Според данните на Националния статистически институт през 2009 г. в градовете в България близо половината (49,2%) от жилищата са панелни, 47,1% - тухлени и 3,7% - други. Същевременно 69,8% от жилищата в селата са тухлени сгради, 26,6% - други и само 3,6% - стоманобетонни (панелни) сгради. Това са конструкции, намерили голямо приложение през 50-те и 60-те години на XX век в райони с ниска, средна, а дори и висока сеизмичност. Практиката показва, че при стоманобетонни скелетни конструкции и сравнително ниска етажност е целесъобразно да се използват стоманобетонни колони и греди, образуващи рамка, а пространството между тях да се запълва от зидария вместо стоманобетонни вертикални елементи (шайби). Това улеснява строителните работи, а предимствата са многобройни - пожароустойчивост, топло- и звукоизолация, бързи срокове за изграждане, естетична външност и др. В миналото проектантската практика е била тухлените панели да се приемат за неконструктивни елементи, което означава пренебрегването им в математическите модели и получаване на неточни резултати в определяне на носещата способност, коравината и дуктилността. Едва през последните 40 години значително е нараснал броят на експерименталните и аналитичните проучвания върху поведението на този вид сгради. Резултатите показват сложно нелинейно поведение, което е повлияно от многобройни фактори - крехко поведение на тухления панел, дуктилно нелинейно поведение на обрамчващата стоманобетонна рамка, различни деформационни свойства и якости на двата композитни материала, както и разнообразие в големината на площта на взаимодействие на панела с рамката. Наличието на пълнеж ограничава деформациите на рамката, освен това коравината и носещата способност на такава конструкция са по-големи, отколкото сумата от техните компоненти, взети поотделно. Всичко това означава, че тухленият панел е важен конструктивен елемент. Неговото пренебрегване би довело до съвсем различно поведение от реалното и други механизми на разрушение при хоризонтално натоварване. Ефективното използване на зидарията като конструктивен елемент в бъдеще все още е ограничено поради недостатъчните познания върху поведението й и съществуващи неясноти при сеизмично натоварване.   Общи принципи при моделирането на стоманобетонни рамки с тухлен пълнеж   Стоманобетонните рамки с пълнежна зидария са сложни конструктивни системи, зависещи от множество фактори. Доказано е от много експериментални наблюдения, че този тип конструкции имат силно нелинейно и нееластично поведение дори и при малко натоварване. Материалната нелинейност е резултат от спада в свойствата както на панелите, така и на рамката, вариации в контактната дължина и др. Геометричната нелинейност също може значително да повлияе върху поведението на конструкциите, особено когато тя е по направление на големи хоризонтални премествания. Нелинейността е свързана с определяне на аналитични параметри при сложни изчислителни техники с цел правилното моделиране. Поради намаляването на коравината и носещата способност при циклично натоварване рамките с пълнежна зидария не могат да се моделират като еласто-пластични системи. Необходимо е използването на по-реални модели за получаване на валидни резултати.   Видове модели   Зидарията показва различни свойства в различните направления, което се дължи на разтвора във фугите, формирайки слаби равнини. Големият брой на факторите, оказващи влияние, такива като размерите и анизотропността на тухлите, дебелината на фугите и подреждането на хоризонталните и вертикалните фуги, материалните свойства на тухлите и на разтвора, както и качеството на изграждане на конструкцията правят моделирането изключително трудна задача. Съществуват два основни вида модели:   √ Микромодел - представя зидарията като многокомпонентен материал. Според тази процедура тухлените блокове, разтворът, връзката между тях се моделират поотделно. Моделите с крайни елементи показват голямо преимущество в описване на поведението и локалните ефекти, свързани с пукнатинообразуване, смачкване и контактно взаимодействие. От друга страна обаче, нивото на рафиниране е такова, че изисква по-големи предварителни изчислителни процедури, както и повече време за вкарване на входни данни и получаване на резултати. Ето защо намира приложение при изследване на малки лабораторни образци и конструктивни детайли.   √ Макромодел - представя зидарията като еднокомпонентен материал. При тази процедура не се прави връзка между отделните блокове и разтвора, а зидарията се счита за хомогенен, изотропен или анизотропен континуум. Този модел се предпочита за анализ на големи зидани конструкции и не е подходящ за детайлно изследване на напрегнатото състояние на един панел поради факта, че не могат да се обхванат всички механизми на разрушение. Влиянието на фугите, водещо до образуване на слаби равнини, също не може да се отчете. Макромоделът на рамките с тухлен пълнеж трябва да включва ефекта на вкоравяване на панела, а това се отчита чрез двойка диагонали в отворите на рамката. Счита се, че работят само диагоналите, подложени на натискови нормални напрежения. Коравината в зависимостта сила - преместване може да се използва, за да се определи ефективната площ на диагоналите. Тази концепция първо е била предложена от опити на Polyakov (1966) и е била описана от Klinger и Bertero (1976) и Mallick и Severn (1967). По-нататък идеята се е доразвила от Holms (1961) и Stafford Smith (1962). Била е продължена от много други изследователи - Crisafulli (1997), Biondi (2000), Calvi (2001), Dolsek (2002). В днешно време този модел е приет като прост и рационален начин да се опише влиянието на зиданите панели върху рамките.   Макромодел - модел с еквивалентни пръти   Конфигурация на еквивалентните пръти Първоначалната концепция е била само с един диагонален прът, свързвайки двата противоположни ъгъла на зидания панел. С цел да се представи цикличното поведение има по един прът във всяка диагонална посока на стената. Имайки предвид, че опънните напрежения са много малки, се предполага, че работи само натиснатият диагонал. По-късни изследвания показват, че този модел не може да опише локалните ефекти, които са резултат от взаимодействието на панела и рамката. Като резултат огъващите моменти и срязващите сили в елементите на рамката не са реални и местоположението на пластичните стави не може да се определи с точност. Поради тези причини горният прътов модел е променен. Геометрията на еквивалентните пръти може да варира в големи граници в зависимост от вида на разрушението и желаната степен на точност. При трипрътовия модел коравината може да се различава значително в зависимост от разстоянието между прътите hz, като увеличаването му води до редукция в коравината. Двупрътовият модел е склонен към големи стойности на огъващите моменти, докато трипрътовият показва по-добра апроксимация. Подобни заключения са направени и за срязващи сили, а нормалните сили показват едни и същи резултати при трите модела.   Описание на модела   Предложеният модел се състои от четири възлови елемента, замислени така, че да представят поведението на панелите в рамковите конструкции. Всеки панел се състои от пет прътови елемента, два успоредни пръта във всяка диагонална посока и един прът само през един от диагоналите, който трябва да пренася срязващата сила от върха до дъното на панела. Четирите пръта вляво използват типичната хистерезисна крива за еквивалентни пръти (вляво), докато прътът, поемащ срязването (вдясно), използва билинейна хистерезисна крива (вдясно).   Параметри на модела   Моделът се състои от множество параметри - механични, геометрични и емпирични. Механичните и геометричните параметри са необходими за дефиниране на еквивалентните пръти, а емпиричните - за пресмятане на величини, свързани с цикличното поведение. Поради множеството фактори, влияещи върху този тип конструкции, определянето на параметрите не е еднозначно, а в някои случаи е и доста трудоемка задача. Много автори са изложили своите теории, като Mann и Muller (1982), Paulay и Priestley (1992), Crisafulli (1997) и др.   Методи за анализ Нелинеен статичен анализ   Този вид анализ се прилага при конструкции, които са натоварени с гравитачни постоянни товари, а хоризонталните натоварвания, приложени към всички маси на конструкцията (обикновено на всеки етаж), се увеличават монотонно от нула до неопределена стойност (при контрол по премествания). Като резултат от анализа се получава т. нар. капацитивна крива - връзка между пълната срязваща сила в основата и хоризонталното преместване на контролния възел (обикновено възелът при върха на конструкцията). Този вид анализ се прилага за приблизителна оценка на очаквания пластичен механизъм, свързан с разрушението на конструкцията; за анализиране последователността в разпределение на разрушенията; за определяне на действителния коефициент на поведение q и др.   Нелинейно изследване във времето   Това е най-точното представяне на сеизмичното въздействие. Представлява стъпков анализ на динамичното реагиране на конструкцията, натоварена с товар, изменящ се във времето. Тук проектните премествания не се определят както при нелинейния статичен анализ, а директно чрез динамичния анализ, използвайки записи на акселерограми. Използват се мащабирани записи на ускорения съобразно почвените условия и сеизмичната интензивност. Обикновено кодовете дават препоръки, но не и готови списъци със записи. Поведение на стоманобетонните рамки с пълнежна зидария при сеизмично въздействие Като допълнение на вискозно-еластичното поведение на материалите хистерезисните криви също водят до дисипацията на енергия, а оттам и увеличаване на затихването. Това е изключително важно в условия на големи премествания, каквито са при сеизмично въздействие. Показани са резултатите от хистерезисни криви на една стена, подложена на циклично натоварване. Голямата вариация от възможности включва както наличието на промени в характеристиките на модела, така и различни комбинации от различните типове деградации на Combined degradations.   Изводи и препоръки   [gallery link="file" order="DESC" columns="4" orderby="post_date"] Поради сложното и нелинейно поведение на стоманобетонните рамки с пълнежна зидария по света се правят многобройни експериментални проучвания, докато само няколко модела за аналитичното им изследване са били описани. Тези модели са еквивалентният прътов модел, който дава достатъчна точна оценка за коравината на рамката и за нормалните сили, които се индуцират в нея; и микромоделите, базирани на метода на крайните елементи, които представят изключително прецизно поведението им. Големият недостатък на последния е трудността в прилагането му при многоетажни сгради, докато при първия съществува неяснота в определяне на площта и дължината на еквивалентните пръти.   Автор: Мая Атанасова  Добромир Динев, УАСГ