В нашем статье мы опишем ввод данных, необходимый для этого. Затем мы покажем влияние, которое оказывает экспорт результатов на дальнейшие расчеты (например, расчет железобетонных колонн на устойчивость).
Конструктивная система для расчета
В данном примере мы рассмотрим конструктивную систему железобетонных колонн, показанную на рисунке 01. Es handelt sich hierbei um ein System aus vier Kragstützen, welche an ihren Fußpunkten um die X- und Y-Achse eingespannt gelagert sind. Четыре консольные опоры соединены друг с другом с помощью шарнирно сочлененных балок (балочные элементы с шарнирами на концах стержней). В точках соединения система опирается на точечные опоры в глобальном направлении Y, так как в нашем примере мы проанализируем только продольный изгиб в глобальном направлении X. Die einzelnen Querschnitte können der zum Download zur Verfügung stehenden Datei entnommen werden.
Комбинаторика нагрузок и нагружения
В расчете рассматриваются четыре нагружения:
- Lastfall 1 = Eigengewicht
- Нагружение 2 = ветер в + X
- Нагружение 3 = снег
- Нагружение 4 = несовершенство в + X
In RFEM können für die Bemessungssituationen Grenzzustand der Tragfähigkeit, der Gebrauchstauglichkeit sowie der Lagesicherheit automatisch Lastkombinationen nach EN 1990 angelegt werden. Für dieses Beispiel werden Lastkombinationen notwendig, da eine Berechnung nach Theorie II. Ordnung mit Berücksichtigung der effektiven Steifigkeiten im Zustand II der Stahlbetonstützen durchgeführt werden soll. У сочетаний нагрузок для расчета предельного состояния по пригодности к эксплуатации деактивируются воздействия теории второго порядка и несовершенств.
Нагрузки, применяемые для отдельных нагружений, можно найти в прилагаемом файле модели.
Расчет железобетонных колонн
In einem ersten Schritt werden zunächst die Schnittgrößen der einzelnen Lastkombinationen errechnet (linear-elastische Schnittgrößenermittlung). Впоследствии внутренние силы применяются для расчета в дополнительном модуле RF-CONCRETE Members. В модуле RF-CONCRETE Members создается расчетный случай, в котором выполняется расчет железобетонных колонн. Для расчета на предельное состояние по несущей способности выберем опцию «Нелинейный расчет (состояние II)».
In den Einstellungen für die nichtlineare Berechnung wird die Option "Allgemeines Bemessungsverfahren bei Stäben mit Druck nach Theorie II. Ordnung (EN 1992-1-1, 5.8.6)" gewählt.
С помощью упомянутых выше настроек модуль RF-CONCRETE Members сначала рассчитает статически требуемую арматуру на основе расчета сечений и внутренних сил из сочетаний нагрузок (линейно-упругий расчет). Наконец, программа на основе требуемой арматуры и пользовательских спецификаций базовой или минимальной арматуры предложит вариант армирования, который затем применяется для нелинейного расчета.
В нашем примере колонны усилены армированием 4 Ø 20 на обеих сторонах сечения.
Полученное в результате армирование применяется для нелинейного расчета. RF-CONCRETE Members затем рассчитает проектную надежность гамма в состоянии II и в случае необходимости также определит эффективное соотношение 1/гамма стержней.
Следует обратить внимание на то, что результаты данного нелинейного расчета были получены на основе заданной арматуры. Aus der dargestellten Ausnutzung und der vorhandenen Längsbewehrung lässt sich allerdings kein Rückschluss auf eine größere Ausnutzung bei gleichzeitiger Reduktion der Anzahl der Längseisen schließen. При изменении количества, положения или сечения продольной арматуры, необходимо выполнить заново нелинейный расчет.
Расчет фундаментных плит
Затем мы выполним расчет фундаментных плит для проектирования консольных балок. Это можно сделать в дополнительном модуле RF-FOUNDATION Pro. Фундаментные плиты имеют следующие размеры:
- Длина = 1,75 м
- Ширина = 1,75 м
- Высота = 0,50 м
Несущая способность грунта определяется по норме DIN EN 1997-1, приложение D. Für die Ermittlung des Grundbruchwiderstands wird von einem Kies-Sand-Feinkorngemisch ausgegangen, welches in RF-FUND Pro standardmäßig in den Parametern für das Bodenprofil voreingestellt ist.
Die Ermittlung des Grundbruchwiderstands in RF-FUND Pro wird in diesem Fachbeitrag erläutert:
Um in RF-FUND Pro die Federsteifigkeiten für die Fundamentplatten ermitteln zu können, ist zunächst in den [Details] die Setzungsberechnung zu aktivieren. В подробных настройках расчета осадки мы можем выбрать вариант расчета упругого основания или жесткой плиты. Чтобы рассчитать жесткость пружин и экспортировать их в модель RFEM выберем расчет жесткой плиты.
Durch das Aktivieren der Setzungsberechnung steht im Eingabedialog "1.4 Belastungen" das Register "Setzung" zur Verfügung. Neben den generierten LKs für die Grenzzustände STR, GEO und EQU ist im Dialog "1.4 Belastung" im Register "Setzung" die Last zu definieren, für welche die Setzungen ermittelt werden sollen. В этом случае сочетания нагрузок берутся из характерной расчетной ситуации. В программе также потребуется задать значение горизонтальной силы или опорного момента для расчета закручивания фундамента либо вращательной жесткости пружины. Это необходимо учитывать при выборе соответствующих сочетаний нагрузок.
Im Ergebnisdialog "2.2 Maßgebende Nachweiskriterien" findet man nach der Berechnung neben allen anderen Nachweisen (Lagesicherheit, Grundbruch, Fundamentverdrehung, Biegebemessung der Fundamentplatte et cetera) auch die Ergebnisse der Setzungsberechnung. В таблице с подробными результатами мы можем для каждого узла и для каждого расчетного сочетания нагрузок проверить жесткость пружины в направлении z и пружинные постоянные Cφ, x и Cφ,y.
На рисунке 10 видно, что пружинная постоянная Cφ,x не может быть определена. Dies liegt daran, dass in dem hier betrachten Beispiel keine Verdrehung um die X-Achse berechnet wird (2D-Rahmensystem, nur Momente um Y-Achse).
Die nun zur Verfügung stehenden Federkonstanten aus der Setzungsberechnung können über das Datei-Menü in RF-FUND Pro exportiert werden.
Nach dem Export der Federsteifigkeiten stehen in RFEM neue Knotenlager zu Verfügung, welche diese Federsteifigkeiten beinhalten. Durch den Ansatz der neuen Knotenlager werden die Ergebnisse aus RFEM und den Zusatzmodulen RF-BETON Stäbe sowie RF-FUND Pro gelöscht.
Пересчет железобетонных конструкций с пружинными постоянными из модуля RF-FOUNDATION Pro
Так как результаты были удалены после экспорта жесткости пружин, то расчет в модуле RF-CONCRETE Members должен быть перезапущен. Die Eingaben im Zusatzmodul (Bewehrungsvorgabe et cetera) bleiben zunächst unverändert – wie zuvor geschildert – bestehen.
Eine erneute nichtlineare Berechnung der Stützen ergibt mit der zuvor eingestellten vorhandenen Bewehrung (4 Ø 20 je Seite) eine <nobr>Ausnutzung > 1,00</nobr>. Der Unterschied in der geänderten Ausnutzung der Stahlbetonstützen ergibt sich aus der exportierten Federsteifigkeit aus RF-FUND Pro in das RFEM-Modell und dem Umlagerungseffekt aus der nichtlinearen Berechnung.
In einem weiteren Schritt kann in RF-BETON Stäbe nun ein neuer Bewehrungssatz für die Stäbe, welche eine <nobr>Ausnutzung > 1,00</nobr> aufweisen, angelegt werden und in diesem Bewehrungssatz zum Beispiel die Anzahl oder der Durchmesser der Längsbewehrung hochgesetzt werden.
Alternativ kann aber auch die Anzahl der Längseisen pauschal für alle Stützen um <nobr>n = 1</nobr> erhöht werden. Damit ergäbe sich für das vorliegende Beispiel folgende Ausnutzung.
Экспорт жесткости колонн в состоянии повреждения трещинами
Weiterführend ist es in RFEM auch möglich, die Steifigkeiten im Zustand II aus der Bemessung der Stützen in RF-BETON Stäbe in das RFEM-Modell zu exportieren. Somit lassen sich die Steifigkeiten aus dem Zustand II der Stahlbetonbemessung und die Federsteifigkeiten aus der Fundamentbemessung auch für eine weitere Schnittgrößenermittlung und Bemessung verwenden.
Экспорт жесткости у сечений, поврежденных трещинами (состояние II) далее не приводится в нашем примере. Weitere Hinweise hierzu findet man hier in der Knowledge-Base:
Заключение
Как было показано в данном примере, экспорт жесткости пружин из расчета осадки в RF-FOUNDATION Pro может существенно повлиять на дальнейшие расчеты. Somit sollte der Ansatz von realitätsnahen Steifigkeiten bei den Knotenlagern im Vergleich zu einer starren Lagerung bei der Tragwerksplanung in Betracht gezogen werden.
RFEM дает возможность проектировщику легко проверить и рассчитать подобные воздействия в файле модели.
Внимание! Данная статья относится к расчетам в программе RFEM 5. Опция экспорта пружинных постоянных из модуля FOUNDATION Pro также доступна в программе RSTAB 8. Упомянутый в статье метод может быть применен и в программе RFEM 8.