Un precedente articolo tecnico descrive come determinare le proprietà del materiale del calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio e come convertire questi parametri del materiale nel software FEA RFEM.
Il calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio puro è utilizzato principalmente per pavimenti industriali e piastre di fondazione moderatamente caricate. Una determinazione elastica lineare delle forze interne non fornisce alcun risultato economico per componenti strutturali puramente fibrorinforzati. Pertanto, i metodi plastici sono solitamente utilizzati per lo stato limite ultimo. Tuttavia, questi approcci plastici sono piuttosto inadatti per lo stato limite di esercizio. Un calcolo FEM non lineare è sempre possibile, indipendentemente dallo stato limite analizzato. Eseguiamo la verifica manualmente, in base alle forze interne determinate iterativamente.
Immissione della topologia e dei carichi
La soletta viene inserita come superficie di fondazione. Per la soletta di fondazione di questo articolo tecnico, la fondazione è realizzata con il metodo del "terreno efficace" secondo Kolar e Nemec [3]. Il terreno adiacente è preso in considerazione da molle lineari aggiuntive e molle singole negli angoli (vedi anche il seguente articolo).
È anche possibile calcolare la fondazione elastica della superficie con il modulo aggiuntivo RF-SOILIN.
Il progetto allo stato limite ultimo è mostrato dai carichi dai supporti degli scaffali e dal carico sotto gli scaffali. I carichi del vincolo esterno dello scaffale sono definiti come carichi liberi rettangolari. Inoltre, sui supporti delle mensole sono stati disposti punti con infittimenti della mesh in modo che il carico sia distribuito nella piastra di base distribuita su più elementi.
Definizione delle proprietà del materiale
Utilizza il modello del materiale "Danno isotropo 2D/3D" del modulo aggiuntivo RF-MAT NL per visualizzare il comportamento del materiale del calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio in RFEM. Utilizziamo il calcestruzzo C30/37 L1.2/L0.9 come calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio secondo DIN EN 1992-1-1 [2] e le linee guida del Comitato tedesco per Calcestruzzo armato (DAfStb) su calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio [1] con le due classi di prestazione L1/L2 = L1.2/L0.9. Per un calcolo non lineare, la curva parabolica secondo 3.1.5 [2] deve essere utilizzata sul lato compresso del diagramma tensioni-deformazioni. L'immagine seguente mostra la curva caratteristica della linea di lavoro del suddetto calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio.
Dobbiamo utilizzare la curva caratteristica tensione-deformazione per lo stato limite di esercizio. Per il calcolo non lineare dello stato limite ultimo, è necessario applicare quanto segue secondo il capitolo 5.7 della linea guida del Comitato tedesco per il calcestruzzo armato (DAfStb) sul calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio [1]:
| 1.04 ⋅ ffcrLi | Valore medio calcolato della tensione di trazione che può essere assorbita dal calcestruzzo fibrorinforzato dopo la fessurazione secondo le classi di prestazione L1 o L2 |
| fcR, fyR, ftR | Valore medio rispettivo della resistenza del calcestruzzo secondo NA.10, DIN EN 1992-1-1 |
| γR | Coefficiente di sicurezza parziale per la resistenza del sistema |
Per i componenti in calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio puro, si presume che γR sia 1.4.
Il coefficiente di sicurezza parziale γR può essere considerato sul lato della resistenza, quando si inseriscono le proprietà del materiale, o sul lato dell'azione. In questo articolo, applichiamo il coefficiente di sicurezza parziale globale γR direttamente durante la definizione della linea di lavoro non lineare. La figura 03 mostra la curva tensione-deformazione ridotta per il progetto allo stato limite ultimo rispetto alla linea di lavoro caratteristica per lo SLE.
Per i calcoli non lineari, è necessario applicare il carico passo dopo passo. Se il calcolo di un incremento di carico non converge all'interno del numero massimo preimpostato di step di iterazione, aumentare il numero massimo di step di iterazione nei parametri di calcolo. Inoltre, è possibile ottenere una migliore convergenza quando si utilizza un modello di materiale non lineare selezionando il risolutore di equazioni asimmetriche nei parametri di calcolo.
Progetti agli stati limite
Lo stato limite ultimo è considerato raggiunto se
- si raggiungono le deformazioni ultime critiche del calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio εcu1 sul lato compresso e εfct,u sul lato teso.
- lo stato critico dell'equilibrio indifferente è raggiunto nell'intero sistema o in parti di esso.
Dopo aver eseguito con successo il calcolo non lineare della piastra di base, vengono verificate le deformazioni massime e minime sui lati superiore e inferiore. Se le deformazioni ultime critiche non vengono superate, viene eseguita la verifica allo stato limite ultimo.
Le deformazioni successive sono state calcolate per lo stato limite ultimo.
Lato superiore:
- deformazione massima di compressione εmin- = -1.9‰ < 3.5‰
- deformazione massima a trazione εmax- = 4.2‰ < 25.0‰
Lato inferiore:
- deformazione massima di compressione εmin+ = -1.05‰ < 3.5‰
- deformazione massima a trazione εmax+ = 9.9‰ < 25.0‰
La Figura 05 mostra la distorsione massima nella parte superiore (-z) della piastra di fondazione.
Aderendo alle deformazioni limite, è stato possibile determinare con successo lo stato limite ultimo soggetto a flessione. Dobbiamo eseguire progetti aggiuntivi allo stato limite ultimo; ad esempio, punzonamento.
Raccomandazioni per il calcolo non lineare con il modello di materiale "Danno isotropo 2D/3D".
Sulla base della definizione poligonale della curva tensione-deformazione come diagramma, RFEM prevede il modulo tangente all'origine della curva tensione-deformazione come modulo di elasticità del calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio. Ciò significa che è necessario regolare il modulo secante preimpostato anche per il calcestruzzo, quando si entra nella linea di lavoro del calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio. Il primo punto poligonale sul lato in compressione o trazione della linea di lavoro prevede il modulo di elasticità del materiale come pendenza.
Un file Excel è allegato a questo articolo tecnico per assisterti durante l'input e il calcolo dei punti del diagramma. In questo file Excel, a seconda dello stato limite analizzato (SLU o SLE), è possibile determinare la curva tensione-deformazione da utilizzare e trasferirla alla finestra di dialogo di input di RFEM utilizzando gli appunti. Questo approccio è mostrato anche nel video allegato.
È possibile salvare i diagrammi tensioni-deformazioni definite in RFEM e riutilizzarli in altri progetti. Pertanto, è possibile creare la propria libreria di materiali per il calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio in RFEM.
A causa della significativa non linearità, il carico dovrebbe essere applicato in diversi incrementi di carico. Il numero di incrementi di carico dovrebbe essere selezionato in modo che il sistema rimanga nello stato elastico lineare nel primo incremento di carico. Ciò migliora il comportamento di convergenza del calcolo. È possibile controllare il numero di incrementi di carico globalmente nei parametri di calcolo e localmente per ogni combinazione di carico o caso di carico. 20 incrementi di carico si sono dimostrati vantaggiosi per l'iterazione per il carico di progetto nello stato limite ultimo per il solaio mostrato sopra. Abbiamo definito localmente i 20 incrementi di carico per la combinazione di carico (Figura 08).
