Bezproblemowy wymiar słupów smukłych z betonu

Wprowadzenie

Co przychodzi Ci do głowy, gdy musisz zaprojektować i ocenić smukły słup żelbetowy?

• Jakie podejście wybrać – metody uproszczone czy bardziej dokładne
• Użyć specjalistycznego narzędzia programowego czy własnych arkuszy Excel
• Czy narzędzia lub arkusze Excel obsługują ogólny żelbetowy przekrój poprzeczny
• Jak uwzględnić utratę stateczności smukłego słupa

Możesz stwierdzić, że nie możesz polegać na metodach uproszczonych i wolisz wybrać bardziej dokładne i bezpieczne podejście oparte na analizie nieliniowej. Stosowanie bardziej zaawansowanych metod, definiowanie nieliniowości materiałowych i geometrycznych – wszystko to brzmi bardzo skomplikowanie i czasochłonnie. 

A może istnieje narzędzie, które pozwala łatwo projektować i wykonywać sprawdzenie normowe smukłych słupów betonowych, uwzględniając przy tym bardziej zaawansowane metody? Tak, istnieje! 

Zapoznaj się z nową funkcją Projektowanie i sprawdzanie smukłych słupów zgodnie z Eurokodem w IDEA StatiCa Concrete.

Przebieg pracy

Nigdy nie było to prostsze. Wystarczy postępować zgodnie z czterostopniowym procesem, aby zaprojektować i wykonać sprawdzenie normowe smukłych słupów żelbetowych.

czterostopniowy przepływ pracy-GMNA

Geometria

Obciążenia

Analiza

Raport

• Utwórz geometrię konstrukcji, w tym warunki brzegowe i zbrojenie
• Przyłóż efekty obciążeń do analizowanych i powiązanych elementów
• Uruchom analizę nieliniową i ocenę
• Wygeneruj raport ze wszystkimi istotnymi rysunkami, wynikami i sprawdzeniami 

Chcesz być jeszcze bardziej efektywny? Połącz dwa pierwsze czasochłonne kroki w jeden! 

Użyj swojego ulubionego oprogramowania MES (SCIA Engineer, RFEM, AxisVM, SAP2000, Robot itp.) i połącz analizowaną konstrukcję z IDEA StatiCa Checkbot. Z poziomu Checkbot możesz łatwo uruchamiać analizy nieliniowe w celu projektowania i sprawdzania smukłych słupów.

Metoda obliczeniowa

Metoda opiera się na wyznaczaniu naprężeń i odkształceń w żelbetowych przekrojach poprzecznych, na które analizowany element jest automatycznie dzielony. Jedyne, o co musisz zadbać, to odpowiednie zbrojenie analizowanego elementu. 

Każdy żelbetowy przekrój poprzeczny jest automatycznie siatkowany zgodnie z ustawieniami solvera GMNA. Wartości domyślne można znaleźć w ustawieniach. Dzięki odpowiedniej siatce żelbetowego przekroju poprzecznego uzyskuje się bardzo szczegółowe wyniki dla każdego włókna betonowego i pręta zbrojeniowego. Możesz wpływać na siatkę betonu i stali, a także na liczbę podziałów na długości analizowanego elementu.

Zachowanie betonu i stali jest opisane przez ich diagramy naprężenie-odkształcenie – odpowiednio paraboliczno-prostokątny oraz dwuliniowy z gałęzią nachyloną.

Sama analiza GMNA obejmuje trzy typy analiz:

• Materiałowo nieliniowa analiza (MNA)
• Liniowa analiza wyboczeniowa (LBA)
• Geometrycznie i materiałowo nieliniowa analiza z imperfekcjami (GMNIA)

Najpierw wykonywana jest materiałowo nieliniowa analiza (MNA). Jeśli nie ma potrzeby uwzględniania nieliniowości geometrycznej i imperfekcji, można na tym etapie zakończyć i projekt jest gotowy. Następnie uzyskane wartości (naprężenia i odkształcenia) są porównywane z wartościami granicznymi określonymi przez normę. Szczegółowe wyniki dla poszczególnych włókien betonowych i prętów zbrojeniowych są przedstawiane graficznie dla wybranego przekroju poprzecznego i zestawione w tabeli ze wszystkimi odpowiadającymi wartościami naprężeń i odkształceń. Wyniki można sprawdzać oddzielnie dla betonu i zbrojenia.

Jeśli uwzględnienie wyłącznie nieliniowości materiałowej jest niewystarczające i konieczne jest również uwzględnienie nieliniowości geometrycznej, wówczas należy zastosować liniową analizę wyboczeniową (LBA), której wynikami są postacie własne i obciążenia krytyczne analizowanego elementu. Analiza ta pomaga inżynierowi określić teoretyczną utratę stateczności konstrukcji poddanej działającym obciążeniom. 

Uwzględnienie wyłącznie teoretycznej postaci wyboczenia konstrukcji byłoby niewystarczające ze względu na istnienie imperfekcji początkowych. Dlatego tabela wyników umożliwia zdefiniowanie amplitudy imperfekcji dla każdej postaci własnej. Imperfekcja powinna być zdefiniowana przez inżyniera na podstawie doświadczenia lub zaleceń normowych. 

Wynikami liniowej analizy wyboczeniowej (LBA) jest do sześciu postaci własnych.

Po zdefiniowaniu imperfekcji jest ona automatycznie proporcjonalnie przykładana do elementu, a następnie można wykonać ostatni typ analizy – geometrycznie i materiałowo nieliniową analizę z imperfekcjami (GMNIA). 

W ramach tej analizy uwzględnia się wszystkie źródła nieliniowości, takie jak materiałowe i geometryczne, w tym imperfekcje. Wyniki analizy GMNA to ponownie naprężenia i odkształcenia w poszczególnych przekrojach poprzecznych. 

Sprawdzenie polega na porównaniu z wartościami granicznymi określonymi przez normę. Można obserwować szczegółowe lub ogólne wyniki zarówno dla betonu, jak i zbrojenia. Na wstążce wyników sprawdzenia normowego można przełączać się między wartościami naprężeń, odkształceń i ugięć oraz odpowiednimi sprawdzeniami normowymi.

Przykład praktyczny

Wyobraź sobie globalną konstrukcję w SCIA Engineer. Musisz zapewnić bezpieczny i ekonomiczny projekt takiego budynku. Problematyczną kwestią jest sposób zdefiniowania długości wyboczeniowych słupa, którego wysokość jest równa całkowitej wysokości budynku (14,2 m), oraz uwzględnienie wszystkich możliwych nieliniowości, ponieważ stateczność odgrywa istotną rolę przy projektowaniu tak smukłego elementu.

Przebieg pracy może wyglądać następująco:

• Utwórz globalny model konstrukcji w SCIA Engineer
• Zdefiniuj przypadki obciążeń i kombinacje oraz uruchom globalną analizę liniową w SCIA Engineer
• Użyj łącza BIM między SCIA Engineer a IDEA StatiCa, za pomocą którego importujesz geometrię, obciążenia i wyniki
• Zaimportuj całą konstrukcję za pomocą pliku SAF do aplikacji IDEA StatiCa Checkbot, gdzie definiujesz analizowany element (smukły słup) i wybierasz krytyczne kombinacje
• Uruchomienie analizowanego elementu (smukłego słupa) w IDEA StatiCa Member
• Sprawdzenie poprawności importu – geometrii i obciążeń
• Zaprojektuj zbrojenie słupa
• Uruchom wszystkie typy analiz nieliniowych (MNA, LBA, GMNIA)
• Zoptymalizuj geometrię słupa lub zbrojenie
• Wydrukuj raport obliczeniowy ze wszystkimi istotnymi wynikami, sprawdzeniami normowymi i rysunkami

Doświadczenia użytkowników

Przetestuj nową funkcję i podziel się swoją opinią. Pobierz załączony plik zip i wypróbuj go samodzielnie.

Chcesz coś ulepszyć? Chętnie poznamy Twoją opinię. 

Jak można zauważyć, sprawdzenia nie są uzależnione od normy w sensie różnych wzorów ani głęboko zintegrowanych procesów zalecanych przez normę, lecz są zgodne z normą poprzez stosowanie normowych wartości granicznych naprężeń i odkształceń w betonie i zbrojeniu. Jak dotąd zaimplementowano Eurokod. Czy jesteś zainteresowany wdrożeniem innych norm? Daj nam znać!