Результаты расчета

Использование разработанной модели проиллюстрируем на задаче по определению НДС 7-этажного здания из монолитного железобетона (рис. 1, 2.1, 2.2). Для элементов здания были приняты следующие размеры: а) толщина перекрытий 250 мм; б) толщина пилонов 350 мм. На данном этапе расчета влияние основания не учитывалось, а ограничивалось жестким защемлением пилонов в фундаменте и основании. К зданию прикладывались вертикальные нагрузки на перекрытиях и горизонтальные – по двум взаимно ортогональным фасадам.

Рис. 1. План расчетной схемы здания

Рис. 2.1. Аксонометрия здания

Рис 2.2. Южный фасад здания

Монолитный бетон несущих конструкций здания принят с пределом прочности на сжатие [1, 3]. Плиты перекрытия армированы сетками из стержней Ø14 мм A400 (защитный слой 35 мм, предел текучести ), арматура пилонов принята симметричная двумя сетками из стержней Ø12 мм A400 (защитный слой 30 мм). Характер приложения нагрузок представлен на рис. 3.

Рис. 3. Нагрузки и восточный фасад здания

Р ис. 4 и 5 характеризуют прогибы (м) перекрытий в обозначенных точках (рис. 2.1). Расчеты выполнены с учетом сравнения с аналогичными результатами из пакетов STARK ES, ANSYS и LIRA-SAPR.

Рис. 4. Вертикальные перемещения точки 1 Рис. 5. Вертикальные перемещения в точке 1

в плите 1, м плоскости 2, м

По данным расчета ясно, что представленная модель демонстрирует хорошие результаты. Вычисленные перемещения отклоняются от результатов расчета в ANSYS с учетом классической нелинейности, которые не учитывают зависимость деформационных характеристик бетона, в точках экстремума на 19%. Отклонения по экстремальным напряжениям колеблются в интервале от –25% до +45%. Анализ полученных результатов расчета здания доказывает, что рассмотренная модель имеет ряд преимуществ перед широко эксплуатируемыми САПР. Разработанная модель учитывает не только зависимость прочностных характеристик бетона от вида напряженного состояния, но и деформационных, а также сохраняется учет появления и роста трещин, упругие и пластические деформации арматуры на разных стадиях нагружения. При этом конечный элемент сформулирован в удобной форме для цифровой реализации в составе Bim-технологий.

Выводы

Подтверждено, что неучет зависимости деформационных характеристик бетона от вида напряженного состояния при возможных его изменениях, появления повреждений типа трещин в пространственной железобетонной несущей системе, приводит к существенным погрешностям при определении основных характеристик НДС конструкций. Поэтому обеспечение достоверности результатов расчетов и предотвращения аварийных ситуаций современных высотных зданий требует учета влияния усложненных свойств материалов и конструкций в более полном объеме.

Библиографический список

1. Трещев, А.А. Теория деформирования и прочности материалов с изначальной и наведенной чувствительностью к виду напряженного состояния. Определяющие соотношения / А.А.Трещев. – М.; Тула: РААСН; ТулГУ, 2016. − 328 с.

2. Теличко, В.Г. Гибридный конечный элемент для расчета плит и оболочек с усложненными свойствами / В.Г.Теличко, А.А.Трещев // Известия вузов. Строительство. – 2003. – № 5 – С. 17-23.

3. Артемов, А.Н. Поперечный изгиб железобетонных плит с учетом трещин / А.Н.Артемов, А.А.Трещев // Изв. вузов. Строительство. – 1994. – №9 – 10. – С. 7–12.

4. Jendele, L. On the solution of multi-point constraints – application to FE analysis of reinforced concrete structures / L.Jendele, J.Cˇervenka // Computers & Structures. 2009. Vol. 87. Pp. 970–980.

5. Гениев, Г.А. Теория пластичности бетона и железобетона / Г.А.Гениев, В.Н. Киссюк, Г.А. Тюпин. – М.: Стройиздат, 1974. – 316 с.

References

1. Treschev, A.A. The theory of deformation and strength of materials with an initial or induced sensitivity to the form of the stress state. The governing relations, Moscow – Tula: RAACS – Tulgu, 2016. 328 p.

2. Telichko, V.G. Hybrid finite element for the calculation of plates and shells with complicated properties. News of higher education. Construction. 2003. No. 5. Pp. 17-23.

3. Artemov, A.N., Treschev A.A. Transverse bending of reinforced concrete slabs with cracks. News of higher education.Construction. 1994. No. 9 – 10. Pp. 7-12.

4. Jendele L., Cˇervenka J. On the solution of multi-point constraints – application to FE analysis of reinforced concrete structures. Computers & Structures. 2009. Vol. 87. Pp. 970–980.

5. Geniev G.A., Kissock V.N., Tyupin G.A. Theory of plasticity of concrete and reinforced concrete. M.: Stroizdat, 1974. 316 p.

NEW ON THE CALCULATION OF MONOLITHIC REINFORCED CONCRETE

SKELETON MULTISTORY BUILDING

A. Treschev¹, V. G. Telichko², N. V. Zolotov³

Tula State Univercity^{1, 2, 3}

Russia,Tula

1 Corresponding member of RAACS, Dr. of Techn. Sciences, prof., head of the Department of Construction, Building Materials and Structures 2 PhD in Techn. Sciences, Associate professor of the Department of Construction, Building Materials and Structures 3 Рost-graduate Student of the Department of Construction, Building Materials and Structures tel. +7(4872)25-71-08; e-mail: taa58@yandex.ru

The finite-element model of deformation-strength calculation of the spatial load-bearing system of a multi-storey building made of reinforced concrete in monolithic construction is developed. This model is based on hybrid elements, which take into account the dependence of the mechanical properties of concrete on the type of stress state, the presence of cracks in it and the occurrence of plastic deformation of the reinforcement. Some decisions on the basis of the accepted model in comparison with calculations in industrial CAD packages are analyzed.

Keywords: monolithic reinforced concrete, hybrid finite elements, spatial bearing system, sensitivity to the type of stress state, normalized stresses, formation of stresses.

Расчет и проектирование оснований и фундаментов эданий и сооружений

УДК 624. 02. 86