Нелинейный расчет в RF-/CONCRETE

В одной из предыдущих статей объясняются общие методы расчета и моделирования балок, выступов и тавровых балок с трещинами. В данной статье описан процесс проектирования неразрезной балки из железобетона. Расчет может быть выполнен в дополнительных модулях CONCRETE и RF ‑ CONCRETE Members в сочетании с лицензиями на EC2 и RF ‑ CONCRETE NL.

Конструктивная система и ее нагружение

Сплошная балка состоит из прямоугольного сечения 20/35 см и класса бетона C30/37.

Постоянные нагрузки и транспортные нагрузки разделены на три загружения. Для определения расчетных комбинаций в соответствии с EN 1990 используется автоматическая комбинаторика для предельного состояния по предельному состоянию и предельного состояния по пригодности к эксплуатации (обычная расчетная ситуация) программы RFEM/RSTAB.

Рисунок 06 - Сравнение деформаций

Линейный расчет арматуры в ULS

Сначала определяется арматура по предельному состоянию. Расчет выполняется с учетом перераспределения моментов и уменьшения внутренних сил результирующей комбинации RC1. Кроме того, задаются следующие параметры армирования:

• Диаметр арматуры 16 мм
• Сокращение арматуры по трем направлениям
• Бетонное покрытие 30 мм
• Минимальное армирование 2 Ø 12 для верхнего и нижнего слоя
• Конструктивная арматура для максимального шага арматуры 15 см при Ø 12

На основе этих записей программа определяет концепцию армирования в соответствии с линейно-упругим подходом. В окне 3.1 можно проверить арматуру, которая является основой для нелинейного расчета.

Рисунок 07 - Распределение жесткости Iym ∙ E

Нелинейный расчет ширины трещин и деформаций в SLS

Нелинейный расчет предельного состояния по пригодности к эксплуатации выполняется для сочетаний нагрузок от LC6 до LC8 (результирующие сочетания не допускают каких-либо четких соотношений напряжения и деформации). В нелинейном расчете необходимо интегрировать эффекты жесткости при растяжении. Для этого применяется метод с модифицированной характеристической кривой для стали по [2].

Window '1.1 General Data' for Serviceability Limit State with Settings for Nonlinear Calculation According to [2]

Кроме того, учитываются эффекты ползучести и усадки. Их можно установить в окне 1.3.

Window '1.3 Cross-Sections' with Settings for Creep and Shrinkage

Результаты

Выполнен физический и геометрический нелинейный расчет. Итерация состояния деформированного состояния выполняется на плоскости сечения. На основе распределения внутренних сил в итерационном цикле всегда рассчитываются новые текущие деформационно-напряженные состояния. Сходимость достигается при установке состояния равновесия.

Как и ожидалось, максимальные деформации происходят в поле 1 при нагружении LC6 (LC1 + 0,5 ∙ LC2). Ширина трещин невелика.

Window '6.2.3 Serviceability Limit State for Nonlinear Calculation by Member'

Деформация, возникающая в результате нелинейного расчета с учетом эффекта ползучести, значительно превышает деформацию из чисто линейного расчета упругости без эффекта ползучести. Это очевидно при сравнении деформаций.

Рисунок 06 - Сравнение деформаций

Диаграмма жесткости показывает, что большая часть поля 1 имеет трещины в рабочем состоянии.

Рисунок 07 - Распределение жесткости Iym ∙ E

Заключение

По сравнению с линейно-упругим расчетом железобетонных компонентов, нелинейный расчет жесткости и напряжений дает значения деформации, которые могут быть значительно выше с учетом образования трещин. Этот эффект может быть устранен с помощью методов нелинейного расчета, реализованных в дополнительных модулях для расчета конструкций и проектирования железобетонных конструкций от Dlubal Software. Здесь также можно учесть эффекты ползучести и усадки.