В соответствии с 6.4.2 (2) [1] необходимо учитывать круглые сечения на расстоянии менее 2 d, если сосредоточенной нагрузке противодействует высокое противодавление (например, давление грунта на фундамент). Положение критического круглого сечения, как правило, определяется итеративно. Национальное приложение Германии [2] в NCI к 6.4.4 (2) для фундаментных плит и гибких фундаментов с λ = aλ / d > 2 допускает упрощённый расчёт (aλ = кратчайшее расстояние между площадкой приложения нагрузки и краем фундамента). При этом критическое круглое сечение может быть принято на расстоянии 1 d.
RFEM 6 в основном определяет положение критического круглого сечения для фундаментов и фундаментных плит итеративно. Ручное определение типа конструкции 'Фундамент' при этом не требуется. Программа автоматически распознает поверхность как фундамент на основании назначенного упругого основания и учитывает результирующее разгружающее давление грунта при определении расчетной продавливающей силы.
Результирующее воздействующее усилие определяется по формуле (6.48) в [1] VEd,red = VEd - ΔVEd. Где ΔVEd в соответствии с 6.4.4 (2) представляет собой результирующую восходящую силу (восходящее давление грунта за вычетом собственного веса фундамента) в пределах рассматриваемого круглого сечения.
Давление грунта, которое должно учитываться в расчете на продавливание как благоприятное воздействие, автоматически рассчитывается в RFEM 6 из имеющегося напряжения грунта. Величина вычитаемой нагрузки на поверхность, а также ее процентная доля могут быть индивидуально настроены в конфигурациях несущей способности. Для итеративного определения критического круглого сечения также можно задать, чтобы максимально вычитаемая нагрузка на поверхность находилась в пределах определенного критического круглого сечения, например, на расстоянии 1,0·d.
Пример итеративного определения положения критического круглого сечения
Ниже должно быть проверено итеративное определение критического круглого сечения в RFEM 6 с помощью сравнительного расчета, в котором отдельные круглые сечения задаются вручную.
Сначала для этого в RFEM 6 моделируется небольшая фундаментная плита (толщина плиты dPL = 500 мм, длина ∙ ширина = 2,00 м ∙ 2,00 м), на которой установлена короткая железобетонная колонна (сечение: прямоугольник 350 мм ∙ 350 мм, длина L = 2,00 м). В качестве материала применяется бетон класса прочности C30/37. Собственный вес заданной конструкции при этом учитывается. На оголовок колонны воздействуют вертикальными нагрузками. В случае нагрузки собственного веса прикладывается вертикальная нагрузка Gk = 800 кН, в случае полезной нагрузки – вертикальная нагрузка Qk = 450 кН. Из этого получается для сочетания нагрузок LC1 = 1,35 ∙ G + 1,50 ∙ Q расчетное значение воздействия VEd = 1763,27 кН.
Для определения вычитаемой нагрузки на поверхность оцениваются контактные напряжения σz для LC2. Для этого примера для определяющего сочетания нагрузок определено среднее контактное напряжение σz = 438,12 кН/м².
Положение продольной арматуры в фундаментной плите можно задать на вкладке 'Арматура поверхности'. Для этого примера были заданы защитный слой бетона d1 = 4,60 см и d2 = 5,00 см.
Из этого получается рабочая высота d 44,0 см. Базовая арматура для определения сопротивления продавливанию фундаментной плиты была задана как 7,85 см2/м.
После проведения расчета с описанными исходными данными можно считать критерий расчета 0,87. В деталях результатов можно найти промежуточные значения для определения результирующей воздействующей поперечной силы VEd,red.
Дополнение 'Расчет железобетонных конструкций' при этом определяет положение критического круглого сечения на расстоянии lw,it = 0,345 м от края площадки приложения нагрузки. Из этого получается площадь внутри критического круглого сечения:
A = 0,345² ∙ π + 4 ∙ 0,345 ∙ 0,35 + 0,35² = 0,98 м²
Результирующая противодействующая поперечная сила ΔVEd или результирующая воздействующая поперечная сила VEd,red получается: ΔVEd = 0,98 м² ∙ 438,12 кН/м² = 429,36 кН VEd,red = 1763,27 кН - 429,36 кН = 1333,91 кН
Проверка итеративно определенного положения критического круглого сечения
Результат, полученный в первом расчете, и итеративно определенное в RFEM 6 положение критического круглого сечения должны быть проверены во втором расчете.
Для этого можно вручную задать положение критического круглого сечения перед началом расчета в RFEM 6. При этом применяется пошаговое увеличение расстояния до площадки приложения нагрузки с ΔL = 0,05 м. Всего продавливание исследуется на 15 заданных вручную круглых сечениях на расстоянии lw,def = 0,05 м - 0,75 м.
Как показано на рисунке выше, для этого расчета рекомендуется несколько раз скопировать ранее введенный фундамент, включая нагрузку. Благодаря этому 15 различных вариантов расчета можно исследовать за один вычислительный проход. В конфигурациях несущей способности для 'Продавливания' расстояние до площадки приложения нагрузки можно задать индивидуально для каждой точки продавливания.
После того как расчет с пользовательским заданием положения критического круглого сечения был выполнен для всех 15 вариантов, можно оценить полученные результаты. Глядя на следующую диаграмму, видно, что результат из первого расчета (с итеративным определением положения критического круглого сечения) может быть подтвержден. Максимальный критерий расчета находится в диапазоне между lw,def = 0,30 – 0,35 м (ранее итеративно определенное расстояние lw,it = 0,345 м).
Далее результаты расчета с ручным заданием положения критического круглого сечения можно также графически оценить в виде диаграммы Excel. При этом на оси ординат откладывается отношение воздействующего напряжения поперечной силы к воспринимаемому (νEd,red / νRd,c). На оси абсцисс откладывается отношение расстояния до площадки приложения нагрузки к рабочей высоте (ait / d).
Эталонные значения из первого расчета:
Таким образом, результаты, полученные в первом расчете с итеративным определением критического круглого сечения, могут быть подтверждены.