5855x
001574
2019-05-29

Различия между аналитическим и нелинейным расчётом деформаций железобетона

Существуют различные методы для расчёта деформаций в состоянии сечения с трещинами. В RFEM вы можете применить аналитический метод по норме DIN EN 1992-1-1 7.4.3 и физически нелинейный расчёт. Оба метода имеют разные особенности и могут быть более или менее подходящими в зависимости от обстоятельств. В этой статье будет представлен обзор обоих методов расчёта.

Метод аналитического расчёта

Модуль RF-CONCRETE Deflect включает а себя метод аналитического расчёта по норме DIN EN1992-1-1 [1] 7.4.3. Это означает, что образование трещин или взаимодействие бетона в области растяжения рассчитываются с помощью коэффициента распределения ζ. Конструктивная система может находиться в промежуточном состоянии между состоянием I (без трещин, ζ = 0) и состоянием II (с трещинами, ζ = 1). В дополнительном модуле RF-CONCRETE Deflect средняя жёсткость окончательно определяется с помощью ζ. На основе этих значений заново рассчитывается деформация. При этом, из-за изменения значения жёсткости не выполняется перерасчет распределения внутренних сил. Таким образом, данный метод безитерационый. Более подробную информацию о RF-CONCRETE Deflect вы найдете в главе 2.7 руководства пользователя по RF-CONCRETE Surfaces [2] .

Метод физически нелинейного расчёта

Дополнительный модуль RF-CONCRETE NL содержит физико-нелинейный метод расчёта. Расчёт выполняется итерационно. Это означает, что жёсткость определяется на основе нагрузок, а на её основе рассчитывается распределение внутренних сил. Данный расчёт выполняется как итерационный процесс. Итерации выполняются до тех пор, пока не будет достигнут критерий сходимости. Это произойдет в том случае, если изменение в жёсткости или изменение в деформации по отношению к предыдущему шагу итерации меньше критерия сходимости.

При нелинейном методе расчёта элемент КЭ внутренне изображается слоями, когда отдельным слоям (арматуре и бетону) придаются разные материалы, а отдельные слои бетона могут иметь разную жёсткость в ходе расчёта (растрескивание бетона).

Подробную информацию по данной теме вы найдете в руководстве RF-CONCRETE Surfaces [2], в главе 2.8.

Сравнение характеристик обоих методов

Метод аналитического расчёта | RF-CONCRETE Deflect:

  • Очень быстрый метод расчета, подходит также для больших конструкций.
  • Согласно теоретическому подходу из нормы DIN EN1992-1-1 [1] 7.4.3, его следует применять только для конструктивных элементов, подверженных изгибу (плит).
  • Ползучесть применяется ко всему сечению как уменьшение модуля упругости бетона.
  • Вследствие усадки определяется дополнительное искривление, которое добавляется к деформациям.

Метод физически нелинейного расчёта | RF-CONCRETE NL:

  • Очень точный и универсальный метод, не ограничивающийся только конструктивными элементами, преимущественно подверженнуми изгибу (например, его можно использовать для балок-стенок).
  • Ползучесть применяется ко всему сечению в области сжатия как уменьшение модуля упругости бетона.
  • Внутренняя усадка со стороны нагрузки рассматривается как деформация, но в этом контексте также возможен выход из работы из-за деформации усадки.
  • Этот расчет намного сложнее, чем аналитический метод, и, следовательно, требует больше вычислительных ресурсов.

Области применения данных методов

Для принятия решения о том, какой метод следует использовать в конкретной ситуации, необходимы четыре критерия.

  1. Ситуация с нагрузкой

    Для конструкций, в которых отдельные конструктивные элементы с различными ситуациями нагрузок действуют совместно, следует использовать нелинейный метод, поскольку он не ограничивается конструктивными элементами, подверженными изгибу. Одним из примеров является консольное перекрытие.

    Из-за ситуации с нагрузкой конструкция, которая имеет в основном напряжения в стенках, также должна быть рассчитана с помощью физически нелинейного метода из RF-CONCRETE NL. Одним из примеров этого является балка-стенка.

  2. Размер конструкции

    Для больших конструкций мы рекомендуем попытаться избежать физически нелинейного метода, поскольку он требует значительного времени для вычислений.

  3. Требуемая точность

    Если расчет деформации по норме DIN EN1992-1-1 [1] 7.4.1 (4) должен быть выполнен для определения внешнего вида, можно использовать более простой аналитический метод, и нет необходимости в более точном методе расчёта.

    Если расчёт деформации по DIN EN1992-1-1 [1] 7.4.1 (5) должен быть выполнен во избежание повреждения смежных конструктивных элементов или необходим расчёт распорных элементов, то стоит рассмотреть задачу расчёта более подробно. При определенных обстоятельствах может оказаться важным не только то, чтобы определяемая величина деформации была меньше требуемого предельного значения, но и чтобы деформация определялась как можно точнее.

  4. Учёт специальных эффектов

    В данном случае особенно важна усадка. Хотя дополнительная кривизна из-за усадки и определяется с помощью аналитического метода в RF-CONCRETE Deflect, усадка может быть учтена более точно при использовании физически нелинейного метода. В RF-CONCRETE NL усадка учитывается внутри со стороны нагрузки как удлинение и может привести к возникновению дополнительной кривизны, а также к дополнительным эффектам из-за ограничений в конструкции. В результате воздействия деформаций, усадка, в свою очередь, может привести к растрескиванию бетона. В данном контексте важно максимально точно обозначить опоры, особенно горизонтальные.

    Кроме того, применив физически елинейный расчет, можно определить величину направления образования трещин. Путем наслоения элемента можно определить и изобразить глубину трещин.


Автор

Г-н Лангаммер отвечает за разработки в области железобетонных конструкций и оказывает техническую поддержку нашим заказчикам.

Ссылки
Ссылки
  1. Handbuch RF-BETON Flächen. Tiefenbach: Dlubal Software, Mai 2018.
  2. EN 1992-1-1: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2004