Bazele teoretice ale consolidării construcțiilor din beton armat
Acest articol rezumă ce prevederi ale TBDY 2018 aplică modulul de consolidare StatiCAD și cum, ce ipoteze face și care sunt limitele domeniului de aplicare. Lanțul de evaluare propriu-zis (Capitolul 15, modelul cu fibre al secțiunii, decizia 15.8) se află în articolul Bazele teoretice ale analizei pushover; aici sunt descrise doar părțile pe care consolidarea le adaugă acestui lanț.
1. Principiul de bază: aceeași evaluare, elemente consolidate
Conform TBDY 2018 15.9.1, siguranța seismică a clădirii consolidate se stabilește cu principiile de calcul și de evaluare date pentru clădirile existente. De aceea StatiCAD nu construiește un „calcul de consolidare” separat: consolidarea este o proprietate a elementului, iar același lanț de evaluare este parcurs încă o dată cu secțiunea, rigiditatea și capacitatea consolidate. Cât timp opțiunea principală este debifată, calculul este identic cu cel al stării dinaintea consolidării.
Conform distincției din TBDY 15.9.3, confinarea cu FRP, cămășuirea, confinarea cu oțel și din beton armat, etrierii exteriori și consolidarea pereților de umplutură reprezintă consolidare de element, iar peretele nou din beton armat reprezintă consolidare de sistem. Modulul gestionează ambele cu aceeași opțiune.
2. Confinarea stâlpilor (15.10.1)
Prima frază din 15.10.1 stabilește o limită categorică: prin aceste metode capacitatea la încovoiere a stâlpilor nu poate fi mărită. Modulul aplică acest lucru la toate cele trei metode de confinare.
2.1 Confinarea cu polimer armat cu fibre (FRP) — 15.10.1.3 și EK 15B
| Mărime | Ecuație | Aplicare |
|---|---|---|
| Coeficientul de eficiență κa | 15B.7 | 1 la secțiunea circulară; b/h la elipsă; la dreptunghi 1 − [(b−2rc)² + (h−2rc)²]/(3bh). La secțiunile cu raportul laturilor peste 2,5 (la elipsă 3) creșterea axială și de ductilitate nu se aplică. |
| Deformația specifică efectivă a FRP εf | 15B.3 / 15B.4 | Pentru forfecare min(0,004; 0,50 εfu); pentru ductilitate și forță axială min(0,50 εfu; 0,01). |
| Presiunea laterală fl | 15B.6 | fl = ½ · κa · ρf · εf · Ef; ρf = 2·nf·tf·(b+h)/(b·h) · (wf/sf). |
| Rezistența și deformația specifică ale betonului confinat | 15B.5, 15B.8 | fcc = fcm·[1 + 2,4·(fl/fcm)] ≥ 1,2·fcm; εcc = 0,002·[1 + 15·(fl/fcm)^0,75]. |
| Modelul betonului | 15B.3(b) | σ–ε bilinear: (0, 0) → (0,002, fcm) → (εcc, fcc). Modelul FRP înlocuiește confinarea dată de etrieri, nu se adaugă peste aceasta. |
| Limitele de deteriorare | 15B.3(b) | GÖ = εcc (cu limita superioară 0,018), KH = 0,75·εcc, SH = 0,004. |
| Contribuția la forfecare Vf | 15B.1 / 15B.2 | Vf = 2·nf·tf·wf·Ef·εf·d/sf; la înfășurarea continuă wf = sf; la benzi, dacă sf ≤ wf + d/4 nu este îndeplinită, contribuția este zero. Vr = Vc + Vw + Vf ≤ Vmax. |
| Verificarea lungimii de petrecere | 15B.4: 15B.9–15B.11 | Dacă se introduce lungimea de petrecere existentă, grosimea totală necesară de FRP este calculată și comparată cu cea asigurată, iar rezultatul este scris în etichetă. Dacă raportul dimensiunilor secțiunii este > 2 sau armătura are suprafață netedă, se tipărește eticheta „uygulanamaz” (neaplicabil). Această verificare nu modifică capacitatea. |
La stâlpii cu secțiune poligonală, deoarece κa nu este definit, FRP nu se aplică și se emite un avertisment.
2.2 Confinarea din beton armat — 15.10.1.1
Rezistența la forfecare și la compresiune se calculează din dimensiunile secțiunii brute înconjurate și se reduce cu 0,9; capacitatea la încovoiere și rigiditatea nu se modifică. Efectul de confinare continuă să fie citit din miezul existent.
2.3 Confinarea cu oțel — 15.10.1.2, Ec. 15.3
Vj = tj·b·d/s·fyw se adaugă la rezistența la forfecare (tj, b, s: grosimea, lățimea și distanța dintre plăcile orizontale). Încovoierea și ductilitatea rămân neschimbate.
3. Mărirea secțiunii stâlpului (cămășuire din beton armat) — 15.10.2
Este singura metodă pentru stâlpi care mărește capacitatea la încovoiere. Conform normativului, rezistența la încovoiere, forfecare, compresiune și rigiditatea la încovoiere se calculează cu dimensiunile secțiunii brute și cu proprietățile de proiectare ale betonului adăugat, iar rigiditățile și rezistențele obținute se înmulțesc cu 0,9. Modulul aplică acest coeficient în trei locuri:
- Rigiditatea elementului finit: Se folosesc proprietățile de secțiune transformate conform modelului ales în fila Stâlp (n = E_cămășuială / E_existent):
- Compozit (implicit): secțiunea existentă + n × inelul de cămășuire; la cămășuirea unilaterală, cu termeni de axe paralele față de centrul de greutate compozit,
- Litera normativului: secțiunea brută cu betonul de cămășuire,
- Numai cămășuiala: stâlpul existent este ignorat (cazul stâlpului existent grav deteriorat).
- Capacitatea secțiunii (model cu fibre): Dimensiunea exterioară este cea cămășuită; miezul este stâlpul existent (cu betonul existent și confinarea dată de etrieri), învelișul este betonul de cămășuire. Armătura longitudinală a cămășuielii este amplasată cu pas egal de-a lungul fețelor cămășuite (contur închis la 4 fețe, U la 3 fețe, L la 2 fețe, o singură latură la 1 față) și participă la capacitatea la încovoiere.
- Calea liniară: Rezistența la forfecare și limita superioară a acesteia provin din secțiunea cămășuită; EI la rotirea de curgere și lungimea articulației plastice provin din secțiunea cămășuită. Dacă se introduc etrierii cămășuielii, aceștia se adaugă la rezistența la forfecare.
La cămășuirea pe 1, 2 și 3 fețe, deoarece secțiunea este asimetrică, se folosește valoarea mai mică dintre capacitățile la moment ± (de partea siguranței).
4. Confinarea grinzilor — 15.10.3
Capacitatea la încovoiere a grinzilor nu poate fi mărită prin confinare. Etrierii exteriori (15.10.3.1) se adaugă numai la rezistența la forfecare, ca aport al etrierilor conform TS 500; nu există efect de confinare. Înfășurarea cu FRP (15.10.3.2) intră, conform regulilor EK 15B (confinare completă; la benzi sf ≤ wf + d/4), atât în modelul confinat, cât și în contribuția la forfecare.
5. Peretele de consolidare din beton armat turnat monolit — 15.10.5
Elementul desenat în model ca perete structural obișnuit din beton armat este marcat ca „perete nou de consolidare”. Cât timp opțiunea principală este debifată, peretele nu există în modelul cu elemente finite: nu oferă rigiditate și rezistență, iar greutatea proprie și încărcările suplimentare definite ale acestuia sunt anulate; peretele nu constituie reazem pentru planșeu, iar încărcarea acelei laturi se distribuie pe reazemele rămase. Când este bifată, conform 15.9.2 este element nou și este evaluat cu clasele de material date de utilizator, luând coeficientul nivelului de cunoaștere 1.
Ancorajul (15.10.5.1/.2): Fluxul de forfecare dintre perete și cadrul existent se ia q = Vd/lw, în ipoteza unui panou de forfecare pur; capacitatea este, conform forfecării prin frecare din TS 500, qr = μ·Asl·fyd. Se verifică condițiile Ø ≥ 16 mm, adâncime ≥ 10Ø și distanță ≤ 400 mm. Zona de capăt (15.10.5.3): Dacă la capătul peretelui există un stâlp existent, acesta poate fi folosit ca zonă de capăt (dacă este necesar, este cămășuit); în caz contrar trebuie creată o zonă de capăt. Modulul analizează geometria și scrie nota corespunzătoare. Fundația peretelui este în afara domeniului modulului și este reamintită în raport.
6. Consolidarea pereților de umplutură — 15.10.4 și EK 15C
6.1 Modelul barei diagonale echivalente
| Ecuație | Expresie |
|---|---|
| 15C.2 | λd = [Ed·td·sin2θ / (4·Ec·Ik·hd)]^¼ |
| 15C.1 | ad = 0,175·(λd·hk)^−0,4 · rd |
| 15C.3 | kd = ad·td·Ed / rd (rigiditatea axială a barei comprimate) |
| 15C.4 | Vd = Ad·(τd + fyd·ρsh) ≤ 0,22·Ad·fd (tencuială armată cu plasă de oțel) |
| 15C.6 / 15C.7 | Tf = 0,003·Ef·wf·tf; kt = wf·tf·Ef / rd; wf ≤ ad (bară întinsă din FRP) |
| 15C.5 | Valorile materialului peretelui (cărămidă de fabrică cu goluri, cărămidă plină arsă manual, beton celular autoclavizat) |
În analiza liniară (combinarea modurilor), deoarece nu se poate crea o singură bară comprimată cu acțiune unidirecțională, ambelor diagonale li se dă aceeași rigiditate axială; rigiditatea orizontală totală este egală cu rigiditatea barei comprimate unice din normativ (la FRP, a perechii). În analiza pushover, deoarece fiecare direcție de împingere este un model separat, barele sunt unidirecționale, în funcție de direcție; când forța axială a barei atinge capacitatea acesteia, bara este eliminată din model în ipoteza comportamentului fragil, iar forța se redistribuie în cadru.
6.2 Evaluarea performanței
Peretele de umplutură consolidat este considerat element vertical. Regiunea de deteriorare se stabilește după unghiul de rotire: γ = |deplasarea relativă de nivel| / înălțimea de nivel; limitele din TBDY Tabelul 15.2 sunt SH 0,003 / KH 0,005 / GÖ 0,010. În plus, componenta orizontală a forțelor axiale ale barelor diagonale sub acțiunea cutremurului este comparată cu capacitatea la forfecare; dacă aceasta este depășită, peretele este considerat fragil. Condițiile privind diagonala/grosimea, procentul de goluri, raportul lungime/înălțime și limita de etaje sunt la nivel de avertisment; detaliile de ancoraj și de buloane nu intră în calcul și sunt reamintite în sinteză.
7. Limitele domeniului de aplicare
- Consolidarea lungimii de petrecere cu FRP este la nivel de verificare (nu influențează capacitatea); la stâlpul cu secțiune poligonală FRP nu se aplică.
- La cămășuirea unilaterală, axa barei elementului finit rămâne în stâlpul existent (excentricitatea este luată în considerare în capacitatea secțiunii); etrierii cămășuielii sunt considerați cu două ramuri; pentru cămășuire nu se generează antemăsurători și desene.
- La peretele nou, proiectarea zonei de capăt nu este automată; fundația peretelui este în afara domeniului.
- La peretele de umplutură nu se ia un modul de elasticitate compozit.
- Verificările suplimentare de tip forfecare (confinarea cu oțel, etrierii exteriori, ancorajul) sunt raportate în evaluarea liniară.
- Încălcarea regulilor nu oprește calculul; ea apare în lista de verificare a proiectului ca eroare sau avertisment, iar decizia aparține inginerului.