Железобетонная колонна

Железобетонная колонна — это элемент конструкции , предназначенный для восприятия сжимающих нагрузок , состоящий из бетона со встроенным стальным каркасом для обеспечения армирования. В целях дизайна колонны разделены на две категории: короткие колонны и тонкие колонны.

Короткие колонки

Прочность коротких колонн определяется прочностью материала и геометрией поперечного сечения. Арматурный стержень размещается в колонне в осевом направлении для обеспечения дополнительной осевой жесткости. С учетом дополнительной жесткости стали номинальная несущая способность P _н для колонны по максимальному сжимающему напряжению бетона f _c ' , предел текучести стали f _y , общая площадь сечения колонны А _g , а общая площадь поперечного сечения стальной арматуры A _st

${\begin{aligned}P_{\mathrm {n} }&=0.85f'_{\mathrm {c} }(A_{\mathrm {g} }-A_{\mathrm {st} })+A_{\mathrm {st} }f_{\mathrm {y} }\\\end{aligned}}$

где первый член представляет собой нагрузку, которую несет бетон, а второй член представляет собой нагрузку, которую несет сталь. Поскольку предел текучести стали на порядок выше, чем у бетона, небольшая добавка стали значительно увеличит прочность колонны.

Расчетная нагрузка

Чтобы дать консервативную оценку и заложить резервы в окончательную конструктивную систему, Требования строительных норм ACI дают максимально сниженную проектную нагрузку, составляющую $\mathrm {{\phi }P_{\mathrm {n} }} \,\!$ где $\mathrm {\phi } \,\!$ — коэффициент снижения прочности для используемого типа колонны. Для спиральных колонн

${\begin{aligned}{\phi }P_{\mathrm {n(max)} }&=0.85\phi [0.85f'_{\mathrm {c} }(A_{\mathrm {g} }-A_{\mathrm {st} })+A_{\mathrm {st} }f_{\mathrm {y} }]\\\end{aligned}}$

где $\mathrm {\phi } =0.75\,\!$. Для связанных столбцов

${\begin{aligned}{\phi }P_{\mathrm {n(max)} }&=0.80\phi [0.85f'_{\mathrm {c} }(A_{\mathrm {g} }-A_{\mathrm {st} })+A_{\mathrm {st} }f_{\mathrm {y} }]\\\end{aligned}}$

где $\mathrm {\phi } =0.65\,\!$.Дополнительное снижение сверх коэффициента снижения прочности должно учитывать любые эксцентриситеты при нагрузке колонны. Распределение нагрузки по направлению к одному концу колонны создаст момент в колонне и не позволит всему поперечному сечению нести нагрузку, создавая тем самым высокие концентрации напряжений в направлении этого конца колонны.

Спиральные колонны

Спиральные колонны представляют собой цилиндрические колонны с непрерывным винтовым стержнем, охватывающим колонну. Спираль обеспечивает поддержку в поперечном направлении и предотвращает раскачивание колонны . Количество армирования необходимо для обеспечения дополнительной несущей способности, большей или равной той, которую приписывает оболочке, чтобы компенсировать потерю прочности при отслаивании оболочки. При дальнейшем утолщении спиральной арматуры бетон, нагруженный в осевом направлении, становится самым слабым звеном в системе, и вклад прочности от дополнительной арматуры не вступает в силу до тех пор, пока колонна не выйдет из строя в осевом направлении. В этот момент дополнительная сила спиральной арматуры срабатывает и предотвращает катастрофическое разрушение, вместо этого вызывая гораздо более медленное пластическое разрушение.

Требования строительных норм и правил ACI накладывают следующие ограничения на количество спиральной арматуры.

Код ACI 7.10.4.2: Для монолитной конструкции размер спиралей должен быть не менее 3/8 дюйма в диаметре.

Кодекс ACI 7.10.4.3: Свободное расстояние между спиралями не должно превышать 3 дюймов и не быть менее 1 дюйма.

В разделе 10.9.3 добавлен дополнительный нижний предел количества спиральной арматуры посредством объемного коэффициента спиральной арматуры ρ _s .

${\rho }_{s}=0.45\left({\frac {A_{g}}{A_{ch}}}-1\right){\frac {f'_{c}}{f_{yt}}}$

где A _ch — площадь оболочки, площадь поперечного сечения, измеренная до внешних кромок поперечной арматуры. Р = ф/А

Связанные столбцы

Связанные колонны имеют закрытые боковые связи, расположенные примерно равномерно по всей колонне. Расстояние между связями ограничено: они должны быть расположены достаточно близко, чтобы предотвратить разрушение ствола между ними, и достаточно далеко друг от друга, чтобы не мешать схватыванию бетона. Кодовая книга ACI устанавливает верхний предел расстояния между связями.

Кодекс ACI 7.10.5: Расстояние между стяжками по вертикали не должно превышать 16 диаметров продольных стержней, 48 диаметров стяжек или проволоки или наименьшего размера сжимающего элемента.

Если связи расположены слишком далеко друг от друга, колонна будет испытывать разрушение при сдвиге и попадание ствола между связями.

Тонкие колонны

См. Также: Столбец § Равновесие, неустойчивость и нагрузки.

Колонны считаются тонкими, если площадь их поперечного сечения очень мала по сравнению с их длиной. В отличие от коротких колонн, тонкие колонны ограничены своей геометрией и прогибаются до того, как бетон или стальная арматура поддадутся.

Нелинейное моделирование колонн

Существуют некоторые аналитические модели напряжения-деформации и индексы повреждения замкнутого и свободного бетона для моделирования железобетонных колонн, которые позволяют без каких-либо экспериментальных испытаний оценить взаимосвязь напряжения-деформации и повреждение замкнутого и незамкнутого бетона, расположенного внутри и снаружи хомутов. Чтобы увидеть такие модели и моделирование колонн, подвергающихся циклическому и монотонному нагружению, перейдите по следующим ссылкам:

Прогнозирование режима отказа колонки с помощью машинного обучения

Машинное обучение (МО) — это подобласть искусственного интеллекта (ИИ) и продвинутая форма анализа и вычислений данных, в которой используются компьютерные методы высокой скорости обработки и распознавания образов для вывода знаний из данных. Другими словами, это метод компьютерного программирования, вдохновленный искусственным интеллектом, который позволяет компьютерам улучшать свои способности к обучению посредством предоставления данных или доступа к ним. Это похоже на то, как люди улучшают свой интеллект в реальной жизни. Существует четыре обобщенные категории ОД. Если быть более конкретным, существует обучение с учителем, обучение с полуконтролем, обучение без учителя и обучение с подкреплением. При обучении с учителем желаемый результат известен тренеру, причем тренером является человек, который может придавать физический смысл данным и характеризовать их, добавляя тег или исправляя системные ошибки. Машина обучается на основе входных данных с тегами, которые подключены к соответствующему выходу. В ходе этого процесса машина разрабатывает прогнозирующую модель подключения этого входа к определенному выходу. Это не отличается от того, как знания усваиваются в классе, где учитель может исправить любые ошибки.Режим разрушения элементов конструкции, таких как железобетонные колонны, зависит от нескольких факторов, таких как их геометрические характеристики, продольная арматура, эффективность удержания поперечной арматурой и история нагружения. Их поведение во всем диапазоне нагрузок контролируется конкурирующими механизмами сопротивления, такими как изгиб, сдвиг, коробление продольных стержней при воздействии на них сжимающих нагрузок и, в случае соединений внахлест, механизмом развития арматурных стержней. Очень часто сочетание таких механизмов характеризует макроскопическое поведение колонны, особенно в случаях циклических реверсов нагрузки. В прошлом были разработаны различные прогностические модели для определения как прочности, так и деформационной способности колонн, при этом неопределенность была по крайней мере на один порядок больше с точки зрения деформационной способности, а не прочности, о чем свидетельствуют сравнения с испытательными результаты. Идентификация системы и обнаружение повреждений — это двойная область, в которой машинное обучение используется для имитации структурной системы и прогнозирования ее детерминированной сейсмической реакции. Лабораторные испытания железобетонных (железобетонных) конструкций предоставили один источник данных, который позволяет методам ML определять их режимы разрушения, прочность, возможности и определяющее поведение.

Ссылки

• «Армирующая сетка для бетона» .

Внешние ссылки

«Армирующая сетка для бетона» . «Стандартный размер столбца» .