Вебинар "Совместная работа балки с плитой. Философия T-Beam"

  В Апреле был проведён вебинар на тему "Совместная работа балки с плитой. Оценка методов расчёта в SOFiSTiK.

  Идея для организации вебинара возникла при анализе философии подхода SOFiSTiK к решению подобных задач. Эта философия описана в руководстве к модулю ASE и в отдельном документе T-beam_phylosofy.pdf. SOFiSTiK использует уникальную технологию автоматического объединения и вычитания жесткостей.

   При этом, моделировать плитно-балочное перекрытие возможно не только объединением различных конечных элементов, но и исключительно пластинчатыми элементами. Сравнение различных методов моделирования и анализа представлены в записи вебинара.

Основные моменты

1. Методы решения плитно-балочного перекрытия

Рис. 1. Методы расчёта плитно-балочной конструкции: а- вид расчётной схемы; б - плита и стержень со смещением; в - пластинчатые элементы; г - изменение жёсткости на участке плитного элемента

  Методы, показанные на рисунке 1 подходят для железобетонного ребристого перекрытия полностью. В задачах, когда необходимо рассчитать плиту, опирающуюся на стальные балки, или на балки с более сложным профилем поперечного сечения, то используется только метод объединения пластинчатого и стержневого конечных элементов. По этому поводу, SOFiSTiK использует 4 метода решения. 

2. Модель 1. Балка и плита по центру тяжести

  При моделировании поперечного сечения балочного элемента необходимо предусмотреть и плитную часть. Имеется ввиду, что одновременно моделируется и сечение и плитная часть, причём, ширина плитной части принимается пользователем, исходя из условия задачи.

  Далее привязка пластинчатого и стержневого элемента происходит по центру тяжести (рис. 2).

Рис. 2. Первый вариант модели T-Beam.

  Достоинством данного метода является отсутствие продольных усилий в элементе и правильная оценка деформация, которая на 100% похожа на реальную. Единственно, этот метод не может быть использован для оценки линий влияния при помощи модуля ELLA. Этот метод рекомендуется применять для строительных конструкций зданий технологических площадок.

  Программа автоматически вычитает из плиты жесткость тавровой части балки, таким образом не допуская дублирования жесткостей и обеспечивая совместную работу элементов. Более того, между элементами тавровой части и основы балки можно настроить контактный элемент. Моделирование сечение возможно в препроцессоре SOFiPLUS, или на языке CADiNP в модуле AQUA.

  Метод вычитания жесткостей является уникальным для SOFiSTIK. Он используется и в других вариантах модели.

3. Модель 2. Балка с эксцентриситетом без плитной части и плита с эксцентриситетом

  Для стержня можно задать эксцентриситет при моделировании. То же самое можно сделать и для плиты. Если совместить верхнюю чать стержня с нижней гранью пластины, то не нужно будет моделировать тавровую часть в балке.Единственный недостаток - это разные усилия между элементами, поэтому оценка общих усилий производится при помощи модуля SIR. Для этого необходимо строить обобщенное сечение, что довольно трудозатратно. Именно поэтому данный метод применяется преимущественно в научно-исследовательских задачах. Метод довольно точен с точки зрения анализа напряжений и объединенных внутренних усилий.

Рис. 3. Второй вариант модели T-Beam

4. Модель 3. Балка по центру тяжести и плита с эксцентриситетом

  Если стержень привязать по центру тяжести, а плиту задать с эксцентриситетом по нижней грани, то получится визуально более выровненное сечение. Такой метод удобен в случаях, когда центр тяжести композитного сечения стержня находится незначительно ниже полки тавра. Это позволяет более детально оценить распределение усилий в геометрически нелинейной постановке задачи.такой метод не подходит для анализа линий влияния в модуле ELLA.

Рис. 4. Третий вариант модели T-Beam

5. Модель 4. Балка с эксцентриситетом и плита по центру тяжести

  У плиты не существует огромной вариации привязок. Зато стрежневой элемент можно привязать как угодно. Исходя из данных предпосылок, можно использовать стержень с привязкой в центре плитной (тавровой) части. Метод подходит в тех случаях, когда сечение стержневого элемента большое.

6. Сравнение работы методов

  Ниже представлена таблица сравнения работы 4-х моделей T-Beam. Взято плитно-балочное перекрытие, пересоставленное на рисунках выше, т.е. стальной двутавр и бетонная плита.

Рис. 5. Сравнение работы разных моделей T-Beam