Проблемы расчёта продольных трещин в сжатом железобетоне при

Проблемы расчёта продольных трещин в сжатом железобетоне при
Обсудим очень важную тему:
Расчёт образования продольных трещин в железобетоне сжатой зоны

Основное условие проверки по образованию продольных трещин в сжатой зоне бетона выражается в следующем:
Sigmab<=Rbmc2, где:
Sigmab - Напряжение в крайнем волокне сжатой зоны бетона, (МПа)
Rbmc2 - Сжатие осевое (призменная прочность) для расчетов по предотвращению образования в конструкциях продольных трещин на стадии эксплуатации, (МПа) берётся из таблицы 23* СНиП 2.05.03-84* "Мосты и трубы"

Каким образом вычислить Sigmab? И 95% всех спрошенных ответят: "НЕ ЗНАЮ" потому что в СНиП хотя и сказано в п. 3.100*: "Образование продольных трещин от нормальных сжимающих напряжений во всех конструкциях и на всех стадиях их работы недопустимо.
Возникающие от действующих нормативных нагрузок и воздействий нормальные сжимающие напряжения sbx в сечениях элементов не должны превышать:
в бетонных и железобетонных конструкциях с ненапрягаемой арматурой — расчетных сопротивлений Rb,mc2 (с учетом пп. 3.48* и 3.97*);"
Но как вычислить Sigmab=sbx в СНиП нигде не сказано, а экспертиза требует выполнения условия 3.100 и не принимает расчётов без проверки этого условия. Спрашивается где взять расчёт для вычисления Sigmab при изгибе и при внецентренном сжатии?

К счастью в старой редакции СНиП 2.05.03-84 "Мосты и трубы" есть в тойже самой таблице 38 не просто буквенные обозначения усилий а формулы по котороым надо их вычислять правда не написано что эти формулы обозначают (нет знака "=") но по текстовым пояснениям в другом столбце можно догадаться, что это формулы для вычисления напряжений в бетоне и в арматуре, причём для изгиба и для внецентренного сжатия существуют разные формулы.
Эти формулы объединяет одно: везде надо вычислить величину x'! Величина x' это: высота сжатой зоны бетона, определяемая по формулам упругого тела, без учета растянутой зоны бетона. Это означает, что эпюра напряжений в бетоне сжатой зоны принимается не прямоугольной как при расчёте прочности по 1 предельному состоянию, а треугольной как при расчёте по 2 предельному состоянию.
И ещё раз к счастью в старой редакции СНиП 2.05.03-84 в п. 3.94 написано: При изгибе величину x' следует определять из условия, что статический момент приведённой площади сечения элемента (без площади растянутой зоны бетона) относительно нейтральной оси равен нулю, а при внецентренном сжатии - из уравнения моментов относительно оси, соответствующей положению продольной силы N.

Для изгиба всё понятно: методом подбора вычисляем статический момент относительно нейтральной оси используя коэффициент приведения для арматуры n и добиваемся чтобы этот статический моенит был равен нулю.
В Excel функция для этого выглядит следующим образом:

Public Function ВычислитьXПриведСечПриИзгибе(dblb As Double, dblh As Double, dblAs1Нач As Double, _
dbla1 As Double, dblAs2Нач As Double, dbla2 As Double, dblN As Double, _
Optional dblТочн As Double = 0.001) As Variant
'Подпрограмма вычисляет высоту сжатой зоны приведённого сечекния при изгибе
'Вводные данные:
'dblb - ширина прямоугольного сечения, (м)
'dblh - высота прямоугольного сечения, (м)
'dblAs1Нач - площадь растянутой арматуры, (см2)
'dbla1 - расстояние от низа сечения до ц.т. растянутой арматуры, (м)
'dblAs2Нач - площадь сжатой арматуры, (м2)
'dbla2 - расстояние от верхней стороны сечения до ц.т. сжатой арматуры, (м)
'dblN - коэффициент приведения свойств арматуры к свойствам бетона n=Es/Eb
'dblТочн - точность вычисления по умолчанию = 0,001
'НАЧИНАЕМ ВЫЧИСЛЕНИЯ
Dim dblSbSa2 As Double, dblSa1 As Double, dblx As Double, dblDeltah As Double
Dim intНапрПредыдущИтерации As Integer, dblAs1 As Double, dblAs2 As Double
On Error GoTo ОбработкаОшибок
'Зададимся начальным значением x
dblx = dblh / 2: dblDeltah = 0.1 * dblx
dblAs1 = dblAs1Нач / 10000: dblAs2 = dblAs2Нач / 10000
'Вычислим статические моменты
GoSub ВычислитьСтатическиеМоменты
intНапрПредыдущИтерации = Sgn(dblSa1 - dblSbSa2)
'В цикле вычислим высоту сжатой зоны
Do While Abs(dblSbSa2 - dblSa1) > dblТочн
If dblSbSa2 < dblSa1 Then
If intНапрПредыдущИтерации = 1 Then
dblDeltah = Abs(dblDeltah)
Else
dblDeltah = Abs(dblDeltah) / 2
End If
Else
If intНапрПредыдущИтерации = -1 Then
dblDeltah = -Abs(dblDeltah)
Else
dblDeltah = -Abs(dblDeltah) / 2
End If
End If
intНапрПредыдущИтерации = Sgn(dblDeltah)
'Зададимся новым значением высоты сжатой зоны
dblx = dblx + dblDeltah
'Вычислим новые статические моменты
GoSub ВычислитьСтатическиеМоменты
Loop
'Зададим ответное значение функции
ВычислитьXПриведСечПриИзгибе = dblx
Exit Function
ВычислитьСтатическиеМоменты:
dblSbSa2 = dblb * dblx ^ 2 / 3 + dblAs2 * (dblx - dbla2) * dblN
dblSa1 = dblAs1 * (dblh - dblx - dbla1) * dblN
Return
ОбработкаОшибок:
MsgBox "При вычислении высоты сжатой зоны приведённого сечения при изгибе произошла ОШИБКА!" & vbLf & vbLf & _
"Номер ошибки = " & Err.Number & "," & vbLf & vbLf & _
"Описание ошибки: """ & Err.Description & """.", vbInformation, "Вычисление Vжд"
Resume Next
End Function


Для внецентренного сжатия формулировка более запутанная:
"из уравнения моментов относительно оси, соответствующей положению продольной силы N"
Во первых вспомним что сумма моментов, если я не ошибаюсь, относительно любой оси остаётся величиной постоянной и не зависит от того относительно какой оси эти моменты вычисляют.
Ось может влиять на уравнение задавая собой высоту сжатой зоны x' (как для изгиба нейтральная ось задаёт высоту сжатой зоны), но здесь ось соответствует положению продольной силы N и если вспомнить продольная сила N задаётся с эксцентриситетом e, но это не значит что эксцентриситет равен высоте сжатой зоны.
Эксцентриситет e и продольная сила N задаёт величину момента M и вот мы приходим к выводу, что в нашем сечении действует только момент M=N*e, (создаётся впечатление что дальше можно считать по формулам для чистого изгиба).
Но попробуем вычислить x' используя условия сказанные для внецентренного сжатия, может случиться чудо и мы получим теже самые ответы для одинакового момента взятого как при изгибе и как вычисленнного (численно равного) по формуле: M=N*e.
Только вычисляя x' через уравнение моментов будем вычислять моменты относительно нижней стороны прямоугольного поперечного сечения.
Формула для Excel выглядит следующим образом:

Public Function ВычислитьXПриведСеч(dblb As Double, dblh As Double, dblAs1Нач As Double, _
dbla1 As Double, dblAs2Нач As Double, dbla2 As Double, _
dblRb As Double, dblRs As Double, dblRsc As Double, _
dblM As Double, dblN As Double, Optional dblТочн As Double = 0.001) As Variant
'Подпрограмма вычисляет высоту сжатой зоны прямоугольного сечения при внецентренном сжатии
'Основное условие: Сумма моментов внутренних и внешних сил должна быть равна нулю
'Моменты вычисляются относительно нижней стороны сечения
'Вводные данные:
'dblb - ширина прямоугольного сечения, (м)
'dblh - высота прямоугольного сечения, (м)
'dblAs1Нач - площадь растянутой арматуры, (см2)
'dbla1 - расстояние от низа сечения до ц.т. растянутой арматуры, (м)
'dblAs2Нач - площадь сжатой арматуры, (м2)
'dbla2 - расстояние от верхней стороны сечения до ц.т. сжатой арматуры, (м)
'dblRb - предел прочности бетона на сжатие, (МПа) (берётся из таблицы 23* СНиП 2.05.03-84* "Мосты и трубы")
'dblRs - предел прочности арматуры на растяжение, (МПа) (берётся из таблицы 31* СНиП 2.05.03-84* "Мосты и трубы")
'dblRsc - предел прочнсти арматуры на сжатие, (МПа) (обычно принимается dblRsc=dblRs)
'dblM - нормативный изгибающий момент, (МН*м)
'dblN - нормативная сжимающая сила, (МН) (к сожалению в расчёте не используется, оставлена для приличия чтобы не забывать, что это внецентренное сжатие)
'dblТочн - точность вычисления по умолчанию = 0,001
'НАЧИНАЕМ ВЫЧИСЛЕНИЯ
Dim dblx As Double, dblDeltah As Double
Dim intНапрПредыдущИтерации As Integer, dblAs1 As Double, dblAs2 As Double
Dim dblMарм As Double, dblMвнутр As Double
On Error GoTo ОбработкаОшибок
'Зададимся начальным значением x
dblx = dblh / 2: dblDeltah = 0.1 * dblx
dblAs1 = dblAs1Нач / 10000: dblAs2 = dblAs2Нач / 10000
dblMарм = dblRsc * dblAs2 * (dblh - dbla2) - dblRs * dblAs1 * dbla1
'Вычислим момент внутренних сил относительно нижней стороны сечения
GoSub ВычислимМоментВнутреннихСил
intНапрПредыдущИтерации = Sgn(dblM - dblMвнутр)
'В цикле вычислим высоту сжатой зоны
Do While Abs(dblMвнутр - dblM) > dblТочн
If dblMвнутр < dblM Then
If intНапрПредыдущИтерации = 1 Then
dblDeltah = Abs(dblDeltah)
Else
dblDeltah = Abs(dblDeltah) / 2
End If
Else
If intНапрПредыдущИтерации = -1 Then
dblDeltah = -Abs(dblDeltah)
Else
dblDeltah = -Abs(dblDeltah) / 2
End If
End If
intНапрПредыдущИтерации = Sgn(dblDeltah)
'Зададимся новым значением высоты сжатой зоны
dblx = dblx + dblDeltah
'Вычислим новые статические моменты
GoSub ВычислимМоментВнутреннихСил
Loop
'Зададим ответное значение функции
ВычислитьXПриведСеч = dblx
Exit Function
ВычислимМоментВнутреннихСил:
'Подпрограмма вычисляет момент внутренних сил относительно нижней стороны сечения
'с учётом того, что эпюра напряжений в сжатом бетоне треугольная: (0 на нейтральной оси и Rb в крайнем волокне)
' dblMвнутр = dblRb * dblb * dblx / 2 * (dblh - dblx / 3) + dblMарм
'в надежде на то, что получится удовлетворительный ответ с прямоугольной эпюрой напряжений в сжатом бетоне
dblMвнутр = dblRb * dblb * dblx * (dblh - dblx / 2) + dblMарм
Return
ОбработкаОшибок:
MsgBox "При вычислении высоты сжатой зоны приведённого сечения произошла ОШИБКА!" & vbLf & vbLf & _
"Номер ошибки = " & Err.Number & "," & vbLf & vbLf & _
"Описание ошибки: """ & Err.Description & """.", vbInformation, "Вычисление Vжд"
Resume Next
End Function


В функции для внецентренного сжатия есть 2 особенности:
1) задаваемая величина продольной силы N в расчёте не используется и оставлена для того чтобы пользователь не забывал, что он считает внецентренное сжатие.
2) Момент внутренних сил я пробовал вычислять для треугольной эпюры напряжений в бетоне и для прямоугольной эпюры, надеясь что баланс математических сил даст мне удовлетворительные ответы для обоих этих случаев.
Обе функции работают но к сожалению выдают разные ответы:
1 функция для изгиба:
Вводные данные: b=1 м; h=0.37 м; As1=30.79 см2; a1=0.03 м; As2=19.01 см2; a2=0.03 м; n=15
Ответ: x'=0.13875 м
2 функция для внецентренного сжатия (или в моём понимании как для изгиба только способ вычисления через моменты и ответ поэтому должен сойтись с ответом 1 функции)
Вводные данные: b=1 м; h=0.37 м; As1=30.79 см2; a1=0.03 м; As2=19.01 см2; a2=0.03 м; Rb=15.5 МПа; Rs=330 МПа; Rsc=330 МПа; Mn=0,154 МН*м; Nn=0.098 МН*м
Внутренние моменты вычисляются с учётом треугольной эпюры напряжений в сжатом бетоне
Ответ: x'=-0.009828 м
Внутренние моменты вычисляются с учётом прямоугольной эпюры напряжений в сжатом бетоне
Ответ: x'=-0.004914 м

Что мне делать с этими отрицательными ответами? Они просто неожиданные, не говоря уже о том, что эти ответы не равны ответу первой функции. :cry:

Люди добрые скажите в чём я не прав и научите вычислять x' для внецентренного сжатия пожалуйста! :!:

Если можете подскажите на какие формы надо обратиться и где поискать литературы или статьи на эту тему. :P

С уважением Михаил.
Была ли полезна информация?
Миша, ты сейчас с кем разговаривал? (как в анекдоте)
Миша, обратись на форум http://www.dwg.ru. Там точно тебе дадут проф.ответ.
Удачи! :D
Была ли полезна информация?
Спасибо mitek! Я уже сделал на форуме dwg.ru новую тему с этим же названием: "Проблемы расчёта продольных трещин в сжатом железобетоне при внецентренном сжатии"
Была ли полезна информация?
Читают тему (гостей: 1)