Описание работы
Железобетонная балка представляет собой двухпролетную балку с консолью. Сечение меняется по длине консоли (коническое сечение). Внутренние силы, требуемая продольная и поперечная арматура для предельного состояния по несущей способности, рассчитываются и сравниваются с результатами в {%ref#Refer [1]]].
Материал | Бетон C25/30 | Модуль упругости | E | 31000 | Н/мм2 |
Расчётное значение прочности бетона на сжатие | fcd | 14,167 | Н/мм2 | ||
Арматурная сталь B500S(B) | Нормативный предел текучести | fyk | 500,000 | Н/мм2 | |
Расчётный предел текучести | fyd | 434,783 | Н/мм2 | ||
Геометрия | Конструкция | Длина консоли | leff,консоль | 4,000 | м |
Длина пролёта 1 | leff,1 | 8,000 | м | ||
Длина пролёта 2 | leff,2 | 8,000 | м | ||
использование | Высота | h | 1500 | мм | |
Ширина | b | 2620 | мм | ||
Высота полки | hf | 150 | мм | ||
Ширина стенки | bw | 380 | мм | ||
Защитный слой бетона | cnom | 35 | мм | ||
НАГРУЗКИ | Постоянные нагрузки | ЗГ1 | gk,1 | 10,500 - 90,000 (трапециевидные) | кН/м |
ЗГ2 | Gk,2 | 216,000 | кН | ||
ЗГ3 | gk,3 | 416,000 | кН | ||
Временные нагрузки | ЗГ4 | k,1,1 | 40,000 | кН/м | |
ЗГ5 | k,1,2 | 40,000 | кН/м | ||
ЗГ6 | k,1,3 | 30,000 | кН/м | ||
ЗГ7 | Qk,2 | 284,000 | кН |
Параметры RFEM
- Учет частичного перераспределения опорного момента по до 5,5
- Снижение моментов или подбор сечений по моментам на лицевой стороне монолитной опоры по по 5.3.2.2
- Редукция поперечных сил в области опоры и расстояние d по по 6.2.1(8)
- Тип распределения используемого сечения - коническое в начале стержня, чтобы учесть изменение высоты сечения.
Результаты
- Изгибающий момент и поперечная сила от постоянных и временных нагрузок
Изгибающий момент и поперечная сила от gk,1 Внутренняя сила Единица измерения RFEM/Аналитическое решение Пролёт 1 Пролёт 2 Ось A Ось B Ось C изгибающий момент [кНм] RFEM 248,890 432,840 -296,460 -645,760 0 Аналитическое решение 249,000 433,000 -296.000 -646,000 0 поперечная сила [кН] RFEM -43.330 80,830 -201.000/316.340 -403.660/440.720 -279,280 Аналитическое решение -44.000 81,000 -201.000/316.000 -404.000/441.000 -279,000 Изгибающий момент и поперечная сила от Gk,2 Внутренняя сила Единица измерения RFEM/Аналитическое решение Пролёт 1 Пролёт 2 Ось A Ось B Ось C изгибающий момент [кНм] RFEM -305,850 101,850 -815.400 203,720 0 Аналитическое решение -306,000 102,000 -815,000 204,000 0 поперечная сила [кН] RFEM 127,390 -25,460 -215.670/127.390 -127,390/-25,460 -25,460 Аналитическое решение 127,000 -25,500 -216.000/127.000 -127,000/-25,500 -25,500 Изгибающий момент и поперечная сила от Gk,3 Внутренняя сила Единица измерения RFEM/Аналитическое решение Пролёт 1 Пролёт 2 Ось A Ось B Ось C изгибающий момент [кНм] RFEM 676,040 -155,960 0 -311.920 0 Аналитическое решение 676,000 156,000 0 -312.000 0 поперечная сила [кН] RFEM 169,010/-246,990 -38,990 169,010 -246,990/38,990 38,990 Аналитическое решение 169.000/247.000 39,000 169,000 -247.000/39.000 39,000 Изгибающий момент и поперечная сила от qk,1,1 Внутренняя сила Единица измерения RFEM/Аналитическое решение Пролёт 1 Пролёт 2 Ось A Ось B Ось C изгибающий момент [кНм] RFEM -120,100 40,000 -320,200 79,950 0 Аналитическое решение -120,220 40,030 -320,490 80,060 0 поперечная сила [кН] RFEM 50,070 -10.000 -160,000/50,020 50,020/-10,000 -10.000 Аналитическое решение 50,000 -10.010 -160,000/50,070 50.070/-10.010 -10.010 Изгибающий момент и поперечная сила от qk,1,2 Внутренняя сила Единица измерения RFEM/Аналитическое решение Пролёт 1 Пролёт 2 Ось A Ось B Ось C изгибающий момент [кНм] RFEM 240,020 -79,980 0 -159,960 0 Аналитическое решение 240,000 -80,000 0 -160.000 0 поперечная сила [кН] RFEM -19,990 19,990 140,010 -179,990/19,999 19,999 Аналитическое решение -20.000 20,000 140,000 -180.000/20.000 20,000 Изгибающий момент и поперечная сила от qk,1,3 Внутренняя сила Единица измерения RFEM/Аналитическое решение Пролёт 1 Пролёт 2 Ось A Ось B Ось C изгибающий момент [кНм] RFEM -59,980 180,010 0 -119,970 0 Аналитическое решение -60,000 184,000 0 -120.000 0 поперечная сила [кН] RFEM -15.000 15,000 -15.000 -15.000/135.000 -105.000 Аналитическое решение -15.000 15,000 -15.000 -15.000/135.000 -105.000 Изгибающий момент и поперечная сила от Qk,2 Внутренняя сила Единица измерения RFEM/Аналитическое решение Пролёт 1 Пролёт 2 Ось A Ось B Ось C изгибающий момент [кНм] RFEM 461,530 -106,470 0 -212,950 0 Аналитическое решение 462,000 -106.500 0 -213.000 0 поперечная сила [кН] RFEM 115,380/-168,620 26,620 115,380 -168.620/26.620 26,620 Аналитическое решение -169.000/115.000 26,600 115,000 -15.000/135.000 -169.000/26.600
- Внутренние силы
Данная таблица содержит все сочетания нагрузок для предельного состояния по несущей способности:Сочетание нагрузок Приданные к загружениям СН1 1,00·ЗГ1 + 1,00·ЗГ2 + 1,00·ЗГ3 СН2 1,35·ЗГ1 + 1,35·ЗГ2 + 1,35·ЗГ3 + 1,50·ЗГ4 + 1,50·ЗГ5 + 1,50·ЗГ6 + (1,50·0,80)·ЗГ7 СН3 1,35·ЗГ1 + 1,35·ЗГ2 + 1,35·ЗГ3 + (1,50·0,70)·ЗГ4 + (1,50·0,70)·ЗГ5 + (1,50·0,70)·ЗГ6 + 1,50·ЗГ7 СН4 1,35·ЗГ1 + 1,00·ЗГ2 + 1,35·ЗГ3 + 1,50·ЗГ5 + 1,50·ЗГ6 + (1,50·0,80)·ЗГ7 СН5 1,35·ЗГ1 + 1,00·ЗГ2 + 1,35·ЗГ3 + (1,50·0,70)·ЗГ5 + 1,50·ЗГ7 СН6 1,00·ЗГ1 + 1,35·ЗГ2 + 1,35·ЗГ3 + (1,50·0,70)·ЗГ4 + 1,50·ЗГ7 СН7 1,35·ЗГ1 + 1,00·ЗГ2 + 1,35·ЗГ3 + (1,50·0,70)·ЗГ5 + (1,50·0,70)·ЗГ6+ 1,50·ЗГ7 СН8 1,35·ЗГ1 + 1,35·ЗГ2 + 1,00·ЗГ3 + 1,50·ЗГ4 + 1,50·ЗГ6 СН9 1,35·ЗГ1 + 1,35·ЗГ2 + 1,35·ЗГ3 + 1,50·ЗГ4 + 1,50·ЗГ5 + (1,50·0,80)·ЗГ7
Воздействие Единица измерения Сочетание нагрузок Результат из программы RFEM Ориентир результатов Отношение MEd,A кНм СН8 -1981.830 -1980.000 1,00 MEd,B кНм СН4 -1764.600 -1765,000 0,99 MEd,1 кНм СН5 1887,120 1887,000 1,00 MEd,2 кНм СН8 885,540 895,000 0,99 VEd,A,li кН CO2 -802.500 -803.000 0,99 VEd,A,re кН СН9 1250,770 1250,000 1,00 VEd,1,li кН СН6 582,090 581,000 1,00 VEd,1,re кН СН7 -554,660 -555,000 0,99 VEd,B,li кН СН4 -1245.820 -1246.000 0,99 VEd,B,re кН СН4 -886,580 -887,000 0,99 VEd,C кН СН8 -544,930 -545,000 0,99 - Требуемая продольная арматура
В литературе, в сочетаниях нагрузок 4 учитывалось 15% перераспределение момента на опоре B, а 12% перераспределение момента в сочетании нагрузок 7. Программа RFEM, напротив, применяет одинаковое перераспределение момента для всех сочетаний нагрузок. Чтобы облегчить значимое сравнение с литературой, в модель RFEM будут внесены коррективы. Затем будет представлено фактическое решение, найденное программой RFEM.
Сравнение результатов RFEM с результатами из литературы:
Опора A:
Балка монолитно соединена с опорой, и поэтому находится на грани опоры. Тем не менее, в литературе при расчете момента на грани опоры не учитывается влияние нагрузки. Однако, для значимого сравнения с результатами в RFEM, необходимо выполнить перерасчет с учетом влияния нагрузки. Расчетный момент на грани опоры без учета влияния нагрузки MEd составляет -1819,0 кНм. С учетом действия нагрузок MEd увеличивается до -1823,0 кНм.
RFEM Аналитическое решение Отношение Загружение Расчётный изгибающий момент MEd Требуемая арматура As,stat,tot Расчётный изгибающий момент MEd Требуемая арматура As,stat,tot MED As,stat,tot [кНм] [см2 ] [кНм] [см2 ] [кНм] [см2 ] СН8 -1824,790 32,50 -1823.000 31,60 1,00 1,02
В литературе предполагается, что высота сечения на краю опоры равна высоте сечения в середине опоры. Тем не менее, в программе RFEM из-за конического сечения учитывается фактическая высота сечения. Как результат, это приводит к более высоким требованиям к арматуре в RFEM.
Опора B:
Критическим сочетанием нагрузок в данном случае является сочетание нагрузок 4. Согласно литературе, коэффициент перераспределения момента в опоре B задан равным 0,850.
Опора B RFEM Аналитическое решение Отношение Загружение Расчётный изгибающий момент MEd Требуемая арматура As,stat,tot Расчётный изгибающий момент MEd Требуемая арматура As,stat,tot MEd As,stat,tot [кНм] [см2 ] [кНм] [см2 ] [кНм] [см2 ] СН4 -1345.870 22,40 -1360,000 22,80 0,99 0,98
При расчете расчетного момента в литературе учитывается, что момент на грани опоры не должен быть меньше 0,65 от полного фиксированного момента на конце (DIN EN 1992-1-1, 5.3.2.2). Данное условие в программе RFEM не реализовано. Это объясняет разницу в расчетном моменте. - Пролет 1:
Поскольку балка задана в RFEM как непрерывный стержень, невозможно задать эффективную ширину beff для каждого пролета. Для упрощения затем используется наименьшее значение из двух значений полезной ширины пролета 1 и 2. beff затем задано равным 2,620 м. В литературе рассматривается 12%-ное перераспределение момента для сочетания нагрузок 7, поэтому коэффициент перераспределения момента в средней опоре теперь равен 0,880.
Пролёт 1 RFEM Аналитическое решение Отношение Загружение Расчётный изгибающий момент MEd Требуемая арматура As,stat,tot Расчётный изгибающий момент MEd Требуемая арматура As,stat,tot MEd As,stat,tot [кНм] [см2 ] [кНм] [см2 ] [кНм] [см2 ] СН7 1926,280 30,13 1927,000 33,10 0,99 0,91
Пролет 2:
В данном случае не учитывается перераспределение моментов. Коэффициент перераспределения момента установлен на 1000.
Пролёт 2 RFEM Аналитическое решение Отношение Загружение Расчётный изгибающий момент MEd Требуемая арматура As,stat,tot Расчётный изгибающий момент MEd Требуемая арматура As,stat,tot MEd As,stat,tot [кНм] [см2 ] [кНм] [см2 ] [кНм] [см2 ] СН8 885,520 13,79 895,000 15,10 0,99 0,91
В литературе требуемая продольная арматура определяется с помощью приближенных методов для тавровых балок по DAstb-heft 425. При использовании данного метода предполагается, что сжимающая сила в полке находится в центре полки (hf/2). в программе RFEM требуемая арматура определяется на основе расчета сечений. Это приводит к тому, что требуемая арматура ниже, чем указано в литературе.
Решение, предоставленное программой RFEM,
Теперь перераспределение момента в средней опоре задано для всех сочетаний нагрузок на 15%. Результаты представлены в таблицах ниже.
Опора A:
загружение 8 вызывает наибольший изгибающий момент, поэтому он является решающим.
Опора A | ||
Загружение | Расчётный изгибающий момент MEd | Требуемая арматура As,stat,tot |
[кНм] | [см2 ] | |
СН8 | -1824.840 | 32,32 |
Опора B:
Опора B: | ||
Загружение | Расчётный изгибающий момент MEd | Требуемая арматура As,stat,tot |
[кНм] | [см2 ] | |
СН4 | -1345.890 | 22,40 |
Пролёт 1:
Если перераспределение момента принимается во внимание во всех сочетаниях нагрузок, CO5 имеет самый высокий расчетный изгибающий момент в пролете 1.
Пролёт 1: | ||
Загружение | Расчётный изгибающий момент MEd | Требуемая арматура As,stat,tot |
[кНм] | [см2 ] | |
СН5 | 2005,410 | 31,44 |
Пролет 2:
CO8 имеет расчетный момент после перераспределения моментов MEd, равный 940 кНм.
Пролёт 2: | ||
Загружение | Расчётный изгибающий момент MEd | Требуемая арматура As,stat,tot |
[кНм] | [см2 ] | |
СН8 | 940,000 | 14,73 |
- Поперечная арматура
Поперечная арматура в консоли:
Чтобы определить требуемое количество хомутов в консоли, нужно проверить в 3 местах. Результаты представлены в таблице ниже:
консоль x-разрез Параметр Символ Единица измерения RFEM Аналитическое решение Отношение x = 0,45 м Расчётная высота d [м] 0,940 0,920 1,02 Внутреннее плечо Z [м] 0,848 0,828 1,02 поперечная сила VEd [кН] -327,190 -328,000 0,99 Расчётный изгибающий момент MED [кНм] -73.320 -74.000 0,99 Расчётная сдвиговая составляющая силы в сжатой зоне Vccd [кН] 12,550 13,000 0,99 Расчётная поперечная сила VEd,red [кН] 314,640 314,000 1,0 Несущая способность на сдвиг без армирования vrd,cc [кН] 219,420 221,00 0,99 Угол наклона сжатой диагонали бетона cot Θ [-] 3.0 3.0 1,0 Прочность сжатой диагонали Vrd,max [кН] 996,230 1003,000 0,99 Требуемая арматура asw,req [см2/м] 2,84 2.91 0,98 х = 1,37 м Расчётная высота d [м] 1,070 1,050 1,02 Внутреннее плечо Z [м] 0,965 0,945 1,02 поперечная сила VEd [кН] -417.720 -418.000 1,00 Расчётный изгибающий момент MED [кНм] -414.250 -415.000 1,00 Расчётная сдвиговая составляющая силы в сжатой зоне Vccd [кН] 62,210 66,000 0,94 Расчётная поперечная сила VEd,red [кН] 355,510 353,000 1,01 Несущая способность на сдвиг без армирования vrd,cc [кН] 250,070 252,000 0,99 Угол наклона сжатой диагонали бетона cot Θ [-] 3.0 3.0 1,0 Прочность сжатой диагонали Vrd,max [кН] 1135,860 1144,000 0,99 Требуемая арматура asw,req [см2/м] 2,83 2,86 0,99 х = 2,37 м Расчётная высота d [м] 1,210 1,190 1,02 Внутреннее плечо Z [м] 1,090 1,070 1,02 поперечная сила VEd [кН] -541.800 -543,000 1,0 Расчётный изгибающий момент MED [кНм] -891,790 -893,00 1,00 Расчётная сдвиговая составляющая силы в сжатой зоне Vccd [кН] 118,250 125,000 0,95 Расчётная поперечная сила VEd,red [кН] 423,550 418,000 1,01 Несущая способность на сдвиг без армирования vrd,cc [кН] 283,220 285,000 0,99 Угол наклона сжатой диагонали бетона cot Θ [-] 3.0 3.0 1,0 Прочность сжатой диагонали Vrd,max [кН] 1286,410 1298,000 0,99 Требуемая арматура asw,req [см2/м] 2,98 2,99 1,0 - Пролет 1:
Решающее место стержня для расчета хомутов в поле 1 находится на расстоянии d от правого края опоры A.
Пролёт 1 Параметр Символ Единица измерения RFEM Аналитическое решение Соотношение Расчётная высота d [м] 1,440 1,430 1,00 Поперечная сила на опоре А VEd,A [кН] 1250,770 1250,000 1,00 Расчётная поперечная сила VEd,A,re [кН] 952,430 954,000 1,00 Несущая способность на сдвиг без армирования VRd,cc [кН] 346,210 343,000 1,00 Угол наклона сжатой диагонали бетона cot Θ [-] 1.88 1,87 1,00 Требуемая поперечная арматура asw,req [см2/м] 8,95 9,11 0,98 - Пролёт 2:
Расчёт хомутов выполняется аналогично пролёту 1.
Пролёт 2 | |||||
Параметр | Символ | Единица измерения | RFEM | Аналитическое решение | Соотношение |
Расчётная высота | d | [м] | 1,440 | 1,440 | 1,02 |
Поперечная сила на опоре B | VEd,B | [кН] | 886,580 | 855,000 | 1,03 |
Расчётная поперечная сила | VEd,B,re | [кН] | 613,100 | 584,000 | 1.05 |
Несущая способность на сдвиг без армирования | VRd,cc | [кН] | 346,210 | 343,000 | 1,00 |
Угол наклона сжатой диагонали бетона | cot Θ | [-] | 2,75 | 2.91 | 0,95 |
Требуемая поперечная арматура | asw,req | [см2/м] | 3,94 | 3,58 | 1.10 |
- Различия в результатах для пролета 2 связаны с тем, что в литературе учитывалась поперечная сила на опоре B после перераспределения момента. Однако перераспределение моментов не влияет на расчет поперечных сил в программе RFEM.