EN 1998
При обычном проектировании для статических нагрузок расчет соединений в железобетонных рамах обычно не является критичным и, следовательно, в общем случае не требуется. Однако при сейсмических воздействиях возникают очень высокие напряжения в ограниченном объеме узла, вследствие чего соединения балок и колонн имеют высокую значимость для сейсмобезопасности железобетонных рам.
Механизм разрушения
На изображении a) показаны действующие силы в узлах соединения балки и колонны внутреннего типа при воздействии землетрясения.
Изображения b) и c) показывают для области узла механизм восприятия поперечной нагрузки. Этот механизм можно разделить на две компоненты. В первом механизме b), механизме сжатия, концентрируется поперечная сила стыка на сжатой диагональной бетонной сжатой полосе. Поперечная арматура обеспечивает обжатие бетона, что позволяет добиться большей деформируемости полосы, но только до достижения предела текучести стали. Во втором механизме c), ферменном механизме, часть поперечной силы, обусловленная адгезией вдоль продольного армирования внутри узловой области, находится в равновесии с ферменным механизмом, который обеспечивается бетонными сжатыми полосами и вертикальной и горизонтальной арматурой узловой области. Носопособность на срез определяется суммой компонентов поперечной силы в соответствии с этими двумя механизмами.
Внутренние и внешние узлы соединения балок и колонн
Так как сейсмическое поведение соединений балок и колонн в значительной мере зависит от их положения в пространственной (трехмерной) железобетонной раме, необходимо различать между внутренними и внешними узлами.
Следующее изображение иллюстрирует типы сейсмических узлов.
Определение горизонтальной поперечной силы Vjdh на бетонное ядро узла
Определение необходимо для DCH
Внутри соединения балки и колонны происходит скачок в моменте в колоннах. Таким образом бетонное ядро соединения подвергается очень высоким срезанным напряжениям, что показано на следующем рисунке.
Для определения горизонтальной поперечной силы, действующей на ядро соединения между основными балками и колоннами, должны быть приняты наихудшие условия при воздействии землетрясения. Это означает, например, что возможности балок соединения комбинируются с наименьшими значениями поперечных сил в других элементах рам. Соответствующая горизонтальная поперечная сила Vjdh может соответствующим образом определяться в соответствии с EC8, 5.5.2.3 (1) до (3) с использованием следующих расчетных формул.
- Для внутренних узлов согласно (5.22)
|
As1 |
Площадь продольной арматуры балки 1 |
|
As2 |
Область продольной арматуры балки 2 |
|
VC |
Поперечная сила в колонне вышеузла j в расчётной ситуации при сейсмическом воздействии |
|
yRd |
Коэффициент учета избыточной прочности; не должен быть меньше 1,2 |
- Для внешних узлов согласно (5.23)
|
As1 |
Площадь продольной арматуры балки |
|
VC |
Поперечная сила колонны выше узла j в сейсмической расчётной ситуации |
|
yRd |
Коэффициент учёта сверхпрочности; не должен быть меньше 1,2 |
При определении горизонтальной поперечной силы Vjdh должны быть проверены все важные направления. Например, для поперечной силы в y-направлении колонны горизонтальная поперечная сила определяется как в положительном, так и в отрицательном направлении при использовании соответствующих компонентов армирования. Равновесие сил в положительном и отрицательном направлениях горизонтальной поперечной силы узла показано на следующем рисунке (поперечная сила колонны не представлена).
Расчет
Требуется расчет соединения в соответствии с EC 8 для класса пластичности DCH. Для этого требуется расчет сечения для восприятия диагонального сжатия и диагонального растяжения. Должны соблюдаться конструктивные правила как для высокого класса пластичности (DCH), так и для среднего класса пластичности (DCM).
Проверка диагонального сжатия
Проверка необходима для DCH
Необходимо гарантировать, что диагональное сжатие, возникающее в узле, не превышает сжимаемой прочности бетона при наличии поперечных сил. Диагональное сжатие определяется диагонально-направленным механизмом узла. Проверка может быть выполнена с использованием приведенных ниже уравнений. (EN 1998-1, 2013, Раздел 5.5.3.3, (5.33))
|
bj |
Рабочая ширина колонны |
|
Vjdh |
Горизонтальная поперечная сила, воздействующая на ядро бетона узлов |
|
|
Коэффициент редукции вследствие растяжений в поперечном направлении |
|
|
Относительное значение продольной силы в расчётной ситуации при сейсмическом воздействии |
|
hjc |
Расстояние между крайней арматурой колонн |
Ширина активного узла bj
Ширина активного узла bj может быть вычислена с помощью описанного ниже уравнения. (EN 1998-1, 2013, Раздел 5.5.3.3, (5.34a) и (5.34b))
Для этого необходимо определить ширину активного узла в обоих направлениях (y и z) колонны, проверяя, возможно, оба балки (+y и -y, и +z и -z) узла.
Проверка диагонального растяжения
Проверка необходима для DCH
Конструктивные правила
Необходимо учитывать для DCM и DCH
Горизонтальная обвязочная арматура Горизонтальная обвязочная арматура в узлах зонда основной балки и колонны, подвергаемых сейсмическим нагрузкам, не должна быть меньше, чем обвязка в критически важных областях колонн, т.е. завязка должна проходить через узел.
Продольное армирование На каждой стороне должен быть предусмотрен как минимум один вертикальный промежуточный стержень.