Projektowanie sprężonego przekroju zespolonego w RCS

Tworzenie nowego projektu 

Na początku konieczne jest utworzenie nowego projektu jako jednowymiarowego elementu etapowanego/sprężonego/zespolonego.

Element obliczeniowy

Po zdefiniowaniu geometrii przekroju i układu zbrojenia określa się harmonogram w zakładce Etapy budowy. Definiowane są wszystkie istotne punkty czasowe w trakcie budowy (takie jak betonowanie pierwszej części przekroju belki prefabrykowanej, sprężanie, betonowanie drugiej części przekroju płyty zespolonej, obciążenia stałe dodatkowe oraz czas projektowego okresu użytkowania). Zdefiniowane etapy budowy są automatycznie propagowane w zakładce Etapy obciążeń.

Etapy obciążeń

Z punktu widzenia sprawdzenia normowego przekrojów zespolonych zakładka Etapy obciążeń jest najważniejsza. Kluczowe jest zdefiniowanie początkowego stanu naprężeń przekroju obliczonego metodą analizy zależnej od czasu (TDA), ponieważ nieciągłość naprężeń (płaszczyzna skoku odkształceń) na styku dwóch różnych betonów może decydować o mechanizmie zniszczenia w stanie granicznym.

Stan początkowy przekroju

Stan początkowy przekroju zespolonego jest ustawiany w tabeli "Efekty w składowych przekroju". Można wybrać dwie opcje definiowania stanu początkowego – siły wewnętrzne oraz płaszczyzny odkształceń. Znacznie łatwiej jest zdefiniować siły wewnętrzne uzyskane z TDA obliczonej przez oprogramowanie zewnętrzne (Midas, SCIA itp.)

Tabela "Efekty w składowych przekroju" zawiera siły wewnętrzne jako sumę:

• Wszystkich obciążeń stałych działających w rozpatrywanym etapie budowy
• Całkowitego efektu sprężania (pierwotnych i wtórnych efektów cięgien wewnętrznych przyczepnościowych i nieprzyczepnościowych, pierwotnych i wtórnych efektów cięgien zewnętrznych)
• Reologii (pełzanie, skurcz)

Większość oprogramowania zewnętrznego (Midas, SCIA itp.) przedstawia siły wewnętrzne każdej części przekroju zespolonego odniesione do środka ciężkości rozpatrywanej części przekroju (na przykład moment gnący w belce prefabrykowanej jest odniesiony do środka ciężkości belki prefabrykowanej C_g,1). Aplikacja RCS odnosi siły wewnętrzne do środka ciężkości aktualnego przekroju (przycisk „Aktualny" na wstążce) lub środka ciężkości końcowego przekroju zespolonego C_g,i (przycisk „Całkowity" na wstążce). Transformację sił wewnętrznych uzyskanych z oprogramowania zewnętrznego do RCS można przeprowadzić zgodnie z następującymi wzorami:

\[N_{i}^{T} = N_{i}\] 

\[M_{i}^{T} = M_{i}-N_{i}\times e_{i}\]

N_i^T  .   .   .   .   siła normalna w rozpatrywanej części przekroju zespolonego przetransformowana do środka ciężkości idealizowanego końcowego przekroju zespolonego

M_i^T .   .   .   .    moment gnący w rozpatrywanej części przekroju zespolonego przetransformowany do środka ciężkości idealizowanego końcowego przekroju zespolonego

N_i     .   .   .   .    siła normalna w rozpatrywanej części przekroju zespolonego odniesiona do środka ciężkości rozpatrywanej części przekroju

M_i   .   .   .   .   moment gnący w rozpatrywanej części przekroju zespolonego odniesiony do środka ciężkości rozpatrywanej części przekroju

Uwaga: Zachowanie konwencji znaków przedstawionej na poniższym rysunku jest ważne przy przeliczaniu sił wewnętrznych.

C_g,i  .   .   .   .   środek ciężkości idealizowanego przekroju zespolonego (przyjmuje się E_cm(28))

C_g,1 .   .   .   .   środek ciężkości części pierwszej – belka prefabrykowana (część jasnoszara)

C_g,2 .   .   .   .   środek ciężkości części drugiej – płyta zespolona (część ciemnoszara)

e_y,1 .   .   .   .   odległość od C_g,1 do C_g,i

e_y,2 .   .   .   .   odległość od C_g,2 do C_g,i

e_p   .   .   .   .   odległość od środka ciężkości zbrojenia sprężającego do C_g,i

Siły wewnętrzne N1, My,1, N2 i My,2 są uzyskiwane dla konstrukcji zespolonej modelowanej w oprogramowaniu zewnętrznym i obciążonej w kierunku pionowym. W celu poprawnego wprowadzenia sił wewnętrznych do aplikacji RCS należy przeprowadzić przeliczenie w następujący sposób:

 Część 1 (belka prefabrykowana)

\[N_{1}^{T} = N_{1}\] 

\[M_{y}^{T},_{1} = M_{y},_{1}-N_{1}\times e_{y},_{1}\]

N₁^T  .   .   .   .   siła normalna w belce prefabrykowanej przetransformowana do środka ciężkości idealizowanego końcowego przekroju zespolonego C_g,I (wartość ujemna dla siły ściskającej)

M_y,1^T  .   .   .   moment gnący w belce prefabrykowanej przetransformowany do środka ciężkości idealizowanego końcowego przekroju zespolonego C_g,i

N₁    .   .   .   .   siła normalna w belce prefabrykowanej odniesiona do środka ciężkości belki prefabrykowanej C_g,1

M_y,1   .   .   .    moment gnący w belce prefabrykowanej odniesiony do środka ciężkości belki prefabrykowanej C_g,1

e_y,1 .   .   .   .   odległość środka ciężkości belki prefabrykowanej C_g,1 od środka ciężkości idealizowanego końcowego przekroju zespolonego C_g,i (w tym przypadku przyjmuje się ujemną wartość mimośrodu)

Część 2 (płyta zespolona)

\[N_{2}^{T} = N_{2}\] 

\[M_{y}^{T},_{2} = M_{y},_{2}-N_{2}\times e_{y},_{2}\]

N₂^T  .   .   .   .   siła normalna w płycie zespolonej przetransformowana do środka ciężkości idealizowanego końcowego przekroju zespolonego C_g,i

M_y,2^T  .   .   .    moment gnący w płycie zespolonej przetransformowany do środka ciężkości idealizowanego końcowego przekroju zespolonego C_g,i

N₂    .   .   .   .   siła normalna w płycie zespolonej odniesiona do środka ciężkości płyty zespolonej C_g,2

M_y,2   .   .   .     moment gnący w płycie zespolonej odniesiony do środka ciężkości płyty zespolonej C_g,2

e_y,2   .   .   .   .   odległość środka ciężkości płyty zespolonej C_g,2 od środka ciężkości idealizowanego końcowego przekroju zespolonego C_g,i (w tym przypadku przyjmuje się dodatnią wartość mimośrodu)

Dzięki tej transformacji można wyznaczyć całkowite siły wewnętrzne w przekroju zespolonym.

\[N=N_{1}^{T}+N_{2}^{T}\]

\[M_{y}=M_{y}^{T},_{1}+M_{y}^{T},_{2}\]

Uwaga: Proces transformacji sił wewnętrznych działających w kierunku poziomym jest taki sam jak opisany powyżej.

Naprężenia w zbrojeniu

Kolejnym ważnym krokiem jest wyznaczenie początkowych naprężeń w prętach zbrojeniowych i cięgnach sprężających. Aplikacja RCS może automatycznie obliczać naprężenia w prętach zbrojeniowych, dlatego zaleca się zachowanie ustawienia „Na podstawie stanu początkowego składowej".

Jeśli zaprojektowano zbrojenie sprężające, należy zdefiniować naprężenia w każdym cięgnie dla wszystkich istniejących etapów budowy (patrz rozdział 2). Aplikacja RCS umożliwia zdefiniowanie wartości naprężeń w cięgnach po długoterminowych stratach obliczonych metodą TDA („Naprężenie po długoterminowych stratach") lub zdefiniowanie szacowanych strat krótko- i długoterminowych („Szacowanie strat sprężania").

Całkowite efekty sprężania

Aplikacja RCS rozróżnia dwa rodzaje efektów sprężania – pierwotne i wtórne efekty sprężania. Oba rodzaje przyjmuje się jako działające na końcowy przekrój zespolony. Efekty sprężania są definiowane dla każdego etapu budowy w celu uwzględnienia długoterminowych strat sprężania. Pierwotne efekty sprężania są obliczane automatycznie na podstawie właściwości cięgien (położenia w przekroju, pola przekroju cięgna oraz naprężeń w cięgnie w rozpatrywanym etapie budowy). Siły wewnętrzne od pierwotnego sprężania w chwili 10 dni obliczane są jako:

\[N_{p}^{P},_{10}=A_{p}\times \sigma_{p},_{10}\]

\[M_{p}^{P},_{10}=A_{p}\times \sigma_{p},_{10}\times e_{p}\]

N_p,10^P  .   .   .   siła normalna w przekroju od pierwotnych efektów przyczepnościowego zbrojenia sprężającego w rozpatrywanym czasie (10 dni)

M_p,10^P  .   .   .   moment gnący w przekroju od pierwotnych efektów przyczepnościowego zbrojenia sprężającego w rozpatrywanym czasie (10 dni)

A_p    .   .   .   .   pole przekroju przyczepnościowego zbrojenia sprężającego

σ_p,10     .   .   .   naprężenie w zbrojeniu sprężającym w rozpatrywanym czasie (10 dni)

e_p     .   .   .   .   odległość od środka ciężkości zbrojenia sprężającego do środka ciężkości idealizowanego końcowego przekroju zespolonego C_g,i

Wtórne efekty sprężania są zawsze definiowane przez użytkownika. Siły wewnętrzne zdefiniowane w tabeli obejmują:

• Całkowite efekty nieprzyczepnościowego lub zewnętrznego zbrojenia sprężającego (jeśli użytkownik zdefiniował ten typ zbrojenia w globalnym modelu obliczeniowym).

Suma pierwotnych i wtórnych efektów zdefiniowanych w powyższej tabeli jest automatycznie kopiowana do tabeli w sekcji „Siły wewnętrzne". Konieczne jest staranne i prawidłowe zdefiniowanie sprężania, aby uniknąć błędnych wyników.

Siły wewnętrzne

Aby poprawnie przeprowadzić sprawdzenie normowe przekroju zespolonego, należy wykonać kilka ostatnich kroków. W „Przekroju" konieczne jest zdefiniowanie „Ekstremów" dla każdego czasu, w którym ma być przeprowadzone sprawdzenie normowe. Zdefiniowane czasy ekstremów muszą odpowiadać czasom zdefiniowanym w „Etapach budowy" (rozdz. 2). Wówczas poprawne wartości sił wewnętrznych do obliczenia stanu początkowego przekroju zostaną pobrane z zakładki „Etapy obciążeń".

Pozostałe rodzaje działających sił wewnętrznych należy zdefiniować w zakładce „Siły wewnętrzne". Siły wewnętrzne są definiowane oddzielnie dla każdego ekstremum.

Obciążenie stałe

Wiersze o nazwie „Suma stała G_dj" służą jako dane wejściowe dla kombinacyjnej wartości obciążeń stałych (wraz z współczynnikami obciążeń) działających w rozpatrywanym etapie budowy.

Stałe siły wewnętrzne można definiować ręcznie lub importować z „Etapów obciążeń" za pomocą poleceń na wstążce. Podczas importowania sił wewnętrznych SGN z „Etapów obciążeń" użytkownik może ustawić współczynnik obciążenia dla obciążenia stałego.

Przy imporcie stałych sił wewnętrznych z „Etapów obciążeń" stosowane są następujące zasady:

• Kombinacyjna wartość sił wewnętrznych dla sprawdzeń SGN jest obliczana jako

Suma stała = (Efekty początkowe przekroju – Całkowite efekty sprężania) ·γ_Gj,sup

• Kombinacyjne wartości sił wewnętrznych dla sprawdzeń SGU są obliczane jako

Suma stała = Efekty początkowe przekroju – Całkowite efekty sprężania

Obciążenie zmienne

Wypadkowa wartość sił wewnętrznych od obciążenia zmiennego (wraz z kombinacyjnymi współczynnikami obciążeń) jest definiowana ręcznie przez użytkownika. Wartości te są zazwyczaj uzyskiwane z globalnej analizy konstrukcji.

Efekty sprężania

Całkowite efekty sprężania są automatycznie importowane z zakładki „Etapy obciążeń" jako suma pierwotnych i wtórnych efektów sprężania zdefiniowanych w zakładce „Całkowite efekty sprężania" (rozdz. 3.3). Wartości te nie mogą być edytowane przez użytkownika.