Простой метод расчета сдвиговой деформации арматуры бетонных элементов в упругой и пластической области

В данной статье предлагается простой метод расчета деформации сдвига и прочности на сдвиг армированных и предварительно напряженных конструкций. Этот новый подход предполагает, что при больших деформациях бетонные элементы подчиняются условиям совместимости, основанным на смещениях композитного материала под действием сдвигающих сил. Результатом является балка, основанная на теории балок Тимошенко-Эренфеста, которая рассматривает новую гипотезу относительно деформации сдвига, основанную на поведении арматуры, работающей на сдвиг. Новый метод сравнивается с предыдущими подходами, что позволяет оценить технологические преимущества нового способа расчета. Новый метод прост в реализации и предоставляет информацию о деформации сдвига (в упругой и пластической областях) и способности к сдвигу элементов колонны бетонных балок. Также разработан подробный пример, в котором оцениваются все компоненты сдвиговой деформации, а также анализируется упрощение нового метода по сравнению с другими более комплексными методами в упругой области.

Ключевые слова: железобетонные элементы, теории поля сжатия теории балок, деформация сдвига.

Исследование поведения элементов балки-колонны при действии поперечных сил по-прежнему остается сложной задачей [1–3]. Теория бесконечно малых деформаций (также известная как теория малых деформаций) часто применяется к материалам гражданского строительства (бетон и сталь) для анализа деформаций конструкций, [4]. Тем не менее, для больших деформаций, эта гипотеза может быть ненадежной, и другие модели или теории могли бы быть более точными. Использование совместимости на основе смещения, в отличие от теории бесконечно малых деформаций, до сих пор остается актуальной темой для обсуждения.

Однако было продемонстрировано, что это более реалистичный подход к расчету несущей способности железобетонных плит [5–8]. Однако использование волоконных элементов для расчета динамический откликов структур RC очень широко распространен, как и в OpenSees [9], в которой деформация волоконных элементов основан только на изгибной деформации. Исследование сдвиговой деформации и несущей способности, которые применяются к конструктивным элементам, по-прежнему остается сложной задачей [10], и международное сообщество обеспокоено поиском разумного решения этой проблемы расчета сдвиговой деформации и максимальной нагрузки железобетонных элементов при использовании волокнистых элементов. Недавно был предложен элемент колонны-балки из фибры, в котором можно наблюдать взаимодействие изгиба и сдвига для циклического анализа структур RC [11]. Этот элемент [11] основан на теории балки Тимошенко, в которой предполагается, что поперечная сдвиговая деформация равномерно распределяться по сечению и сдвиговую деформацию удерживает только бетон (при использовании теории Модифицированного поля сжатия, [12]).

В данной работе предлагается новый простой метод для сдвиговой деформации балочно-колонных элементов на основе совместимости смещения. Во втором разделе представлен анализ известной теории Тимошенко, в которой упоминается то, что мы использовали в нашем исследовании. В третьем разделе вводится понятие эффективной деформации сдвига (ceff), понятие, которое отражает осевую деформацию от резки арматуры преобразовывается в эффективную деформацию сдвига, а также интересное сравнение нового метода с работой Уэда и др. [13]. Четвертый раздел посвящен рассмотрению поля сжатия для расчета угол наклона стойки. Наконец, пятый раздел состоит из: придание бетону жесткости при растяжении с эффективной сдвиговой деформацией, чтобы вывести формулу сдвиговой деформации, что показано в подробном примере.

Выводы

Новый подход к расчету сдвиговой деформации балочно-колонных элементов из железобетона был рассмотрен в этой статье. Предлагаемый подход, основанный на теории Тимошенко — Эренфеста, прост в реализации и стоит в ряду с теориями других авторов. Предложенный метод получения сдвиговой деформации балки обеспечивает решение широко распространенной проблемы в сообществе инженеров-строителей. На основании результатов, полученных для балки стандартных размеров, можно сделать следующие выводы:

– В линейном диапазоне сдвиговая деформация очень мала. (незначительно) по сравнению с деформацией изгиба

– Деформация сдвига значительна при приближении значения нагрузки разрушения.

– В близи к разрушению, точность натяжения упрочняющейся модель из бетона неактуальна для изучения сдвиговой деформации железобетонных элементов

Литература:

1. Бруджердиан В., Каримпур Х., Алавикия С. (2019) Предположение о поведении железобетонных балок на сдвиг при использовании нелинейного метода механики разрушения. Международный журнал для инженеров-строителей 17 (5): 597–605.
2. Каратон М., Османлы О¨ Ф, Гюльсён М. Е. (2021) Исследование неопределенности в нелинейном сейсмическом анализе армированных железобетонных несущих стен. Международный журнал для инженеров-строителей 19 (3): 301–318.
3. Ян З, Лэй Й, Ли Г (2022) Экспериментальный и конечный элементный анализ поведения на сдвиг предварительно напряженного высокопрочного бетона. Международный журнал для инженеров-строителей.
4. Феррейра А. Ж. М., Рибейро М. С. С., Маркес А. Т. (2004). Анализ гибридных балок, состоящих из профилей стеклопластика и полимербетона. Международный журнал для инженеров-строителей 1 (2): 143–155.
5. Гил-Мартин Л. М., Эрнандес-Монтес Э. (2019) Финальное исследование деформаций при расчете прочности железобетонных конструкций плиты»
6. Кауфманн В. (2019). Рассуждения на тему «Относительности напряжения в расчете прочности железобетонных плит»
7. Гил-Мартин Л. М., Эрнандес-Монтес Э. (2021). Обзор размеров арматуры при расчете прочности железобетона плиты. Международный журнал для инженеров-строителей 27(3):211–223.
8. Гил-Мартин Л. М., Эрнандес-Монтес Э. (2019) Относительности напряжения при расчете прочности железобетонных плит.
9. Маккенна Ф., Фенвес Г. Л., Скотт М. Х. (2000) Открытая система для инженерного моделирования землетрясений. Калифорнийский университет, Беркли
10. Байпур М., Киумарси М., Екрангния М. (2021). Расчет сопротивлению сдвига методом прогнозирования сдвиговых стенок из подкрепленных стальных пластин (SSPSW) с проемами для использования метода отклика поверхности.