Spalteninteraktionsdiagramm / Kurve erklärt

Vertikale Bauteile, die Teil eines Gebäuderahmens sind, werden kombinierten Axiallasten ausgesetzt und Biegemomente. Diese Kräfte entstehen durch äußere Belastungen, wie tot, Leben, und Windlasten. Einfach gesagt, ein Interaktionsdiagramm (oder Kurve) zeigt die Kombinationen des akzeptablen Moments und der axialen Kapazität eines Bauteils an.

Die Äquivalenz zwischen einer exzentrisch aufgebrachten Last und einer axialen Last-Moment-Kombination ist unten dargestellt. Es sei angenommen, dass eine Kraft P in einem Abstand e auf einen Querschnitt ausgeübt wird (Exzentrizität) vom Schwerpunkt. Die exzentrische Kraft P kann nun mit der am Schwerpunkt nach unten wirkenden Kraft P und einigen Pe kombiniert werden, Das ist ein reiner Moment.

Eine andere Position der Axialkraft vom Abschnittsschwerpunkt erzeugt verschiedene Verhaltensweisen einer Säule sowie eine Spannungsverteilung in Abschnitten. Diese sind auf der M-N-Interaktionskurve aufgetragen:

Beispiel eines Interaktionsdiagramms

1. Reine axiale Kompression (Punkt A.). Dies ist die größte axiale Druckbelastung, die die Säule tragen kann.
2. Kompression mit geringfügiger Biegung (Punkt B.). Dies ist der Fall bei einer großen axialen Last, die bei einer kleinen Exzentrizität wirkt. Die Spannungsverteilung wird geneigt, aber der Abschnitt wird immer noch komprimiert. Das Versagen tritt durch Zerkleinern des Betons auf.
3. Kompressionskontrolle (Punkt C.). Es gibt sowohl eine Druckzone als auch eine Zugzone von Beton. Stahl ist Spannung ausgesetzt. Ein Versagen tritt durch Quetschen des Betons auf der Kompressionsseite auf, wohingegen die Spannung in Stahl fs geringer ist als die Fließspannung fy.
4. Ausgewogener Zustand (Punkt D.). Ein ausgeglichener Zustand ist erreicht, wenn die Druckspannung im Beton begrenzt ist und die Zugbewehrung gleichzeitig nachgibt. Das Versagen von Beton tritt gleichzeitig mit den Stahlausbeuten auf.
5. Spannungsregelung (Punkt E.). Dies ist der Fall bei einer kleinen axialen Last mit großer Exzentrizität, das ist, ein großer Moment. Bei Misserfolg, Die Dehnung im Spannstahl ist größer als die Streckdehnung.
6. Reine Biegung (Punkt F.). Die Sektion, in diesem Fall, einem Biegemoment M ausgesetzt ist, wohingegen die axiale Last P = ist 0. Ein Fehler tritt auf wie bei einem Balken, der nur einem Biegemoment ausgesetzt ist.
7. Reine axiale Spannung (Punkt G.). Dies ist die größte axiale Zuglast, die die Säule tragen kann.

Um diese Kurve zu berücksichtigen, berücksichtigt SkyCiv die erforderliche Anzahl von Zwischenpunkten. Typischerweise, Es gibt drei Hauptpunkte: maximale axiale Spannung (Punkt G.), maximale axiale Kompression (Punkt A.), und ausgeglichener Zustand (Punkt D.). Dann werden Zwischenpunkte vom ausgeglichenen Zustand bis zur maximalen Spannung berücksichtigt (Punkte D-G) und vom ausgeglichenen Zustand bis zur maximalen Kompression (Punkte D-A). Um alle diese Punkte gemäß den Konstruktionscodes zu berechnen, wurden die nächsten Annahmen verwendet:

1. Dehnungen in Beton und Stahl sind proportional zum Abstand von der neutralen Achse
2. Das Kräftegleichgewicht und die Dehnungsverträglichkeit müssen erfüllt sein
3. Die maximal nutzbare Druckspannung in Beton beträgt 0.003
4. Die Spannungsfestigkeit von Beton kann vernachlässigt werden
5. Der Betonspannungsblock kann als rechteckige Form angenommen werden

Die Festigkeit eines Säulenquerschnitts kann aus der Geometrie des Querschnitts bestimmt werden, die konstitutiven Beziehungen der Beton und Stahl und Berücksichtigung von Gleichgewichts- und Dehnungskompatibilität. Für die Berechnung von M-N-Zwischenkurvenpunkten, die die Stärke des Abschnitts beschreiben, verwendet SkyCiv einen iterativen Prozess. Die nächsten Schritte sind in diesem Prozess gem ACI Code:

Interpretation der Interaktionskurve

Damit das Design einer Säule als angemessen angesehen wird (sicher), die Kombination von Aktionseffekten (M., P.) muss kleiner sein als die Kombination der Designstärken (M., P.) aus der Interaktionskurve. Dies bedeutet, dass, wenn die Position des M.,Der P-Punkt auf dem Plot liegt außerhalb der Kurve. Es wird davon ausgegangen, dass er dieses Kriterium nicht erfüllt und als unsicher eingestuft wird.

3D Interaktionskurven in der SkyCiv-Software

Im SkyCiv RC-Designmodul, SkyCiv verwendet sowohl die Haupt- als auch die Nebenachse, um den Gleichgewichtspunkt zu berechnen. Das Modul definiert den Schnittpunkt mit einem 3D-Interaktionsdiagramm (grüner Punkt im unteren Bild). Die Koordinaten dieses Punktes liefern die Axial- und Biegekapazitäten für den Abschnitt.

 

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