Макроскопическая нелинейная модель колонны
Центрально нагруженная колонна отличается от балки в железобетонных конструкциях, она воспринимает вертикальную нагрузку, изгибающий момент и срез рассматриваемого этажа и переданные от вышерасположенных этажей, причем существует зависимость между продольной силой и изгибающим моментом при нелинейном расчете. Поэтому для обыкновенной макроскопической модели колонны принято следующее:
- Модель одной пружины. Модель колонны представляет собой одинарную пружину на двух опорах, моделирующую упругопластическую работу элемента.
- Модель многих пружин. Макроскопическая модель колонны, состоящая из многих пружин, расположенных в направлении оси, отображающих оголовок и базу колонны (рис. ниже), тело колонны моделируется одной или несколькими горизонтальными пружинами для анализа работы колонны на сдвиг.
Модель колонны из многих пружин
Макроскопическая нелинейная модель диафрагм жесткости
Диафрагма жесткости является главным элементом, воспринимающим горизонтальные нагрузки. Виды таких конструкций разные, с учетом есть ли скрытая колонна, вид скрытой колонны и имеются ли проемы. Так как длина и высота диафрагмы жесткости больше по сравнению с толщиной, причем ее основная работа происходит в своей плоскости, поэтому часто упрощается расчет напряжения в плоскости модели, учитывается жесткость только в плоскости диафрагмы жесткости. В настоящее время существуют следующие макроскопические модели диафрагм жесткости.
- Модель пружины одной оси. В модели приняты четыре пружины (рис. 5.3.8), соединенные жесткими полосами для моделирования работы на изгиб, на срез и на напряжение стен жесткости. Из них работа на изгиб моделируется парой сил от двух боковых пружин в продольном направлении, вертикальными и горизонтальными пружинами, которые находятся в середине, на напряжение и на срез. Путем анализа по сечению блока можно получить нелинейное соотношение между жесткостями каждой пружины и деформациями.
Модель диафрагмы жесткости
- Модель одной пружины с горизонтальными стержнями. В середине установлена пружина в осевом направлении для моделирования напряжения диафрагмы жесткости, добавлены по две пружины в осевом направлении сбоку для моделирования действия против растягивающего напряжения скрытой колонны в стене жесткости. Кроме того, соединение между пружинами выполнено жесткими стержнями, в верхнем сечении и в основании модели тоже установлены горизонтальные стержни, что обеспечивает удовлетворение гипотезы плоских сечений при деформации целой конструкции.
- Модель диафрагмы в виде волокон. Верх и основание диафрагмы жесткости в месте расположения потенциального пластического шарнира моделируется в виде волокон и соответствует зависимости напряжения-деформации с учетом разных механических свойств сечения.
Модель диафрагмы жесткости с пружиной одной оси
Модель диафрагмы жесткости в виде волокон
- Модель двухмерной фермы. В модели двухмерной фермы, исходя из гипотезы жесткости в плоскости стены-диафрагмы используется ферма (стержень двух сил) для моделирования элемента.
В моделях приняты простые блоки (пружины, волокна и т.д.), отдельно моделирующие деформацию при срезе, изгибе и напряжении от нагрузки, и жесткие полосы и другие фиктивные блоки для соединения каждого блока, что обеспечивает увязку деформаций.
