Долгосрочные эффекты, такие как ползучесть и усадка, в расчетах железобетонных конструкций могут со временем значительно повлиять на долговечность, устойчивость и пригодность конструкций к эксплуатации. Игнорирование данных эффектов может привести к непредвиденным деформациям, трещинам и перераспределению напряжений, что может отрицательно повлиять на безопасность и функциональность конструкции. Благодаря учету ползучести и усадки, инженеры могут гарантировать, что их конструкции будут поддерживать заданные характеристики на протяжении всего срока службы.
В RFEM 6 и аддоне Расчёт железобетонных конструкций можно учесть долговременный прогиб тремя различными методами. Перед более подробным изучением этих методов, важно отметить, что расчеты прогиба всегда пересчитываются в аддоне Расчет железобетонных конструкций, с учетом эффективного момента инерции Ie, как указано в таблице 24.2.3.5 нормы ACI 318-19 [1] или CSA A23.3, пункт 9.8.2.3 {%://См.р.2]]]. Непосредственные прогибы, рассчитанные в статическом расчёте RFEM 6 с использованием полного момента инерции Ig, не используются в аддоне Расчёт железобетонных конструкций для проверки прогиба для пригодности к эксплуатации. Поэтому прогибы стержней и поверхностей, рассчитанные в RFEM 6, могут не соответствовать прогибам в аддоне Расчёт железобетонных конструкций.
Метод 1: коэффициент, зависящий от времени (упрощенный метод)
В настройках конфигурации пригодности к эксплуатации аддона Расчёт железобетонных конструкций доступна возможность определения долговременного прогиба с использованием «коэффициента зависимости от времени».
В данном методе используется прогиб, рассчитанный с помощью Ie, как описано выше, и соответствующий коэффициент, основанный на продолжительности действия нагрузки согласно таблице 24.2.4.1.3 ACI 318-19 или CSA A23.3, пункт 9.8.2.5. Это упрощенный метод, утвержденный нормативами, для учета долговременных эффектов, таких как ползучесть и усадка, в расчетах проверки прогиба.
При расчете длительного прогиба для сжатия бетона применяется линейная диаграмма материала, а для влияния арматуры - линейная диаграмма. При расчете можно учесть также эффект усиления при растяжении. Этот вариант метода не влияет на статический расчет.
Метод 2: свойства материала, зависящие от времени (ползучесть/усадка)
Также в настройках конфигурации пригодности к эксплуатации аддона «Расчёт железобетонных конструкций» доступен альтернативный вариант определения долговременного прогиба с использованием «свойств материала, зависящих от времени (ползучесть/усадка)».
В этом методе используется норма ACI 435 для включения рассчитанного прогиба в дополнение к заданным свойствам ползучести и усадки материала в расчётной проверке длительного прогиба. Данный подход является более подробным, чем подход с зависящим от времени коэффициентом в методе 1.
Ввод данных о ползучести и усадке материала бетона можно найти во вкладке Зависящие от времени свойства бетона. Параметры и изменение процесса вызревания бетона (левая сторона) напрямую повлияют на конечный коэффициент ползучести и усадочную деформацию при t = 36 525 дней. Для получения дополнительной информации об этих различных вариантах ввода, обратитесь к онлайн-руководству Расчёт железобетонных конструкций.
Данные функции (правая сторона) предназначены только для визуализации, как указано в этом диалоговом окне. Значения коэффициента ползучести и усадочной деформации при t = 36 525 дней будут всегда использоваться в расчете долговременного прогиба для метода 2. Никакое другое время не может быть указано.
При расчете длительного прогиба для сжатия бетона применяется линейная диаграмма материала, а для влияния арматуры - линейная диаграмма. При расчете можно учесть также эффект усиления при растяжении. Этот вариант метода не влияет на статический расчет.
Метод 3: аддон Расчёт с учётом зависимости от времени
В методе 3 используется аддон Расчёт с учётом зависимости от времени (TDA). Основное отличие этого метода от предыдущих методов заключается в том, что в статическом расчете в RFEM 6 напрямую учитываются долговременные эффекты, такие как ползучесть и усадка, которые влияют как на внутренние силы, так и на прогибы. Учитываются как стержни, так и поверхности.
Следует отметить, что эффекты усадки будут более выраженными в зависимости от типа защемления элемента. Например, полностью защемленная балка с фиксированными концевыми опорами будет подвергаться более длительным воздействиям по сравнению с балкой с шарнирно-шарнирным опиранием.
После активации аддона TDA в общих данных RFEM 6, тип расчёта «Статический расчёт | Расчет с учётом зависимости от времени (TDA)» теперь доступен в загружении или в созданном вручную сочетании нагрузок (например, мастер сочетаний деактивирован) для активации пользователем. Здесь же можно задать время начала и окончания длительной нагрузки.
Количество приращений для расчёта TDA задаётся в настройках статического расчёта TDA для всех типов расчёта, включая Геометрически линейный, расчёт второго порядка или расчёт по большим деформациям.
Пользователь также может сохранить результат каждого приращения нагрузки на вкладке «Основные» в настройках статического расчета.
Значения коэффициента ползучести и усадочной деформации применяются при каждом наборе приращений нагрузки TDA, с учетом возраста бетона на момент приложения/ввода нагрузки и продолжительности времени TDA. Например, 10 приращений за 300 дней с возрастом бетона во время нагрузки/инициирования, установленным на 10 дней, будут применять соответствующие значения коэффициента ползучести и усадочной деформации при t = 31 день, 62 дня, 93 дня и т.д. как показано на диаграмме времени только для визуализации.
Чтобы включить настройки TDA для автоматически созданных сочетаний нагрузок (например, при использовании Мастера сочетаний с ASCE 7, NBC и т.д.), требуется аддон Расчёт стадий строительства (CSA). После активации этого аддона в основных данных, вы можете задать новую стадию строительства с соответствующей продолжительность времени TDA. Здесь применяются те же настройки, которые используются в статическом расчете для задания приращений TDA. Убедитесь, что статический расчёт того же порядка, что и Сочетания нагрузок, например, второго порядка.
Убедитесь, что соответствующие загружения учтены в разделе «Приданные объекты для стадии строительства» во вкладке «Загружения».
Наконец, в расчетной ситуации, которая будет использоваться для расчетов прогиба для пригодности к эксплуатации, стадию строительства можно активировать на вкладке основные данные мастера комбинаторики, активировав флажок учитывать начальное состояние. Следующая вкладка - Исходное состояние - позволяет пользователю назначить данную стадию строительства.
Теперь для всех автоматически созданных сочетаний нагрузок будет автоматически задан тип расчёта TDA.
Теперь модель готова к расчёту. Хотя измененные внутренние силы из статического расчёта TDA учитываются в расчётных проверках прочности и пригодности к эксплуатации аддона Расчёт железобетонных конструкций, на прогибы они не влияют. Для вычисления прогиба в статическом расчёте TDA и в аддоне Расчёт железобетонных конструкций используются различные методы и вычисления. В статическом расчёте TDA применяется линейная диаграмма материала без учета влияния арматуры. С другой стороны, как упомянуто в Методе 2, аддон Расчёт железобетонных конструкций использует нелинейную (параболическую) диаграмму с усилением при растяжении в бетоне и билинейную диаграмму для влияния арматуры.
Чтобы получить одинаковые результаты прогиба как в статическом расчёте TDA, так и в аддоне Расчёт железобетонных конструкций, необходимо было учесть свойства нелинейного расчёта бетона, которые на момент написания данной статьи ещё не были доступны. Тем не менее аддон Расчет железобетонных конструкций будет продолжать ссылаться на методы 1 или 2 для расчета модифицированной жесткости для длительных прогибов. Поэтому в настоящее время лучше всего вручную сравнивать прогибы из статического расчета TDA с предельными значениями прогибов.
В статье KB 1793 объясняются основные функции аддона TDA. Есть много планов по развитию на будущее, включая интеграцию с нелинейным расчётом бетона (после того, как она будет выпущена) и расширение аддона на другие материалы, помимо бетона.
