Wymiarowanie belek-ścian w RFEM

Artykuł o tematyce technicznej

Podczas obliczania elementów konstrukcyjnych z betonu zbrojonego, często konieczne jest wymiarowanie belek-ścian. Są one głównie wykorzystywane w konstrukcji okien i nadproży, belkach górnych i dolnych, w połączeniach pomiędzy płytami oraz w konstrukcjach szkieletowych. Jeżeli elementy te wyświetlane są jako powierzchnie w RFEM, przeprowadzenie oceny wyników zbrojenia wymaga podjęcia dalszych kroków.

Opis

Przeprowadzone zostaje obliczenie sił wewnętrznych, z uwzględnieniem sprężystego zachowania materiału. Jedna powierzchnia ściany przenosi zginanie poprzez nieliniowe rozmieszczenie siły osiowej. To rozmieszczenie może być różne, w zależności od stosunku wysokości (h) do długości (l).

Rysunek 01 - nx

Im mniejszy jest stosunek h/l, tym bardziej rozmieszczenie zbliża się do linii prostej. Jeżeli przeprowadzacie Państwo wymiarowanie powierzchni przy wykorzystaniu sił wewnętrznych, czego wynikiem jest rozmieszczenie wymaganego zbrojenia podłużnego, odpowiadającego klinowi.

Rysunek 02 - Wymagane zbrojenie podłużne

Jednakże takie zbrojenie jest nieprawidłowe, ponieważ wymiarowanie betonu opiera się na betonie w stanie zarysowanym. Odkształcenie zbrojenia w dolnej krawędzi może być bardzo przekroczone, podczas gdy górne warstwy zbrojenia pozostają nienaruszone.
Ogólnie istnieją dwie opcje wymiarowania w RFEM:
1. Ocena oparta na przekrojach
2. Obliczenia wykorzystujące element wynikowy

Ocena oparta na przekrojach

Opcja ta powinna być zawsze stosowana, jeśli h / l> 0.5. Po obliczeniu wymaganego zbrojenia w module dodatkowym RF CONCRETE Surfaces, w nadrzędnych lokalizacjach zastosowany zostaje przekrój pionowy.
Podczas obliczania zbrojenia na ścinanie wykorzystywana jest maksymalna wartość zbrojenia pionowego (na przykład, od as,2,-z do as,2,+z), i pozostaje ona nie pomniejszona do momentu utworzenia, po bu stronach, górnej krawędzi belki.
W przypadku zbrojenia na zginanie, można aktywować opcję interpretacji wyników w szczegółowych ustawieniach okna dialogowego przekroju. Konieczne jest zsumowanie obu zbrojeń poziomych, np. as,1,-z oraz as,1,+z. Ogólne zbrojenie podłużne jest zdefiniowane jako skupione w dolnej krawędzi przekroju.

Rysunek 03 - Definiowanie wymagane zbrojenia podłużnego

Zgodnie z [1], podczas oceny obliczeń płyty sprężystej, należy stosować się do poniższych punktów:
- Zbrojenie skupione w dolnej krawędzi
- Obszar zbrojenia musi zostać umieszczony nad całą długością i zakotwiony tak, aby przy podporach uzyskać 80 % zbrojenia.
- W przypadku belek wieloprzęsłowych, należy rozplanować proste pręty zbrojeniowe z odpowiednią długością zakładu.
- W przypadku belek wieloprzęsłowych, należy rozplanować połowę zbrojenia słupa na całej długości przęsła. Pozostała część jest wyciągnięta po obu stronach, aż do długości L/3 krawędzi podpory, bez żadnych dodatkowych długości kotwienia.
- Obciążenia przyłożone w dolnej części, łącznie z ciężarem własnym, pojawiają się między wyimaginowanym półokręgiem o promieniu 0.5 L (L < H), i mają być zastosowane przy wykorzystaniu zbrojenia elementów zawieszenia. Zbrojenie elementów zawieszenia musi być utrzymane na poziomie L < H.

Obliczenia wykorzystujące element wynikowy

Opcja ta powinna być zawsze stosowana, jeśli h / l> 0.5, w przeciwnym razie przyjmuje się, że ramię dźwigni jest korzystne. Aby uzyskać wyniki i je ocenić, w środku ciężkości utworzony zostaje poziomy element wynikowy. Definiowany jest przekrój prostokątny o wymiarach belki-ściany. W szczegółowych ustawieniach elementu wynikowego, należy jedynie wybrać odpowiednią powierzchnię. Teraz moduł dodatkowy RF CONCRETE Members może przeprowadzić wymiarowanie pręta na belce wynikowej, wraz ze zintegrowanymi siłami wewnętrznymi belki-ściany. 

Rysunek 04 - Wyniki na elemencie wynikowym

Interpretacja i podsumowanie

Oba wyniki mogą się zasadniczo od siebie różnić, w zależności od geometrii i obciążenia. Głównym powodem tej sytuacji jest odmienne założenie dźwigni w obliczeniach. W przypadku obliczenia powierzchni, mniejsze ramię dźwigni skutkuje rozmieszczeniem odkształceń, a tym samym powoduje powstanie większego wymaganego zbrojenia.
Korzystając z elementu wynikowego, nie ma potrzeby tworzenia kilku przekrojów i ręcznego definiowania zbrojenia na zginanie. Ponadto, zbrojenie jest prawidłowo rozplanowane.

Referencje

[1] Rombach, G. (2010). Anwendung der Finite-Elemente-Methode im Betonbau. Berlin: Wilhelm Ernst & Sohn.

Linki

RFEM Program główny
RFEM 5.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczeń płaskich i przestrzennych układów konstrukcyjnych, obejmujących płyty, ściany, powłoki, pręty (belki), bryły i elementy kontaktowe, z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES)

Cena pierwszej licencji
3 540,00 USD