14233x
001506
2018-02-13

Расчет предварительно напряженного железобетона в программе RFEM

Моделирование конструкции

Создание конструктивной системы - это первый шаг в расчете преднапряженных компонентов. В программе RFEM можно легко и быстро задать разные балки, рамы и плиты или даже смоделировать сложные здания и мосты. Более того, работа в программе RFEM 5 проходит в среде, типичной для программного обеспечения CAD, благодаря чему она интуитивно понятна.

Для моделирования каркасных и фермовых конструкций затем в программе имеется широкий спектр типизированных сечений стержней. Специальные сечения потом можно определять в программе SHAPE-THIN и без проблем рассчитывать в RFEM.

Ввод нагрузок облегчают встроенные генераторы, например для определения снеговой нагрузки. Сочетание нагрузок создает программа автоматически в соответствии с выбранной нормой. При особых состояниях конструкции конечно можно определить случаи нагрузки также вручную. Прямой контроль введенных данных потом обеспечивает фотореалистичная визуализация модели в 3D.

Геометрия преднапряженного элемента

Определение трехмерной геометрии преднапряженного элемента относительно формы конструкции может быть очень длительным и трудным процессом. Особенно когда речь идет о пространственно изогнутых конструктивных компонентах. Однако проецирование этих компонентов на плоскость XY и XZ может упростить пространственную задачу до 2D-геометрии. В таком случае балка отображается непосредственно в плоскостях XY и XZ, что значительно упрощает определение геометрии напрягаемой арматуры.

Другое затруднение может возникнуть при определении формы арматуры в гибкой предварительно напряженной балке. Данная проблема обычно вызвана тем, что эти балки очень длинные и плоские. При отображении всей балки так получается, что высота сечения довольно малая и не позволяет детально распознать распределение напрягаемой арматуры. Именно для этого случая есть в модуле RF-TENDON опция для вертикального и горизонтального масштабирования предварительно напряженной бетонной балки. Благодаря тому можно отобразить высоту гибкой балки в большем размере, чтобы лучше распознать форму арматуры.

Геометрию преднапряженной арматуры можно создавать автоматически, используя стандартную форму арматуры, причем программа всегда определяет ее по отношению к существующим опорам. При необходимости можно положение арматуры отредактировать также вручную.

Программа обычно создает трехмерную геометрию напрягаемой арматуры, объединяя обе проекции в плоскостях XY и XZ. Из этих двух проекций изогнутой балки создается трехмерная диаграмма арматуры. Таким образом, можно легко и быстро получить геометрию арматуры нашей 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 также графически. Кроме того их можно далее сравнить с внешним нагружением от постоянной и переменной нагрузки. Благодаря тому, можно эффект преднапряжения легко распознать прямо в расчете дополнительного модуля RF-TENDON.

Влияние преднапряжения на расчет затем контролируется интенсивностью сил предварительного натяжения. По словам профессора Тун-Йен Лин, квазипостоянный компонент внешней нагрузки должен быть всегда компенсирован эквивалентной нагрузкой от предварительного напряжения. Это значит, что данный метод балансирования нагрузки может быть применен и для предварительного расчета напрягаемой арматуры. Кроме того модуль RF-TENDON позволяет отобразить все внешние нагрузки и эквивалентные нагрузки предварительного нагружения также графически.

Напряжение в арматуре и эквивалентные нагрузки от преднапряжения рассчитываются в отношении потерь арматуры, причем проскальзывание анкера и потери от трения определяются прямым интегрированием деформации вдоль длины арматуры. Метод расчета далее полностью учитывает также все угловые изменения трехмерной геометрии арматуры. Потери напряжения из-за упругой деформации бетона потом определяются с помощью характеристик идеальных сечений, а долгосрочные потери рассчитываются по расчетной нормой, с учетом потерь от деформаций, вызванных ползучестью и усадкой бетона, подверженного постоянным нагрузкам, и потерь напряжения в предварительно напряженной стали вследствие ослабления под растяжением. При определении воздействия ползучести затем учитывается и история нагружения.

Расчет конструкций

Поскольку воздействия преднапряжения применяются к конструкции автоматически, ее можно без проблем рассчитать по методу конечных элементов. Воздействия предварительного напряжения рассчитываются всегда по отношению к первичным и вторичным воздействиям. Внутренние силы полос расчета предварительно напряженной плиты затем могут быть интегрированы во внутренние силы виртуального результирующего стержня и впоследствии использованы для расчета сечения. Все внутренние силы, включая эффекты преднапряжения, сначала рассчитываются в программе RFEM и только экспортируются в дополнительный модуль RF-TENDON Design.

Расчет преднапряженных сечений

Заключительный шаг в расчете преднапряженных конструкций - это проверка предварительно напряженного железобетонного сечения, для которого обычно применяется дополнительный модуль RF-TENDON Design. Эта программа способна рассчитывать сечения как по норме Eврокод 2, так и SIA 262. Дополнительные национальные параметры и методы затем можно включить в расчет с помощью восьми национальных приложений, включая DIN EN 1992-1-1/NA и ÖNORM EN 1992-1-1.

Благодаря вычислению распределения трехмерного напряжения в сечении способна программа рассчитать практически любую форму сечения и расположения арматуры. Кроме того, для стандартных профилей сечений обычно уже имеются заданные шаблоны армирования. Положение напрягаемой арматуры и каналов в сечении потом автоматически берется из трехмерной геометрии арматуры.

Модуль RF-TENDON Design затем проверит, соответствует ли сечение требованиям нормы SIA или Еврокод 2 для предельного состояния по прочности и пригодности к эксплуатации, включая требований к мостам EN 1992-2. Далее может модуль RF-TENDON Design учесть также взаимодействия всех внутренних сил, таких как осевые силы, изгибающие моменты, сдвиг или кручение. Значения состояния эксплуатационного предела проверяются при расчете напряжений, ширины трещин, снижения давления и колебаний.

Программа RFEM - это мощное программное обеспечение для расчета конструкций по норме Еврокод и SIA, что позволяет производить у сечений расширенный анализ с учетом профиля напряжение-деформация, расчет жесткости и предоставляет возможность отображения диаграммы соотношения между моментом и кривизной. Благодаря своему современному графическому интерфейсу, четкой информации о процессе расчета, возможности быстрого получения общих результатов или выполнения детального расчета, а также системе предупреждений и рекомендаций, является программа чрезвычайно универсальной и очень удобной для любого пользователя.


Заключение

Все необходимые шаги для выполнения расчета предварительного напряжения в программе RFEM 5 могут быть активированы прямо пользователем. Модуль RF-TENDON - это эффективная, понятная и удобная программа для проектирования предварительно напряженных балок и каркасов, а также пластинчатых и сложных конструкций. Кроме того, он предлагает простой и интуитивно понятный ввод, который позволяет эффективно выполнять предварительные расчеты. Модули RF-TENDON и RF-TENDON Design - это отличное решение и поддержка пользователя при выполнении расчетов преднапряжений и работе с нормой Еврокод 2.

Литература

[1]Navrátil, J.: Prestressed Concrete Structures (2-е издание). Острава: Технический университет Остравы, строительный факультет, 2014

Автор

Г-н Мейергофер является руководителем отдела разработки программ для расчета железобетонных конструкций.

Слева