Design of Deep Beams in RFEM

技术文章

在分析钢筋混凝土构件时,经常要设计深梁。这种构件主要用于窗户和门框、肋形楼板梁、在楼板错层和框架系统之间的连接。如果在 RFEM 中作为面建模,则需要在要求配筋的结果评估的进一步步骤。

背景

考虑弹性材料特性,进行内力计算。板通过轴力非线性分布传递它的弯曲。该分布能够变化,取决于高度(h)与长度(l)之比。

图 01 - nx

h/l 比值越小,分布越接近直线。如果使用这些内力进行面设计,则会得到与楔形对应的所需纵向钢筋分布。

图 02 - Required Longitudinal Reinforcement

但是这种加固布置是不正确的,因为混凝土设计处于开裂状态。底部边缘的钢筋应变可能长期超出,而上部钢筋层不受影响。

通常 RFEM 中有两种设计选择:

  1. 根据剖面进行评估
  2. 使用结果杆件设计

根据剖面进行评估

如果高长比 h/l > 0.5,在附加模块 RF‑CONCRETE Surfaces 中计算所需钢筋后,研究在决定性位置的剖面。

评估抗剪钢筋时,使用垂直钢筋的最大值(例如:从 as,2,-z 到 as,2,+z),并且直到梁顶的两侧都不减少的布置。

对于弯曲钢筋,可以在截面对话框的详细设置中激活结果说明选项,从两个水平钢筋中得出总和,例如:as,1,-z 和 as,1,+z,确定的总纵向钢筋集中布置在底部截面边缘。

图 03 - Determination of Required Longitudinal Reinforcement

根据 [1],在评估弹性板计算时应符合以下几点:

  • 在下边缘位置跨中钢筋加密布置
  • 跨中钢筋必须沿着整个长度布置,锚固在支撑处的 80% 的力
  • 对于对跨梁必须布置具有相应搭接长度的直钢筋构件
  • 对于多跨梁必须在整个跨长上布置一半的支撑钢筋,没有其它锚固长度,在支座边缘其余部分在两侧取长度的 L/3
  • 施加在底部的荷载包括自重,出现在一个半径为 0.5 L (L < H) 的假象半圆之间,要完全使用悬挂钢筋,悬挂钢筋必须保持在 L < H 范围。

使用结果杆件设计

在比例为 h/l ≤ 0.5 时,可以使用该选项,否则认为力矩臂是有利的。对于结果评估和设计,水平结果杆件设置在面的重心位置。深梁尺寸定义为矩形截面,结果杆件详细设置中选择相应的面。在附加模块 RF‑CONCRETE Members 中在深梁集成内力的作用下对结果梁进行构件设计。

图 04 - Results on Result Member

说明和总结

两种结果有很大差别,这取决于几何尺寸和荷载。主要原因是设计中假设了不同的力矩臂。在面设计情况下,较小的力矩臂导致了应变分布,并因此导致更大的钢筋需求。

当使用结果杆件时,不需要创建许多剖面和手动确定钢筋,另外可以正确布置钢筋。

参考

[1]   Rombach, G. (2010). Anwendung der Finite-Elemente-Methode im Betonbau. Berlin: Wilhelm Ernst & Sohn.

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