Zbrojone ściany betonowe

EN 1998

Duktylne ściany żelbetowe stanowią centralny element konstrukcyjny w projektowaniu trzęsień ziemi, ponieważ znacząco przyczyniają się do przejęcia poziomych obciążeń i rozpraszania energii. Ich nośność w przypadku trzęsienia ziemi jest w dużej mierze determinowana przez nieliniowe dynamiczne efekty, nadwyżki wytrzymałości oraz tworzenie się stref plastycznych.

Eurokod 8 uwzględnia te niepewności, wymagając dla projektowania określenia sił wewnętrznych na podstawie obwiedni oraz stosowania współczynników zwiększających, w szczególności dla sił poprzecznych.

Normatywne podstawy i zachowanie konstrukcji

Określenie momentów zginających do projektowania

Zachowanie nieliniowe niezwiązanej ściany żelbetowej jest określane przez pojedynczy przegub plastyczny u podstawy. Ta sekcja ściany musi zostać zaprojektowana dla momentu zginającego, który wynika z analizy sytuacji projektowej trzęsienia ziemi. Aby uniknąć rozciągania powyżej przegubu plastycznego u podstawy, EC 8 [1] nakazuje, aby wykres momentów zginających do projektowania opierał się na obwiedni, która jest wyprowadzana z diagramu momentów zginających uzyskanego z analizy i przemieszczana pionowo. To podejście jest określane jako Tension Shift (TS lub przesunięcie linii sił rozciągających) i jest przedstawione na poniższym rysunku.

Rysunek przedstawia schematycznie wyznaczanie momentu obliczeniowego (b) z obliczonego wykresu momentu (a) zgodnie z EC8 dla ciągliwych ścian żelbetowych.

Zgodnie z EC 8 [1] obwiednia może być przyjęta jako liniowa, o ile konstrukcja na swojej wysokości nie wykazuje istotnych nieciągłości w masie, sztywności lub nośności. Tension Shift (a_l) powinien odpowiadać nachyleniu pręta (θ), które jest przyjmowane do oceny nośności ścinania w granicznym stanie nośności (ULS) zgodnie z EC 2 [2]. Wartość przesunięcia jest obliczana w następujący sposób (EC 2 [2], (9.2)).

Określenie sił poprzecznych do projektowania

Wartość momentu zginającego u podstawy ściany i izolowana koncepcja wspornika nie wystarczają do rzetelnego określenia maksymalnych sejsmicznych sił ścinających na różnych wysokościach ściany. To ograniczenie wynika z dynamicznej natury sił przekazywanych przez kondygnacje na ścianę podczas trzęsienia ziemi [4].

• W celu rozwiązania tego problemu przyjmuje się następujące podstawowe założenie:

Jeśli moment nośności M_Rd przewyższa moment zginający u podstawy wynikający z analizy elastycznej dla siły projektowej trzęsienia ziemi M_Ed, wówczas sejsmiczne siły ścinające na dowolnych wysokościach ściany przewyższają te, które zostały obliczone z tej samej analizy elastycznej, proporcjonalnie do stosunku M_Rd/M_Ed.

• Z tego wynika następujące działanie:

Siły ścinające uzyskane z analizy projektowej trzęsienia ziemi (V’Ed) są dostosowywane za pomocą współczynnika zwiększenia nośności (ε). Ten czynnik jest bezpośrednio zależny od stosunku M_Rd/M_’Ed i skalują siłę ścinającą zgodnie z propozycją Fardisa et al. [3].

Dodatkowo, EC 8 [1] wymaga, aby potencjalny wzrost sił ścinających u podstawy ściany głównej w strukturach klasy średniej duktylności (DCM) również był uwzględniony. Siły ścinające do projektowania (V Ed) są, jak pokazano w poniższym równaniu, przyjmowane o 50% wyższe niż siły ścinające uzyskane z analizy (V’Ed). Dla tej konkretnej klasy duktylności przyjmuje się więc współczynnik wzmocnienia ε = 1,5.

Współczynnik zwiększenia opisuje się następującym wzorem (EC 8 [1], (5.25) i 5.4.2.4(7)).

Poniższa ilustracja przedstawia najpierw obliczony przebieg siły ścinającej (a), zwiększony przebieg przy użyciu współczynnika (b) oraz obwiedniowy przebieg siły ścinającej do projektowania (c).

Rysunek przedstawia schematycznie określenie obliczeniowego rozkładu siły tnącej (b) na podstawie obliczonego rozkładu siły tnącej (a) zgodnie z EC8 dla plastycznych ścian żelbetowych.