Calcolo non lineare di un solaio in calcestruzzo fibrorinforzato con fibre di acciaio allo stato limite ultimo con RFEM

Un precedente articolo tecnico descrive come determinare le proprietà del materiale del calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio e convertire questi parametri del materiale nel software FEA RFEM. Il calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio puro viene utilizzato principalmente per pavimenti industriali e piastre di fondazione a carico moderato. Una determinazione elastica lineare delle forze interne non fornisce alcun risultato economico per i componenti strutturali puramente fibrorinforzati. Pertanto, i metodi di plastica sono di solito utilizzati per lo stato limite ultimo. Tuttavia, questi approcci plastici sono piuttosto inadatti per lo stato limite di esercizio. Un calcolo FEM non lineare è sempre possibile, indipendentemente dallo stato limite analizzato. Eseguiamo il progetto manualmente, sulla base delle forze interne determinate iterativamente.

Immissione della topologia e dei carichi

La soletta viene inserita come superficie di fondazione. Per la piastra di fondazione di questo articolo tecnico, la fondazione è realizzata con il metodo del "terreno efficace" secondo Kolar e Nemec [3]. Il terreno adiacente è preso in considerazione da ulteriori molle di linea e singole molle negli angoli (vedi anche questo articolo ). È inoltre possibile calcolare la fondazione elastica di superficie con il modulo aggiuntivo RF-SOILIN.

Il progetto definitivo dello stato limite è mostrato dai carichi dai supporti dei ripiani e dal carico sotto i ripiani. I carichi di supporto della mensola sono definiti come carichi rettangolari liberi. Inoltre, i punti con i perfezionamenti delle maglie sono stati disposti sui supporti delle mensole in modo che il carico sia distribuito nella piastra di base distribuita su più elementi.

Piastra di base con rifiniture a rete agli elementi finiti e carichi sui supporti delle mensole

Definizione delle proprietà del materiale

Utilizzare il modello di materiale "Isotropic Damage 2D/3D" del modulo aggiuntivo RF-MAT NL per visualizzare il comportamento del materiale del calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio in RFEM. Per il calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio, utilizziamo un calcestruzzo C30/37 L1.2/L0.9 secondo DIN EN 1992-1-1 [2] e le linee guida del Comitato tedesco per il calcestruzzo armato (DAfStb) sulle fibre di acciaio- calcestruzzo armato [1] con le due classi di prestazione L1/L2 = L1.2/L0.9. Per un calcolo non lineare, applichiamo la distribuzione parabolica secondo 3.1.5 [2] sul lato di compressione del diagramma sforzo-deformazione. La figura seguente mostra la distribuzione caratteristica della linea di lavoro del suddetto calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio.

Linea di lavoro caratteristica di C30/37 L1.2/L0.9

Dobbiamo usare la curva caratteristica deformazione-deformazione per lo stato limite di esercizio. Per il calcolo non lineare dello stato limite ultimo, è necessario applicare quanto segue secondo il capitolo 5.7 della linea guida del Comitato tedesco per il calcestruzzo armato (DAfStb) sul calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio [1] :

R_d = R (f_cR ; 1.04 ⋅ f ^f_crLi ; f_yR , f_tr )/γ_R
Dove,
1.04 ⋅ f ^f_crLi... è il valore medio calcolato della tensione di trazione che può essere assorbita dal calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio dopo la fessurazione secondo le classi di prestazione L1 o L2
f_cR , f_yR , f_tR... è il rispettivo valore medio della resistenza del calcestruzzo secondo NA.10, DIN EN 1992-1-1 [2]
γ_{[SCHOOL.SCHOOLORINSTITUTION]}... è il fattore di sicurezza parziale per la resistenza del sistema. Per i componenti di calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio puro, si assume che_{γ R sia 1,4.}

Il coefficiente parziale di sicurezza γ_R può essere considerato sia sul lato della resistenza, quando si inseriscono le proprietà del materiale, sia sul lato dell'azione. In questo articolo, si applica il fattore di sicurezza parziale globale γ_R direttamente quando si definisce la linea di lavoro non lineare. La Figura 03 mostra la curva tensione-deformazione ridotta per il progetto allo stato limite ultimo rispetto alla linea di lavoro caratteristica per la SLS.

Spannungs-Dehnungs-Linien in den Grenzzuständen GZG und GZT

Per i calcoli non lineari, è necessario applicare il carico passo dopo passo. Se il calcolo di un incremento di carico non converge entro il numero massimo predefinito di passaggi di iterazione, aumentare il numero massimo di passaggi di iterazione nei parametri di calcolo. Zusätzlich kann mit der Wahl des unsymmetrischen Gleichungslösers in den Berechnungsparamentern eine bessere Konvergenz bei Verwendung eines nichtlinearen Materialmodells erreicht werden.

Parametri di calcolo della finestra di dialogo

Progetti agli stati limite

Si considera raggiunto lo stato limite ultimo se

• si raggiungono le deformazioni_{limite critiche del} calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio ε cu1 sul lato in compressione e ε ^f_{ct, u} sul lato trazione.
• lo stato critico dell'equilibrio indifferente è raggiunto nell'intero sistema o in parti di esso.

Dopo il calcolo non lineare riuscito della piastra di base, vengono controllate le deformazioni massime e minime sui lati superiore e inferiore. Se le deformazioni finali critiche non vengono superate, viene eseguita la progettazione dello stato limite finale.

Le tensioni successive sono state calcolate per lo stato limite ultimo.

Lato superiore:

• deformazione massima a compressione ε_min- = -1,9 ‰ <3,5 ‰
• deformazione massima a trazione ε_max- = 4,2 ‰ <25,0 ‰

Lato inferiore:

• deformazione massima a compressione ε_min+ = -1,05 ‰ <3,5 ‰
• deformazione massima a trazione ε_max+ = 9,9 ‰ <25,0 ‰

La Figura 05 mostra la massima distorsione nella parte superiore (-z) della piastra di fondazione.

Maximale Verzerrung an der der Oberseite

Aderendo alle deformazioni limite, è stato possibile determinare con successo lo stato limite ultimo soggetto a flessione. Dobbiamo eseguire progetti aggiuntivi nello stato limite ultimo; per esempio, la punzonatura.

Raccomandazioni per il calcolo non lineare con il modello di materiale "Danno isotropo 2D/3D"

Sulla base della definizione poligonale della curva tensione-deformazione come un diagramma, RFEM prevede il modulo tangente all'origine della curva tensione-deformazione come il modulo di elasticità del calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio. Ciò significa che è necessario regolare il modulo secante preimpostato anche per il calcestruzzo quando si entra nella linea di lavoro del calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio. Il primo punto poligonale sul lato di compressione o tensione della linea di lavoro prevede il modulo di elasticità del materiale come pendenza.

Tangentenmodul im Ursprung als Elastizitätsmodul vorgeben

Un file Excel è allegato a questo articolo tecnico per supportarvi durante l'immissione e il calcolo dei punti del diagramma. In questo file Excel, a seconda dello stato limite analizzato (SLU o SLS), è possibile determinare la curva tensione-deformazione da utilizzare e trasferirla nella finestra di dialogo di input di RFEM utilizzando gli appunti. Questo approccio è mostrato anche nel video allegato.

È possibile salvare i diagrammi deformazione-deformazione definiti in RFEM e riutilizzarli in altri progetti. In questo modo, è possibile creare la propria libreria di materiali per il calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio in RFEM.

Salvataggio del diagramma tensione-deformazione

A causa della significativa non linearità, il carico deve essere applicato con diversi incrementi di carico. Il numero di incrementi di carico deve essere selezionato in modo che il sistema rimanga nello stato elastico lineare nel primo incremento di carico. Ciò migliora il comportamento di convergenza del calcolo. È possibile controllare il numero di incrementi di carico a livello globale nei parametri di calcolo e localmente per ciascuna combinazione di carico o caso di carico. 20 incrementi di carico si sono dimostrati vantaggiosi per l'iterazione del carico di progetto nello stato limite ultimo per la soletta mostrato sopra. Abbiamo definito localmente i 20 incrementi di carico per la combinazione di carico (Figura 08).

Controllo locale degli incrementi di carico

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KB 001623 | Calcolo non lineare di un solaio in acciaio, in calcestruzzo fibrorinforzato, nel limite ultimo