Автор: Пользователь скрыл имя, 16 Апреля 2012 в 23:07, доклад
Практически все железобетонные конструкции, используемые в строительстве, в той или иной степени работают на восприятие поперечных сил. Для большинства из них расчет на поперечную силу является определяющим при назначении размеров сечения и поперечного армирования, которое в отдельных случаях составляет 40...50 % от общего расхода арматуры на элемент.
(3) Величина Vc (для всех балок) рассчитывается путем вычитания Vs и Vp из наблюдаемых Vn - прочности на срез, (показанаа графике как функция а /d).
Такой подход позволяет правильно определить три переменные (Mu / VuD, ,). Эти переменные определены с помощью принципов строительной механики и наблюдения за поведением материала. Как таковой, этот хорошо настроенный полуэмпирический подход позволяет методу UH быть проще и точнее, чем МСА и AASHTO методы.
Уравнение (1) было использовано для расчета предельной поперечной силы (Vcal) в 148 ранее испытанных предварительно напряженных железобетонных двутавровых балах по литературным источникам. Результаты расчета сранивали с их с экспериментальной прочностью на срез (Vexp). Кроме того, отношение Vexp/Vcal по методу университета Хьюстона (UH) сравненивалось с результатами расчетов по Кодексу ACI «Строительство» и по AASHTO LRFD.
Рис. 1-Vexp/Vcal отношение балок с использованием UH метода
СРАВНЕНИЕ UH- МЕТОДА С ACI-МЕТОДОМ И МЕТОДОМ AASHTO
Несущая способность всех предварительно напряженных образцов, в том числе пяти балок (B1 до B5), испытанных в лаборатории UH, и 143 балок других исследователей были была рассчитана по трем методам: UH методу по формуле. (1), методу ACI использованием VCI и VCW уравнений ACI 318-08 (ACI 318 Комитет 2008), и методом (AASHTO 2007). Результаты приведены на следующих рисунках 2-5. Отношение Vexp / Vсаl по методу UH показано в зависимости от а/d на рис. 1.
Видно, что отношение Vexp / Vсаl варьируется от 1,0 до примерно 2,0 для всех 148 балок, испытанных 14 группами исследователей. Более внимательное изучение отношения Vexp / Vсаl на рис. 1 показывает, что это соотношение во многом зависит от размеров образцов для испытаний.
В исследовании UH испытывались балки с высотой более 500 мм (20 дюймов), они определяются как большие, а при высоте менее 500 мм (20 дюймов) определяются как малые. Рисунок 2 включает в себя только отношение Vexp / Vсаl 58 крупных образцов. Видно, что соотношение Vexp / Vсаl варьируется от 1,0 до примерно 1,5, что намного лучше, чем большой разброс результатов на рис. 1. Результаты для 90 малых образцов имеют больший разброс. Эти небольшие балки, как правило, испытаны ранее в 1950 – 1960 гг.
Отношение Vexp / Vсаl 58 крупных образцов методом МСА приведены на рис. 3. Соотношение Vexp / Vсаl варьируется от 1,0 до примерно 2,0. Очевидно, что точность метода МСА в прогнозировании среза не так хороша, как в предлагаемом UH-методе. Это потому, метод МСА во многом зависит от размера испытываемых образцов, тогда как UH-метод больше внимания уделяется большим и более современным образцам.
Отношение Vexp / Vсаl 58 крупных образцов методом AASHTO приведены на рис. 4. Значения отношений Vexp / Vсаl имеют очень большой разброс в пределах от 0,872 до 4,77. Этот разброс гораздо больше, чем по UH-методу (см. рис. 2) и методу ACI (см. рис. 3).
Отношение Vexp / Vсаl 58 крупных образцов по UH-методу также нанесены на рис. 5 в зависимости от прочности бетона на сжатие. Видно, что UH-метод является достаточно справедливым для примерно от 28 до 75 МПа (4000 до 11000 фунтов на квадратный дюйм). Аналогичные цифры для методов МСА и AASHTO могут быть найдены у Ласкара (2009).
В результате метод UH оказался не только яснее в своей концепции, проще в расчете, но и более точным.
Рис. 2- Отношение Vexp/ Vсаl больших балок с использованием UH метода.
Рис. 3- Отношение Vexp/ Vсаl больших балок с использованием метода МСА.
Рис. 4- Отношение Vexp/ Vсаl больших балок с использованием AASHTO метода.
Рис. 5- Отношение Vexp/ Vсаl крупные балки против конкретных сильных использованием UH метода.
Перспективы развития методов расчета на действие поперечных сил
Каждая из рассмотренных моделей пригодна лишь для оценки несущей способности ограниченного класса железобетонных конструкций (главным образом балок) и не имеет универсального характера. Такие понятия, как «пролет среза», «наклонное сечение», «сжатый бетонный подкос» и т.д., практически не поддаются программированию для создания универсальных алгоритмов расчета по конечно-элементным программным комплексам.
Авторы отечественных норм (проф. А.С. Залесов) высказал предложение о создании комптьютерных методов расчета на поперечную силу на основе МКЭ.
Методика с использованием объемных конечных элементов универсальна. При ее использовании можно применить единый подход для моделирования балок средней высоты, балок-стенок, коротких консолей и остальных классов железобетонных конструкций. Подобные методики расчета используются в Университете Хьюстона, США (профессора Т. Хсу и Дж. Мо).
При современном многообразии и сложности железобетонных конструкций и конструктивных систем, в конечном счете, необходим переход на качественно новый уровень в проектировании железобетона (после проведения необходимых верификационных расчетов всех классов задач). Использование объемных конечных элементов позволит объединить расчеты по нормальным, наклонным и пространственным сечениям и будет служить универсальным средством оценки несущей способности всех классов железобетонных конструкций. На первоначальных этапах расчет по наклонным сечениям следует оставить в Своде правил в качестве альтернативного, как это сделано для расчета по предельным усилиям в нормальных сечениях (является дополнением к расчету по деформационной модели).
Кроме этого, в ближайших перспективах представляется целесообразным уточнение методики СП в части ограничения несущей способности по бетону при малых пролетах среза, что будет согласоваться с мировым опытом (EN, ACI) и приведет к надежным результатам при оценке хрупкого разрушения железобетонных конструкций по наклонным сечениям.