2 viene utilizzato per la semplificazione. beff è che impostato a 2.620 m. La letteratura considera una ridistribuzione del momento del 12% per la combinazione di carico 7, il rapporto di ridistribuzione del momento nel vincolo centrale è quindi ora impostato a 0,880.
Campata 1 RFEM Soluzione analitica Rapporto Caso di carico Momento flettente di progetto MEd Armatura richiesta As,stat,tot Momento flettente di progetto MEd Armatura richiesta As,stat,tot MEd As,stat,tot [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ] CO7 1926,280 30,13 1927,000 33,10 0,99 0,91
Span 2:
In questo caso, non viene considerata la ridistribuzione del momento. Il rapporto di ridistribuzione del momento è impostato su 1.000.
Campata 2 RFEM Soluzione analitica Rapporto Caso di carico Momento flettente di progetto MEd Armatura richiesta As,stat,tot Momento flettente di progetto MEd Armatura richiesta As,stat,tot MEd As,stat,tot [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ] CO8 885,520 13,79 895,000 15,10 0,99 0,91
In letteratura, l'armatura longitudinale necessaria è determinata utilizzando metodi di approssimazione per travi a T secondo DAstb-heft 425. Utilizzando questo metodo, si presume che la forza di compressione nell'ala sia al centro dell'ala (hf/2). in RFEM, l'armatura necessaria è determinata con un'analisi della sezione trasversale. Ciò si traduce in un'armatura richiesta inferiore rispetto alla letteratura.
RFEM ha fornito la soluzione
Ora, la ridistribuzione del momento nel vincolo centrale è impostata al 15% su tutte le combinazioni di carico. I risultati sono riassunti nelle tabelle seguenti.
Vincolo esterno A:
Il caso di carico 8 fornisce il momento flettente più alto ed è quindi decisivo.
Supporto A | ||
Caso di carico | Momento flettente di progetto MEd | Armatura richiesta As,stat,tot |
[kNm] | [cm2 ] | |
CO8 | -1824.840 | 32,32 |
Supporto B:
Vincolo B: | ||
Caso di carico | Momento flettente di progetto MEd | Armatura richiesta As,stat,tot |
[kNm] | [cm2 ] | |
CO4 | -1345.890 | 22,40 |
Campata 1:
Quando la ridistribuzione del momento è presa in considerazione in tutte le combinazioni di carico, CO5 ha il momento flettente di progetto più alto nella campata 1.
Campata 1: | ||
Caso di carico | Momento flettente di progetto MEd | Armatura richiesta As,stat,tot |
[kNm] | [cm2 ] | |
CO5 | 2005,410 | 31,44 |
Campata 2:
CO8 ha una ridistribuzione di progetto momento dopo momento MEd di 940 kNm.
Campata 2: | ||
Caso di carico | Momento flettente di progetto MEd | Armatura richiesta As,stat,tot |
[kNm] | [cm2 ] | |
CO8 | 940,000 | 14,73 |
- Armatura a taglio
Armatura a taglio nello sbalzo:
Per determinare le staffe necessarie nello sbalzo, vengono esaminate 3 posizioni. I risultati sono riassunti nella tabella seguente:
Sbalzo Posizione x Parametro Simbolo Unità RFEM Soluzione analitica Rapporto x = 0,45 m Altezza efficace d [m] 0,940 0,920 1,02 Braccio della coppia interna Z [m] 0,848 0,828 1,02 forza di taglio VEd [kN] -327.190 -328.000 0,99 Momento flettente di progetto MEd [kNm] -73.320 -74.000 0,99 Componente di taglio di progetto della forza nell'area di compressione Vccd [kN] 12,550 13,000 0,99 Forza di taglio di progetto VEd,red [kN] 314,640 314,000 1,0 Capacità a taglio senza armatura Vrd,cc [kN] 219,420 221,00 0,99 Inclinazione del puntone compresso lettino Θ [-] 3.0 3.0 1,0 Capacità del puntone compresso Vrd,max [kN] 996,230 1003,000 0,99 Armatura richiesta asw,req [cm2/m] 2,84 2.91 0.98 x = 1,37 m Altezza efficace d [m] 1,070 1,050 1,02 Braccio della coppia interna Z [m] 0,965 0,945 1,02 forza di taglio VEd [kN] -417.720 -418.000 1.00 Momento flettente di progetto MEd [kNm] -414.250 -415.000 1.00 Componente di taglio di progetto della forza nell'area di compressione Vccd [kN] 62,210 66,000 0,94 Forza di taglio di progetto VEd,red [kN] 355,510 353,000 1,01 Capacità a taglio senza armatura Vrd,cc [kN] 250,070 252,000 0,99 Inclinazione del puntone compresso lettino Θ [-] 3.0 3.0 1,0 Capacità del puntone compresso Vrd,max [kN] 1135,860 1144,000 0,99 Armatura richiesta asw,req [cm2/m] 2,83 2,86 0,99 x = 2,37 m Altezza efficace d [m] 1,210 1,190 1,02 Braccio della coppia interna Z [m] 1,090 1,070 1,02 forza di taglio VEd [kN] -541.800 -543.000 1,0 Momento flettente di progetto MEd [kNm] -891.790 -893.00 1.00 Componente di taglio di progetto della forza nell'area di compressione Vccd [kN] 118,250 125,000 0,95 Forza di taglio di progetto VEd,red [kN] 423,550 418,000 1,01 Capacità a taglio senza armatura Vrd,cc [kN] 283,220 285,000 0,99 Inclinazione del puntone compresso lettino Θ [-] 3.0 3.0 1,0 Capacità del puntone compresso Vrd,max [kN] 1286,410 1298,000 0,99 Armatura richiesta asw,req [cm2/m] 2,98 2,99 1,0 - Campata 1:
La posizione decisiva dell'asta per il calcolo delle staffe nel campo 1 è ad una distanza d dal bordo destro del vincolo esterno A.
Campata 1 Parametro Simbolo Unità RFEM Soluzione analitica Rapporto Altezza efficace d [m] 1,440 1,430 1.00 Forza di taglio sul vincolo esterno A VEd,A [kN] 1250,770 1250,000 1.00 Forza di taglio di progetto VEd,A,re [kN] 952,430 954,000 1.00 Capacità a taglio senza armatura VRd,cc [kN] 346,210 343,000 1.00 Inclinazione del puntone compresso lettino Θ [-] 1.88 1,87 1.00 Armatura a taglio richiesta asw,req [cm2/m] 8,95 9,11 0.98 - Campata 2:
Il calcolo delle staffe viene eseguito in modo analogo alla campata 1.
Campata 2 | |||||
Parametro | Simbolo | Unità | RFEM | Soluzione analitica | Rapporto |
Altezza efficace | d | [m] | 1,440 | 1,440 | 1,02 |
Forza di taglio sul vincolo esterno B | VEd,B | [kN] | 886,580 | 855,000 | 1,03 |
Forza di taglio di progetto | VEd,B,re | [kN] | 613,100 | 584,000 | 1.05 |
Capacità a taglio senza armatura | VRd,cc | [kN] | 346,210 | 343,000 | 1.00 |
Inclinazione del puntone compresso | lettino Θ | [-] | 2.75 | 2.91 | 0,95 |
Armatura a taglio richiesta | asw,req | [cm2/m] | 3,94 | 3,58 | 1.10 |
- Le differenze nei risultati per la campata 2 sono dovute al fatto che la letteratura ha considerato la forza di taglio al vincolo esterno B dopo la ridistribuzione del momento. Tuttavia, la ridistribuzione del momento non influenza la verifica della forza di taglio in RFEM.