Верификация модуля усиления железобетонных конструкций

Эта статья кратко описывает работы по верификации модуля усиления железобетонных конструкций и их результаты. Формулы сопоставлены с независимой реализацией и ручными расчётами, а их влияние прослежено по результатам анализа на примерах железобетонных зданий (их производные варианты — каркасные, со стенами жёсткости и с заполняющими стенами).

1. Неизменность результатов при выключенном усилении

подсказка

Даже при заданных данных об усилении, при выключенной главной опции результаты оценки эксплуатационных характеристик всех элементов примера здания были построчно сопоставлены с результатами до добавления модуля усиления, и найдена нулевая разница. Это сравнение повторяется в каждой версии.

2. Формулы Прил. 15B и цепочка ФАП

Проверка	Метод	Результат
κa, εf, ρf, fl, fcc, εcc (сплошная обёртка и полосами, круг, эллипс, включая превышение отношения сторон — 7 случаев)	Сопоставление с независимой реализацией	Наибольшая относительная разница 3,3·10⁻¹³ %
Vf (сплошная, полосами, включая случай невыполнения условия шага полос — 5 случаев)	Сопоставление с независимой реализацией	1,7·10⁻¹³ %
Vf в цепочке анализа	Применение ФАП к 12 колоннам и 17 балкам	Вклад балки в срез точно совпадает со значением в модульном тесте (281,0 кН)
Влияние на сечение	ФАП на 12 колоннах 1-го этажа	Изменились результаты только этих колонн; предельная кривизна +3,6 % (ожидаемый эффект идеализации Прил. 15B)
Длина нахлёстки (15B.9–15B.11)	Ручной расчёт	Требуемая толщина ФАП и промежуточные величины совпадают точно; если существующих хомутов достаточно, требуемая толщина равна нулю

3. Обойма колонн, стальная и железобетонная обоймы, внешние хомуты

Проверка	Результат
Жёсткость: обойма 10 см с 4 гранями на 12 колоннах 1-го этажа	Первый период 0,3252 → 0,2811 с; при выключении опции возвращается точно
Несущая способность: те же колонны	Отношение момента текучести у колонн с обоймой не более 1,34 (50×50 → 70×70 см, с коэффициентом 0,9)
Продольная арматура обоймы: 8Ø16	Расположение и площади стержней совпадают с ручным расчётом; отношение момента текучести колонны (с арматурой / без арматуры) в среднем 1,36; схемы U, L и одной стороны при обоймах с 3, 2 и 1 гранью проверены вручную
Модели обоймы (Композитная, По букве норм, Только обойма; 8 случаев)	Приведённые характеристики сечения совпадают с независимым расчётом с относительной разницей ≤ 4·10⁻¹⁵; контрольные ручные расчёты согласованы. Порядок периодов и несущей способности соответствует ожидаемому
Хомуты обоймы	Вклад в срез совпадает с ручным расчётом (Ø10/100, 2 ветви: 435,4 кН, с коэффициентом 0,9)
Односторонняя обойма	Для асимметричного сечения ± несущие способности вычисляются раздельно и берётся меньшая; при обойме с 4 гранями результаты совпадают с симметричным случаем
Стальная обойма (Vj) и внешние хомуты (Vw)	Вычисленные значения совпадают с формулой; Vj точно совпадает со значением в итоговом поле окна
Железобетонная обойма	Сопротивление срезу ×0,9; изгиб и жёсткость не меняются

4. Новая усиливающая стена жёсткости

В примере здания со стенами жёсткости одна стена была отмечена как «новая усиливающая стена»:

Прогон	Периоды	Стена
Без отметки (обычная стена)	T1 = 0,3175 с	Обычная стена
С отметкой, опция выключена	T1 = 0,4087 с	В модели до усиления отсутствует
С отметкой, опция включена	Точно совпадает с прогоном без отметки	Требование по анкеровке q = 332,4 Н/мм, несущая способность qr = 367,2 Н/мм, отношение 0,905

подсказка

По ведомостям масс подтверждено, что при выключенной опции собственный вес стены вычитается из веса этажа, веса здания и масс конечных элементов, а нагрузка от плиты, опирающейся на стену, распределяется на соседние опоры с сохранением суммы. Значения по анкеровке совпадают с ручным расчётом.

5. Усиление заполняющей стены (Прил. 15C)

В производном варианте здания со стенами жёсткости одна стена была преобразована в заполняющую (654 × 260 см в свету, толщина 24 см, колонны 50×50) и рассчитаны два метода:

Прогон	Программа	Ручной расчёт
Штукатурка с сеткой (30 мм, 2 грани)	ad = 911,2 мм; kd = 77 678,6 кН/м; Vd = 1294,9 кН	ad = 911 мм; kd = 77,66 МН/м; Vd = min(1825; 1295) = 1295 кН
Диагональная полоса ФАП	ad = 931,7 мм; kt = 1627,5 кН/м; Tf = 34,4 кН; Vd = 313,9 кН	kt = 1627,5 кН/м; Tf = 34,4 кН; Vd = 313,9 кН
Штукатурка с сеткой, опция выключена	Результаты точно совпадают со зданием без усиления	—

к сведению

В pushover-анализе схема с односторонними стержнями сопоставлена с симметричной парной схемой: одинаковое число событий и разница в базовом сдвиге менее 0,01 % (суммарная горизонтальная жёсткость одинакова; разница только в распределении усилий в стержнях). События, в которых диагональные стержни достигают несущей способности, проверены ручным расчётом: сжатый стержень исключён из модели при N = Vd / cos θ, а растянутая связь ФАП — при T = Tf.

В тестовой модели, подготовленной с исходными данными, не удовлетворяющими нормативным условиям (малый радиус скругления угла, тонкая обёртка, короткая нахлёстка, недостаточная анкеровка, тонкая штукатурка и высокая доля проёмов), в контрольный список проекта без повторов попали ожидаемые строки ошибок и предупреждений.

6. Сравнение «до» и «после»

На примере здания сначала выполнен расчёт с выключенной опцией («до»), затем после устройства обоймы на 12 колоннах — с включённой опцией («после»). Блок сравнения корректно отразил уровень здания, проценты критериев, 12 усиленных элементов и распределение повреждений. Между выполнением двух прогонов подряд в одном сеансе и раздельным их выполнением разницы по повреждениям, виду разрушения и уровню здания не обнаружено.

7. Интерфейс и сохранение

• Вкладка «Усиление» в трёх окнах свойств проверена для множественного выбора, активации вариантов по типу элемента и состояний значений, оставшихся от предыдущего элемента.
• Данные об усилении сохранены как в текстовом, так и в двоичном формате проекта, открыты повторно и прочитаны точно так же. Старые файлы проектов открываются без усиления.

примечание

Основополагающим принципом остаётся проверка всех результатов, полученных с помощью программного обеспечения, ответственным инженером.