Statybos metu palaipsniui augančios apkrovos įtaka daugiaaukščio pastato gelžbetoninių kolonų ilgalaikiam įtempių-deformacijų būviui

Abstract

Kaip taisyklė, monolitinio pastato įrąžoms skaičiuoti, armatūrai parinkti, projektuotojas, kurdamas pastato skaičiuotinį modelį, jį traktuoja kaip ,,akimirksniu“ pastatytą. Iš tiesų gi, pastato statybos metu nuolatinė apkrova nuo perdangų savojo svorio, auga palaipsniui, betonuojant aukštą po aukšto, kol, galiausiai, užbetonuojamas paskutinis aukštas. Straipsnyje pasiūlytas ir skaitiškai realizuotas modelis, įvertinantis betono ir armatūros įtempių bei deformacijų kitimo istoriją dėl laike palaipsniui augančios daugiaaukščio pastato kolonų apkrovos nuo betonuojamų perdangų savojo svorio. Darbe taikomas superpozicijos principas betono valkšnumo deformacijoms, atsižvelgiant į Volterra lygtį. Pasiūlyta matematinė formuluotė pagrįsta matriciniu skaičiavimu ir apibendrintąja funkcijos vidurkio teorema taikant betono valkšnumui. Modelio skaitiniu būdu gauti rezultatai patikrinti analitiškai. Modelis pritaikytas daugiaaukščio pastato su žinomais armatūros kiekiais papildomų šlyties jėgų perdangose, atsirandančių dėl gretimų kolonų skirtingų poslinkių vystymosi per laiką radimui. Gauti rezultatai palyginti su apytikslio skaičiavimo rezultatais, gautais traktuojant pastatą kaip ,,akimirksniu“ pastatytą, taikant normų EC-2 reikalavimus betono valkšnumo deformacijoms. Perdangų praspaudimą kolona, kai pastarosios yra greta pastato standumo branduolių, kurių deformatyvumas, kaip taisyklė, yra ženkliai mažesnis, reiktų tikrinti atsižvelgiant į papildomas šlyties jėgas, atsirandančias dėl betono susitraukimo ir valkšnumo deformacijų įtakos.

As a rule, the designer calculates a building as an instantly built. However, during construction the permanent load is increasing gradually because the floors are built step by step. This paper introduces a numerically implemented mathematical model for the column analysis accounting for the stress and strain change in reinforcement and concrete with time due to the increasing in time permanent loads induced by the self-weight of each slab during construction. The mathematical formulation is based on the superposition principle for the creep strain described by Volterra's integro-differential equation and involves a matrix solution of linear equations derived via application of the generalized mean theorem for integration. The results obtained are also verified analytically. Finally, the proposed model is applied to calculate extra shear forces caused by the deflections appearing to the adjacent columns of different cross-sections. The results obtained are also compared with the approximate calculation treating the building as an instantly built. The results indicate that additional shear forces due to different displacements of the adjacent columns are quite mild. However, the additional shear forces can be sufficiently high, if the column is located near the high stiffness walls in a non-sway building. In this case, the extra shear forces should be determined via time-dependent analysis accounting on the creep and shrinkage strains relying on the gradually increasing load during construction.