Расчет оптимальной величины защитного слоя бетона колонн квадратного сечения
Анализ пространственной элементной модели колонны прямоугольного и квадратного сечения с продольным армированием при центральном сжатии. Исследование распределения интенсивности напряжений по сечению. Построение мультилинейной диаграммы деформирования.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.06.2017 |
| Размер файла | 1,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
Расчет оптимальной величины защитного слоя бетона колонн квадратного сечения
В.А. Мурадян
Предлагается подход к расчету оптимальных значений защитного слоя бетона продольно армированных колонн, работающих при центральном сжатии. Моделирование осуществлено с использованием МКЭ - пакета Ansys при реализации пространственной конструкции и плоской модели сечения колонны.
Ряд исследований по расчету железобетонных колонн при центральном и внецентренном сжатии показал существенное включение в работу конструкции ее центральной части, в особенности при нагрузках, близких к критическим [1-6].
При этом, основываясь на анализе пространственной конечно-элементной модели колонны прямоугольного сечения с продольным армированием при центральном сжатии по характеру поведения главных напряжений и , параллельных плоскости нормального сечения колонны, убеждаемся, что сечения в средней части колонны подвержены деформации растяжения.
Характер распределения интенсивности напряжений в центральной части колонны является достаточно однородным, однако уровень напряжений зависит от положения вертикальной арматуры по сечению [7]. Это позволяет сделать вывод о возможности исследования критических усилий, воспринимаемых конструкцией, на основе анализа напряженно-деформированного стояния в плоскости центральных сечений.
Рассмотрим конечно-элементную модель плоского деформирования нормального сечения колонны в следующей постановке [8-10]:
, ,
где - область, занимаемая бетоном, - область арматуры (рис. 1),
- величина защитного слоя бетона.
На линиях задаются нормальные растягивающие распределенные усилия по закону и соответственно. На линиях , - условия симметрии деформирования сечения колонны:
, .
Рис. 1
В качестве физических параметров выбраны значения величин, представленных в таблице 1, и использованных как для пространственной, так и плоской моделей.
Таблица 1
|
Материал |
Свойства материала |
|||
|
Арматура, элемент LINK8 |
Модуль Юнга EА, МПа |
2.0е5 |
||
|
Коэффициент Пуассона |
0.3 |
|||
|
Расчетное сопротивление RA , МПа |
400 |
|||
|
Мультилинейная диаграмма деформирования |
||||
|
Деформация |
Напряжение , МПа |
|||
|
точка 1 |
RA/EA |
RA |
||
|
точка 2 |
0.0025 |
RA |
||
|
Бетон, элемент SOLID185 |
Модуль Юнга EB, МПа |
3.25e4 |
||
|
Коэффициент Пуассона |
0.2 |
|||
|
Расчетное сопротивление при сжатии RB , МПа |
22 |
|||
|
Расчетное сопротивление при растяжении RBt , МПа |
1.8 |
|||
|
Мультилинейная диаграмма деформирования |
||||
|
Деформация |
Напряжение , МПа |
|||
|
Сжатие |
||||
|
точка 1 |
0.6*RB/EB |
0.6 RB |
||
|
точка 2 |
0.002 |
RB |
||
|
точка 3 |
0.0035 |
RB |
||
|
Растяжение |
||||
|
точка 1 |
0.6* RBt /EB |
0.6 RBt |
||
|
точка 2 |
0.002 |
RBt |
||
|
точка 3 |
0.0035 |
RBt |
||
|
Бетон, элемент SOLID65 |
Модуль Юнга EB, МПа |
3.25e4 |
||
|
Коэффициент Пуассона |
0.2 |
|||
|
Расчетное сопротивление на сжатие RB , МПа |
22 |
|||
|
Расчетное сопротивление на растяжение RBt , МПа |
1.8 |
|||
|
Коэффициент передачи касательных напряжений для открытой трещины |
0.1 |
|||
|
Коэффициент передачи касательных напряжений для закрытой трещины |
0.9 |
|||
|
Предельная прочность при двухосном растяжении |
1.2 RB |
|||
|
Предельная прочность при двухосном сжатии, наложенном на гидростатическое напряжение |
1.45 RB |
|||
|
Предельная прочность при одноосном сжатии, наложенном на гидростатическое напряжение |
1.725 RB |
колонна сечение напряжение сжатие
Для плоской модели сечения считаем уровень прикладываемых нагрузок соответствующим линейному участку деформирования среды без учета пластических деформаций и процессов трещинообразования. Исходя из этого, при реализации МКЭ модели сечения использованы плоские 8-узловые элементы Plane82 [8] с двумя поступательными степенями свободы в каждом узле. Характер разбиения сечения конечными элементами представлен на рис. 2 с использованием локальной системы координат и зеркальном отражении области для полного представления сечения колонны.
Рис. 2 Сетка конечных элементов
Для выбора характера прикладываемой нагрузки рассмотрены перемещения в среднем сечении колонны пространственной модели при уровне вертикального сжимающего усилия 0.7 от критического. Модуль вектора перемещений в сечении близок аналогичной величине смещения при плоской деформации при равномерном распределении нагрузки . Близость диаграмм распределения перемещений по сечению позволила сделать вывод о возможности рассмотрения случая постоянных усилий .
Дальнейшее исследование по выбору оптимального положения арматуры по сечению колонны основывалось на анализе интенсивности напряжений в зависимости от величины защитного слоя бетона
.
В качестве основного варианта использован случай выбора геометрических параметров модели: м. Установлено, что основными влияющими факторами на распределение интенсивности напряжений в сечении являются: соотношение модулей упругости бетона и арматуры, а также коэффициент Пуассона бетона, в основном определяющий характер сжимаемости материала сечения.
Установлено, что наиболее чувствительной характеристикой к изменению положения арматуры является концентрация напряжений вблизи границы раздела арматуры и бетона. Величина , Па на поверхности арматуры от параметра , м выведена на рис. 3.
Рис. 3. Распределение , Па от параметра .
Отметим, что минимальное значение полученной характеристики соответствует значению м и по сути определяет максимальный уровень критического усилия, приводящего к разрушению конструкции. Полученное значение соответствует анализу задачи в пространственной постановке по расчету критических усилий при нелинейном деформировании среды с учетом явлений трещинообразования и дробления бетона.
Литература
1. Мурадян В.А., Маилян Д.Р. Железобетонные стойки с заглубленными продольными стержнями без поперечного армирования // Расчет и проектирование железобетонных конструкций. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2009 - С. 94-95.
2. Мурадян В.А., Маилян Д.Р. Устойчивость арматурных стержней в сжатой железобетонной колонне // Строительство 2010. Материалы научно-практической конференции. - Ростов-на-Дону: 2010 . - С.40-42.
3. Кургин К.В., Маилян Д.Р. Работа керамзитофибробетонных колонн при повторных нагрузках [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, №1. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/738 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.
4. Мурадян В.А., Маилян Д.Р. К методике расчета железобетонных внецентренно сжатых колонн // «Инженерный вестник Дона», 2012, №4. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1333 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.
5. Маилян Д.Р., Несветаев Г.В. О несущей способности колонн из высокопрочных самоуплотняющихся бетонов // Бетон и железобетон в третьем тысячелетии. Материалы научно-практической конференции. - Махачкала: 2010. - С.47-49.
6. Маилян Д.Р., Резван И.В. Несущая способность бетонного ядра трубобетонных колонн // Вестник Майкопского государственного технического университета. -Майкоп: 2011. - С. 14-19.
7. Шиляева О.В., Хунагов Р.А., Блягоз А.М.Моделирование устойчивости железобетонной панели// Новые технологии. - 2012. - Вып. 3. - С. 114-119.
8. ANSYS, Inc. Theory Reference: ANSYS Release 9.0. - С.14-203.
9. Mkrtchyan A., Akcenov V., Mailyan. Experimental study of the structural properties of high-strength concrete // 5th International Scientific Conference “European Applied Sciences: modern approaches in scientific researches”:Papers of the 5th International Scientific Conference. August 26-27. - Stuttgart, Germany. - 2013. - 164 p.
10. Mkrtchyan A., Akcenov V., Mailyan. Experimental study of reinforced concrete columns of high-strength concrete // “Applied Sciences and technologies in the United States and Europe: common challenges and scientific findings”: Papers of the 2nd International Scientific Conference (September 9-10, 2013). Cibunet Publishing. - New York, USA. - 2013. - 242 p.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение внецентренно сжатых элементов прямоугольного сечения с арматурой, приведенной к равномерно распределенной. Построение схемы усилий и эпюра напряжений во внецентренно сжатых элементах двутаврового сечения. Расчет площади сжатой зоны бетона.
реферат [194,4 K], добавлен 26.10.2022Способы обеспечения геометрической неизменяемости зданий. Защемление стоек каркаса. Обеспечение пространственной геометрической неизменяемости покрытий. Колонны сплошного сечения. Узлы защемления клеедощатых колонн в фундаменте. Расчет решетчатых колонн.
лекция [5,8 M], добавлен 24.11.2013Оценка физического износа кровли и слоя утеплителя. Определение восстановительной, остаточной стоимости и морального износа здания. Расчет несущей способности железобетонной балки прямоугольного профиля с одиночным армированием по нормальному сечению.
практическая работа [36,9 K], добавлен 27.08.2012Компоновка балочной клетки, определение погонной нагрузки, максимальных внутренних усилий, подбор сечения балки железобетонного настила. Расчет колонны сплошного сечения, анализ нагрузки, действующей на колонну. Проверка напряжений и прочности траверсы.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 03.01.2017Расчет настила, балки составного сечения. Сбор нагрузок, компоновка сечения, проверка по второму предельному состоянию. Изменение сечения балки по длине. Соединение поясов со стенкой. База колонны с траверсой и консольными ребрами, расчет оголовка.
курсовая работа [799,2 K], добавлен 22.10.2013Компоновка поперечной рамы. Расчет крайней колонны прямоугольного сечения. Конструирование двускатной балки покрытия. Определение потерь предварительного напряжения арматуры. Проверка трещиностойкости и прочности колонны в стадиях подъема, монтажа.
курсовая работа [423,7 K], добавлен 02.09.2015Динамическая прочность бетона при сжатии и при растяжении. Чувствительность к скорости деформирования. Исследование напряженно-деформированного состояния несущих железобетонных конструкций зданий и сооружений при действии динамических нагрузок.
реферат [1,4 M], добавлен 29.05.2015Определение усилий в сечениях ригеля от расчетных нагрузок в табличной форме. Проверка принятой высоты сечения. Построение эпюры арматуры. Расчетные схемы и длины колонн. Расчет сборных элементов колонн резервуара на усилия в период транспортирования.
курсовая работа [774,6 K], добавлен 26.02.2013Компоновка балочной клетки. Подбор сечения балок настила. Определение массы балок настила. Проверка прочности и жесткости подобранного сечения. Расчетная схема, нагрузки, усилия. Подбор сечения центрально-сжатой колонны. Расчет поясных швов главной балки.
курсовая работа [912,0 K], добавлен 06.05.2012Расчет железобетонных колонн поперечника одноэтажной рамы промышленного здания по несущей способности. Проверка прочности колонны при съёме с опалубки, транспортировании и монтаже. Определение эксцентриситетов приложения продольных сил и сечения арматуры.
курсовая работа [589,9 K], добавлен 27.10.2010Геометрические характеристики фермы. Данные для подбора сечения рабочего настила механических мастерских. Расчет неразрезного прогона. Статический расчет фермы. Подбор элементов сечения. Конструирование узловых соединений. Особенности расчета колонны.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 02.12.2014Сравнение вариантов балочной клетки. Проверка общей устойчивости балки. Проектировании центрально-сжатых колонн. Определение расчетной силы давления на фундамент с учетом веса колонны. Подбор сечения балки. Расчет сварной главной балки балочной клетки.
курсовая работа [569,4 K], добавлен 10.10.2013Химический состав стали С345. Расчет плоского настила. Определение расчетных усилий и назначение схемы. Подбор сечения главной балки, конструирование опорного узла. Компоновка сечения сплошной колонны, расчет базы. Особенности конструирования оголовка.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 04.03.2013Расчетная схема, нагрузки и усилия, подбор сечения балки настила, проверка ее прочности и жесткости. Расчет геометрических характеристик поперечного сечения. Расчет планок колонны. Проверка общей и местной устойчивости главной балки, ее крепления к стене.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 20.12.2013Компоновка поперечного сечения панели. Сбор нагрузок на панель. Определение внутренних усилий. Приведенные геометрические характеристики поперечного сечения. Проверка сечения панели. Расчет и проектирование трехшарнирных рам из прямоугольных элементов.
курсовая работа [969,7 K], добавлен 07.08.2013Компоновка и выбор схемы балочной клетки. Подбор сечения балок, расчет стального листового настила. Расчетная схема, нагрузки и усилия главной балки, соединение поясных листов со стенкой. Расчет и конструирование колонны, компоновка и подбор сечения.
курсовая работа [343,9 K], добавлен 08.07.2012Расчет и конструирование балочной клетки: компоновка и выбор варианта, определение крепления настила. Подбор и проверка сечения главной балки, изменение сечения поясов. Расчет параметров и конструирование колонны, ее базы и оголовки, расчетной длины.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 07.08.2013Выбор схемы балочной клетки, расчет настила. Проектирование и расчет главных балок, проверка прочности и общей устойчивости. Проектирование и расчет колонн. Определение продольной силы в колонне, выбор типа сечения. Расчет оголовка и базы колонны.
курсовая работа [928,8 K], добавлен 12.02.2011Расчет стального настила. Компоновка балочной клетки и выбор варианта для детальной разработки. Подбор сечения главной балки, изменение ее сечения по длине. Проверка общей устойчивости балки. Конструирование и расчет планок, базы и оголовка колонны.
курсовая работа [410,6 K], добавлен 28.04.2011Методы расчёта стального настила и балки настила. Сбор нагрузок на главную балку и изменение ее сечения. Расчет соединения поясов со стенкой. Проверки местной устойчивости элементов балки. Расчет центрально сжатой колонны: сплошного и сквозного сечения.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 04.10.2010
