Верифікаційні дослідження підсилення залізобетонних конструкцій

Ця стаття коротко викладає верифікаційні дослідження модуля підсилення залізобетонних конструкцій та їхні результати. Формули порівняно з незалежною реалізацією та ручними розрахунками, а їхній вплив простежено за результатами аналізу на зразкових залізобетонних будівлях (каркасних, зі стінами жорсткості та із заповнювальними стінами).

1. Незмінність результатів при вимкненому підсиленні

порада

Навіть коли дані підсилення задано, але головну опцію вимкнено, результати оцінки експлуатаційних характеристик усіх елементів зразкової будівлі порівнювалися рядок за рядком із результатами до додавання модуля підсилення, і виявлено нульову різницю. Це порівняння повторюється в кожній редакції.

2. Формули Дод. 15B і ланцюжок ФАП

Верифікація	Метод	Результат
κa, εf, ρf, fl, fcc, εcc (суцільне та смугове обгортання, круглий переріз, еліпс, включно з перевищенням співвідношення сторін — 7 випадків)	Порівняння з незалежною реалізацією	Найбільша відносна різниця 3,3·10⁻¹³ %
Vf (суцільне, смугове, включно з випадком невиконання умови кроку смуг — 5 випадків)	Порівняння з незалежною реалізацією	1,7·10⁻¹³ %
Vf в ланцюжку аналізу	Застосування ФАП до 12 колон і 17 балок	Внесок балки в зсув точно збігається зі значенням у модульному тесті (281,0 kN)
Вплив на переріз	ФАП на 12 колонах 1-го поверху	Змінилися результати лише цих колон; кривина при руйнуванні +3,6 % (очікуваний ефект ідеалізації Дод. 15B)
Довжина нахльосту (15B.9–15B.11)	Ручний розрахунок	Необхідна товщина ФАП та проміжні величини збігаються точно; коли наявних хомутів достатньо, необхідна товщина дорівнює нулю

3. Обойма колон, сталеве та залізобетонне обгортання, зовнішні хомути

Верифікація	Результат
Жорсткість: обойма 10 см з 4 граней на 12 колонах 1-го поверху	Перший період 0,3252 → 0,2811 s; після вимкнення опції точно повертається
Несуча здатність: ті самі колони	Відношення моменту текучості в колонах з обоймою щонайбільше 1,34 (50×50 → 70×70 см, з коефіцієнтом 0,9)
Поздовжня арматура обойми: 8Ø16	Розміщення стрижнів і площі збігаються з ручним розрахунком; відношення моменту текучості колони (з арматурою / без арматури) у середньому 1,36; розміщення U-подібне, L-подібне та по одній стороні в обоймах з 3, 2 і 1 грані перевірено вручну
Моделі обойми (Композитна, За літерою норм, Лише обойма; 8 випадків)	Перетворені характеристики перерізу збігаються з незалежним розрахунком з відносною різницею ≤ 4·10⁻¹⁵; перевірки ручним розрахунком узгоджені. Послідовність періодів і несучої здатності відповідає очікуваній
Хомути обойми	Внесок у зсув збігається з ручним розрахунком (Ø10/100, 2 вітки: 435,4 kN, з коефіцієнтом 0,9)
Одностороння обойма	Для асиметричного перерізу ± несучі здатності обчислюються окремо й береться менша; для обойми з 4 граней результати збігаються із симетричним випадком
Сталеве обгортання (Vj) та зовнішні хомути (Vw)	Обчислені значення збігаються з формулою; Vj точно збігається зі значенням у підсумку вікна
Залізобетонне обгортання	Зсувна міцність ×0,9; згин і жорсткість не змінюються

4. Нова підсилювальна стіна жорсткості

У зразковій будівлі зі стінами жорсткості одну стіну позначено як «нову підсилювальну стіну жорсткості»:

Прогін	Періоди	Стіна
Без позначки (звичайна стіна)	T1 = 0,3175 s	Звичайна стіна
З позначкою, опцію вимкнено	T1 = 0,4087 s	У моделі до підсилення відсутня
З позначкою, опцію ввімкнено	Точно збігається з прогоном без позначки	Потреба в анкеруванні q = 332,4 N/mm, несуча здатність qr = 367,2 N/mm, відношення 0,905

порада

За масовими відомостями підтверджено, що при вимкненій опції власна вага стіни вилучається з ваги поверху, ваги будівлі та мас скінченних елементів, а навантаження від плити, що спирається на стіну, розподіляється на сусідні опори із збереженням загальної суми. Значення анкерування збігаються з ручним розрахунком.

5. Підсилення заповнювальної стіни (Дод. 15C)

У похідному варіанті будівлі зі стінами жорсткості одну стіну перетворено на заповнювальну (654 × 260 см у світлі, товщина 24 см, колони 50×50), і розраховано два методи:

Прогін	Програма	Ручний розрахунок
Штукатурка із сталевою сіткою (30 мм, 2 грані)	ad = 911,2 mm; kd = 77 678,6 kN/m; Vd = 1294,9 kN	ad = 911 mm; kd = 77,66 MN/m; Vd = min(1825; 1295) = 1295 kN
Діагональна смуга ФАП	ad = 931,7 mm; kt = 1627,5 kN/m; Tf = 34,4 kN; Vd = 313,9 kN	kt = 1627,5 kN/m; Tf = 34,4 kN; Vd = 313,9 kN
Штукатурка із сталевою сіткою, опцію вимкнено	Результати точно збігаються з будівлею без підсилення	—

інформація

У пушовер-аналізі односторонню схему стрижнів порівняно із симетричною парною схемою: однакова кількість подій і різниця базового зсуву менше 0,01 % (сумарна горизонтальна жорсткість однакова; різниця лише в розподілі зусиль стрижнів). Події, у яких діагональні стрижні досягали несучої здатності, перевірено ручним розрахунком: стиснутий стрижень виключено з моделі при N = Vd / cos θ, розтягнуту в’язь ФАП — при T = Tf.

На тестовій моделі, підготовленій із вхідними даними, що не відповідають умовам норм (малий радіус кута, тонке обгортання, короткий нахльост, недостатнє анкерування, тонка штукатурка і велика частка прорізів), до контрольного списку проєкту без повторів потрапили очікувані рядки помилок і попереджень.

6. Порівняння до / після

На зразковій будівлі спочатку виконано аналіз з вимкненою опцією (до), потім — після влаштування обойми на 12 колонах — з увімкненою (після). Блок порівняння правильно відобразив рівень будівлі, відсотки критеріїв, 12 підсилених елементів і розподіл пошкоджень. Між послідовним виконанням обох прогонів в одному сеансі та їх виконанням окремо різниці щодо пошкоджень, виду руйнування та рівня будівлі не виявлено.

7. Інтерфейс і збереження

• Вкладку «Підсилення» у трьох вікнах властивостей перевірено щодо множинного вибору, активації опцій залежно від типу елемента та станів зі значеннями, що лишилися від попереднього елемента.
• Дані підсилення збережено в текстовому та в двійковому форматі проєкту, повторно відкрито, і прочитано точно так само. Старі файли проєктів відкриваються без підсилення.

примітка

Усі результати, отримані за допомогою програми, у будь-якому разі повинен перевірити відповідальний інженер.