Idea Statica
  • Metal
  • Concrete
  • Legături BIM
  • Support tehnic
  • Prețuri
  • Compania
  • Prezentare generală a oțelului
  • Proiectarea conexiunii
  • Design membru
  • Proiectare parametrică
  • Steel case studies
  • Pereți și regiuni D
  • Design de ancorare
  • Elemente și secțiuni transversale
  • Studii de caz concrete
  • Checkbot
  • Integrări acceptate
  • Prezentare generală BIM
  • Vizualizator
  • API-uri
  • Centrul de asistență
  • E-learning și certificare
  • Blog
  • Descărcări și licențe
  • Planuri
  • Instrument gratuit pentru comunitate
  • Clienți de tip Enterprise
  • Studenți și profesori
  • Contact
  • Blog
  • Cercetare și dezvoltare
  • Distribuitori autorizați
  • Metal
    Prezentare generală a oțeluluiProiectarea conexiuniiDesign membruProiectare parametricăSteel case studies
  • Concrete
    Pereți și regiuni DDesign de ancorareElemente și secțiuni transversaleStudii de caz concrete
  • Legături BIM
    CheckbotIntegrări acceptatePrezentare generală BIMVizualizatorAPI-uri
  • Support tehnic
    Centrul de asistențăE-learning și certificareBlogDescărcări și licențe
  • Prețuri
    PlanuriInstrument gratuit pentru comunitateClienți de tip EnterpriseStudenți și profesori
  • Compania
    ContactBlogCercetare și dezvoltareDistribuitori autorizați
Probă gratuită de 14 zile
Probă gratuită de 14 zile
  • Metal
  • Concrete
  • Legături BIM
  • Support tehnic
  • Prețuri
  • Compania

Abonați-vă la newsletter-ul nostru

Companie

  • Despre noi
  • Parteneriate
  • Cariere
  • Tehnologie brevetată pentru ingineri structuriști

Resurse

  • Proiecte ale clienților
  • Studii de caz
  • IDEA StatiCa Connection Library
  • Cărți de verificare

Legal

  • ACORD DE LICENȚĂ PENTRU UTILIZATORUL FINAL IDEA StatiCa
  • Politica globală de confidențialitate
  • Termeni și Condiții de Utilizare – IDEA StatiCa Viewer
  • Licențiere

Ajutor

  • Contact
  • Solicitare ofertă
  • Distribuitori
  • Descărcări
FacebookInstagramLinkedInYouTube

© IDEA StatiCa 2009-2026

Folosit și de încredere la nivel mondial de ingineri, fabricanți și consultanți.

Centrul de SuportArticole din Baza de Cunoștințe3.1 Stări limită și calculul lățimii fisurilor
3.1 Stări limită și calculul lățimii fisurilor
ConcreteKnowledge baseDetail 2DACI (USA)EN (Eurocode)

3.1 Stări limită și calculul lățimii fisurilor

Acest articol este disponibil și în
ENCZDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH
Tradus automat din engleză

Evaluarea structurii utilizând CSFM se realizează prin două analize distincte: una pentru starea limită de serviciu și una pentru combinațiile de încărcări în starea limită ultimă. Analiza în starea limită de serviciu presupune că comportarea ultimă a elementului este satisfăcătoare și că condițiile de curgere ale materialului nu vor fi atinse la nivelurile de încărcare din starea limită de serviciu. Această abordare permite utilizarea unor modele constitutive simplificate (cu o ramură liniară a diagramei efort-deformație a betonului) pentru analiza în starea limită de serviciu, în scopul îmbunătățirii stabilității numerice și a vitezei de calcul. Prin urmare, se recomandă utilizarea fluxului de lucru prezentat mai jos, în care analiza în starea limită ultimă se efectuează ca prim pas.

Analiza în starea limită ultimă

Diferitele verificări impuse de codurile de proiectare specifice se evaluează pe baza rezultatelor directe furnizate de model. Verificările în SLU se efectuează pentru rezistența betonului, rezistența armăturii și ancoraj (tensiuni de forfecare din aderență).

Pentru a asigura un calcul eficient al unui element structural, se recomandă insistent efectuarea unei analize preliminare, care ține seama de următorii pași:

  • Alegeți o selecție a celor mai critice combinații de încărcări.
  • Calculați doar combinațiile de încărcări în starea limită ultimă (SLU).
  • Utilizați o plasă grosieră (prin creșterea multiplicatorului dimensiunii implicite a plasei în Setup (Fig. 19)).

Fig. 19Mesh multiplier.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 19\qquad Mesh multiplier.}}}Fig. 19Mesh multiplier.

Un astfel de model se calculează foarte rapid, permițând proiectanților să revizuiască eficient detalierea elementului structural și să repete analiza până când toate cerințele de verificare sunt îndeplinite pentru cele mai critice combinații de încărcări. După ce toate cerințele de verificare ale acestei analize preliminare sunt îndeplinite, se recomandă includerea combinațiilor complete de încărcări ultime și utilizarea unei plase fine (dimensiunea plasei recomandată de program). Utilizatorul poate modifica dimensiunea plasei prin multiplicator, care poate lua valori de la 0,5 la 5 (Fig. 19).

Rezultatele și verificările de bază (tensiune, deformație și grad de utilizare, adică valoarea calculată/valoarea limită conform codului, precum și direcția tensiunilor principale în cazul elementelor din beton) sunt afișate prin diferite diagrame în care compresiunea este în general prezentată în roșu, iar întinderea în albastru. Valorile minime și maxime globale pentru întreaga structură pot fi evidențiate, la fel ca valorile minime și maxime pentru fiecare parte definită de utilizator. Într-o filă separată a programului pot fi afișate rezultate avansate, precum valorile tensoriale, deformațiile structurii și procentele de armare (efectiv și geometric) utilizate pentru calculul participării betonului întins la armăturile din oțel. În plus, pot fi prezentate încărcările și reacțiunile pentru combinațiile sau cazurile de încărcare selectate.

Analiza în starea limită de serviciu

Evaluările în SLS se efectuează pentru limitarea tensiunilor, lățimea fisurilor și limitele săgeții. Tensiunile se verifică în beton și în armătură conform codului aplicabil, într-un mod similar cu cel specificat pentru SLU.

Analiza în starea limită de serviciu conține anumite simplificări ale modelelor constitutive utilizate pentru analiza în starea limită ultimă. Se presupune o aderență perfectă, adică lungimea de ancoraj nu se verifică în starea limită de serviciu. În plus, ramura plastică a curbei efort-deformație a betonului comprimat este neglijată, în timp ce ramura elastică este liniară și infinită. Aceste simplificări îmbunătățesc stabilitatea numerică și viteza de calcul și nu reduc generalitatea soluției, atât timp cât limitele de tensiune rezultate ale materialelor în starea limită de serviciu se situează clar sub punctele lor de curgere (conform cerințelor standardelor). Prin urmare, modelele simplificate utilizate pentru starea limită de serviciu sunt valabile doar dacă toate cerințele de verificare sunt îndeplinite.

Calculul deschiderii fisurilor și participarea betonului întins

Calculul deschiderii fisurilor

Există două moduri de calcul al deschiderii fisurilor - fisurare stabilizată și nestabilizată. În funcție de raportul geometric de armare din fiecare parte a structurii, se decide ce tip de model de calcul al fisurilor va fi utilizat (TCM pentru fisurarea stabilizată și POM pentru modelul de fisurare nestabilizată).

Fig. 20 Calculul deschiderii fisurilor: (a) cinematica fisurii considerata˘; (b) proiecția cinematicii fisurii pe direcțiile\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 20 \qquad Calculul deschiderii fisurilor: (a) cinematica fisurii considerată; (b) proiecția cinematicii fisurii pe direcțiile}}}Fig. 20 Calculul deschiderii fisurilor: (a) cinematica fisurii considerata˘; (b) proiecția cinematicii fisurii pe direcțiile principale ale barei de arma˘tura˘; (c) deschiderea fisurii pe direcția barei de arma˘tura˘ pentru fisurarea stabilizata˘; (d) cazuri cu\textsf{\textit{\footnotesize{principale ale barei de armătură; (c) deschiderea fisurii pe direcția barei de armătură pentru fisurarea stabilizată; (d) cazuri cu}}}principale ale barei de arma˘tura˘; (c) deschiderea fisurii pe direcția barei de arma˘tura˘ pentru fisurarea stabilizata˘; (d) cazuri cu fisurare locala˘ nestabilizata˘ indiferent de cantitatea de arma˘tura˘; (e) deschiderea fisurii pe direcția barei de arma˘tura˘\textsf{\textit{\footnotesize{fisurare locală nestabilizată indiferent de cantitatea de armătură; (e) deschiderea fisurii pe direcția barei de armătură}}}fisurare locala˘ nestabilizata˘ indiferent de cantitatea de arma˘tura˘; (e) deschiderea fisurii pe direcția barei de arma˘tura˘pentru fisurarea nestabilizata˘.\textsf{\textit{\footnotesize{pentru fisurarea nestabilizată.}}}pentru fisurarea nestabilizata˘.

În timp ce CSFM oferă un rezultat direct pentru majoritatea verificărilor (de exemplu, capacitatea elementului, săgețile...), rezultatele privind deschiderea fisurilor sunt calculate pe baza rezultatelor deformației armăturii furnizate direct de analiza cu elemente finite, conform metodologiei descrise în Fig. 20. Se consideră o cinematică a fisurii fără alunecare (deschidere pură a fisurii) (Fig. 20a), ceea ce este consistent cu ipotezele principale ale modelului. Direcțiile principale ale tensiunilor și deformațiilor definesc înclinarea fisurilor (θr = θs= θe). Conform (Fig. 20b), deschiderea fisurii (w) poate fi proiectată pe direcția barei de armătură (wb), rezultând:

w=wbcos⁡(θr+θb−π2)w = \frac{w_b}{\cos\left(θ_r + θ_b - \frac{π}{2}\right)}w=cos(θr​+θb​−2π​)wb​​

unde θb este înclinarea barei.

Vă rugăm să rețineți că programul afișează valorile θr și θb < π/2. Aceasta înseamnă că ecuația precedentă funcționează pentru cazurile în care armătura și fisura trec prin cadrane diferite ale sistemului de coordonate cartezian, așa cum se arată în Fig. 20, unde armătura trece prin cadranele I și III, iar fisura prin cadranele II și IV. Pentru cazurile în care armătura și fisura trec prin aceleași cadrane, ecuația trebuie modificată după cum urmează:

w=wbcos⁡(−θr+θb+π2)w = \frac{w_b}{\cos\left(-θ_r + θ_b + \frac{π}{2}\right)}w=cos(−θr​+θb​+2π​)wb​​

Componenta wb este calculată consecvent pe baza modelelor de participare a betonului întins prin integrarea deformațiilor armăturii. Pentru zonele cu tipare de fisurare complet dezvoltate, deformațiile medii calculate (em) de-a lungul barelor de armătură sunt integrate direct de-a lungul distanței dintre fisuri (sr), conform indicației din (Fig. 20c). Deși această abordare de calcul al direcțiilor fisurilor nu corespunde poziției reale a fisurilor, ea oferă totuși valori reprezentative care conduc la rezultate ale deschiderii fisurilor ce pot fi comparate cu valorile de deschidere a fisurilor impuse de cod la poziția barei de armătură.

Situații speciale sunt observate la colțurile concave ale structurii calculate. În acest caz, colțul predefinește poziția unei singure fisuri care se comportă în mod nestabilizat înainte ca fisuri adiacente suplimentare să se dezvolte. Aceste fisuri suplimentare se dezvoltă în general după depășirea domeniului de exploatare (Mata-Falcón 2015), ceea ce justifică calcularea deschiderii fisurilor în această zonă ca și cum ar fi nestabilizate (Fig. 21).

Fig. 21Definirea zonei la colțurile concave ıˆn care deschiderea fisurii este calculata˘ ca și cum ar fi nestabilizata˘.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 21\qquad Definirea zonei la colțurile concave în care deschiderea fisurii este calculată ca și cum ar fi nestabilizată.}}}Fig. 21Definirea zonei la colțurile concave ıˆn care deschiderea fisurii este calculata˘ ca și cum ar fi nestabilizata˘.

Participarea betonului întins

Implementarea participării betonului întins face distincția între cazurile de tipare de fisurare stabilizate și nestabilizate. În ambele cazuri, betonul este considerat complet fisurat înainte de încărcare, în mod implicit.

Fig. 22Modelul de participare a betonului ıˆntins: (a) element de tip tirant de ıˆntindere pentru fisurarea stabilizata˘ cu distribuția forfeca˘rii de aderența˘,\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 22\qquad Modelul de participare a betonului întins: (a) element de tip tirant de întindere pentru fisurarea stabilizată cu distribuția forfecării de aderență,}}}Fig. 22Modelul de participare a betonului ıˆntins: (a) element de tip tirant de ıˆntindere pentru fisurarea stabilizata˘ cu distribuția forfeca˘rii de aderența˘, tensiunilor din oțel și beton, și deformațiilor din oțel ıˆntre fisuri, luaˆnd ıˆn considerare distanța medie dintre fisuri); (b) ipoteza de smulgere\textsf{\textit{\footnotesize{tensiunilor din oțel și beton, și deformațiilor din oțel între fisuri, luând în considerare distanța medie dintre fisuri); (b) ipoteza de smulgere}}}tensiunilor din oțel și beton, și deformațiilor din oțel ıˆntre fisuri, luaˆnd ıˆn considerare distanța medie dintre fisuri); (b) ipoteza de smulgere pentru fisurarea nestabilizata˘ cu distribuția forfeca˘rii de aderența˘ și tensiunilor și deformațiilor din oțel ıˆn jurul fisurii; (c) comportamentul\textsf{\textit{\footnotesize{pentru fisurarea nestabilizată cu distribuția forfecării de aderență și tensiunilor și deformațiilor din oțel în jurul fisurii; (c) comportamentul}}}pentru fisurarea nestabilizata˘ cu distribuția forfeca˘rii de aderența˘ și tensiunilor și deformațiilor din oțel ıˆn jurul fisurii; (c) comportamentul rezultat al tirantului de ıˆntindere ıˆn termeni de tensiuni ale arma˘turii la fisuri și deformații medii pentru oțelul european B500B;\textsf{\textit{\footnotesize{rezultat al tirantului de întindere în termeni de tensiuni ale armăturii la fisuri și deformații medii pentru oțelul european B500B;}}}rezultat al tirantului de ıˆntindere ıˆn termeni de tensiuni ale arma˘turii la fisuri și deformații medii pentru oțelul european B500B; undefined

Fisurare stabilizată

În tiparele de fisurare complet dezvoltate, participarea betonului întins este introdusă utilizând Modelul Tirantului de Întindere (TCM) (Marti et al. 1998; Alvarez 1998) – Fig. 22a – care s-a dovedit că oferă predicții excelente ale răspunsului în ciuda simplității sale (Burns 2012). TCM presupune o relație în trepte, rigid-perfect plastică între tensiunea de forfecare de aderență și alunecare, cu τb = τb0 =2 fctm pentru σs ≤ fy și τb =τb1 = fctm pentru σs > fy. Tratând fiecare bară de armătură ca un tirant de întindere ­– Fig. 22b și Fig. 22a – distribuția forfecării de aderență, a tensiunilor din oțel și beton și, prin urmare, distribuția deformațiilor între două fisuri poate fi determinată pentru orice valoare dată a tensiunilor (sau deformațiilor) maxime din oțel la fisuri.

Pentru sr = sr0, o nouă fisură se poate forma sau nu, deoarece la centrul dintre două fisuri σc1 = fct. În consecință, distanța dintre fisuri poate varia cu un factor de doi, adică sr = λsr0, cu l = 0.5…1.0. Presupunând o anumită valoare pentru λ, deformația medie a tirantului (εm) poate fi exprimată ca funcție de tensiunile maxime din armătură (adică tensiunile la fisuri, σsr). Pentru diagrama biliniară idealizată efort-deformație pentru barele de armătură neaderente considerată implicit în CSFM, se obțin următoarele expresii analitice sub formă închisă (Marti et al. 1998):

εm=σsrEs−τb0srEsØ\varepsilon_m = \frac{\sigma_{sr}}{E_s} - \frac{\tau_{b0}s_r}{E_s Ø}εm​=Es​σsr​​−Es​Øτb0​sr​​

pentruσsr≤fy\textrm{pentru}\qquad\qquad\sigma_{sr} \le f_ypentruσsr​≤fy​

εm=(σsr−fy)2Ø4Eshτb1sr(1−Eshτb0Esτb1)+(σsr−fy)Esτb0τb1+(εy−τb0srEsØ){\varepsilon_m} = \frac{{{{\left( {{\sigma_{sr}} - {f_y}} \right)}^2}Ø}}{{4{E_{sh}}{\tau _{b1}}{s_r}}}\left( {1 - \frac{{{E_{sh}}{\tau_{b0}}}}{{{E_s}{\tau_{b1}}}}} \right) + \frac{{\left( {{\sigma_{sr}} - {f_y}} \right)}}{{{E_s}}}\frac{{{\tau_{b0}}}}{{{\tau_{b1}}}} + \left( {{\varepsilon_y} - \frac{{{\tau_{b0}}{s_r}}}{{{E_s}Ø}}} \right)εm​=4Esh​τb1​sr​(σsr​−fy​)2Ø​(1−Es​τb1​Esh​τb0​​)+Es​(σsr​−fy​)​τb1​τb0​​+(εy​−Es​Øτb0​sr​​)

pentrufy≤σsr≤(fy+2τb1srØ)\textrm{pentru}\qquad\qquad{f_y} \le {\sigma _{sr}} \le \left( {{f_y} + \frac{{2{\tau _{b1}}{s_r}}}{Ø}} \right)pentrufy​≤σsr​≤(fy​+Ø2τb1​sr​​)

εm=fsEs+σsr−fyEsh−τb1srEshØ\varepsilon_m = \frac{f_s}{E_s} + \frac{\sigma_{sr}-f_y}{E_{sh}} - \frac{\tau_{b1} s_r}{E_{sh} Ø}εm​=Es​fs​​+Esh​σsr​−fy​​−Esh​Øτb1​sr​​

pentru(fy+2τb1srØ)≤σsr≤ft\textrm{pentru}\qquad\qquad\left(f_y + \frac{2\tau_{b1}s_r}{Ø}\right) \le \sigma_{sr} \le f_tpentru(fy​+Ø2τb1​sr​​)≤σsr​≤ft​

unde:
Esh           modulul de ecruisare al oțelului Esh = (ft – fy)/(εu – fy /Es) ,

Es            modulul de elasticitate al armăturii,

Ø            diametrul barei de armătură,

sr                distanța dintre fisuri,

σsr           tensiunile din armătură la fisuri,

σs            tensiunile efective din armătură,

fy                limita de curgere a armăturii.

Implementarea IDEA StatiCa Detail a CSFM ia în considerare implicit distanța medie dintre fisuri atunci când efectuează analiza câmpului de tensiuni asistată de calculator. Distanța medie dintre fisuri este considerată a fi 2/3 din distanța maximă dintre fisuri (λ = 0.67), ceea ce urmează recomandările făcute pe baza testelor de încovoiere și întindere (Broms 1965; Beeby 1979; Meier 1983). Trebuie remarcat faptul că, pentru calculul deschiderii fisurilor, se consideră o distanță maximă între fisuri (λ = 1.0) pentru a obține valori conservative.

Aplicarea TCM depinde de raportul de armare, deci alocarea unei arii de beton adecvate care acționează în întindere între fisuri pentru fiecare bară de armătură este crucială. A fost dezvoltată o procedură numerică automată pentru a defini raportul de armare efectiv corespunzător (ρeff = As/Ac,eff) pentru orice configurație, inclusiv armătură înclinată (Fig. 23).

Fig. 23Aria efectiva˘ de beton ıˆntins pentru fisurarea stabilizata˘: (a) aria maxima˘ de beton care poate fi activata˘;\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 23\qquad Aria efectivă de beton întins pentru fisurarea stabilizată: (a) aria maximă de beton care poate fi activată;}}}Fig. 23Aria efectiva˘ de beton ıˆntins pentru fisurarea stabilizata˘: (a) aria maxima˘ de beton care poate fi activata˘; (b) acoperirea cu beton și condiția de simetrie globala˘; (c) aria efectiva˘ rezultanta˘.\textsf{\textit{\footnotesize{(b) acoperirea cu beton și condiția de simetrie globală; (c) aria efectivă rezultantă.}}}(b) acoperirea cu beton și condiția de simetrie globala˘; (c) aria efectiva˘ rezultanta˘.

Fisurare nestabilizată

Fisurile existente în zonele cu rapoarte geometrice de armare mai mici decât ρcr, adică cantitatea minimă de armătură pentru care armătura este capabilă să preia încărcarea de fisurare fără a curge, sunt generate fie de acțiuni non-mecanice (de exemplu, contracția), fie de propagarea fisurilor controlată de altă armătură. Valoarea acestei armături minime se obține astfel:

ρcr=fctfy−(n−1)fct{\rho _{cr}} = \frac{{{f_{ct}}}}{{{f_y} - \left( {n - 1} \right){f_{ct}}}}ρcr​=fy​−(n−1)fct​fct​​

unde:

fy              limita de curgere a armăturii,

fct             rezistența la întindere a betonului,

n              raportul modular, n = Es / Ec .

Pentru betonul convențional și oțelul de armătură, ρcr este de aproximativ 0,6%.

Pentru etrieri cu rapoarte de armare sub ρcr, fisurarea este considerată nestabilizată, iar participarea betonului întins este implementată prin intermediul Modelului de Smulgere (POM) descris în Fig. 22b. Acest model analizează comportamentul unei fisuri unice, considerând absența interacțiunii mecanice între fisuri separate, neglijând deformabilitatea betonului întins și presupunând aceeași relație în trepte, rigid-perfect plastică, între tensiunea de forfecare de aderență și alunecare, utilizată de TCM. Aceasta permite obținerea distribuției deformației armăturii (εs) în vecinătatea fisurii pentru orice tensiune maximă din oțel la fisură (σsr) direct din echilibru. Având în vedere faptul că distanța dintre fisuri este necunoscută pentru un tipar de fisurare nedezvoltat complet, deformația medie (εm) este calculată pentru orice nivel de încărcare pe distanța dintre punctele cu alunecare zero, atunci când bara de armătură atinge rezistența sa la întindere (ft) la fisură (lε,avg în Fig. 22b), rezultând următoarele relații:

Modelele propuse permit calcularea comportamentului armăturii aderente, care este în final luat în considerare în analiză. Acest comportament (inclusiv participarea betonului întins) pentru cel mai comun oțel european de armătură (B500B, cu ft / fy = 1,08 și εu = 5%) este ilustrat în Fig. 22c-d.

Articole conexe

Descriere generală a rezultatelor SLS în aplicația Detail
  • Beton
  • Detail 2D
  • EN (Eurocode)
  • Overall check
  • +4
  • Beton
  • Detail 2D
  • EN (Eurocode)
  • Overall check

Knowledge base

Descriere generală a rezultatelor SLS în aplicația Detail

Citește mai mult