Ферма железобетонная: Железобетонные фермы: стропильные и подстропильные, изготовление

описание, виды, определение размеров, особенности монтажа

В статье мы поговорим про железобетонные фермы различной длины. Завершающий момент постройки здания или сооружения – это монтаж крыши. Этот элемент основной, он является главным для обеспечения безопасности здания. Кроме того, крыша оказывает прямое влияние на комфортное пребывание в здании жильцов или персона (если речь идет о промышленном сооружении). Несущими элементами кровли достаточно часто выступают железобетонные и стропильные фермы. С их помощью удается перераспределить основной и дополнительный вес на стены сооружения.

Почему важно проводить расчеты?

Если учесть тот факт, что функции подстропильных и стропильных железобетонных ферм 18 м длины очень важны в конструкции здания, то необходимо максимальной серьезностью и тщательностью подойти к расчету, проектировке и монтажу.

Небольшая неточность может сказаться на прочности всего здания. И эксплуатация его вряд ли будет возможна.

При расчетах следует учитывать такие данные:

Максимальная надежность и прочность у элементов, которые изготавливаются из железобетона. Но есть один минус – монтаж железобетонных ферм 18 м длиной очень сложный, да и суммарная масса конструкции очень большая. Сложность проведения монтажных работ – это момент, который ограничивает использование стропил такой конструкции. Как правило, фермы такого типа можно встретить в не очень обычных случаях. Например, если нужно построить одноэтажное сооружение большой площади.

На что опираться при расчетах?

Не стоит думать, что расчеты проводятся просто и никаких «подводных камней» нет. Придется обзавестись немалым багажом знаний, чтобы осуществить проектирование. При работе нужно опираться на ГОСТ 20213-89, который распространяется на железобетонные фермы 12 м и другой длины.

Обратите внимание на то, что нельзя упускать даже самые незначительные моменты. Потому как в итоге вы косвенно или прямо повлияете на то, какие прочностные характеристики будут у готового изделия. По этой причине нужно все расчетные работы проводить в момент проектирования. Причем рекомендуется доверить это профессионалам, ведь нельзя упускать даже малейшие детали. Важно учитывать не только выбор конкретного варианта стропил, но и мелких элементов для соединения.

Какие факторы нужно учесть?

При проведении расчетов стропильных и подстропильных железобетонных ферм нужно опираться на такие факторы:

1. Общая масса всей конструкции. К ней относится масса системы стропил и покрытия.
2. Массу периодических нагрузок. К ним относят климатические явления, а также случайные (например, возможное хождение человека).
3. Масса дополнительных нагрузок, которые могут возникать при эксплуатации здания (например, снег, действие ветра, и проч.).

Точность при расчетах позволит значительно сэкономить на строительстве. Но вы еще и сделаете максимально защищенный объект, на который не смогут воздействовать различные негативные факторы.

Для того чтобы изготовить ферму, нужно использовать исключительно высокоточное оборудование. Важно, чтобы оно было способно выполнить нужную работу с минимальной погрешностью. В процессе монтажа стропильной системы важно осуществлять надежное крепление всех элементов, чтобы не потерять устойчивость конструкции.

Стропильные железобетонные элементы

Существует большое количество конструкции железобетонных ферм, у них различный внешний вид. Также можно найти отличия в используемых для изготовления материалах, способах опирания на стены. При помощи таких конструкций можно без труда построить здания, в которых достаточно большие пролеты – более 24 м. тип кровли может быть малоуклонным или скатным. На покрытии можно использовать фонари. Нужно отметить, что такие железобетонные конструкции лучше всего использовать при строительстве промышленных помещений, складов, ангаров.

Преимущества подобных сооружений следующие:

1. Очень высокая прочность здания в целом и отдельных элементов.
2. Не воздействуют низкие температуры на материал.
3. Пожаробезопасность.
4. Высокая степень жесткости.
5. Высокая устойчивость к воздействию агрессивной среды любого типа.

Но можно и недостаток выделить – сложно смонтировать, так как у конструкции большой вес. Но это незначительный минус, так как его затмевают все преимущества, перечисленные выше.

Как изготавливаются фермы

Для изготовления используется тяжелый или легкий бетон (конструкционный тип). Обычно для изготовления ферм применяют керамзитобетон и аглопоритобетон. Изготовление проходит в специальных камерах-стендах, которые имеют несколько (иногда всего один) ярусов. На этих ярусах производится монтаж стальных форм с рубашкой парового типа. Обязательно нужно осуществлять правильный расчет железобетонных ферм. Это повлияет на все характеристики строения.

Для того чтобы создать стойки и раскосы, которые закладываются непосредственно при армировании, нужно использовать вибростол. На нем должны быть специальные кассетные формы. Верхний пояс армирования – это простые стержни, ничего сложного в конструкции нет. Но нижний пояс – это высокопрочная проволока диаметром 5 мм, собранная в специальные струнопакеты.

Чтобы осуществить натяжение этих струнопакетов, нужно использовать гидродомкраты. Как только натянутся пакеты, можно начинать заливку бетонного раствора. Через 2-3 часа можно ферму подвергать термической обработке. Обратите внимание на то, что на каждом этапе нужно осуществлять контроль качества натяжения струнопакетов.

Процедура маркировки изделий

Для того чтобы выполнить маркировку готового изделия, используют цифры и буквы. Пишут их через дефис. Буквы – это тип и размер заготовки, цифры могут отражать различные характеристики, например:

1. Несущую способность конструкции.
2. Дополнительные данные.
3. Марку бетона, используемого при изготовлении.

Буквами также может отражаться проницаемость бетона. Это характеристика, которая показывает приспособленность конструкции к эксплуатации при различных агрессивных условиях, например:

1. Буква «П» в маркировке говорит о том, что у изделия пониженная приспособленность.
2. Буква «Н» отображается в том случае, если приспособленность нормальная.
3. У изделий, выдерживающих сейсмическую активность до 8 баллов, будет буква «С» в маркировке.

Особенности конструкции ЖБИ

Ферма – это, по сути, «скелет» крыши. Именно она позволяет выполнить очертания будущей конструкции. Чтобы придать каркасу жесткость, прочность, устойчивость, необходимо изготавливать фермы с применением большого количества армированных материалов и стали. В результате этого существенно усложняется схема всего изделия. Только подобные конструкции смогут обеспечить сохранность всего сооружения даже при воздействии экстремальных погодных явлений.

Но, несмотря на это, большая часть производителей стремится к тому, чтобы уменьшить массу готового изделия. При этом прочность, как понимаете, не страдает, ведь используется бетон легких марок. В результате получается уменьшить массу фермы, но не потерять при этом прочность.

Конструктивные особенности ферм

Традиционный компонент любой фермы, изготовленной из железобетона – это арматурная сталь. Она достаточно легко противостоит воздействию коррозии. Поэтому высокая влажность и низкая температура не сможет даже незначительно повлиять на прочность кровельной конструкции. Контур фермы – это два пояса, которые работают на изгиб. Решетка – это раскосы и стойки, которые отвечают за усилие, действующее по оси. Можно выделить следующие разновидности ферм:

1. Сегментные железобетонные фермы. Для них характерной чертой является наличие раскосной решетки и очерчивающего пояса.
2. Полигональные – пояса находятся параллельно или расположены в виде трапеции.
3. Безраскосные арочные – отличаются наличием жестких узлов.
4. Раскосные арочные – имеют криволинейный верхний пояс и обрешетку.

Достаточно часто можно встретить такое, что железобетонные фермы с покрытием полигонального типа и ровными элементами на верхнем поясе заменяются сегментными. Этот вариант оказывается более выгодным с экономической точки зрения. Также можно провести такую классификацию ферм:

1. Типовые.
2. Раскосые.
3. Безраскосые.

Где применяются фермы

Можно выделить несколько сфер применения разных типов железобетонных ферм 24 м и иной длины для изготовления стропильной системы сооружения:

1. При изготовлении малоуклонной кровли лучше всего использовать безраскосные фермы. В верхнем поясе рекомендуется устанавливать дополнительные стойки. Как правило, такие здания имеют большое количество коммуникационных систем. Расстояние между двумя соседними фермами – 6 или 12 метров.
2. При строительстве однопролетного здания (при отсутствии отопления) лучше всего использовать безраскосные конструкции.
3. Кровли скатного типа лучше всего оснащать безраскосными сегментными или раскосыми каркасами.

Если планируется перекрывать рулонным материалом одноэтажные здания с несколькими пролетами, лучше воспользоваться типовыми изделиями из железобетона.

Существует большое количество вариантов, но давайте подробнее поговорим о том, как они обозначаются:

1. ФБС – безраскосные фермы, используемые для изготовления скатной кровли.
2. ФС – изделия раскосного типа, которые применяются также на кровлях скатного типа.
3. ФП – изделия, которые используются как плитное покрытие. Длина материала такая же, как у пролета.
4. ФПН – для конструкции кровли, у которой малый угол наклона и стойки преднапряжены.
5. ФПМ – применяется на кровлях с низким углом наклона без преднапряжения.
6. ФБМ – изделия безраскосного типа, которые используются на скатных крышах с малым уклоном.
7. ФТ – безраскосные типы ферм треугольного очертания.
8. ФПС – зачастую их можно встретить на крышах скатного типа.

Что учитывать при установке?

Прежде чем производить установку таких конструкций, нужно точно посчитать, какая у здания несущая способность. Крепеж должен производиться к закладным элементам на несущих стенах или колоннах. Учтите тот факт, что нельзя начинать монтаж, пока не убедитесь в том, что качество и размеры всех элементов соответствуют норме.

При работе нужно использовать сварку – с ее помощью осуществляется соединение опор и закладных элементов. К опорам также нужно приваривать прогоны из металла, с их помощью вы достигнете оптимального значения жесткости каркаса. Ферма может быть такого типа:

1. Арочной (раскосной и безраскосной).
2. Сегментной.
3. Полигональной.

Вся процедура изготовления должна быть осуществлена в полном соответствии с ГОСТом. При этом нужно опираться на основные характеристики изделий:

1. Прочность бетона, используемого при изготовлении.
2. Плотность бетона.
3. Реакцию на действие низкой температуры.
4. Марку стали и элементы армирования.
5. Реакцию на воздействие коррозии.
6. Диаметр слоя, который окутывает арматуру.

Несмотря на то что у конструкций высокие прочностные характеристики, их вряд ли встретите в частном строительстве. Причина в том, что монтаж очень сложен и суммарная масса чересчур велика. Очень часто изделия из железобетона можно встретить на сооружениях, которые имеют длину более 18 метров. При этом шаг между фермами составляет 6..12 м.

В том случае, если пролет не больше 18 метров, разумнее применять балки. Но если намечается прокладка большого количества элементов систем коммуникаций, которые будут расположены в каркасе, то все же стоит отдать предпочтение изделиям из железобетона.

В случае если вы планируете построить здание, у которого пролет будет больше 30 м, нужно учесть суммарную массу кровли. А ведь этот параметр будет весьма большим. Рациональнее окажется разбивать всю конструкцию фермы на блоки. Но есть недостаток такого способа – стоимость проведения работ увеличится в разы. Даже строительство с использованием железобетонных ферм 24 м длиной будет менее затратно.

Если посмотреть на все со стороны соотношения качества и цены, то оптимальным вариантом окажется использование арочных или сегментных конструкций. На них почти нет изменения усилия на поясах. Но нужно отметить и то, что высота опоры не очень большая. В результате можно добиться существенного уменьшения массы сооружения.

Строительство с использованием ферм

Самый простой вариант строительства – это установка безраскосной арочной фермы. У нее достаточно просто происходит армирование узлов. Все пространство, которое получается внутри, без труда можно заполнить отводами для разнообразных систем коммуникаций. Очень часто это выполняют при строительстве плоских, малоуклонных и скатных конструкций.

Для изготовления ферм необходимо использовать марку бетона В30-В60. У него высокая прочность, а масса получается достаточно низкой. В нижнем поясе используются канаты из арматуры, стержни, прочная проволока.

При изготовлении армирования допускается использовать каркас из легкой проволоки. Он позволит избежать образования трещин при эксплуатации сооружения. Для удобной обжимки нижнего пояса лучше всего применять каркасы не больше 3 м.

Для того чтобы выполнить армирование компонентов верхнего пояса и решетки, нужно использовать каркасы из арматуры сварного типа. Они должны устанавливаться в опорных узлах. При этом увеличится прочность всего каркаса в наклонных сечениях. Для усиления промежуточных узлов на поясах используются наборы стержней толщиной 6..10 мм с шагом 100 мм. Именно они и составляют каркас сварного типа.

Для перевозки уже готовой конструкции используется специальная техника, например, фермовоз ФКП-16. Так как происходит увеличение роста спроса на стальные конструкции облегченного типа, неизбежно падает спрос на ЖБИ. Но, согласно противопожарным требованиям, в своем роде лучшими являются ж/б фермы.

Железобетонные фермы: разновидности, для чего используют

Для проектирования перекрытий больших пролетов кровли в строительстве жилых одноэтажных и зданий промышленного назначения изготавливают железобетонные фермы. Устанавливают их с целью безопасности и удобной эксплуатации. С помощью установки такой конструкции осуществляется перераспределение получаемого веса на стены здания.

Фермы представляют собой каркас из соединенной арматуры. Верх и низ опоясывают стяжки. Стойки — вертикальные элементы конструкции, а расколы — части под наклоном. Между ними находятся раскосы и стойки, составные части решетки, а места их соединения называют узлами.

Содержание

1. Разновидности ферм
2. Размеры железобетонных конструкций
3. Расшифровка маркировки изделий
4. Для чего используют?
5. Как изготовить конструктивный элемент?

Разновидности ферм

Стропильные ЖБ фермы имеют различные типы и очертания. Внешний вид зависит от покрытия, расположения. Нижний пояс фермы имеет растянутую форму, а раскосы по краям армируют прочной и предварительно растянутой арматурой для снижения расхода металла. В элементах железобетонной конструкции, где арматура без высокой прочности, детали выполняют без предварительного напряжения. Бывают сегментчатые, арочные, треугольные и с дополнительными параллельными поясами. Все изделия объединены в 2 основные группы: стропильные и безстропильные.

Стропильные железобетонные конструкции используют для сооружения:

• покрытий с основой из плит и длиной, которая соответствует пролету;
• построек крыш с наклоном;
• зданий с малым уклоном без предварительного напряжения и с его применением.

Безстропильные железобетонные изделия включают в себя:

• раскосные фермы для построек с уклоном;
• безраскосные фермы с наклоном и незначительным уклоном, а также треугольные.

Размеры железобетонных конструкций

Все фермы изготавливаются согласно стандарту из тяжелого бетона, в некоторых элементах используется легкий. Широко применяемые сооружения с пролетами 18, 24, 36 метров. Их масса по ГОСТу от 6 до 50 тонн. Высота в середине пролета обычно 1/6—1/9 длины, а сечение поясов и решетки от 200—240 мм. Ширина верхнего ряда от 1/70 до 1/80 длины, размеры сечения высчитывают по формулам. Нижний равен фактическим размерам верхнего, а высота определяется из фактического расположения вида арматуры. Прочность обеспечивает утолщение в узлах конструкции.

Расшифровка маркировки изделий

Маркировку этих железобетонных изделий обозначают буквами и цифрами, разделенными с помощью дефисов. Арабская цифра в первой связке — номер фермы по порядку, вид и длина в метрах. Числовое значение округляют в большую сторону. Вторая цифра указывает на несущую способность и ее число по порядку, для ферм с напряжением вписывают класс арматурной стали и бетона. В третьей связке описаны особенности применения, таких как сопротивляемость к влиянию агрессивных сред, воздействие которой вызывает коррозию строительного материала в изделии или конструкции (буква С) или сейсмическая устойчивость (7—8 баллов). Проницаемость бетона отмечают буквами Н (нормальная) и П (пониженная). Если есть дополнительно заложенные элементы их также прописывают.

Для чего используют?

Для сооружений с пролетом больше 18 м применяют железобетонные напряженные изделия с использованием марок бетона специально созданных для этого типа изделий B30, B50. Конструкции сегментного очертания раскосой формы используют при постройке пролетов длиной 24 метра. Если покрытие с малым уклоном устанавливают безраскосные, что позволяет в полной мере использовать межферменное пространство по назначению. Они предназначены для эксплуатации в зданиях с агрессивной, разрушающей конструкции, средой.

Чтобы покрыть большепролетные железобетонные конструкции, применяют сборные арочные элементы. Стропильная балка является опорой для подстропильных ферм. Это выполняют, если шаг колонны значительно больше шага несущих элементов. Их используют пролетом 12 м. А в зданиях, которые неотапливаемые, устанавливают треугольные виды железобетонных ферм под кровлю из металлических листов.

К преимуществам ЖБ ферм относят огневую устойчивость, надежность, прочность и долговечность.

Как изготовить конструктивный элемент?

Основной нормативный документ на который опираются при выпуске таких конструкций из железобетона ГОСТ 20213–89. Процесс производства проходит в одно- и двухъярусных стенд-камерах. Проволоку натягивают гидравлическими домкратами, заливают бетон с помощью бетоноукладчика. Заключительный этап — термическая обработка. Если железобетонное изделие длиной более 9 метров, то следует армировать его с применением напряженного арматурного металлопроката для повышения прочности. Если короче 8, 96 метра, в основном изготавливают ферму с ненапряженной арматурой.

Наиболее легкий процесс изготовления арочного безраскосного типа, внутреннее пространство которого отводится для различных систем коммуникации. Нижний пояс выполняют из арматурных канатов, высокопрочной проволоки или стержневой арматуры. Если вся технология выполнена правильно, на выходе получают морозостойкий, прочный, водонепроницаемый железобетонный продукт с устойчивостью к коррозии и трещинам.

Железобетонные фермы – размеры, расчет и производство

Окончание процесса возведения дома венчает установка крыши. Этот элемент является основополагающим для безопасности строения, а также напрямую оказывает влияние на комфорт его эксплуатации. В качестве несущих элементов кровли могут использоваться стропильные и железобетонные фермы 18 м, при помощи которых осуществляется перераспределение основного и дополнительного веса на стены здания.

На фото – фермы из ж/б

Особенности расчета

Учитывая важность выполняемых функций стропильных и подстропильных ферм, к процессу их расчета, проектировки и монтажа необходимо отнестись максимально серьезно. Мельчайшая неточность может погубить всю конструкцию (читайте также статью «Бетонолом: как на этом инструменте можно заработать, как его выбрать и на что обращать внимание при покупке»).

Наиболее долго и надежно эксплуатируются элементы, выполненные из железобетона. Однако сложность монтажа в совокупности с большим итоговым весом ограничивает использования такого вида стропил. Они чаще всего используются в необычных случаях, когда, к примеру, необходимо сделать одноэтажное здание большой площади.

Железобетонные стропильные фермы различного метража

При расчете не все так легко, как может показаться на первый взгляд. Поэтому для его осуществления необходимым является определенный багаж знаний. В данном случае используется ГОСТ 20213 89 на фермы, изготовленные из железобетона.

Совет: очень важно не упустить ни единого фактора, который может оказать прямое либо косвенное влияние на итоговые прочностные качества.

Именно поэтому подобные расчеты должны проводиться еще на этапе проектирования хорошо ознакомленными с данной сферой людьми. Здесь важна каждая деталь – от выбора самого варианта конструкции стропил до выбора небольших соединительных элементов.

В расчетах необходимо обязательно учитывать три фактора:

Вес периодических нагрузок (различные климатические явления или же случайные факторы).

Предельная точность во время расчетов поможет не только сэкономить общую смету, но и сделает объект максимально защищенным от всевозможных разрушений.

Ж/б фермы с параллельными поясами

Инструкция требует для изготовления ферм из железобетона применять высокоточное оборудование, которое способно выполнять работу с минимальными погрешностями. При монтаже стропил особенно важно надежно скрепить все элементы, дабы устойчивость объекта не была снижена.

Стропильные фермы из железобетона

Такие конструкции могут существенно разниться по внешнему виду, исходя из своих параметров, в том числе, используемому материалу покрытия и способам их опирания. С их помощью можно возводить сооружения с огромными пролетами (больше 24 м). Кроме того, кровля при этом может быть скатной или же малоуклонной, а на покрытии сооружений могут использоваться фонари.

Стропильная железобетонная ферма 24 метра

Совет: используйте подобные ж/б фермы при возведении складов и других помещений промышленного типа.

Основные преимущества подобных конструкций:

• высокие прочностные качества;
• хорошая жесткость;
• стойкость к воздействию низких температур;
• устойчивость к воздействию агрессивных сред;
• пожаробезопасность.

Скелет сооружения

Изготовление бетонных элементов несущих конструкций

Для производства ж/б ферм используется бетон конструкционного типа (легкий или тяжелый), чаще всего аглопорибетон либо керамзитобетон. Сам процесс изготовления осуществляется в стендах-камерах, имеющих один либо несколько ярусов, на которых монтируются стальные формы с паровой рубашкой.

Для создания стоек и раскосов, закладываемых при армировании, используются вибростолы со специальными кассетными формами.

На фото — железобетонные балки и ж/б фермы

В качестве верхнего пояса при армировании чаще всего используются обычные стержни, а вот нижние пояса оснащаются высокопрочной проволокой, Ø 5 мм, которая собирается в струнопакеты.

Спустя 2-3 часа изделие направляется в цех термообработки. На каждом процессе изготовления осуществляется контроль над качеством заранее напряженных изделий.

Процесс маркировки

Для маркировки такого материала используются буквы и цифры, написанные через дефис.

Буквами обозначают размер и тип заготовки, а цифры отображают, в том числе:

• дополнительные сведения;
• несущую способность;
• марку используемого бетона.

При помощи букв отображается и такая характеристика бетона, как проницаемость, которая показывает, насколько конструкция приспособлена к эксплуатации при агрессивных условиях:

• буква «П» обозначает пониженную приспособленность;
• при помощи буквы «Н» отображается нормальная приспособленность;
• изделия, которые могут выдержать 8-бальные сейсмологические явления, обозначаются буквами «С».

Конструкционные особенности ж/бетонных стропильных ферм

Ферма выступает в качестве скелета, который отображает то, какими очертаниями будет обладать крыша. Для того чтобы каркас отличался жесткостью, прочностью и устойчивостью, он должен быть выполнен с применением большого количества стали и армированных материалов, что значительно усложняет его схему. Только такая конструкция сможет обеспечить сохранность здания даже при экстремальных погодных условиях (узнайте здесь, что лучше — газобетон или газосиликат).

Однако все равно производители пытаются всячески снизить вес подобного «скелета». Достигается это, в первую очередь, благодаря использованию бетонов легких марок, что не оказывает никакого влияния на общую прочность конструкции.

Традиционным компонентом внутренней структуры ж/б ферм является высокопрочная арматурная сталь, легко противостоящая коррозионному воздействию. Благодаря этому попадание влаги или же крепкие морозы никаким образом не смогут повлиять на прочность кровли.

Сегментные и безраскосные конструкции

В качестве ее контура выступают работающие на изгиб два пояса, а вот стойки и раскосы, отвечающие за осевое усилие, являются решеткой.

Существует такие основные разновидности подобных ферм:

Довольно часто полигональные фермы с ровными элементами верхнего пояса заменяют сегментные. Такой способ является более экономически обоснованным.

Кроме того, существует такая классификация ферм:

• раскосые.
• безраскосые.
• типовые.

Сфера применения различных типов ферм

Если кровля планируется строиться малоуклонной, наиболее оптимальным вариантом будет использование безраскосных ферм, в верхнем поясе которых устанавливаются дополнительные стойки. Чаще всего подобные здания оснащаются большим количеством систем коммуникации. Шаг для них составляет 6 или 12 м.

Установка конструкции

При перекрытии одноэтажных зданий с одним или несколькими пролетами рулонными материалами, лучше всего воспользоваться типовыми ЖБИ.

Таких вариантов в настоящее время существует множество, давайте остановимся на их обозначениях:

• ФС – раскосные изделия, используемый на скатных крышах;
• ФБС – безраскосный тип ферм, применяемый для скатных крыш;
• ФП – изделия, используемые в качестве плитного покрытия, длина которого аналогична длине пролета;
• ФПМ – используется на малоуклонных крышах без преднапряжений;
• ФПН – для кровли с малым уклоном и преднапряженными стойками;
• ФБМ – безраскосные изделия, используемые на малоуклонных скатных кровлях;
• ФПС – встречаются на скатных крышах;
• ФТ – фермы безраскосного типа с треугольным очертанием.

Резка железобетона алмазными кругами с помощью УШМ

Нюансы при установке

Перед монтажом подобных конструкций необходимо максимально точно рассчитать несущую способность здания. Крепление осуществляется к расположенным на несущей стене либо колонне закладным деталям.

Совет: не следует начинать установку, не убедившись в полном соответствии качества элементов, а также их размеров.

Кроме того, вам понадобятся услуги сварщика, который должен будет соединить закладные детали и опоры. К первым привариваются и металлические прогоны, благодаря которым достигается оптимальное значение продольной жесткости каркаса.

В зависимости от формы, железобетонная ферма может быть:

Весь процесс изготовления подобных конструкций осуществляется в соответствии с ГОСТ на конструкции бетонные или из ж/б.

Основными характеристиками при этом являются:

• прочность используемого бетона;
• его плотность;
• реакция на воздействие низких температур;
• диаметр слоя, окутывающего арматуру;
• используемая для армирования сталь и ее марка;
• реакция на коррозионное воздействие.

Стропильные готовые ЖБИ

Несмотря на высокие показатели прочности и надежности, подобные конструкции редко можно встретить в частных домах. Объясняется это сложностью установки и значительной массой получаемой кровли. А вот чаще всего данные ЖБИ можно увидеть на зданиях, пролет которых превышает 18 м, а шаг находится в пределах 6-12 м.

Алмазное бурение отверстий в бетоне специальной аппаратурой

Если же пролет менее 18 м, более выгодно будет использовать балки, однако при наличии большого числа коммуникаций, располагающихся внутри каркаса, лучше всего сделать выбор в пользу железобетона. А вот при разработке зданий, пролеты которых превышают 30 м, необходимо учитывать общий вес кровли, который будет значительным. Поэтому рационально будет разбить их на отдельные блоки, однако, при этом цена работ существенно повышается.

Если же смотреть с точки зрения соотношения цена/качество, то наиболее оптимальными вариантами будут сегментные либо арочные. На подобных фермах изменения усилий на поясах практически не происходит, при этом высота их опоры небольшая, в результате чего достигается минимизация общего веса конструкции, а также высоты стен.

Изготовление ж/б ферм

Наиболее простой процесс производства у арочного безраскосного типа, узлы у которого армируются очень просто. Все полученное внутреннее пространство можно заполнить отводами под различные системы коммуникаций. Чаще всего используются при монтаже малоуклонных, плоских или же скатных кровель.

Для производства подобного материала берется бетон марки В30-В60, обладающий высокими прочностными характеристиками. Нижний его пояс могут составлять арматурные канаты, высокопрочная проволока либо же стержневая арматура.

Линия по производству ЖБИ

Кроме того, используются и легкие проволочные каркасы, которые предотвращают образование трещин в процессе эксплуатации. Чтобы нижний пояс было удобно обжимать, рекомендуется использовать длину каркасов меньше трех метров.

А вот для армирования элементов решетки и верхнего пояса применяются сварные арматурные каркасы, которые устанавливаются по двое в опорных узлах. В результате этого увеличивается прочность каркаса по наклонным сечениям. Набор поперечных 6-10 мм стержней, шаг которых 100 мм, составляет сварной каркас, используемый для армирования промежуточных узлов обоих поясов.

Для перевозки уже готовых конструкций используется специально оборудованная техника, к примеру, фермовоз ФКП-16. Вследствие роста спроса на стальные конструкции облегченного типа, спрос на ЖБИ падает. Однако согласно противопожарным требованиям лучшими являются именно ж/б фермы.

Вывод

Приведенные в статье конструкции относятся к массивному строительству, которое не получиться осуществить своими руками, лучше для этого использовать специальную технику. Изготовление данных изделий также следует отдать профессионалам, использующих современные материалы и технологии расчета нагрузки (см.также статью «Бетонная брусчатка или как недорого обустроить место на участке»).

Данные ЖБИ незаменимы при возведении зданий, требующих широкие пролеты. Видео в этой статье поможет найти вам дополнительную информацию по этой тематике.

Достижения моделей ферм для железобетонных конструкций

Открытый журнал гражданского строительства
Том 2 № 3 (2012 г.), идентификатор статьи: 22985, 7 страниц DOI: 10.4236/ojce.2012.23018

Модели достижений Железобетонные конструкции

Панагис Г. Пападопулос, Харитон Ксенидис, Панос Лазаридис, Андреас Диамантопулос, Периклис Ламброу, Яннис Аретас

Факультет гражданского строительства, Университет Аристотеля в Салониках, Салоники, Греция

Электронная почта: [email protected], [email protected], [email protected]

Поступила в редакцию 9 апреля 2012 г.; пересмотрено 10 мая 2012 г.; принято 24 мая 2012 г.

Ключевые слова: Железобетонная конструкция; модель фермы; Учредительный закон; Материальные и геометрические нелинейности; Растрескивание бетона; Усиление Выход; предел прочности бетона на сжатие; Пластиковая петля; ЖБ колонна локализации; Изгиб внутренних бетонных стоек; Глобальная нестабильность

РЕФЕРАТ

Представлены достижения для ферменных моделей железобетонных конструкций, разработанных в предыдущие годы: 1) две конститутивные модели, двухосная и трехосная, основаны на регулярных фермах, стержни которых подчиняются нелинейным одноосным законам σ-ε моделируемого материала; обе модели сопоставлены с результатами испытаний и показывают зависимость коэффициента Пуассона от кривизны закона σ-ε; 2) конечный элемент фермы использовался в нелинейном статическом и динамическом анализе плоских железобетонных рам; она сопоставлена ​​с результатами испытаний и в простой форме описывает формирование пластических шарниров; 3) Благодаря очень простой геометрии фермы можно легко написать уравнения равновесия и легко обновить матрицу жесткости, как по отношению к деформированной ферме, так и на каждом шаге статического добавочного нагружения или на каждом временном шаге динамический анализ, чтобы учесть геометрические нелинейности. Таким образом, ограничение железобетонной колонны интерпретируется как эффект структурной стабильности бетона. Выявлена ​​значительная роль поперечной арматуры в предотвращении за счет ее близкого расположения и достаточного количества коробления внутренних продольных железобетонных стоек, что привело бы к глобальной неустойчивости железобетонной колонны; 4) Предложенная модель фермы является статически неопределимой, поэтому она обладает некоторыми особенностями, которых нет в модели «подкос и связь».

1. Введение

В 1967 г. в пионерской работе [1] Д. Нго и А. С. Скорделис представили подробную модель конечных элементов для железобетонной балки, в которой отдельные конечные элементы используются для бетонной и стальной арматуры. Нелинейность материала арматуры может быть легко описана нелинейным одноосным законом σ-ε стержневого элемента. Однако трудно представить нелинейное двухосное или трехосное поведение напряжения-деформации бетона или любого другого материала. Соответствующие проблемы обсуждаются в двух актуальных отчетах по нелинейному анализу железобетонных конструкций методом конечных элементов, в одном из которых П. Г. Берган и И. Холанд в 1979 [2] и еще один в специальной публикации ASCE в 1982 г. [3], написанной специалистами в этой области под руководством А. К. Скорделиса. Кроме того, трудности, возникающие при применении конечных элементов к нелинейным задачам, обсуждались в серии из трех конференций F.E. No. Mech. (Конечные элементы в нелинейной механике), организованной Дж. Х. Аргирисом в Институте статики и динамики Штутгартского университета, Германия, в 1978, 1981, 1984 годах [4].

Чтобы описать нелинейное двухосное или трехосное поведение напряжения-деформации конструкции с помощью метода конечных элементов, необходимо разработать определяющие модели для конструкционных материалов, чтобы их можно было воплотить в отдельных конечных элементах. Усилия по разработке таких конститутивных моделей предпринимались многими исследователями, в т.ч. модели пластичности В. Ф. Чена [5] и З. Мроза [6], модель пластического разрушения З. П. Базанта [7], а также более практические работы Д. Дарвина [8] и К. И. Уиллама [9].], для нелинейного, двухосного и трехосного соответственно напряженно-деформированного поведения бетона.

В 1977 г. [10] Н. Дж. Берт и Дж. В. Дугилл представили конститутивную модель со случайной сетью, чтобы описать нелинейный двухосный закон напряжения-деформации материала, и заметили, что эквивалентные результаты могут быть получены при использовании простых регулярных сетей. Применяя эту идею, П. Г. Пападопулос разработал в 1984 и 1986 гг. [11, 12] двухосную и трехосную конститутивную модель сети, основанную на правильном плоском восьмиугольнике и правильном пространственном ромбическом додекаэдре соответственно, в которых стороны и диагонали являются стержнями, подчиняющимися нелинейные одноосные σ-ε закономерности моделируемого материала. Результаты вышеуказанных сетевых конститутивных моделей были найдены в удовлетворительном приближении к соответствующим опубликованным результатам испытаний [13-15].

Фермы использовались не только в конститутивных моделях, но и в конечных элементах конструкций. В 1978 г. [16] Э. Абси в своей «теории эквивалентности» заявил, что простые конечные элементы фермы дают эквивалентные результаты с обычными более сложными континуальными континуальными элементами. Эта идея была распространена на задачи с материальными нелинейностями и на нелинейный статический и динамический анализ плоских железобетонных рам П. Г. Пападопулосом [17,18]. Предложен простой конечный элемент фермы, основанный на плоском прямоугольнике, в котором все стороны и диагонали являются стержнями, подчиняющимися нелинейным одноосным законам σ-ε бетона или стали. Таким образом, нелинейное двухосное напряженно-деформированное поведение элемента описывается простым способом, таким образом, воплощение определяющего закона в отдельных конечных элементах больше не требуется. Результаты нелинейного статического анализа на циклическое нагружение, а также нелинейного сейсмодинамического анализа простых плоских железобетонных рам предложенным ж/б элементом фермы были сопоставлены с соответствующими опубликованными результатами испытаний и найдены в удовлетворительном с ними приближении [19]. ,20]. Поскольку стержни предложенного конечного элемента включают в себя основные нелинейности материала бетона и стали, то есть растрескивание бетона при растяжении и предел прочности при сжатии, а также предел текучести арматуры при растяжении, предлагаемая модель фермы может простым способом описать формирование пластиковых петель в ж/б раме.

Впоследствии были разработаны некоторые другие версии идей Э. Абси для конечных элементов фермы для плоских конструкций под разными названиями, но все они похожи друг на друга, например. «аналогия фермы» в 1997 [21] для стальных конструкций, «решетчатая модель» в 1997 г. [22] и «модель сосредоточенных напряжений» в 2002 г. [23], последние две для железобетонных конструкций.

В 1987 г. [24] Дж. Шлайх изобрел так называемую модель «распорно-связной», которая представляет собой статически определимую модель фермы, состоящей из бетона и стальных стержней. Эти стержни включают в себя основные материальные нелинейности железобетонной конструкции. Таким образом, модель «распорка и связь» может эффективно описывать основные напряженно-деформированные состояния железобетонной конструкции, то есть изгиб, сдвиг и даже кручение в 3D, таким образом, она зарекомендовала себя как очень полезный практический инструмент в анализе и проектирование железобетонных конструкций.

Модель «распорки и связи» получила дальнейшее развитие другими исследователями, такими как Т. Т. Хсу в 1993 г. [25], Ф. Дж. Веккио и М. П. Коллинз в 1993 г. [26], а также комитетом ASCE-ACI по сдвиг и кручение в 1998 г. [27].

Предлагаемая здесь модель фермы является статически неопределимой конструкцией, поэтому она демонстрирует некоторые особенности, которые не удовлетворяются статически определимой моделью «распорки и связи»:

1) Она может описывать эффект поперечного расширения (коэффициент Пуассона).

2) Он учитывает геометрическую нелинейность путем написания уравнений равновесия и обновления матрицы жесткости как по отношению к деформированной ферме, так и на каждом шаге статического добавочного нагружения или на каждом временном шаге динамического анализа. Это легко достигается благодаря очень простой геометрии фермы.

По этой предлагаемой модели фермы, которая включает в себя геометрические нелинейности, ограничение железобетонной колонны интерпретируется как эффект структурной устойчивости бетона [28-30].

И, помимо уже известных ролей поперечной арматуры [31-33] (т. е. передача сдвига, уменьшение выкрашивания бетона, предотвращение коробления продольной арматуры, повышение жесткости при сжатии, прочности и пластичности ограниченного бетонного ядра ), еще одна важная роль поперечной арматуры раскрывается в предложенной модели фермы с конструктивной неустойчивостью, а именно в замедлении и даже предотвращении за счет ее близкого расположения и достаточного количества потери устойчивости внутренних продольных бетонных стоек, что привело бы к глобальной неустойчивости. ЖБ колонны.

Результаты применения предложенной модели с неустойчивостью конструкции при ограничении железобетонных колонн удовлетворительно соответствуют требованиям норм [34-36] в отношении расстояния и количества поперечной арматуры, которые, в свою очередь, основаны на результаты анализов тоже.

Далее более подробно будут описаны некоторые из достижений предложенных выше моделей ферм для нелинейного анализа конструкций, в основном железобетонных конструкций, предложенных в предыдущие годы.

2. Определяющие модели ферм

Были разработаны двухосная и трехосная определяющие модели нелинейного закона деформации материала [11,12], основанные на правильном плоском восьмиугольнике и правильном пространственном ромбическом додекаэдре соответственно. в котором стороны и диагонали являются стержнями, подчиняющимися нелинейному одноосному закону σ-ε моделируемого материала. Таким образом, простым образом, нелинейными одноосными законами σ-ε стержней описывается нелинейное двухосное или трехосное напряженно-деформированное поведение всей фермы. Результаты вышеуказанных конститутивных моделей ферм для различных историй нагружения были найдены в удовлетворительном приближении к соответствующим опубликованным результатам испытаний [13-15]. Обе вышеприведенные определяющие модели фермы показывают зависимость значения коэффициента Пуассона ν от кривизны κ нелинейного одноосного закона σ-ε рассматриваемого материала, как показано на рис. 1.

3. Конечный элемент фермы для плоского железобетонного каркаса

Предложен конечный элемент фермы для балок плоского железобетонного каркаса, основанный на прямоугольнике, в котором все стороны и диагонали являются стержнями, подчиняющимися нелинейным одноосным σ-ε законам бетона или стали, как показано на рисунке 2. Закон σ-ε бетонных стержней включает растрескивание при растяжении, предельную прочность на сжатие, а также правила нагружения-разгрузки после текучести при сжатии. Принимая во внимание, что закон σ-ε стального стержня включает в себя предел прочности на растяжение и сжатие, а также правила нагрузки-разгрузки после растяжения или сжатия.

4. Определение сечений стержней

В предложенном выше конечном элементе фермы для балок плоских железобетонных рам площади поперечных сечений стальных стержней разумно и легко определяются как суммы сечений соответствующих стальных арматурных стержней. Принимая во внимание, что для определения площадей поперечных сечений A ₁ , A ₂ , A ₃ бетонных стержней элемента фермы, как показано на рисунке 3 (b), мы должны сравнить его с соответствующим элемент непрерывной бетонной балки на рисунке 3 (а), что касается трех репрезентативных состояний напряженно-деформированного состояния в линейной упругой области. И мы выбрали в качестве таких характерных состояний чистый изгиб, ограниченную осевую деформацию, а также ограниченную поперечную деформацию.

Для чистого изгиба, показанного на рисунке 3(c), угол кривизны элемента балки равен где, тогда как для элемента фермы

где. Комбинируя приведенные выше уравнения, мы получаем.

Рис. 1. Зависимость коэффициента Пуассона ν от кривизны κ нелинейного одноосного σ-ε закона материала. (а) Металл κ = 0 г v = 1/3; (b) Геологический материал, т.е. бетон κ 0 г ν > 1/3.

Рис. 2. (а) Конечный элемент фермы для балки плоской железобетонной рамы с бетонными и стальными стержнями; (б) Нелинейный одноосный закон σ-ε бетонных стержней; (c) Нелинейный одноосный закон σ-ε стальных стержней.

Рисунок 3. Сравнение характеристических напряженно-деформированных состояний элемента бетонной балки и соответствующего элемента фермы для определения сечений бетонных стержней. а) элемент бетонной балки; b) соответствующий элемент фермы; в) чистый изгиб; (d) Ограниченное осевое сжатие.

Теория упругости дает ограниченную осевую деформацию.

Для, таким образом где и. В соответствующем состоянии элемента фермы, показанном на рис. 3(г), имеем

где     и  .

Из комбинации приведенных выше уравнений получаем

Из аналогичных соображений для ограниченной поперечной деформации получаем.

Очевидно, что при стремлении угла θ к нулю, θ → 0 сечения стремятся к A ₃ → и A ₂ →.

5. Нелинейный статический анализ

Инкрементальное нагружение конструкции предпочтительно выполнять с помощью контроля деформации, который является более стабильной процедурой, чем контроль напряжения. Нелинейности материала учитываются изменением модулей упругости Е стержней при нагружении. Принимая во внимание, что для учета геометрических нелинейностей записываются уравнения равновесия и обновляется глобальная матрица жесткости, как по отношению к деформированной ферме, так и на каждом шаге добавочного нагружения. Матрица локальной жесткости стержня в 2D, состоящая из упругой и геометрической частей, равна:

где A сечение, l _o недеформированная длина, l существующая длина, N осевая сила и c _x , c _y направляющие косинусы стержня.

Принимая во внимание, что глобальная матрица жесткости фермы имеет вид:

где B Булева матрица связей и n _b количество стержней фермы.

На основе предложенного алгоритма была разработана очень короткая компьютерная программа, содержащая всего около 200 инструкций FORTRAN, для нелинейного статического анализа модели фермы плоской железобетонной рамы.

6. Нелинейный динамический анализ

Сосредоточенная масса назначается каждому свободному узлу фермы. Предполагается нулевое демпфирование и нулевые начальные скорости. Полученная начальная задача:

, где вектор состояния есть r, v положений и скоростей узлов и c определяющих переменных стержней, решается пошаговым алгоритмом трапецеидального правила, который совпадает с алгоритмом Ньюмарка постоянного среднего ускорения:

в сочетании с методом предиктор-корректор с двумя коррекциями на шаг, PE(CE) ² [37]. Таким образом, нет необходимости решать алгебраическую систему на каждом шаге алгоритма.

Критерий устойчивости алгоритма — рад, а критерий точности — рад, что определяет выбор длины временного шага алгоритма Δt.

Верхнюю границу нормальных частот можно найти из нормы матрицы M ^{– 1} K, где M матрица масс и K матрица жесткости конструкции:

На основе предложенного алгоритма была разработана очень короткая компьютерная программа, содержащая всего около 150 инструкций FORTRAN, для нелинейного динамического анализа модели фермы железобетонной рамы.

7. Приложения к анализу простых плоских железобетонных рам

Предложенный выше конечный элемент фермы для плоских железобетонных рам, а также предложенные алгоритмы нелинейного статического и динамического анализа были применены к нелинейному статическому анализу простой плоскости. ЖБ каркаса для циклического нагружения [17], а также к нелинейному динамическому сейсмическому анализу простого плоского ЖБ каркаса [18]. Результаты этих анализов находятся в удовлетворительном приближении к соответствующим опубликованным результатам испытаний [19].,20].

Поскольку нелинейные одноосные законы σ-ε стержней предлагаемой модели фермы включают в себя все основные материальные нелинейности железобетонной конструкции, то есть растрескивание при растяжении и предел прочности при сжатии бетона, а также текучесть стальной арматуры при растяжении , формирование пластических шарниров в железобетонной раме простым способом описывается, как показано на рисунке 4.

8. Применение для удержания железобетонной колонны модели фермы, записываются уравнения равновесия и обновляется матрица жесткости как по отношению к деформированной ферме, так и на каждом шаге статического добавочного нагружения или на каждом временном шаге динамического анализа. Это легко достигается благодаря очень простой геометрии фермы.

Поскольку предлагаемая модель фермы включает в себя геометрические нелинейности, она интерпретирует ограничение железобетонной колонны как эффект структурной устойчивости бетона [28-30].

На рисунке 5(a) показана осевая σ-ε диаграмма сжатия ограниченной железобетонной колонны. Наблюдается ранний небольшой спад напряжения, что связано с локальной неустойчивостью из-за выкрашивания (выпучивания) наружного бетона. При дальнейшем увеличении нагрузки, предпочтительно за счет контроля деформации, при значительном значении осевой деформации сжатия напряжение σ внезапно падает до нуля, что является очевидным признаком глобальной нестабильности конструкции, наблюдаемой в экспериментах и ​​подтвержденной предложенной моделью фермы. слишком.

На рисунке 5(b) показана часть ограниченной железобетонной колонны между двумя последовательными наборами поперечной арматуры. Продольное армирование опущено для простоты. По мере постепенного увеличения сжимающей осевой нагрузки N происходит боковое расширение бетона. При значительных сжимающих осевых деформациях из-за большого бокового расширения бетона возникает текучесть поперечной арматуры при растяжении, что подразумевает

модель фермы. «……» треснувший бетон. «——» армирование при растяжении. «//////» жесткие детали. Пластиковые петли «ph».

(a) (b)

Рис. 5. (a) Осевая σ-ε диаграмма сжатия ограниченной железобетонной колонны. 1. Раннее небольшое падение напряжения из-за отслаивания наружного бетона. 2. При значительной величине сжимающей осевой деформации напряжение σ резко падает до нуля, что является признаком глобальной неустойчивости конструкции; (b) Часть замкнутой железобетонной колонны между двумя последовательными комплектами поперечной арматуры. 1. Отслаивание наружного бетона. 2. Поперечная арматура при растяжении. 3. Продольные бетонные трещины. 4. Продольные бетонные стойки.

дополнительное боковое расширение бетона. Так образуются широкие продольно-вертикальные бетонные трещины, а между такими последовательными бетонными трещинами образуются внутренние продольно-вертикальные бетонные стойки, которые имеют тенденцию к выпучиванию, что приводит к глобальной неустойчивости железобетонной колонны.

Помимо уже известных функций поперечной арматуры в железобетонной колонне [31-33] (то есть передача сдвига, уменьшение выкрашивания бетона, предотвращение коробления продольной арматуры, повышение осевой жесткости при сжатии, прочности и пластичности ограниченного бетона стержень), еще одна существенная роль поперечной арматуры раскрывается в предлагаемой модели фермы с конструктивной неустойчивостью, а именно замедление и даже предотвращение ее близким шагом s и достаточной величиной ρ (механическое соотношение) выпучивания указанной внутренней продольной арматуры. вертикальные бетонные стойки, что привело бы к глобальной нестабильности ЖБ колонны.

Результаты применения предложенной модели фермы с неустойчивостью конструкции к ограничению железобетонных колонн были найдены в удовлетворительном приближении с соответствующими требованиями норм и правил [34-36] в отношении шага s и механического отношения ρ поперечной арматуры ; эти требования, в свою очередь, также основаны на результатах испытаний.

9. Выводы

Представлены некоторые достижения для ферменных моделей конструкций, в основном железобетонных конструкций, которые были разработаны в предыдущие годы и найдены в удовлетворительном приближении к результатам испытаний и требованиям СНиП:

1) Н. Дж. Берт и Дж. У. Дугилл разработали в 1977 г. [10] конститутивные модели случайных сетей и заявили, что эквивалентные результаты могут быть простым способом получены с помощью регулярных сетей. Эта идея была реализована в 1984 г. [11] и 1986 г. [12] двумя сетевыми конститутивными моделями, двухосной и трехосной, основанными на правильном плоском восьмиугольнике и правильном пространственном ромбододекаэдре соответственно, в которых стороны и диагонали являются стержнями, подчиняющимися нелинейный одноосный закон σ-ε моделируемого материала. Обе модели показывают зависимость коэффициента Пуассона от кривизны по нелинейному одноосному закону σ-ε материала.

2) Э. Абси в 1978 г. [16] в своей «теории эквивалентности» утверждал, что простые конечные элементы фермы дают эквивалентные результаты с обычными более сложными континуальными конечными элементами. Эта идея была распространена в 1988 году [17,18] на конструкции с нелинейностью материала и применялась, в частности, к нелинейному статическому и динамическому анализу плоских железобетонных рам. Поскольку отдельные стержни предложенного конечного элемента фермы включают в своих одноосных законах σ-ε основные материальные нелинейности железобетонной конструкции, то есть растрескивание бетона при растяжении, предел текучести арматуры при растяжении, а также предел прочности бетона на сжатие. , образование пластиковых петель в ж/б раме можно описать простым способом.

3) По сравнению с моделью «распорка и связь» для железобетонных конструкций, изобретенной J. Schlaich в 1987 г. [24] и развитой другими исследователями, которая оказалась очень эффективным инструментом при анализе железобетонных конструкций, предлагаемая здесь модель фермы отличается тем, что она является статически неопределимой, тогда как модель «распорка и связь» является статически определимой. Итак, предлагаемая модель фермы имеет некоторые особенности, которые не встречаются в модели «подкос и связь»: а) Она может описывать эффект бокового расширения (коэффициента Пуассона). b) Он учитывает геометрическую нелинейность путем написания уравнений равновесия и обновления матрицы жесткости как по отношению к деформированной ферме, так и на каждом этапе нелинейного статического или динамического анализа. Так, интерпретируется в 1999 [31] ограничение железобетонной колонны как эффект структурной устойчивости бетона. И выявил значительную роль поперечной арматуры, которая замедляет и даже предотвращает, ее близкое расположение и достаточное количество, коробление внутренних продольных бетонных стоек, что привело бы к глобальной нестабильности железобетонной колонны.

ССЫЛКИ

1. Д. Нго и А. С. Скорделис, «Конечно-элементный анализ железобетонных балок», журнал ACI, Vol. 64, 1967, стр. 152-163.
2. П. Г. Берган и И. Холанд, «Нелинейный анализ конечных элементов бетонных конструкций», Компьютерные методы в прикладной механике и технике, Vol. 17-18, 1979, стр. 443-467. doi:10.1016/0045-7825(79)

   -6

3. А. К. Скорделис, редактор Целевого комитета ASCE по бетонным и каменным конструкциям, «Современный отчет по анализу методом конечных элементов железобетона», Специальная публикация ASCE , 1982.
4. Дж. Х. Аргирис, организатор международных конференций F.E.No.Mech. (Конечные элементы в нелинейной механике). Институт статики и динамики Штутгартского университета, Германия, I.30 августа – 1 сентября 1978, II. 25-28 августа 1981 года. III. 10–13 сентября 1984 г.
5. В. Ф. Чен и Э. К. Тинг. «Основные модели бетонных конструкций», Журнал отдела инженерной механики ASCE, Vol. 106, № 1, 1980, стр. 1-19.
6. Мроз З., Норрис В.А., Зенкевич О.К. Применение модели анизотропного упрочнения при анализе упругопластической деформации грунтов // Геотехника. 29, 1979, стр. 1-34. doi:10.1680/geot.1979.29.1.1
7. З.П. Базант и С.С. Ким, «Теория пластического разрушения бетона», Журнал отдела инженерной механики ASCE, Vol. 105, № 3, 1979, стр. 407-428.
8. Д. Дарвин и Д. А. Пекнольд, «Анализ циклического нагружения железобетонных конструкций», Компьютеры и конструкции, Vol. 7, № 1, 1977, стр. 137-147. doi: 10.1016/0045-7949(77)_-2
9. К. Дж. Уиллам и Э. П. Варнке, «Конструктивная модель трехосного поведения бетона», Труды IABSE, Отчет по проектированию конструкций 19, Раздел III, 1975 г., стр. 1- 30.
10. Н. Дж. Берт и Дж. В. Дугилл, «Прогрессирующий отказ в модельной неоднородной среде», Журнал отдела инженерной механики ASCE, Vol. 103, 1977, стр. 365-376.
11. Пападопулос П. Г., «Конструктивная модель двухосной сети», Журнал инженерной механики ASCE, Vol. 110, № 3, 1984, стр. 449-464. doi:10.1061/(ASCE)0733-9399(1984)110:3(449)
12. П. Г. Пападопулос, «Конститутивная модель трехосной сети», Компьютеры и структуры, Vol. 23, 1986, стр. 497-501. doi:10.1016/0045-7949(86)

    -3

13. Купфер Х.Б., Хильсдорф Х.Д. и Руш Х. Поведение бетона при двухосных напряжениях // Журнал ACI. 66, № 8, 1969, стр. 656-666.
14. Р. Паланисвами и С.П. Шах, «Отношения разрушения и напряжения и деформации бетона при трехосном сжатии», Журнал структурного подразделения ASCE, Vol. 100, 1974, стр. 901-916.
15. Р. Скавуццо, Т. Станковски, К. Герстл и Х.-Ю. Ко, «Кривые напряжения-деформации для бетона при многоосных нагрузках», Университет Колорадо, Боулдер, 1983.
16. Э. Абси, «Методы численного расчета упругости», Eyrolles, Париж, 1978.
17. П. Г. Пападопулос, « Нелинейный статический анализ железобетонных рам с помощью сетевых моделей, Достижения в инженерном программном обеспечении, Vol. 110, № 3, 1988, стр. 114-122. doi:10.1016/0141-1195(88)
    -1
18. Пападопулос П.Г., Караяннис К.Г. Сейсмический анализ железобетонных каркасов с помощью сетевых моделей // Компьютеры и конструкции. 28, № 4, 1988, стр. 481-494. doi:10.1016/0045-7949(88)
    -3
19. К. Стилианидис и Г. Пенелис, «Экспериментальное исследование голых и заполненных стеной одноэтажных каркасов при циклической сдвиговой нагрузке», 7-я Греческая конференция по бетону, том . 2, Патра, 1985, стр. 47-55.
20. П. Идальго и Р. В. Клаф, «Исследование железобетонной рамы на симуляторе землетрясения», Отчет EERC 74-13, Калифорнийский университет, Беркли, 1974.
21. С. К. Гоэл, Б. Стоядинович и К. Х. Ли, «Аналогия ферм для стальных моментных соединений», Инженерный журнал, второй квартал 1997 г., стр. 43-53.
22. Э. Шланген и Э. Дж. Гарбоци, «Моделирование разрушения бетона с использованием решетчатых моделей: вычислительные аспекты», Инженерная механика разрушения, Том. 57, № 2-3, 1997, стр. 319-332. doi:10.1016/S0013-7944(97)00010-6
23. Ф. Фратернали, М. Анджелило и А. Фортунато, «Метод сосредоточенных напряжений для плоских задач упругости и приближение дискретной непрерывной среды», Международный журнал твердых тел и конструкций, Том. 39, 2002, стр. 6211-6240. doi:10.1016/S0020-7683(02)00472-9
24. J. Schlaich, K. Schäfer и M. Jennewein, «На пути к последовательному проектированию конструкционного бетона», специальный отчет журнала PCI, Vol. 32, № 3, 1987, стр. 75-150.
25. Т. Т. С. Хсу, «Единая теория железобетона», CRC Press, 1993. 113, 1993, стр. 3590-3610. дои: 10.1061 / (АССЕ) 0733-9445(1993)119:12(3590)
26. Комитет ASCE-ACI 445 по сдвигу и кручению, «Современные подходы к расчету структурного бетона на сдвиг. Отчет о состоянии дел», Журнал структурной инженерии ASCE, Vol. 119, № 12, 1998, стр. 1375-1417.
27. П. Г. Пападопулос и Х. К. Ксенидис, «Модель фермы с неустойчивостью конструкции для удержания бетонных колонн», Журнал EEE (European Earthquake Engineering), часть 2, 1999 г., стр. 57-79.
28. П. Г. Пападопулос, Х. Ксенидис, К. Караяннис, А. Диамантопулос и П. Ламброу, «Удержание бетонной колонны, интерпретируемое как эффект структурной устойчивости», 6-я конференция GRACM (Греческая ассоциация вычислительной механики), Салоники, 19-21 июня 2008 г.
29. П. Г. Пападопулос, Х. Ксенидис, Д. Пласатис, П. Киусис и К. Караяннис, «Стабильность бетона, достигаемая за счет удержания в железобетонной колонне», 12-я Международная конференция по вычислениям в области гражданского строительства, строительства и окружающей среды, Координатор Б.Х.В. Топпинг, Мадейра, Португалия, 1–4 сентября 2009 г.
30. К. Парк, М. Дж. Н. Пристли и В. Д. Гилл, «Пластичность квадратных бетонных колонн», Журнал структурного подразделения ASCE, Vol. 108, № 4, 1982, стр. 929-9.50.
31. С. Уотсон, Ф. А. Зан и Р. Парк, «Ограничивающая арматура для бетонных колонн», Журнал структурной инженерии ASCE, Vol. 120, № 6, 1984, стр. 1798-1849.
32. Дж. Б. Мандер, М. Дж. Н. Пристли и Р. Парк, «Теоретическая модель напряжения-деформации для замкнутого бетона», Журнал структурной инженерии ASCE, Vol. 114, № 8, 1988, стр. 1804-1826. doi:10.1061/(ASCE)0733-9445(1988)114:8(1804)
33. Унифицированные строительные нормы и правила 2, «Положения по проектированию конструкций», глава 19. Бетон, 19.2.1. Железобетонные конструкции, сопротивляющиеся силам, вызываемым сейсмическими движениями 19.2.14. Элементы рамы, подверженные изгибу и осевой нагрузке, 1994, стр. 237-239.
34. Новозеландские стандарты 3101, «Свод правил проектирования бетонных конструкций», глава 17, Элементы, подвергающиеся изгибным и осевым нагрузкам, Дополнительные сейсмические требования, 1989 г.
35. Еврокод 8, «Проектирование сейсмостойких конструкций», часть 1-3. Общие правила и правила для построек. 2, Особые правила для бетонных зданий. 2.8. Положения для колонн, Брюссель, 1993, стр. 35-46.
36. Пападопулос П.Г. Простой алгоритм нелинейного динамического анализа сетей // Компьютеры и структуры. 18, № 1, 1984, стр. 1-8. doi:10.1016/0045-7949(84)
    -9

Характеристики железобетонных балок с закладными стальными фермами с использованием нелинейного анализа методом конечных элементов

На этой странице

закладные стальные фермы с малым отношением поперечного сечения к глубине a/d с использованием нелинейной модели конечных элементов (КЭ). С помощью программного обеспечения ABAQUS была построена двадцать одна (FE) модель для исследования влияния различных соотношений и и армирования стенок на характеристики сдвига и разрушающую нагрузку железобетонных балок со встроенными стальными фермами. Это исследование направлено на получение разрушающих нагрузок, режимов разрушения, распространения трещин и прогиба в середине пролета из разработанных моделей конечных элементов. Численные результаты показали, что при использовании железобетонных балок с закладными фермами с различными 9Соотношения 0276 a/d значительно увеличили предел прочности при сдвиге по сравнению с обычными железобетонными балками. Кроме того, численные результаты подтвердили, что встраивание стальных ферм в ж/б балки значительно улучшит структурные характеристики ж/б балок при различных соотношениях a/d . Кроме того, результаты показали, что поперечная арматура оказывает небольшое влияние на отказ и отклонение в середине пролета железобетонных балок с встроенными угловыми фермами при различных соотношениях /d .

1. Введение

Когда главные растягивающие напряжения железобетонной балки в зоне сдвига превышают предел прочности бетона на растяжение, в балке развиваются диагональные трещины. Хрупкий характер бетона приводит к тому, что обрушение происходит вскоре после образования первой трещины [1]. Таким образом, схема разрушения железобетонной балки при сдвиге является более критической и небезопасной, чем картина разрушения при изгибе той же балки. Таким образом, для улучшения сдвиговой способности бетонных балок в [2] было предложено и исследовано повышение хрупкости и плохих характеристик бетона при растяжении.

Было проведено множество исследований по повышению прочности железобетонных балок на сдвиг за счет использования предварительно напряженного бетона, высокопрочного бетона, сталефибробетона, бетона со сверхвысокими характеристиками и высокопрочной стали. Тем не менее, эти усиливающие мероприятия требуют сложной технологии строительства и специальных материалов. Еще одним методом повышения прочности на сдвиг и изгиб железобетонных балок является использование сборных стальных ферм, встроенных в монолитные бетонные балки, преимущества которых заключаются в быстром и легком строительстве [3].

Типичные железобетонные балки, в которых арматура представляет собой стальную ферму, используются во всем мире. В отличие от обычных железобетонных балок стальные фермы могут нести собственный вес, вес плит и свежего бетона без какой-либо временной поддержки на этапе сборки; после этого, когда бетон наберет собственную прочность, они могут взаимодействовать с монолитным бетоном. В настоящее время интерес к этой технологии растет, в основном из-за некоторых преимуществ, которые она дает по сравнению с обычными железобетонными балками. Однако ни в действующих американских, ни в европейских нормах нет конкретных норм для данного типа железобетонной балки [4, 5].

Экспериментальные методы были сочтены очень полезными для получения знаний о механическом поведении железобетонных балок, встроенных в стальные фермы. Однако использование численных моделей помогает получить хорошее представление о поведении при меньших затратах и ​​меньшем времени. Куаранта и др. [6] разработали механические модели и принципы проверки для применения при проектировании железобетонных балок, армированных закладными стальными фермами, подверженными статическим нагрузкам.

Чжан и др. В работе [3] проведены экспериментальные и теоретические исследования по изучению работоспособности железобетонных балок с использованием закладных стальных ферм. Экспериментальное исследование включало в себя испытания балок с малым отношением пролета к глубине сдвига для изучения их структурных характеристик и предельной способности к сдвигу. Результаты показали, что встроенная стальная угловая ферма в качестве дополнительной горизонтальной арматуры представляет собой оптимальное расположение встроенной стальной фермы для улучшения характеристик сдвига железобетонной балки. Кроме того, результаты экспериментов показали, что встраивание стальных ферм в железобетонные балки значительно улучшит конструктивные характеристики железобетонных балок при разрушении при сдвиге.

Тессер и Скотта [7] исследовали способность к изгибу и сдвигу железобетонных балок со встроенной стальной фермой. С помощью экспериментов изучались прочность на сдвиг и изгиб этих балок на нескольких глубинах, ширинах и поперечном наклоне арматуры. Режимы разрушения этих балок были исследованы с акцентом на картины трещин и взаимодействие между бетоном, залитым в разное время.

Трентаду и др. [8] разработали аналитический подход к оценке критического упругого момента для расчета окончательного расчетного момента сопротивления продольному изгибу в специальных сталежелезобетонных балках, армированных фермами. Кроме того, в [4] предложен аналитический метод прогнозирования сопротивления сдвигу сборных композитных балок.

Предлагаемая аналитическая модель была разработана в [9, 10] на основе экспериментальной программы, выполненной по трехточечным испытаниям на изгиб гибридных стальных ферменных железобетонных балок, предназначенных для достижения разрушения при сдвиге. Кроме того, предложенная аналитическая модель была поддержана результатами конечно-элементного моделирования, доступными в литературе. В дальнейшем и для изучения механизма передачи напряжения стальная ферма-бетон в армированных фермами композитных сталебетонных балках в [11-13] была разработана трехмерная (3D) нелинейная модель конечных элементов.

Chisari и Amadio [10] выполнили экспериментальную программу, включающую лабораторные и численные исследования характеристик сдвига железобетонных стальных балок на основе предварительной программы испытаний. Были созданы численные модели с использованием пакета ABAQUS, а для стальной плиты днища применено несколько сталебетонных моделей. На основе выполненной экспериментальной программы разработана аналитическая модель для прогнозирования сдвиговой способности этих элементов конструкции.

Monaco [5] изучали поведение при сдвиге гибридных стальных ферменно-бетонных балок, это исследование направлено на изучение реакции на сдвиг и механизма передачи напряжения между стальными элементами и окружающим бетоном с использованием нелинейных моделей конечного элемента.

Составные балки, состоящие из стальной фермы с бетонным покрытием, приваренной к непрерывной стальной пластине, анализируются с использованием нелинейной формулировки методом конечных элементов, основанной на классической модели Ньюмарка в [14].

В этом исследовании будут разработаны нелинейные модели конечно-элементного анализа для железобетонных балок со встроенными стальными фермами. Программный комплекс конечных элементов ABAQUS [15] будет использоваться для исследования механического поведения железобетонных балок с закладными стальными фермами (ВСТСВ) с различной глубиной пролета на сдвиг а/д соотношений. Кроме того, проверенная модель конечных элементов использовалась для изучения влияния поперечной арматуры на сдвиговое поведение исследуемых балок.

2. Моделирование железобетонных балок со встроенной стальной фермой

Экспериментальное исследование [3] было использовано для проверки разработанной модели конечных элементов для железобетонной балки с использованием встроенной стальной фермы с использованием программного обеспечения ABAQUS. Управляющая балка представляет собой свободно опертую балку с прямоугольным поперечным сечением 200 мм × 300 мм. Балка имела три гладких стальных стержня диаметром 22 мм в нижней части и два гладких стальных стержня диаметром 16 мм в верхней части балки в качестве продольной арматуры. Стремена состоят из стержней диаметром 8 мм, расположенных на расстоянии 150 мм друг от друга (рис. 1).

В усиленной балке контрольная балка усилена закладной стальной фермой. Этот метод усиления называется гибридными железобетонными балками со стальными фермами (HSTCB). Закладная стальная ферма состоит из гладких стальных уголков 40 × 40 × 4 мм в качестве верхнего и нижнего тросов и гладких стальных уголков 30 × 30 × 3 мм в качестве распорок, как показано на рисунке 2.

2.1. Свойства материалов и модели

Свойства материалов стальной арматуры, бетона и встроенной стальной фермы, используемые в анализе, соответствуют экспериментальным материалам исследования [3]. Пределы текучести арматуры диаметром 8, 16 и 22 мм составили 363, 378 и 393 МПа соответственно. В то время как для встроенной фермы предел текучести составил 345 МПа. Модуль Юнга составлял 200 ГПа, а коэффициент Пуассона принимался равным 0,3.

Упруго-пластическая определяющая связь с деформационным упрочнением предполагается для стальной арматуры и закладных стальных ферм. Эта модель в целом дает приемлемые результаты для предсказания реакции членов РЦ [16, 17].

Прочность бетона на сжатие составила 41,5 и 40,4 МПа для контрольной балки и усиленной балки соответственно, в то время как прочность на растяжение для обеих балок составила 4,0 МПа, а модуль Юнга – 34 ГПа.

Модель встроенной стальной арматуры использовалась для моделирования арматурной стали и встроенной фермы. Этот метод моделирования стальной арматуры решает проблему ограничения сетки, возникающую при дискретном и размытом моделировании арматуры, путем оценки жесткости элементов арматуры отдельно от бетонных элементов. Этот метод обеспечивает идеальное сцепление между основным элементом (бетон) и подчиненным элементом (стальной арматурой и встроенной фермой). Кроме того, в этом методе смещение стальных стержней и встроенной фермы будет совместимо со смещением окружающих бетонных элементов. Встроенный метод очень полезен при использовании в сложных моделях. Однако эта модель увеличивает количество узлов и степеней свободы в модели; в результате требуется больше времени выполнения и увеличиваются вычислительные затраты.

По данным комитета ACI 318 [18], деформация бетона ε _o при максимальном сжимающем напряжении составляет 0,003. Репрезентативное значение, используемое в анализе, составляет 0,003. Коэффициент Пуассона бетона при одноосном сжатии колеблется в пределах 0,15–0,22 [19]. В этом исследовании было принято среднее значение коэффициента Пуассона 0,19.

Модель пластичности бетона при повреждении (CDP) использовалась для имитации поведения бетона. Этот метод представляет собой адаптацию критерия Друкера-Прагера и учитывает различные изменения прочности при растяжении и сжатии. В таблице 1 представлена ​​рекомендуемая модель значений CDP при сложном стрессе [15].

2.2. Сетка конечных элементов

ABAQUS предлагает различные методы построения сетки. Для простого бетона выбирается структурированная сетка, а для встроенной фермы — несколько сеток. Сетчатый элемент для бетона и встроенной фермы представляет собой трехмерное твердое тело, которое называется C3D8R. Элемент балки с двумя узлами в трех измерениях с формулами линейной интерполяции B31 используется для элементов арматуры. Сетчатая модель бетона и встроенной фермы и стальной арматуры представлена ​​на рисунках 3 и 4.

2.3. Сравнение разработанной модели FE и экспериментальных результатов

Для любого расчета железобетонной балки поведение нагрузки-прогиба рассматривается как ключевой отклик поведения конструкции [20]. В экспериментальном испытании тензорезисторы были расположены в критических местах арматуры и стальной угол фермы. Эти датчики измеряют развитие деформации стали в процессе нагружения и определяют влияние встроенной стальной угловой фермы на механические характеристики сдвига обычных железобетонных балок. Для анализа железобетонной балки, армированной встроенной стальной фермой (HSTCB), исследованной в [3], результат анализа показывает, что схемы разрушения балки имеют характеристики разрушения при сдвиге-изгибе. Нагрузка при разрушении составляет 510 кН, а соответствующий прогиб составляет 5 мм. Отклоненная форма при разрушении балки показана на рисунке 5. Сравнение реакции нагрузки на отклонение между FEA и результатами испытаний для контрольной балки показано на рисунке 6.

Нагрузка при разрушении, рассчитанная ABAQUS, на 2% выше, чем нагрузка при разрушении, полученная по результатам испытаний, а прогиб в середине пролета при разрушении, предсказанный анализом КЭ, на 8% меньше, чем прогиб в середине пролета, полученный по результатам экспериментов.

Как показано на рис. 2, на стержне стальной фермы установлены два тензорезистора, а сравнение кривых деформации на датчиках 1 и 2 показано на рис. 7 и 8. Эти кривые показали, что кривые деформации, полученные из конечного элементный анализ хорошо согласуется с экспериментальными данными для железобетонной балки, армированной закладной стальной фермой.

3. Поведение железобетонных балок с закладной стальной фермой

Чтобы оценить влияние соотношения a/d на поведение железобетонной балки с закладной стальной фермой, была использована двадцать одна модель балки с различными a/d отношений в диапазоне от 1 до 2,5 с и без поперечной арматуры (хомуты) были проанализированы с использованием проверенной модели FE. Различные соотношения a/d были достигнуты за счет изменения расстояния между точками нагрузки ( и ), как показано на рисунке 9..

3.1. Разрушающие нагрузки и реакция нагрузки на прогиб

По сравнению с контрольными балками предельная несущая способность железобетонных балок с использованием закладных стальных ферм увеличена на 66%. Кроме того, сравнение между ж/б балками с a/d = 1 продемонстрировало наибольшее увеличение предела прочности при сдвиге, превышающее значение 98% по сравнению с ж/б балками с a/d = 2,5. Для всех железобетонных балок с различными соотношениями и использовалось фиксированное содержание армированной стали 2,12%, а содержание стали 3,25% использовалось во всех железобетонных балках со встроенными стальными фермами.

Для проверки численных результатов предел прочности при сдвиге ж/б контрольных балок и ж/б балок со встроенными стальными фермами был рассчитан в соответствии с аналитической моделью, полученной и использованной Zhang et al. [3].

Сравнение расчетной и численной предельной несущей способности железобетонных балок представлено в таблице 2.

На рисунке 10 показан прогиб HSTCB с поперечной арматурой при различных соотношениях a/d . Это показывает, что прогиб увеличивается с увеличением 9Соотношения 0276 a/d для всех балок. ЖБ-балки со встроенной стальной фермой с соотношением a/d = 1 также демонстрируют максимальную предельную разрушающую нагрузку 780 кН, что на 166% выше, чем разрушающая нагрузка контрольной балки.

3.2. Напряжение встроенной стальной фермы

Напряжение фон Мизеса использовалось для описания распределения напряжения, а цвет в каждой сетке показывал значение напряжения. Стресс увеличивается, когда цвет меняется с синего на красный. Напряжение фон Мизеса закладной стальной фермы показано на рисунке 11. Максимальное напряжение фон Мизеса, 348 МПа, появляется в нижней части центральной области закладной стальной фермы, вокруг опор и вокруг приложения нагрузок. В диагональных стальных уголках также появляются высокие напряжения, меняющиеся от 217 МПа до 295 МПа.

3.3. Характер трещин и виды разрушения

3.3.1. Контрольные балки

Контрольные железобетонные балки без встроенных стальных угловых ферм с различными соотношениями a/d от 1 до 2 показали аналогичную последовательность развития трещин. Все контрольные балки разрушились при сдвиге. Диагональные трещины начали формироваться в области поперечного сечения балки, а затем продолжали развиваться и распространяться в направлении точки нагружения до разрушения. Для балок с a/d = 2 наблюдалось несколько микротрещин изгиба. Для двух контрольных балок с a/d 2,25 и 2,5, трещины при изгибе образовались в средней части пролета между двумя точками нагрузки и продолжали развиваться до разрушения. Разрушение этих двух балок может произойти из-за расстояния между двумя точками нагрузки, и это расстояние составляет менее одной трети свободного пролета, и согласно ASTM C78, ​​2015, это испытание можно рассматривать как испытание на изгиб. На рис. 12 показаны режимы отказа управляющих балок с отношениями a/d от 1 до 2,5.

3.3.2. Балка со встроенной фермой HSTCB

ЖБ балки со стальной фермой HSTCB и коэффициентами a/d от 1 до 2,5 были проанализированы с использованием разработанной модели конечных элементов. Для RC балки с a/d отношения между 1 и 2, трещины изгиба были сформированы в нижней части центральной области пучка и продолжали развиваться и удлиняться к середине высоты балки. Затем в критических областях пролета стали образовываться диагональные трещины сдвига, за которыми последовало появление основных диагональных трещин. Трещины при изгибе сохраняют свою длину и ширину до разрушения. Две железобетонные балки со встроенной стальной фермой, имеющей a/d отношения 2,25 и 2,5 показали образец отказа изгиба из-за расстояния между двумя точками нагрузки. На рис. 13 показаны режимы разрушения железобетонных балок с использованием стальной угловой фермы и армирования хомутов с коэффициентами a/d от 1 до 2,5.

3.4. Влияние поперечной арматуры на структуру трещин и режимы отказа

В таблице 3 показано сравнение предельной несущей способности балок HSTC с поперечной арматурой и без нее (хомуты). Как видно из таблицы, армирование стенок (хомуты) мало влияет на предельную несущую способность балок ВСТК.

ЖБ-балки со встроенной стальной фермой HSTCB без поперечной арматуры имели почти такое же поведение и характер разрушения, что и железобетонные балки со встроенной стальной фермой и поперечной арматурой при различных соотношениях a/d . На рис. 14 показаны режимы разрушения железобетонных балок при использовании стальной угловой фермы без армирования стенки при различных соотношениях a/d .

4. Заключение

По результатам численного расчета железобетонных балок с использованием закладных стальных угловых ферм с различными a/d , можно сделать следующий вывод: (1) Все управляющие балки с отношениями a/d от 1 до 2,5 разрушились при сдвиге, в то время как железобетонные балки, в которых использовались встроенные стальные угловые фермы, имели такое же отношение a/ Соотношения d вышли из строя из-за разрушения на изгиб. (2) Все железобетонные балки с использованием закладных стальных угловых ферм с различными соотношениями a/d дали увеличение предела прочности на сдвиг по сравнению с контрольными балками. (3) Для различных соотношений a/d , все железобетонные балки со встроенными стальными угловыми фермами показали уменьшение прогиба по сравнению с контрольными балками. (4) В целом на поведение испытанных балок влияют 9Соотношение 0276 а/д . Было обнаружено, что увеличение отношения a/d с 1 до 2,5 снижает разрушающую нагрузку для управляющих и встроенных стальных балок ферм примерно на 48% и 45% соответственно. (5) При увеличении отношения a/ d , прогиб среднего пролета увеличился. (6) Для железобетонных балок, в которых использовались закладные стальные фермы с различными соотношениями a/d , арматура на сдвиг оказывает небольшое влияние как на разрушающую нагрузку, так и на структуру трещин балок.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Лим Д. Х. и Ох Б. Х., «Экспериментальное и теоретическое исследование сдвига железобетонных балок, армированных стальным волокном», Engineering Structures , vol. 21, нет. 10, стр. 937–944, 1999.

   Просмотр:

   Сайт издателя | Google Scholar

2. Б. Б. Адхикари и Х. Муцуёси, «Усиление сдвига железобетонных балок с использованием различных методов», Строительство и строительные материалы , том. 20, нет. 6, стр. 366–373, 2006 г.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

3. Н. Чжан, К. С. Фу, Л. Чен и Л. Хэ, «Экспериментальные исследования железобетонных балок с использованием встроенных стальных ферм», ACI Structural Journal , том. 113, нет. 4, 2016.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

4. Г. Кампионе, П. Колаянни и А. Монако, «Аналитическая оценка способности стальных железобетонных композитных ферменных балок к сдвигу», Материалы и конструкции , том. 49, нет. 8, стр. 3159–3176, 2015.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

5. А. Монако, «Экспериментальный анализ, численное и аналитическое моделирование механизмов прочности на сдвиг в железобетонных балках с гибридными стальными фермами», Università degli Studi di Palermo, Палермо, Пенсильвания, Италия, 2014, доктор философии. Тезис.

   Просмотр по адресу:

   Google Scholar

6. Г. Куаранта, Ф. Петроне, Г. Марано и Г. МОНТИ, «Конструктивный расчет составных железобетонных балок с элементами пространственной арматуры фермы», Азиатский журнал Гражданское строительство (строительство и жилищное строительство) , том. 12, нет. 2, pp. 155–178, 2011.

   Просмотр по адресу:

   Google Scholar

7. Л. Тессер и Р. Скотта, «Несущая способность на изгиб и сдвиг композитной стальной фермы и железобетонных балок с нижней сборной бетонной основой», Инженерные сооружения , вып. 49, стр. 135–145, 2013 г.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

8. Ф. Трентаду, Г. Куаранта, Г. Карло Марано и Г. Монти, «Упрощенный анализ потери устойчивости при поперечном кручении в специальных железобетонных балках, армированных фермами», Journal of Structural Engineering , об. 137, нет. 12, стр. 1419–1427, 2011.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Академия Google

9. А. Кладера и А. Р. Мари, «Экспериментальное исследование высокопрочных бетонных балок, разрушающихся при сдвиге», Engineering Structures , vol. 27, нет. 10, стр. 1519–1527, 2005.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

10. К. Чисари и К. Амадио, «Экспериментальное, численное и аналитическое исследование стальных балок с гибридным железобетонным каркасом, подвергающихся сдвигу», Engineering Structures , vol. 61, стр. 84–98, 2014.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

11. П. Колаянни, Л. Ла Мендола, М. Латур, А. Монако и Г. Риццано, «Анализ FEM реакции на выталкивание бетонных балок с гибридными стальными фермами (HSTCB)», Journal of Constructional Steel Research , vol. 111, стр. 88–102, 2015.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

12. П. Колаянни, Л. Ла Мендола и А. Монако, «Исследование механизма передачи напряжения в гибридных стальных ферменно-бетонных балках с помощью испытаний на выталкивание», Журнал исследований конструкционной стали , том. 95, стр. 56–70, 2014.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

13. П. Колаянни, Л. Ла Мендола и А. Монако, «Жесткость и прочность составной ферменной балки для железобетонных конструкций. соединение колонны в MRF», Journal of Construction Steel Research , vol. 113, стр. 86–100, 2015.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

14. Н. Туллини и Ф. Мингини, «Нелинейный анализ составных балок со стальной фермой в бетонном корпусе», Журнал исследований конструкционной стали , том. 91, стр. 1–13, 2013 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

15. M. Smith, ABAQUS/Standard User’s Manual, Version 6.9 , Simulia, Providence, RI, USA, 2009.

16. U. Khan, M.A. Al-Osta, and A. Ibrahim, “ Моделирование поведения при сдвиге железобетонных балок, усиленных листами углепластика с внешним соединением», Structural Engineering and Mechanics , vol. 61, нет. 2017. Т. 1. С. 125–142.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

17. K. Neale, U. Ebead, H. Abdel Baky, W. Elsayed, and A. Godat, Моделирование явлений отслоения в железобетонных балках и плитах, усиленных FRP , Международный институт FRP в строительстве, Виннипег, МБ, Канада, 2005 г.

18. ACI 318, ACI 318-14 Требования строительных норм и правил к конструкционному бетону и комментарии (метрические единицы) , Американский институт бетона, Майами, Флорида, США, 2014 г.

19. ASCE, Современный отчет по конечно-элементному анализу железобетона , Американское общество инженеров-строителей, Нью-Йорк, США, 1982.

20. H. -T. Ху, Ф.-М. Лин и Ю.-Ю. Ян, «Нелинейный анализ методом конечных элементов железобетонных балок, усиленных волокнистыми пластмассами», Composite Structures , vol. 63, нет. 3–4, стр. 271–281, 2004 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Академия Google

Авторское право

Авторское право © 2018 Mohammed Arafa et al. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

[PDF] Расчет железобетонных балок, дополняющий конкретный вклад в модели ферм

• 0197

 @статья{Li2008ReinforcedCB,
  title={Расчет железобетонных балок, дополняющий конкретный вклад в модели ферм},
  автор={Бин Ли и Цао Тхань Нгок Тран},
  журнал={Инженерные конструкции},
  год = {2008},
  объем = {30},
  страницы={3285-3294}
} 

• Bing Li, Cao Thanh ngoc tran
• Опубликовано 1 ноября 2008 г.
• Инженер
• Инженерные структуры

Просмотр издательства

• Панос Д. Киусис, П. Г. Пападопулос, Х. Ксенидис

• Инженерное дело

• 2010

В этом исследовании представлено моделирование сжатых железобетонных колонн на основе фермы. Бетонные элементы фермы моделируются на основе расширенных определяющих уравнений, которые учитывают…

Определение наклона стойки и прочности на сдвиг с использованием модели фермы с переменным углом для критических к сдвигу железобетонных балок

• Бинг Ли, Цао Тхань Нгок Тран

• Engineering

• 2012

В этом документе делается попытка определить наклон сжимающей стойки в моделях ферм с переменным углом наклона для железобетонных балок, нагруженных при сдвиге-изгибе, с помощью предлагаемого полуаналитического подхода. A…

Эффективная жесткость на сдвиг железобетонных балок с диагональными трещинами

• Zuanfeng Pan, Bing Li, Zhitao Lu

• Engineering

• 2014

0668

• Р. Джамалуддин, П. Л. Франс, Р. Ирмавати

• Машиностроение

• 2017

Железобетонная балка обычно армируется стальными стержнями для выдерживания растягивающих усилий, возникающих из-за реакции на изгиб, и вертикальных стальных армированных балок. стрессы. С другой стороны…

Оценка методологий расчета прочности на сдвиг для тонких железобетонных балок, критических к сдвигу

• Zuanfeng Pan, Bing Li

• Engineering

• 2013

Резюме В этой статье делается попытка изучить вклад бетона в прочность на сдвиг и определить наклон сжимающей стойки в модели переменной фермы для тонких железобетонных балок, критических к сдвигу…

Характеристики изгиба бетонных балок, армированных стержнями из алюминиевого сплава

• Г. Син, О. Озбулут

• Инженерное дело, материаловедение

• 2016

Оценка жесткости балок, подвергающихся комбинированному сдвигу и кручению, спроектированных с использованием STM

• L. Buda-Ożóg

• Машиностроение

• 2017

Система прогиба бетонных балок

Стержень, используемый для крепления к оси бетонных балок, обычно имеет форму хомутов. Идея, лежащая в основе этой редакционной проблемы, возникла из наблюдения автора…

ВЛИЯНИЕ СИСТЕМЫ ФЕРМ НА ИЗГИБ ВНЕШНИХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК.

• Р. Джамалуддин, Яссер Бахтиар, Р. Ирмавати, А. Аккас, Р. Латиф

• Инженерное дело

• 2014

— Эстетические качества и универсальность железобетона сделали его популярным выбором для многих архитекторов и инженеры-строители. Поэтому исследование природных материалов, таких как…

Прочность и поведение при сдвиге железобетонных балок в условиях динамического нагружения

• С. Д. Адхикари, Бинг Ли, К. Фуджикаке

• Инжиниринг

• 2013

Показ 1-10 из 14 ссылок

Sort Byrelevancemost, влияющие на газету

Недавние исследования показали, что текущие расчетные положения ACI на сдвиг дают неконсервативные результаты для больших балок и балок с низким уровнем продольной арматуры; кроме того,…

Прочность высокопрочного бетона на сдвиг

• Р. Пендьяла, П. Мендис

• Инженерия, материаловедение

• 1998

В данной статье сообщается о всестороннем экспериментальном и аналитическом исследовании бетона, проведенном авторами для оценки бетона. составляющая сопротивления сдвигу (V sub c) балок, изготовленных из…

ПРОЧНОСТЬ БАЛОК ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА

• P. Kong

• Машиностроение

• 1998

Приведены результаты испытаний 48 железобетонных балок из высокопрочного бетона (HPC) с арматурой на вертикальный сдвиг при комбинированном изгибающем моменте и сдвиге. Параметры испытаний включали бетон…

Соединительные балки железобетонных стен жесткости

• T. Paulay

• Машиностроение

• 1971

многоэтажных сооружений, повреждение или разрушение которых наблюдалось во время недавних землетрясений,…

Сдвиг пропускная способность предварительно напряженных бетонных балок с использованием высокопрочного бетонного бетона

• A. Elzanaty, A. H. Nilson, F. Slate

• Инженерия

. с использованием бетона с прочностью на сжатие примерно до 12 000 фунтов на квадратный дюйм (83 МПа). A…

Поведение железобетонных балок при сдвиге с переменной толщиной бетонного бокового покрытия

• K. Rahal

• Материаловедение, машиностроение

• 2006

В этом документе описывается исследование, проведенное для изучения влияния увеличения толщины бетонного бокового покрытия на поведение железобетонных балок, испытанных на сдвиг. Семь тестов…

ОЦЕНКА ТРЕБОВАНИЙ ПО МИНИМАЛЬНОМУ УСИЛЕНИЮ НА СДВИГ ДЛЯ ПОВЫШЕННО ПРОЧНОГО БЕТОНА

• Г. Озджебе, У. Эрсой, Т. Танкут

• Инженерное дело

• 1999

В этом документе представлена ​​оценка требований к минимальной арматуре на сдвиг, приведенных в нормах Американского института бетона (ACI), Канады и Турции для высокопрочного бетона. Тринадцать…

к последовательному дизайну конструкционного бетона

• J.