Расчёт и проверка гибких колонн

Предположим, что нам требуется рассчитать гибкую колонну, подверженную сжатию и изгибу в двух плоскостях. Обратимся к нормам. Как следует выполнять расчёт и проверку таких колонн? Мы можем использовать инженерные методики, дающие более консервативную оценку из-за большего проявления эффектов второго порядка. Мы также можем получить более точное решение, следуя общим принципам нелинейных расчётов. Но этот общий подход не описан в нормах проектирования. Всё это остаётся на совести проектировщика.   

В IDEA StatiCa реализован расчёт гибких колонн с использованием физически и геометрически нелинейного расчёта. Новый тип расчёта позволяет выполнить проверку элементов, подверженных действию продольной силы и изгибающих моментов по 1 ПС и 2 ПС. Проверки выполняются по напряжениям и по деформациям, значения которых сравниваются с предельными значениями, указанными в нормах, EN 1992-1-1.

Чтобы сделать расчёт и проверку гибких колонн более понятным и увлекательным, достаточно следовать следующим пунктам:

• Настройка геометрии конструкции, включая граничные условия и армирование;
• Назначение нагрузок на главные и вспомогательные элементы; 
• Нелинейный расчёт и оценка результатов;
• Отчёт со всеми необходимыми рисунками и результатами проверок.

Типы расчётов

Геометрия расчётной схемы в  IDEA StatiCa Member состоит из главных (рассчитываемых) и второстепенных (или вспомогательных) элементов и граничных условий. Её можно как создать в самой программе, так и импортировать из сторонних приложений (н-р, SAP200, ETABS,  Robot, RFEM и т.д.). После геометрии задаётся армирование для главных элементов и выполняется расчёт. Для гибких колонн линейный расчёт не будет определяющим, поэтому можно сразу перейти к нелинейным расчётам (ГФНР).

Сам ГФНР подразделяется на 3 типа расчёта:

• Физически нелинейный расчёт (ФНР)
• Линейный расчёт устойчивости (ЛРУ)
• Геометрически и физически нелинейный расчёт с учётом начальных несовершенств (ГФНРсНС)

Для чего нужны все эти режимы расчёта? Что делать с ними инженеру-расчётчику? Здесь можно действовать в соответствии с подсказками кнопок на ленте. Первым делом выполняется физически нелинейный расчёт (ФНР). При этом главные элементы автоматически разбиваются на несколько сечений, в которых вычисляются напряжения и деформации для каждой бетонной фибры и каждого арматурного стержня. Затем полученные значения сравниваются с предельными значениями, указанными в нормах проектирования.

Предположим, что учёта только физической нелинейности недостаточно, и нам требуется также учесть геометрическую нелинейность. В этом случае нужно выполнить линейный расчёт устойчивости (ЛРУ), результатами которого являются собственные числа и предельные нагрузки на главный элемент. Этот расчёт поможет инженеру найти теоретические формы потери устойчивости конструкции при заданных нагрузках. Однако, этих результатов будет недостаточно, так как конструкция может иметь начальные несовершенства. Именно поэтому в таблице результатов напротив каждого коэффициента запаса устойчивости можно указать амплитудное значение несовершенства по данной форме. Эти значения задаются инженером на основе рекомендаций норм проектирования.     

Как только будет задано несовершенство, оно будет автоматически пропорционально приложено к элементу, что позволит выполнить последний тип расчёта – геометрически и физически нелинейный расчёт (ГФНР). Как и в первом расчёте (ФНР), элемент разделяется на сечения, в которых вычисляются напряжения и деформации для каждой бетонной фибры и каждого арматурного стержня, при этом учитывается нелинейная работа материала и геометрическая нелинейность по формам потери устойчивости, для которых заданы амплитуды несовершенств.

Советы по работе с IDEA StatiCa Member

Все результаты отображаются на вкладке Проверка, которая была немного изменена и расширена новыми кнопками. Графические результаты отображаются на 3D виде. В то же время все значения и результаты проверок приводятся в таблицах на 2D виде справа, вместе с подробными результатами по сечениям.

Пользователи могут отобразить результаты Общей проверки и Подробные результаты (по сечениям). Общая проверка содержит краткие сводки по всем результатам для заданной конструкции, по которым можно быстро понять, удовлетворяются ли требования нормативных документов или нет.

Предположим, что мы выбрали какое-нибудь сечение на 3D виде. В этом случае справа на 2D виде отобразятся соответствующие результаты и подсветится нужная строка в таблице, а само сечение будет показано ниже со всеми подробностями. Вычисленные напряжения, деформации и результаты проверок для каждого сечения по бетону и арматуре доступны на отдельных вкладках. 

Расчёт и проверка гибких колонн в приложении Member для железобетона доступна в конфигурациях Concrete Expert, Concrete Enhanced, Prestressing Expert и Prestressing Enhanced