Дюктильные железобетонные стены

EN 1998

Дисипативные железобетонные стены являются центральным элементом конструкции в сейсмическом проектировании, поскольку они значительно способствуют восприятию горизонтальных воздействий и диссипации энергии. Их несущая способность в случае землетрясения существенно определяется нелинейными динамическими эффектами, повышенной прочностью и формированием пластических зон.

Еврокод 8 учитывает эти неопределенности, требуя для проектирования определения усилий на основе огибающих и применения коэффициентов увеличения, в особенности для поперечных сил.

Нормативные основы и несущая способность

Определение проектных изгибающих моментов

Нелинейное поведение нескрепленной железобетонной стены определяется единственным пластическим шарниром у основания. Этот участок стены должен быть рассчитан на изгибающий момент, который определяется анализом сейсмической проектной ситуации.
Чтобы избежать растяжения выше текучего шарнира у основания, EC 8 [1] предписывает, чтобы диаграмма проектных изгибающих моментов основывалась на огибающей, полученной из диаграммы изгибающих моментов из анализа, и вертикально сдвигалась. Этот метод известен как «Tension Shift» (TS или сдвиг линии растяжения) и изображен на следующем рисунке.

Рисунок схематично изображает пределтный момент (b), построенный по расчётной эпюре моментов (a) в соответствии с EC8 для железобетонных стен.

Согласно EC 8 [1], огибающая может считаться линейной, если структура не имеет значительных дискретностей в массе, жесткости или несущей способности по своей высоте. Смещение (a_l) должно совпадать с наклоном элемента (θ), используемым для расчета несущей способности на сдвиг в предельном состоянии несущей способности (УЛС) согласно EC 2 [2]. Размер смещения определяется следующим образом (EC 2 [2], (9.2)).

Определение проектных поперечных сил

Значение изгибающего момента у основания стены и рассмотрение отдельно стоящего консольного элемента недостаточны для надежного определения максимальных сейсмических поперечных сил на различных высотах стены. Это ограничение обусловлено динамической природой сил, передаваемых на стену через этажи во время землетрясения [4].

Для решения этой проблемы принимается следующее основное предположение:
Если момент на базе конструкции M_Rd превышает изгибающий момент у основания из упругого анализа для проектной сейсмической нагрузки M_Ed, тогда сейсмические поперечные силы на любой высоте стены будут пропорционально превышать те, которые были рассчитаны из того же упругого анализа в отношении M_Rd/M_Ed.

Отсюда вытекает следующее действие:
Спроектированные поперечные силы (V’Ed), полученные из анализа проектного землетрясения, корректируются с использованием коэффициента увеличения проектной способности (ε). Этот фактор прямо связан с отношением M_Rd/M_’Ed и масштабирует поперечную силу соответственно, как это было предложено Фардисом и др. [3].

Кроме того, EC 8 [1] предписывает учитывать потенциальное увеличение поперечных сил у основания основной сейсмической стены в конструкциях средней степени пластичности (DCM). Проектные поперечные силы (V Ed) принимаются на 50 % больше, чем силы, полученные из анализа (V’Ed). Для этой конкретной степени пластичности принимается коэффициент увеличения ε = 1,5.

Коэффициент увеличения описывается следующей формулой (EC 8 [1], (5.25) и 5.4.2.4(7)).

Следующий рисунок иллюстрирует первоначально рассчитанное распределение поперечных сил (a), увеличенное распределение с использованием коэффициента увеличения (b) и огибающее проектное распределение поперечных сил (c).

Рисунок схематично изображает определение расчётного диаграммы поперечных сил (b) из рассчитанной диаграммы поперечных сил (a) в соответствии с EC8 для железобетонных стен с учётом пластичности.