Прикладные возможности деформационной модели железобетона | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №29 (133) декабрь 2016 г.

Дата публикации: 20.12.2016

Статья просмотрена: 65 раз

Библиографическое описание:

Тошин Д. С. Прикладные возможности деформационной модели железобетона // Молодой ученый. — 2016. — №29. — С. 164-166. — URL https://moluch.ru/archive/133/37136/ (дата обращения: 21.09.2018).



Одним из перспективных направлений развития теории сопротивления железобетона является диаграммный метод расчета на основе деформационной модели. Подобный подход включен в современные отечественные нормы проектирования. В них обозначены исходные предпосылки и приведены основополагающие выражения, обеспечивающие выполнение расчета. В данной работе расширенно представлены прикладные возможности применения деформационной модели, напрямую не предусмотренные нормативными документами. Показана применимость к расчету железобетонных элементов произвольной формы поперечного сечения при наличии или отсутствии предварительного напряжения в арматуре; при проектировании элементов с жесткой арматурой; при наличии неоднородных свойств бетона по сечению; для оценки элемента на действие повторных и знакопеременных нагрузок; при проектировании монолитных железобетонных плит по профлисту; при расчете усиливаемых элементов, в т. ч. без снятия действующих нагрузок. В значительной степени возможность широкого применения деформационной модели обеспечена гибкой формой записи выражений по определению жесткостных характеристик, которые трансформируются под требования решаемой задачи.

Ключевые слова:деформационная модель, бетон, арматура, усиление, нагрузка, напряжения, деформации, диаграмма, сечение

В большинстве случаев проектирования расчет железобетонных элементов выполняется по предельным усилиям. Одной из предпосылок подобного подхода является упрощенное представление о равномерном распределении напряжений по зонам сечения, нормального к продольной оси элемента. Метод расчета, максимально приближенный к действительному распределению напряжений по сечению, базируется на моделях, построенных на полных диаграммах деформирования бетона и арматуры. Данный подход предусматривает выполнение процедуры интегрирования функции распределения напряжений по высоте сечения, что является достаточно трудоемкой задачей при выполнении рядовых проектных расчетов. В отечественные нормы проектирования, начиная с СП 52–101–2003, включена деформационная модель железобетона, основополагающие выражения которой базируются на процедуре суммирования напряжений по дискретным участкам сечения, что заменяет интегрирование и предоставляет практические возможности при использовании широкому кругу пользователей. Отличительной особенностью реализации расчета по деформационной модели является единство допущений, предпосылок и методики в целом при оценке несущей способности и пригодности к нормальной эксплуатации. При этом нормативные документы сохраняют возможность выполнения расчетов также по предельным усилиям.

В основу расчета железобетонного элемента по деформационной модели положены следующие выражения (обозначения в формулах (1)-(9) соответствуют СП 63.13330.2012):

(1)

(2)

(3)

Жесткостные характеристики сечения определяются по формулам:

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

Представленная запись имеет общий характер и может быть трансформирована для конкретного случая применения. Система уравнений (1)-(3) и выражения (4)-(9) упрощаются при расчете по симметричному сечению на действие изгибающего момента в одной плоскости, при отсутствии продольной силы и т. д. Уникальность деформационной модели железобетона заключается в возможности адаптации основополагающих выражений к решению прикладных задач:

− расчет конструкций при отсутствии и наличии предварительного напряжения арматуры (предусмотрено разработчиками нормативного документа);

− оценка жесткостных характеристик не только при наличии гибких стержней армирования, а также при установке жесткой арматуры;

− возможность расчета железобетонного элемента при произвольной форме поперечного сечения, нормального к продольной оси элемента;

− учет неоднородности прочностных и жесткостных свойств бетона по расчетному сечению элемента (влияние неравномерной усадки, коррозия, замасливание, замораживание бетона при твердении и наборе прочности и т. д.);

− возможность расчета элемента при сложных режимах нагружения, включая разгрузку, повторное нагружение, в т. ч. знакопеременное;

− определение требуемых сечений элементов усиления при повышении несущей способности и жесткости конструкции, в т. ч. с учетом действующих напряжений в усиливаемых элементах;

− учет в жесткостных характеристиках стального листа внешнего армирования при проектировании монолитных перекрытий по несъемной опалубке из профлиста.

При проектировании конструкции с одновременной установкой продольной ненапрягаемой и напрягаемой арматуры в выражениях (4)-(9) добавляется слагаемое, учитывающее элементы армирования с предварительным натяжением. Форма записи дополнительного слагаемого базируется на существующем выражении по ненапрягаемой арматуре. Использование жесткой арматуры в качестве ненапрягаемых стержней также не требует изменений в алгоритме расчета, при обеспечении надежного сцепления с бетоном сохраняются исходные выражения по оценке жесткостных характеристик.

Суть деформационной модели, базирующейся на разделении сечения любой формы на элементарные участки с индивидуальной площадью и координатами положения, изначально предусматривает рассмотрение не только прямоугольных или тавровых сечений. Поэтому в случае индивидуальной формы поперечного сечения, в т. ч. несимметричной, изначально предусмотренной проектом или приобретенной в процессе эксплуатации, основной задачей при составлении модели является оптимальная дискретизация сечения, обеспечивающая максимальный учет особенностей формы сечения при минимальном количестве участков разбиения.

Наличие приобретенных при изготовлении и эксплуатации неоднородных прочностных и деформативных свойств бетона также может быть учтено при расчете. Степень приближения расчетной модели сечения к действительной работе в данном случае определяется оптимизированным разбиением сечения на элементарные участки — максимально высокой дискретизации подвергаются зоны в местах наиболее интенсивного изменения параметров сечения и наличия высокого градиента деформаций.

Записывая основополагающие выражения деформационной модели и формулы по определению жесткостных характеристик сечения в конечных приращениях можно расчетным путем устанавливать изменения кривизн , и деформации продольной оси при нагрузке, разгрузке и последующих изменениях усилий (повторное, знакопеременное нагружение). Полные значения общих деформаций элемента в этом случае могут быть определены путем алгебраического суммирования приращений соответствующих величин на каждом этапе нагружения.

Наличие внешнего армирования железобетонного элемента в виде несъемной опалубки из профилированного листа или наращивание сечения при усилении конструкции также может быть включено в расчет путем введения дополнительных слагаемых в выражения по определению жесткостных характеристик сечения. Площадь сечения листа рационально разбить на участки по аналогии с бетонной частью сечения, а учет внешнего армирования листом в расчетах осуществлять дискретно по участкам разбиения. При усилении железобетонной конструкции под нагрузкой учет элементов усиления в расчетных записях рекомендуется производить в конечных приращениях [1], что позволяет в алгоритме расчета выделить два этапа: первый — работа конструкции до усиления, второй — деформирование после включения в работу конструкции усиливающего элемента. Окончательные деформации элемента в целом определяются путем суммирования слагаемых на первом и втором этапе работы конструкции.

При всем многообразии задач, решаемых на основе деформационной модели железобетона, критерии наступления предельного состояния являются едиными. Разрушение элемента констатируется при достижении деформациями каких-либо элементарных участков разбиения предельной сжимаемости бетона или физического (условного) предела текучести арматуры. Необходимая жесткость элемента оценивается проверкой расчетных значений прогибов с предельно допустимыми величинами.

Таким образом, в работе показаны прикладные возможности деформационной модели железобетона, которые могут быть использованы при проектировании зданий и сооружений в условиях различных режимов нагружения или оценке эксплуатируемых элементов, в т. ч. при их усилении. Многообразие решаемых задач базируется на неизменных исходных предпосылках, а возможность трансформации записи основополагающих выражений обеспечивает широкое применение деформационной модели.

Литература:

  1. Тошин Д. С. Работа бетона при усилении конструкции под нагрузкой // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. — 2015. — № 3. — С. 66–68.
Основные термины (генерируются автоматически): деформационная модель, деформационная модель железобетона, выражение, характеристика сечения, поперечное сечение, жесткая арматура, железобетонный элемент, внешнее армирование, несъемная опалубка, подобный подход.


Похожие статьи

О дискретизации нормального сечения железобетонного...

Ключевые слова: железобетонный элемент, бетон, деформационная модель, жесткостные характеристики, неоднородные свойства, дискретизация, сечение. Железобетон является композиционным материалом...

Расширенный порядок расчета усиления железобетонных...

Ключевые слова: усиление, усиливающий элемент, железобетонный элемент, деформационная модель, поперечное сечение, деформации, элементарный участок.

Расчет железобетонных элементов, усиливаемых...

Приведен метод расчета железобетонного элемента, усиленного наращиванием (увеличением) сечения. Описываемый подход базируется на использовании нелинейной деформационной модели и гипотезе плоских сечений.

Особенности расчета сборно-монолитных перекрытий каркасных...

Железобетонные плиты несъемной опалубки выступают составной частью сборно-монолитного перекрытия, включают в себя необходимую

Для его расчета рекомендуется использовать дискретные модели, рассчитываемые методом конечных элементов.

Расчет сечения сборно-монолитной конструкции в стадии...

Расчет железобетонных элементов, усиливаемых наращиванием сечения, с использованием деформационной модели. Особенности конструкции и эксплуатации компактных воздушных линий нового поколения в России.

Усиление тканевыми полимерными композитами...

Несмотря на большое количество проведенных исследований, проблема сопротивления железобетонных элементов действию среза все ещё далека от решения.

На рис. 1a,б,в,г показаны детали арматуры и поперечное сечение, а также расположение тензодатчиков на...

Деформационные характеристики геополимерного бетона...

Деформационные характеристики геополимерного бетона и несущая способность железобетонной балки на его основе.

Армирование производилось плоским каркасом (рис. 1), в качестве рабочей арматуры использовался один стержень класса А400 диаметром 10 мм.

Анализ проектирования железобетонных конструкций зданий для...

Чтобы выполнить конструктивный расчет железобетонных конструкций, то есть установить размеры их сечений, площадь сечения арматуры

Но, вследствие проявлений специфических особенностей поведения железобетона под нагрузкой (ползучесть и неупругая деформация...

К вопросу об исследовании долговечности железобетонных...

Расчет железобетонных элементов, усиливаемых наращиванием сечения, с использованием деформационной модели. Последовательность тензометрических испытаний внутренних элементов железобетонных конструкций.

О дискретизации нормального сечения железобетонного...

Ключевые слова: железобетонный элемент, бетон, деформационная модель, жесткостные характеристики, неоднородные свойства, дискретизация, сечение. Железобетон является композиционным материалом...

Расширенный порядок расчета усиления железобетонных...

Ключевые слова: усиление, усиливающий элемент, железобетонный элемент, деформационная модель, поперечное сечение, деформации, элементарный участок.

Расчет железобетонных элементов, усиливаемых...

Приведен метод расчета железобетонного элемента, усиленного наращиванием (увеличением) сечения. Описываемый подход базируется на использовании нелинейной деформационной модели и гипотезе плоских сечений.

Особенности расчета сборно-монолитных перекрытий каркасных...

Железобетонные плиты несъемной опалубки выступают составной частью сборно-монолитного перекрытия, включают в себя необходимую

Для его расчета рекомендуется использовать дискретные модели, рассчитываемые методом конечных элементов.

Расчет сечения сборно-монолитной конструкции в стадии...

Расчет железобетонных элементов, усиливаемых наращиванием сечения, с использованием деформационной модели. Особенности конструкции и эксплуатации компактных воздушных линий нового поколения в России.

Усиление тканевыми полимерными композитами...

Несмотря на большое количество проведенных исследований, проблема сопротивления железобетонных элементов действию среза все ещё далека от решения.

На рис. 1a,б,в,г показаны детали арматуры и поперечное сечение, а также расположение тензодатчиков на...

Деформационные характеристики геополимерного бетона...

Деформационные характеристики геополимерного бетона и несущая способность железобетонной балки на его основе.

Армирование производилось плоским каркасом (рис. 1), в качестве рабочей арматуры использовался один стержень класса А400 диаметром 10 мм.

Анализ проектирования железобетонных конструкций зданий для...

Чтобы выполнить конструктивный расчет железобетонных конструкций, то есть установить размеры их сечений, площадь сечения арматуры

Но, вследствие проявлений специфических особенностей поведения железобетона под нагрузкой (ползучесть и неупругая деформация...

К вопросу об исследовании долговечности железобетонных...

Расчет железобетонных элементов, усиливаемых наращиванием сечения, с использованием деформационной модели. Последовательность тензометрических испытаний внутренних элементов железобетонных конструкций.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

О дискретизации нормального сечения железобетонного...

Ключевые слова: железобетонный элемент, бетон, деформационная модель, жесткостные характеристики, неоднородные свойства, дискретизация, сечение. Железобетон является композиционным материалом...

Расширенный порядок расчета усиления железобетонных...

Ключевые слова: усиление, усиливающий элемент, железобетонный элемент, деформационная модель, поперечное сечение, деформации, элементарный участок.

Расчет железобетонных элементов, усиливаемых...

Приведен метод расчета железобетонного элемента, усиленного наращиванием (увеличением) сечения. Описываемый подход базируется на использовании нелинейной деформационной модели и гипотезе плоских сечений.

Особенности расчета сборно-монолитных перекрытий каркасных...

Железобетонные плиты несъемной опалубки выступают составной частью сборно-монолитного перекрытия, включают в себя необходимую

Для его расчета рекомендуется использовать дискретные модели, рассчитываемые методом конечных элементов.

Расчет сечения сборно-монолитной конструкции в стадии...

Расчет железобетонных элементов, усиливаемых наращиванием сечения, с использованием деформационной модели. Особенности конструкции и эксплуатации компактных воздушных линий нового поколения в России.

Усиление тканевыми полимерными композитами...

Несмотря на большое количество проведенных исследований, проблема сопротивления железобетонных элементов действию среза все ещё далека от решения.

На рис. 1a,б,в,г показаны детали арматуры и поперечное сечение, а также расположение тензодатчиков на...

Деформационные характеристики геополимерного бетона...

Деформационные характеристики геополимерного бетона и несущая способность железобетонной балки на его основе.

Армирование производилось плоским каркасом (рис. 1), в качестве рабочей арматуры использовался один стержень класса А400 диаметром 10 мм.

Анализ проектирования железобетонных конструкций зданий для...

Чтобы выполнить конструктивный расчет железобетонных конструкций, то есть установить размеры их сечений, площадь сечения арматуры

Но, вследствие проявлений специфических особенностей поведения железобетона под нагрузкой (ползучесть и неупругая деформация...

К вопросу об исследовании долговечности железобетонных...

Расчет железобетонных элементов, усиливаемых наращиванием сечения, с использованием деформационной модели. Последовательность тензометрических испытаний внутренних элементов железобетонных конструкций.

О дискретизации нормального сечения железобетонного...

Ключевые слова: железобетонный элемент, бетон, деформационная модель, жесткостные характеристики, неоднородные свойства, дискретизация, сечение. Железобетон является композиционным материалом...

Расширенный порядок расчета усиления железобетонных...

Ключевые слова: усиление, усиливающий элемент, железобетонный элемент, деформационная модель, поперечное сечение, деформации, элементарный участок.

Расчет железобетонных элементов, усиливаемых...

Приведен метод расчета железобетонного элемента, усиленного наращиванием (увеличением) сечения. Описываемый подход базируется на использовании нелинейной деформационной модели и гипотезе плоских сечений.

Особенности расчета сборно-монолитных перекрытий каркасных...

Железобетонные плиты несъемной опалубки выступают составной частью сборно-монолитного перекрытия, включают в себя необходимую

Для его расчета рекомендуется использовать дискретные модели, рассчитываемые методом конечных элементов.

Расчет сечения сборно-монолитной конструкции в стадии...

Расчет железобетонных элементов, усиливаемых наращиванием сечения, с использованием деформационной модели. Особенности конструкции и эксплуатации компактных воздушных линий нового поколения в России.

Усиление тканевыми полимерными композитами...

Несмотря на большое количество проведенных исследований, проблема сопротивления железобетонных элементов действию среза все ещё далека от решения.

На рис. 1a,б,в,г показаны детали арматуры и поперечное сечение, а также расположение тензодатчиков на...

Деформационные характеристики геополимерного бетона...

Деформационные характеристики геополимерного бетона и несущая способность железобетонной балки на его основе.

Армирование производилось плоским каркасом (рис. 1), в качестве рабочей арматуры использовался один стержень класса А400 диаметром 10 мм.

Анализ проектирования железобетонных конструкций зданий для...

Чтобы выполнить конструктивный расчет железобетонных конструкций, то есть установить размеры их сечений, площадь сечения арматуры

Но, вследствие проявлений специфических особенностей поведения железобетона под нагрузкой (ползучесть и неупругая деформация...

К вопросу об исследовании долговечности железобетонных...

Расчет железобетонных элементов, усиливаемых наращиванием сечения, с использованием деформационной модели. Последовательность тензометрических испытаний внутренних элементов железобетонных конструкций.

Задать вопрос