Расчёт гибких ЖБ колонн без проблем

Введение

О чём вы думаете, когда перед вами стоит задача проектирования и расчёта гибкой железобетонной колонны?

• Какие методы оценки выбрать, упрощённые или более точные? 
• Использовать специализированное программное обеспечение или обойтись собственными наработками в Excel?
• Получится ли в Excel учесть сложное сечение железобетонного элемента
• Как определить момент потери устойчивости гибкой колонны?

Вы можете возразить, что полагаться на упрощённые методы не стоит и лучше выбрать более точный и безопасный нелинейный расчёт. Но вопрос учёта геометрической и физической нелинейности довольно сложен и может занять много рабочего времени. 

Может быть, есть какой-нибудь простой инструмент, позволяющий легко выполнять сложные нелинейные расчёты? Да, такая программа есть! 

Ознакомьтесь с новой функцией в IDEA StatiCa Concrete Расчёт и проверка гибких колонн по Еврокоду .

Рабочий процесс

Всё довольно просто. Следуйте пошаговым инструкциям и выполняйте расчёт и проверки железобетонных колонн по нормам:

• Настройте геометрию конструкции, включая граничные условия и арматуру;
• Приложите нагрузки к расчётным и вспомогательным элементам
• Запустите нелинейный расчёт и выполните анализ
• Создайте отчёт со всеми необходимыми рисунками и результатами проверок

Хотите повысить  эффективность своей работы? Объедините первые два этапа в один с помощью наших BIM интерфейсов! 

Используйте имеющиеся FEA программы (SCIA Engineer, RFEM, AxisVM, SAP2000, Robot и др.) и импортируйте необходимые конструкции в IDEA StatiCa с помощью Checkbot. С помощью Checkbot вы сможете легко запустить нелинейный расчёт и выполнить проверку гибких колонн.

Метод, заложенный в программу

Метод основан на оценке напряжений и деформаций в каждом сечении, на которые автоматически разбивается расчётный элемент. Всё, что вам нужно - это правильно заармировать расчётный элемент. 

Каждое сечение железобетонного элемента автоматически разбивается на конечные элементы в соответствии с настройками ГФНР (англ. GMNA) решателя. Параметры по умолчанию всегда можно найти в настройках. Благодаря качественной разбивке сечения на конечные элементы в каждом сечении вычисляются точные результаты для каждой бетонной фибры и каждого арматурного стержня. Настройки сетки конечных элементов бетона и арматуры и количество расчётных сечений по длине элемента можно задать в настройках.

Поведение арматуры и бетона описывается их диаграммами работы (напряжение-деформация), составной параболической и билинейной с наклонными ветвями соответственно.

Сам ГФНР (англ. GMNA) состоит из трёх типов расчёта:

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

В первую очередь выполняется физически нелинейный расчёт (ФНР). Если не требуется учитывать геометрическую нелинейность и несовершенства, на этом процесс расчёта и проверки можно завершить. После этого полученные значения (напряжения и деформации) сравниваются с предельными значениями, прописанными в нормах. Подробные результаты для каждой бетонной фибры и арматурного стержня выводятся в графическом режиме для выбранного сечения и отображаются в таблице вместе с численными значениями напряжений и деформаций. Их можно проанализировать отдельно для бетона и отдельно для арматуры.     

Если учёта только физической нелинейности недостаточно и нужно также учесть геометрическую, то в этом случае нужно линейный расчёт устойчивости (ЛРУ). В качестве результатов этого расчёта вы получите коэффициенты запаса устойчивости расчётного элемента по каждой форме потери и критические нагрузки. Этот тип расчёта поможет найти предполагаемые формы потери устойчивости конструкции при действующих нагрузках. 

Однако, учёта результатов только линейного расчёта устойчивости может быть недостаточно, особенно, если в конструкции есть начальные несовершенства. Именно поэтому в таблице с результатами вы можете задать амплитуды несовершенств по каждой форме. Величину амплитуды следует указывать на основе опыта проектирования и рекомендаций нормативных документов.

Несовершенства можно задать по первым шести формам из линейного расчёта устойчивости (ЛРУ).

После задания несовершенств они будут автоматически пропорционально приложены к элементу и можно будет выполнить заключительный расчёт с учётом геометрической и физической нелинейности (ГФНР). 

Этот расчёт позволяет учесть все начальные несовершенства (в материале или геометрии) в виде одного комплексного. Результаты ГФНР расчёта – напряжения и деформации в каждом отдельном сечении. 

В основе проверки – сравнение результатов с предельными значениями из норм проектирования. Вы можете оценить подробные, так и краткие результаты для бетона и арматуры. На вкладке Проверка вы можете переключаться между напряжениями, деформациями, прогибами и другими проверками по нормам.  

Практический пример

Предположим, что у нас есть расчётная модель всей конструкции в SCIA Engineer и нам требуется подобрать надёжное и экономичное решение. Самое сложное в этой задаче – задать расчётные длины колонны, идущей по всей высоте здания (14.2 м), и учесть все возможные нелинейные эффекты. Устойчивость такой гибкой колонны в данном случае будет определяющим фактором.

Рабочий процесс может быть выстроен следующим образом:

• Создание глобальной модели в SCIA Engineer
• Задание расчётов и комбинаций, запуск глобального линейного расчёта в SCIA Engineer
• Запуск BIM интерфейса для связи SCIA Engineer и IDEA StatiCa для импорта геометрии, нагрузок и результатов
• Импорт всей конструкции через SAF файл в IDEA StatiCa Checkbot для задания расчётного элемента (гибкая колонна) и выбор определяющих комбинаций
• Открытие проекта в IDEA StatiCa Member с гибкой колонной в качестве основного расчётного элемента
• Проверка корректности импорта - геометрии и нагрузок
• Настройка армирования колонны
• Выполнение всех необходимых расчётов (ФНР, ЛРУ, ГФНР)
• Оптимизация геометрии колонны и её армирования
• Печать отчёта со всеми необходимыми результатами, нормативными проверками, рисунками и схемами.

Опыт пользователей

Оцените новые возможности IDEA StatiCa Member и поделитесь своим мнением. Скачайте приложенный архив с файлами и выполните все необходимые расчёты самостоятельно.

У вас есть мысли о том, что можно улучшить? Мы будем рады выслушать ваши предложения.

Как вы могли заметить, результаты проверок не выполняются напрямую по определённым формулам и сложным программным алгоритмам, а скорее соответствуют указанным предельным значениям напряжений и деформаций в бетоне и арматуре. На данный момент в программе реализован только Еврокод. Если вы заинтересованы в интеграции других норм проектирования, пожалуйста, дайте нам знать.