Расчет предварительно напряженного железобетона в RFEM

Техническая статья

Для эффективного расчета предварительно напряженных элементов конструкции требуется несколько дополнительных шагов, выходящих за рамки стандартного расчета железобетона, от моделирования напрягаемой арматуры, до расчета эквивалентных нагрузок и расчета сопротивления сечения. Поэтому важно, чтобы программное обеспечение для расчета предварительно напряженного бетона было структурировано, а в программе была навигация. RFEM с двумя дополнительными модулями RF-TENDON и RF-TENDON Design соответствует этим требованиям и позволяет инженерам выполнять полный расчет предварительно напряженных балок, рам, пластин, зданий и мостов в соответствии с нормами EN 1992-1-1 с национальными приложениями и SIA 262.

Моделирование конструкции

Конструктивное моделирование является первым шагом расчета преднапряженных компонентов. В RFEM Вы можете быстро и просто задать балки, рамы и плиты или смоделировать сложные здания и мосты. RFEM 5 включает в себя среду, типичную для программного обеспечения CAD, поэтому работа в программе интуитивно понятна.

Для моделирования каркасных и фермочных конструкций в программе присутствует широкий спектр типизированных поперечных сечений стержней. Специальные сечения могут быть рассчитаны в SHAPE-THIN и применены для расчета методом конечных элементов в RFEM.

Ввод нагрузок облегчается с помощью встроенных генераторов нагрузки, например для определения снеговой нагрузки. Сочетание нагрузок создается автоматически в соответствии с выбранной нормой. Также можно вручную определить случаи нагрузки, например, при особых состояниях конструкции. Фотореалистичная визуализация модели в 3D-рендеринге всегда обеспечивает прямой контроль за вводом.

Рисунок 01 - Модель в RFEM жилого здания с перекрытием из преднапряженного бетона

Геометрия напрягаемой арматуры

Определение геометрии трехмерной напрягаемой арматуры относительно формы конструкции может быть очень длительным и трудным, особенно в случае пространственно изогнутых конструктивных компонентов. Проецирование этих компонентов на плоскость XY и XZ может упростить пространственную задачу до 2D-геометрии. В этом случае балка отображается непосредственно в плоскостях XY и XZ, поэтому определение геометрии напрягаемой арматуры значительно упрощается.

Другая сложность может возникнуть при определении формы арматуры в гибкой предварительно напряженной балке. Проблема может быть вызвана тем, что данные балки обычно очень длинные и плоские. При отображении всей балки высота поперечного сечения очень мала и очень сложно распознать распределение напрягаемой арматуры в деталях. Для этого случая в RF-TENDON есть опция для вертикального и горизонтального масштабирования предварительно напряженной бетонной балки. Таким образом, Вы можете отобразить высоту гибкой балки в большем размере, чтобы форма арматуры была распознаваемой.

Рисунок 02 - Увеличенная проекция преднапряженной бетонной балки

Геометрию преднапряженной арматуры можно генерировать автоматически, используя стандартную форму арматуры. Программа генерирует геометрию напрягаемой арматуры по отношению к существующим опорам. При необходимости можно впоследствии отрегулировать положение арматуры.

Программа создает трехмерную геометрию напрягаемой арматуры, объединяя обе проекции в плоскостях XY и XZ. Из обеих проекций изогнутой балки создается трехмерная диаграмма арматуры. Таким образом, Вы можете быстро и легко получить геометрию арматуры изогнутой предварительно напряженной бетонной балки. Для прямых преднапряженных бетонных балок нет необходимости работать в двух проекциях.

Воздействия преднапряжения

Эквивалентные нагрузки, соответствующие воздействиям преднапряжения, автоматически определяются как результирующие силы в отношении эксцентриситета и направленного изменения арматуры. Эти эквивалентные нагрузки могут быть отображены графически. Также можно графически сравнить эквивалентные нагрузки от предварительного напряжения с внешним нагружением от постоянной и переменной нагрузки. Таким образом, эффект преднапряжения можно легко распознать в расчете в RF-TENDON.

Влияние преднапряжения на расчет контролируется интенсивностью сил предварительного натяжения. По профессору Тун-Йен Лин, квазипостоянный компонент внешней нагрузки должен быть компенсирован эквивалентной нагрузкой от предварительного напряжения. Таким образом, данный метод балансирования нагрузки может быть применен для предварительного расчета напрягаемой арматуры. Как внешние нагрузки, так и эквивалентные нагрузки предварительного нагружения могут быть графически отображены в RF-TENDON.

Рисунок 03 - Графика результатов эквивалентных нагрузок от преднапряжения

Напряжение в арматуре и эквивалентные нагрузки от преднапряжения рассчитываются в отношении потерь арматуры. Смещение анкера и потери на трение определяются прямым интегрированием деформации вдоль длины арматуры. Метод расчета полностью учитывает все угловые изменения трехмерной геометрии арматуры. Потери на напряжение из-за упругой деформации бетона определяются с применением характеристик идеальных сечений. Долгосрочные потери рассчитываются в соответствии с нормой расчета, с учетом потерь на деформацию из-за ползучести и усадки бетона, подверженного постоянным нагрузкам, и потерь напряжения в предварительно напряженной стали из-за ослабления под растяжением. При определении воздействия ползучести учитывается история нагружения.

Расчет конструкции

Воздействия преднапряжения автоматически применяются к конструкции, поэтому может быть выполнен ее расчет по методу конечных элементов. Воздействия предварительного напряжения рассчитываются по отношению к первичным и вторичным воздействиям. Внутренние силы полос расчета предварительно напряженной плиты могут быть интегрированы во внутренние силы виртуального результирующего стержня и впоследствии использованы для расчета поперечного сечения. Внутренние силы, включая эффекты преднапряжения, рассчитываются в RFEM и экспортируются в RF-TENDON Design.

Расчет преднапряженных сечений

Заключительный шаг в расчете преднапряженных конструкций - проверка предварительно напряженного бетонного сечения. Для этого применяется дополнительный модуль RF-TENDON Design. В программе содержится расчет в соответствии с Eврокодом 2 и SIA 262. Национальные параметры и методы могут быть включены в расчет по восьми национальным приложениям, включая DIN EN 1992-1-1/NA и ÖNORM EN 1992-1-1.

Каждую форму поперечного сечения и расположение арматуры можно проверить, вычислив распределение трехмерного напряжения в поперечном сечении. Кроме того, для стандартных профилей сечений имеются заданные шаблоны армирования. Положение напрягаемой арматуры и каналов в поперечном сечении автоматически берется из трехмерной геометрии арматуры.

RF-TENDON Design проверяет, соответствует ли поперечное сечение требованиям нормы SIA или Eurocode 2 для предельного состояния по прочности и пригодности к эксплуатации, включая требования к мостам EN 1992-2. Более того, RF-TENDON Design может учесть взаимодействия всех внутренних сил, таких как осевые силы, изгибающие моменты, сдвиг и кручение. Значения состояния эксплуатационного предела проверяются при расчете напряжений, ширины трещин, снижения давления и колебаний.

RFEM представляет собой мощное программное обеспечение для расчета конструкций по Еврокоду и SIA, что позволяет производить расширенный анализ с учетом профиля напряжение-деформация для поперечных сечений, расчета жесткости и предоставляет возможность отображения диаграммы соотношения между моментом и кривизной. Благодаря современному графическому интерфейсу, четкой информации о процессе расчета, возможности быстрого получения общих результатов или выполнения детального расчета, а также системе предупреждений и рекомендаций, программа чрезвычайно удобна для пользователя и универсальна.

Рисунок 04 - Усилие напряжение-деформация балки в предельном состоянии по прочности

Заключение

Все необходимые шаги для выполнения расчета предварительного напряжения в RFEM 5 могут быть активированы пользователем. RF-TENDON - эффективная, понятная и удобная программа для проектирования предварительно напряженных балок и каркасов, а также пластинчатых и сложных конструкций. Кроме того, программа предлагает простой и интуитивно понятный ввод, который позволяет эффективно выполнять предварительные расчеты. RF-TENDON и RF-TENDON Design обеспечивают полноценное решение и поддерживают пользователя при выполнении расчета преднапряжения и работе с Еврокод 2.

Литература

[1] Navrátil, J. (2014).Prestressed Concrete Structures(2nd ed.). Ostrava: Technical University of Ostrava, Faculty of Civil Engineering.

Ссылки

Контакты

Свяжитесь с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы или необходим совет?
Свяжитесь с нами или ознакомьтесь с различными предлагаемыми решениями и полезными советами на странице часто задаваемых вопросов.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

RFEM Основная программа
RFEM 5.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций методом конечных элементов (МКЭ) плоских и пространственных конструктивных систем, состоящих из плит, стен, оболочек, стержней (балок), тел и контактных элементов

Цена первой лицензии
3 540,00 USD
RFEM Железобетонные конструкции
RF-TENDON 5.xx

Дополнительный модуль

Определение пучков арматуры в предварительно напряженных железобетонных стержнях

Цена первой лицензии
2 060,00 USD
RFEM Железобетонные конструкции
RF-TENDON Design 5.xx

Дополнительный модуль

Расчет предварительно напряженных железобетонных конструкций по норме Еврокод 2

Цена первой лицензии
1 610,00 USD