Преразпределение на усилията
1. Обща характеристика
Преразпределението на напрежението се среща естествено в сеизмично напрегнати пластични конструкции. Цифровият контрол на това явление предлага възможност за постигане на просто детайлизиране на проекта и по подразбиране по-лесно изпълнение. Взимането под внимание на преразпределенията намалява консумацията на армировка, избягвайки агломерацията на армировките в възлите, времето за изпълнение при оформяне и сглобяване на армировките.
За рамковите греди, необходими за огъване, в литературата е посочено, че моменти до 25-30% от тяхната стойност могат да бъдат преразпределени (съгласно примера за изчисление, представен в Encipedia или [3], [4]). Преразпределението на усилията предполага по-голямо изискване при отваряне на пукнатините (имплицитно на пластмасовите ротации) в участъците, в които е преразпределен моментът. Препоръчително е преразпределението да се извършва равномерно през цялото време, неконтролираното преразпределение може да доведе до структурна уязвимост. В случай на рамкова конструкция, при която са извършени преразпределения само на фронтонните рамки, чувствителността на усукване може да бъде постигната след намаляване на твърдостта на рамката към вътрешните рамки чрез преждевременно напукване на гредите.
По същия начин за конструкции със стоманобетонни стени. Препоръчва се (MRd, 1 + MRd, 2) ≥ (1.1. 1.2) xMRd, 3
По този начин, в случай на стенна система, 20% могат да бъдат разпределени. 30% от дизайна на сърцевината на двете стени, което води до само конструктивно укрепване на сърцевината (поне в цялата сърцевина). В случай на свързани стени, за да не се превъоръжи "опънатата" стена (или която има по-ниска аксиална сила), ще бъде направено преразпределение на усилието от "опънатата" към компресираната.
Не се препоръчва при проектирането да се използват преразпределения за елементи, подложени на циклични действия, при които се извършва проверка за умора и/или на елементи, необходими за динамични действия в експлоатация (не земетресение).
Схема за преразпределение на импулса за сеизмично необходима рамкова греда.
2. Оценка на натоварванията. Групиране на товара. Усилие държави
За да опростим разбирането на явлението, за да контролираме параметрите, с които работим, ще анализираме конструкция в рамки с единичен отвор и няколко греди. Тяло C2 с височинен режим Ug + Gf + 5F, с офис функция, намиращо се в община Крайова (ag = 0.20g, TC = 1.0s, γ1 = 1), клас на пластичност З., фактор на поведението Q = 6,25, сеизмичен коефициент c% = 6,80%. Използвани материали: Бетон C25/30, Стомана Bst 500.
Според [1] действията, на които е подложена конструкцията, са разделени на 3 категории: постоянни действия, променливи действия и сеизмични действия. Тези действия са групирани в две гранични държави:
SLU - крайно гранично състояние, гранично състояние, включващо проверки за безопасността на човешкия живот и безопасността на конструкцията.
SLS - пределно условие за обслужване, пределно състояние, включващо проверки за работата на конструкцията или конструктивните елементи при нормални експлоатационни условия, условия на комфорт (ограничение на вибрациите на пода), естетически условия (ограничаване на изместването или деградацията - пукнатини).
При структурното изчисление и за двете гранични състояния се прави линейно припокриване на ефектите върху конструкцията.
(1) SLU - фундаментално групиране, полезно като преобладаващо действие (GF-U)
(2) SLU - основно групиране, снегът като преобладаващо действие (GF-Z)
(3) SLU - фундаментално групиране, сеизмично действие (SX, SY и т.н.)
а) SLS - групиране на характеристики (SLS-C)
(b) SLS - общо групиране (SLS-F)
в) SLS - квазипостоянно групиране (SLS - CV)
(г) SLS - квазипостоянно групиране на земетресения (SLS-S)
Диаграма на времето за действията Gk, 1, Gk, 2, Gk, 3, Qk, 1.
Часова диаграма за сеизмично действие AEd:
Раздели за изчисление и споразумение за подписване:
Графика за сеизмично групиране (3):
Състояние на усилията за групи (1), (3), (а), (б), (в), (г):
3. Преразпределение на усилията за конструктивни елементи (греди)
Беше изложен само лъчът от ос 3, кота +7,00. Вижда се, че:
- в група (1) 45% от капацитета биха били „консумирани“ за собствена опора на конструкцията (греда и плоча);
-в група (3) сеизмичното действие би "погълнало" 67% от капацитета.
30% от MEd, 1, земетресение, ΔMEd, 1 = 136,8kNm, в дъното би довело до момент от 182 + 137 = 319kNm. За да се стандартизира вертикалната армировка, тези 30% ще бъдат разпределени пропорционално и във височина (на горните, долните нива), така че на E1, E2, E3 ще има същата армировка. В участъците, където е докоснато пластмасовото поле, капацитетът не се увеличава много (увеличение от 5-9%), а само въртенето (кривината) създава, по подразбиране изместването на конструкцията.
Предполагаема схема за преразпределение за кота на ос 3:
По този начин, чрез предложената схема за преразпределение, може да се постигне идентична армировка на 3 нива, което води до детайлизиране на един тип греда. Вижда се, че моментът на преразпределение отгоре надолу не надвишава 30% от стойността му.
По пътя на укрепването на армировката пластмасовите фуги ще бъдат "насочени" към краищата на гредата. Дължината на закрепване на армировките, които спират в полето, независимо от позицията (нагоре или надолу), се изчислява от секцията за максимално натоварване. Представеното изчисление има за цел да установи усилията в еластичното поле, ако се използва пластично изчисление, тези преразпределения се правят по подразбиране.
4. Максимално допустими преразпределения на усилията. Изчисляване в състояние на ограничение на услугата (крекинг)
За всяка стоманобетонна конструкция, в която са използвани преразпределения или в които елементите са оразмерени в пластмасовото поле съгласно проектните действия (SLU), така оразмерените структурни елементи трябва да се държат еластично или квази-еластично при действието на стандартни натоварвания (SLS-C ) за всички неблагоприятни схеми за изчисление. От статична гледна точка еластичното поведение на конструкцията предполага липса на пластмасови фуги (армировката не надвишава еластичния диапазон, опънатият бетон може да надвишава еластичния диапазон и компресираният бетон не надвишава еластичния диапазон).
Проверката на SLS на стоманобетонните елементи предполага ограничение на силата на компресиране на единицата за характеристичното групиране (SLS-C), ограничение на отвора на пукнатината или опънното напрежение на блока в армировката и ограничение на деформацията за характерната групировка. Изчисляването или проверката на пукнатини включва определяне на отвора на пукнатината. Това се изисква от функционалния критерий, установен от SLEN (нормално работно гранично състояние) или SLS (състояние на гранично обслужване). Според SREN 1992-1-1/2004 wmax = 0,4 mm, за квазипостоянното групиране (SLS-CV). За класовете на експозиция XC1 или X0 това ограничение може да се третира по-малко строго.
Лесно изчисление от този тип се получава чрез следване на работните етапи на бетона. За дадения раздел ще бъдат разгледани 3-те работни етапа. Изчислението беше извършено в раздели 1-1 и 3-3.
От графиката M-φ може да се види, че резултатите са сравними за аналитично изчисление или "точно" изчисление с програма за изчисление на секциите. Така компресираната площ x, напрежението в опънатата армировка σs и компресираният бетон σs могат да бъдат взети от програмата за изчисление.
Ето представените файлове за изчисления. Само полетата в синьо ще бъдат попълнени в Excel, а тези в жълто в mathcad. Крайното отваряне на пукнатината не е от значение, то се извежда с помощта на съотношения на линейност.
В [5] се прави важно наблюдение върху максималното разстояние между пукнатините за елементи, които имат напречна армировка, в SREN 1992-1-1, [7] не се прави позоваване на положението на пукнатините. Пукнатини обикновено се появяват в хлабави секции близо до стремената. Ако разстоянието между пукнатините, по-голямо или по-малко от стъпката на дебеломера, е получено от изчислението, то се "регулира" с ± 50 mm от стъпката на дебеломера.
Моделът за изчисление от STAS 10107-0/90, [11], е същият като този от [6], следователно имплицитно този от [7], зачитайки развитие, подобно на старата норма от 1976 г. Независимо от приложената норма за изчисление, сравними резултати. Съществени разлики се появяват само при установяване на напрежението в котвата, STAS 10107 работи с установени усилия за характеристичното групиране, а SREN 1992-1-1 с установени усилия за квазипостоянното групиране.
Характеристиките на този тип изчисление (изчисление на пукнатини) се установяват чрез проектиране на критерии за ефективност, наложени от норми, започващи от 2006 г., от първото поколение на нормата P100-1 и Еврокодове. Настоящият дизайн, наложен от Закон 10/1995, се отнася до референтните кодове и разпоредби, които са внедрили концепцията за проектиране на критерии за ефективност, концепция, която се отнася само до две гранични състояния: SLU и SLS (или SLEN); дизайнерската концепция може да бъде сведена до проверки на изместване/въртене, пластичност, функционалност и външен вид.
Дизайнът на капацитета чрез "насочване" на пластмасовите фуги към краищата на елементите е донесъл огромен плюс в структурното изчисление. Първите пластични модели за изчисление, в началото на 60-те години, установяват модела на механизма, когато е достигнато определеното състояние на статичната система за дадената неопределена статична система. По този начин пластмасовите съединения могат да бъдат оформени във всяка секция и само статичните условия на системата могат да бъдат проверени. С течение на времето тези изчислителни модели бяха подобрени, докато настоящият модел за проектиране на капацитета беше достигнат в началото на 80-те години. Той обаче има и своите ограничения; земетресенията от средата на 90-те години в Япония и Америка (Кобе-1995, Нортридж-1994) показаха добро поведение на конструктивните системи, проектирани съгласно този критерий (следвайки предварително установения механизъм), но това поведение доведе до деградация на много елементи (греди и стълбове), като по този начин системата става неикономична за възстановяване. Което за кратко време дизайнът ще бъде насочен към новата посока на управление на системата чрез изолиране на основата, амортизационните системи, елементи или зони на структурните елементи, които могат да бъдат заменени след земетресението, което ще доведе до разумни разходи след земетресението.
Изчисляването на пукнатини може да бъде много полезно за експертиза чрез разкриване на пукнатини (позиция, височина, наклон). Пукнатина, в зависимост от нейната височина и наклон, може да подчертае нивото на напрежение на армировката, тя също така подчертава историята на събитията, на които е била подложена структурната система. Цялото изчисление, както в проектирането, така и в експертизата, е валидно, ако изпълнението на използваните елементи и материали отговаря на изискванията за качество, наложени от специализираните норми.
[1] CR 0/2012 Код за проектиране. Основи на строителния дизайн.
[2] P100-1/2013 Код за сеизмично проектиране - Част I - Разпоредби за проектиране на сгради (том I)
[3] P100-1/2013 Код на сеизмичния дизайн - Част I - Коментари (том II)
[4] Поведение и изчисление на стоманобетонни елементи - курс, проф. Д-р инж. Раду Паску
[5] Ръководство за изчисляване и състав на стоманобетонните елементи, проф. Д-р инж. Раду агент, проф. Д-р инж. Тудор Постелнику
[6] Код на модела CEB-FIP/2010 и 1990 г.
[7] SREN 1992-1-1 Проектиране на бетонни конструкции. Общи правила и правила за сгради
[8] Конструкции, разположени в райони със силни сеизмични движения, проф. Д-р инж. Дан Дубине и проф. Д-р инж. Дан Лунгу
[9] Изчисляване на стоманобетонни конструкции в пластмасовото поле, доц. Д-р инж. Валериу Петку
[10] Насоки и правила за детайлизиране на армировката в бетонни конструкции. Компилация и оценка на двусмислията в Еврокод 2, Анели Далгрен, Луиз Свенсон
[11] STAS 10107-0/90 Изчисляване и състав на конструктивни елементи от бетон, стоманобетон и предварително напрегнат бетон