Лекция 10. Инженерная нелинейность

В силовом методе расчета прочности железобетонных элементов эпюру напряжений в предельном состоянии принимают прямоугольной. При этом не учитывается в прямом виде нелинейная диаграма деформирования бетона. Сейчас этот метод применяется для предварительного расчета и расчета простых, достаточно исследованных конструкций – например однопролетных балок. При расчете внецентренно сжатых элементов точность расчета ухудшанется.

В настоящее время правилами проектирования принят деформационный метод расчета, основывающийся на нелинейных диаграммах деформирования бетона и нелинейной эпюре напряжений в бетоне сжатой зоны. Реальные свойства учитываются при расчете армирования в сечениях, но не учитываются при расчете напряженно-деформированного состояния системы.

Расчет методом инженерной нелинейности позволяет приближенно учесть изменение жесткостей конечных элементов в процессе загружения и перераспределение усилий в системе. Расчетные площади арматуры выполняются с учетом перераспределения усилий.

Задание информации для расчета в системе "Инженерная нелинейность"

Основная идея инженерной нелинейности — выполнение расчета железобетонной конструкции в физически нелинейной постановке с предварительным подбором арматуры и последующим вычислением интегральных жесткостных характеристик элементов при “определяющем загружении”. При этом используются те же конечные элементы, что и при статическом расчете конструкции.

Такой подход позволяет выполнить более эффективное армирование железобетонных элементов и получить приближенные к реальным перемещения конструкции.

Расчет задач инженерной нелинейности выполняется в итерационном процессе и состоит из нескольких стадий:

1. Статический расчет и вычисление внутренних усилий в элементах схемы.

2. Автоматический подбор арматуры в элементах.

3. Вычисление новых интегральных жесткосных характеристик элементов с учетом заданных диаграмм деформирования материалов, в результате которого стержневые элементы становятся стержневыми элементами с переменной жесткостью, а пластинчатые элементы приобретают свойства ортотропных оболочек.

4. Выполнение статического расчета конструкции с новыми интегральными жесткостными характеристиками элементов.

Применение метода инженерной нелинейности дало увеличение армирования в колоннах на (1.55 – 1.49)/1.49х100 = 4%.

Армирование при расчете методом инженерной нелинейности – 1.92. Армирование только с учетом нелинейной работы бетона сжатой зоны, но линейной работы системы – 1.86%. Следовательно, применение метода инженерной нелинейности в рассмотренной задаче приводит к увеличению армирования ригелей на (1.92 – 1.86)/1.86х100 = 3%. Необходимо продолжить исследование метода инженерной нелинейности в направлении поиска области эффективности его применения.