Плита: полоса по нелинейной деформационной модели
В упрощённых методах расчёта плит — Вуда-Армера и
Капра-Мори — усилия плиты сводятся к полосам шириной 1 м и высотой
h. Полосу можно проверять двумя способами, выбор — в параметрах задачи, список
Модель полосы:
| Модель полосы | Нормы | Что считается |
|---|---|---|
| НДМ полосы | пп. 8.1.20–8.1.30, 8.2.14, 8.2.16–8.2.18 | плоское сечение с двумя рядами арматуры, нелинейные диаграммы бетона и арматуры |
| Формулы СП 63 | пп. 8.1.8–8.1.19, 8.2.10–8.2.18 | предельные усилия по прямоугольной эпюре, M_crc через Wpl = γ·Wred |
Новые задачи создаются с моделью «НДМ полосы». Задачи, сохранённые до появления выбора, считаются по формулам, их результаты не меняются. Подбор сеток по Капра-Мори (подбор) выполняется только по НДМ.
Пара полос считается независимо: у Вуда-Армера — полосы X и Y одной грани, у Капра-Мори —
площадки θ и θ + 90°. Совместная работа направлений (двухосное сжатие, перераспределение
Nxy) в этой модели не учитывается — для этого служит слоистая модель.
Реализация — CScore/ShellSimpl/StripNdm.cs, StripNdmSection, StripNdmAdapter,
StripNdmDesign.
Сечение полосы
Деформации по высоте линейны:
z отсчитывается от срединной плоскости вверх. Усилия на 1 м ширины:
Знаки — как у плитного сечения: N > 0 — растяжение, M > 0 растягивает верхнюю грань.
Ряды арматуры — верхний и нижний; площадь ряда и привязка получаются так же, как у
формульных методов (исходные данные).
Бетон интегрируется кусочно: высота делится в точках, где ε(z) проходит через узлы
диаграммы и через ноль, на каждом куске — квадратура Гаусса по трём точкам. Тонкая сжатая
зона поэтому не теряется между слоями, как это бывает при разбиении на равные слои.
Диаграммы:
- бетон — тип диаграммы сечения пластины (по умолчанию трёхлинейная), арматура — двухлинейная;
- ПС1 — вид расчёта задачи (
CилиCL), растянутый бетон не учитывается; - ПС2 — диаграммы вида
N(п. 6.1.26), растянутый бетон учитывается только при поискеM_crc.
Прочность: коэффициент использования по лучу усилий
Коэффициент использования определяется не по отношению деформаций, а через предельный
множитель нагрузки λ: усилия (N, M) увеличиваются пропорционально до достижения
предельных деформаций п. 8.1.30:
Так Кисп сопоставим с формульным «усилие / предельное усилие», и тот же λ используется
при подборе.
Граница предельных состояний строится по плоскостям деформаций с поворотом вокруг трёх опорных точек («шарниров»):
- A — растянутый ряд на
εs,ult(0,025для арматуры с физическим пределом текучести,0,015— с условным), противоположная грань — от равномерного растяжения до−εb2; - B — сжатая грань на
−εb2, вторая грань — отεs,ultу арматуры до нулевой деформации; - C — сжатие по всей высоте: предельная деформация более сжатой грани по п. 8.1.30
интерполируется от
εb2доεb0по отношению деформаций граней, вплоть до равномерного сжатия−εb0; - то же зеркально для другой грани.
Луч (N, M) пересекается с этой замкнутой кривой в нормированных координатах (N·h/6, M).
Если луч пересекает кривую несколько раз (диаграммы с нисходящей ветвью), берётся ближайшее
пересечение — в запас. В результате полосы показываются λ, шарнир и деформации бетона и
растянутой арматуры в предельном состоянии.
Контур предельных состояний при подборе строится один раз на геометрию сечения, а площади арматуры входят в него линейно — это позволяет перебирать площади без повторного построения.
Чем НДМ отличается от формул
При чистом изгибе полосы h = 200 мм (B25, A500, Ø12/200 у каждой грани) НДМ даёт
Кисп = 0,496 против 0,503 по формулам: предел наступает раздавливанием сжатой грани
(шарнир B), растянутая арматура к этому моменту деформирована на 0,020. При
внецентренном сжатии и растяжении расхождение больше — до 37 % на тех же данных
(сверка). Часть расхождения
относится к мере: формулы сравнивают момент N·e относительно растянутой арматуры с
предельным при заданной N, а НДМ
увеличивает N и M пропорционально, и при умеренном сжатии рост N повышает
несущую способность по моменту. Переход от
внецентренного растяжения к сквозному у НДМ непрерывный, без скачка на границе
e0 = (h0 − a')/2.
Трещины
- Момент трещинообразования (п. 8.2.14). При заданной
Nи растянутом бетоне ищется плоскость, у которой растянутая грань достигаетεbt,ult.M_crc— момент этой плоскости; высота растянутой зоны того же состояния —h_btдляl_s(п. 8.2.17, с ограничениями п. 8.2.17). Если растянутая грань превышаетεbt,ultуже приM = 0, принимаетсяM_crc = 0. - Трещина есть, если
|M| > M_crcдля грани, растянутой моментом. - Напряжение в арматуре
σs— из равновесия сечения с трещиной (растянутый бетон выключен), по диаграмме арматуры для каждого растянутого ряда. σs,crc(п. 8.2.18) — тот же расчёт приM = M_crc; вариант (8.138) — через отношениеM_crc/M, как у формульной полосы.ψs,φ1,φ2,φ3,l_sиa_crc— формулы пп. 8.2.15–8.2.17 без изменений.- Сквозное растяжение (оба ряда растянуты): ширина раскрытия считается для каждого растянутого ряда, в результат идёт большая.
Коэффициент γ для Wpl (п. 8.2.12) в НДМ не участвует, поэтому поле γ при модели НДМ в
диалоге задачи скрыто. Эквивалентный γ, при котором формула дала бы тот же M_crc,
для полосы из примера составляет 1,72 при N = 0 и убывает с ростом растягивающей силы.
Подбор площадей полосы
Используется при подборе сеток Капра-Мори:
- ПС1 — наименьшая сумма
As,t + As,cприКисп ≤ 1. Сначала ищется одна растянутая арматура; если её недостаточно (переармирование, сквозное растяжение с малым эксцентриситетом), добавляется ряд у противоположной грани. Если сечение не проходит и приAs = 0,1·hна1 му каждой грани — «недостаточна толщина». - ПС2 — наименьшая
As,t, при которойa_crc ≤ a_crc,ult. Ряд у противоположной грани берётся из подбора по ПС1 той же площадки (если сечение растянуто насквозь, наращиваются оба ряда).
Ограничения
- Полосы направлений считаются независимо; кручение и сдвиг в плоскости входят только через правило приведения усилий выбранного метода.
- Предварительно напряжённая арматура не учитывается.
- Влияние прогиба
η(п. 8.1.15) и случайный эксцентриситет не учитываются.
Проверка
Связанные страницы: метод Вуда-Армера, метод Капра-Мори, плиты и оболочки.