Страница 11: ДСТУ-Н Б EN 1998-3:20ХХ. Проектування сейсмостійких споруд. Частина 3. Оцінка стану та відновлення будівель (59431)

де Н висота рами в метрах і параметр m визначається таким чином:

where H is the frame height in metres and the parameter m is defined as follows: where:

де:

жорсткість обертання з'єднання,

I момент інерції балки,

L проліт балки,

E Модуль Юнга балки.

(5) На додаток до картини горизонтальних сил, представленої в стандарті
EN 1998-1:2004, 4.3.3.2.3 і в пункті 4.4.4.2(1) даного стандарту, слід використовувати наступну картину сил (F_x,i) в (лінійному) аналізі бічного зусилля і в нелінійному статичному (спрощеному) аналізі для виявлення настання всіх граничних станів:

where:

is the connection rotation stiffness,

I is the moment of inertia of the beam,

L is the beam span,

E is Young's modulus of the beam.

(5) In addition to the pattern of horizontal forces given in EN 1998-1:2004, 4.3.3.2.3 and in 4.4.4.2(1) of this standard, the following pattern of forces (Fx,i) should be used in the (linear) lateral force analysis and in the nonlinear static (pushover) analysis to detect the onset of all limit states:

де Fb сейсмічна горизонтальна сила в основі споруди, а представляється слідуючим чином:

where Fb is the seismic base shear and given by:

В.4.3 Рами, що розкріплюють в'язями

(1) Рамам з ексцентричною системою в'язів і Г-подібним рамам, що розкріплюють в'язями, слід віддавати перевагу при модернізації до рам з концентричною системою в'язей.

(2) Г-подібні рами, що розкріплюють в'язями, є конструкціями, в яких система в'язів приєднана до зони розсіяння, а не до місць з'єднання балок з колонами.

(3) Алюміній або нержавіюча сталь можуть використовуватися для зон розсіяння в концентричних, ексцентричних або Г-подібних рамах, що розкріплюють в'язями, тільки в тому випадку, якщо їх використання виправдовується за наслідками випробувань.

(4) Сталеві, бетонні і/або композитні стіни можуть використовуватися при модернізації для поліпшення податливої реакції і запобігання нестійкості в системі балка-колона. Їх конструкція і розробка їх з'єднання із сталевими елементами повинні відповідати стандарту EN 1998-1:2004.

(5) Сталеві панелі можуть виготовлятися із сталі з низькою границею текучості і повинні зварюватися в цехових умовах і закріплюватися болтами в польових умовах.

(6) Система в'язів може упроваджуватися в рами, що протистоять моменту, для підвищення їх бокової жорсткості.

В.5 Оцінка і модернізація елементів

В.5.1 Загальні вимоги

(1) Балки повинні розвивати свій повний пластичний момент без локального викривлення в полиці або стінці в граничному стані з істотним пошкодженням. Локальне викривлення має бути обмеженим в граничному стані, близькому до руйнування.

(2) У граничному стані обмеження пошкодження і істотного пошкодження, в колонах не повинна виявлятися осьова і пластична деформація при згині або викривленні.

(3) Розкоси повинні витримувати пластичні деформації і розсіювати енергію впродовж послідовних циклів пластичної деформації і викривлення. У граничному стані обмеження пошкодження викривлення має бути виключене.

(4) До полиць і/або стінок слід приварювати сталеві листи для зменшення відношення ширини до товщини.

(5) Стійкість до моменту Mpb,Rd балки в місці розташування пластичного шарніра слід розраховувати таким чином:

B.4.3 Braced frames

(1) Frames with eccentric bracing and knee-braced frames should be preferred for the retrofitting to frames with concentric bracing.

(2) Knee-braced frames are systems in which the bracing are connected to a dissipative zone, instead of the beam-to-column connection

(3) Aluminium or stainless steel may be used for dissipative zones in concentric, eccentric or knee-braced frames, only if their use is validated by testing.

(4) Steel, concrete and/or composite walls may be used in the retrofitting to enhance ductile response and prevent beam-column instability. Their design and that of their connection with steel members should comply with

EN 1998-1: 2004.

(5) Steel panels may employ low-yield steel and should be shop-welded and field bolted.

(6) Bracing may be introduced in moment resisting frames to increase their lateral stiffness.

B.5 Member assessment and retrofitting

B.5.1 General requirements

(1) Beams should develop full their plastic moments without local buckling in the flange or in the web at the SD LS. Local buckling should be limited at the NC LS

(2) At the LS of DL and of SD, axial and flexural yielding or buckling should not occur in columns.

(3) Diagonal braces should sustain plastic deformations and dissipate energy through successive cycles of yielding and buckling At the LS of DL buckling should be avoided.

(4) Steel plates should be welded to flanges and/or webs to reduce the slenderness ratios.

(5) The moment capacity Mpb,Rd of the beam at the location of the plastic hinge should be computed as:

де:

Ze ефективний модуль пластичності перетину у місця пластичного шарніра, розрахованний з посиланням на фактичний заміряний розмір перетину;

f_yb границю текучості сталі в балці; для існуючої сталі значення f_yb може бути прийняте рівним середньому значенню, отриманому з випробувань на місці і з допоміжних джерел інформації, відповідним чином помножених на довірчу вірогідність, CF, представлену в таблиці 3.1 для відповідного рівня знання (див. 3.5(2)Р); для нової сталі значення f_yb може бути прийняте рівним нормальному значенню, помноженому на коефіцієнт надміцності γ_ov для сталі балки, визначений відповідно до стандарту EN 1998-1:2004: 6.2(3), (4) і (5).

(6) Необхідний момент M_cf,_Ed в критичному перетині на поверхні колони оцінюється наступним чином:

where:

Ze is the effective plastic modulus of the section at the plastic hinge location, computed with reference to the actual measured size of the section, and

f_yb is the yield strength of the steel in the beam; for existing steel, f_yb may be taken equal to the mean value obtained from in-situ tests and from the additional sources of information, appropriately multiplied by the confidence factor, CF, given in Table 3.1 for the appropriate knowledge level (see 3.5(2)P); for new steel f_yb may be taken equal to the nominal value multiplied by the overstrength factor γ_ov for the steel of the beam, determined in accordance with EN 1998-1: 2004: 6.2(3), (4) and (5).

(6) The moment demand M_cf,Ed in the critical section at the column face is evaluated as follows:

де:

M_pl,Rd,b пластичний момент балки у пластичного шарніра балки,

V_pl,Rd,b зрушення пластичного шарніра балки;

е відстань між пластичним шарніром балки і поверхнею колони.

(7) Необхідний момент M_cc,Ed в критичному перетині у центральної лінії колони може бути розрахований таким чином:

where:

M_pl,Rd,b is the beam plastic moment at the beam plastic hinge,

V_pl,Rd,b is the shear at the beam plastic hinge;

e is the distance between the beam plastic hinge and the column face.

(7) The moment demand M_cc,Ed in the critical section at column centreline may be calculated as follows:

де d_c глибина колони.

В.5.2 Деформаційні здатності елементу

(1) Непружні деформаційні здатності несучих елементів конструкцій при трьох граничних станах можуть бути прийняті, як представлено в наступних параграфах.

(2) Непружні деформаційні здатності стиків між балками і колонами можуть бути приняті рівними тим, які представлені в таблиці В.6 (стаття В.6.2.1), за умови, що приєднані елементи відповідають вимогам, встановленим в перших п'яти рядках таблиці В.6.

(3) Для балок і колон в стані згину, непружну деформаційну здатність слідує виразити в представленні пластичного обертання на кінці елементу, як кратне обертанню поясу при пластичній деформації, θ_y, на даному кінці. Для балок і колон з безрозмірним осевим навантаженням V, що не перевищує 0,30, непружні деформаційні здатності при трьох граничних станах можуть бути прийняті відповідно до таблиці В.1

Таблиця В.1: Стійкість до пластичного обертання на кінці балок або колон з безрозмірним осьовим навантаженням v, що не перевищує 0,30.

where d_c is the column depth.

B.5.2 Member deformation capacities

(1) The inelastic deformation capacities of structural members at the three LSs may be taken as given in the following paragraphs.

(2) The inelastic deformation capacities of beam-to-column joints may be taken equal to those given in a Table B.6 (clause B.6.2.1), provided that connected members fulfil the requirements given in the first five rows of Table B.6.

(3) For beams and columns in flexure, the inelastic deformation capacity should be expressed in terms of the plastic rotation at the end of the member, as a multiple of the chord rotation at yielding, θ_y, at the end in question. For beams and columns with dimensionless axial load V not greater than 0,30, the inelastic deformation capacities at the three LSs may be taken in accordance with Table B. 1

Table B.l: Plastic rotation capacity at the end of beams or columns with dimensionless axial load v not greater then 0,30.

Граничний стан Limit State

Клас поперечного перетину

Class of cross section

Обмеження пошкодження DL

Істотне пошкодження

SD

Поблизу руйнування

NC

1

1,0θу

6,0θу

8,0θу

2

0,25θу

2,0θу

3,0θу

(4) Для розтяжок, що працюють на стискування, непружну деформаційну здатність слід виразити в представленні осьової деформації розтяжки, як кратне осьовій деформації розтяжки при навантаженні викривлення, ∆c. Для розтяжок, що працюють на стискування (за винятком розтяжок ексцентричних рам, що розкріплюють в'язями) непружні деформаційні здатності при трьох граничних станах можуть бути прийняті відповідно до таблиці В.2:

Таблиця В.2: Осьова деформаційна здатність розтяжок, що працюють на стискування (за винятком розтяжок ексцентричних рам, що розкріплюють зв'язками).

(4) For braces in compression the inelastic deformation capacity should be expressed in terms of the axial deformation of the brace, as a multiple of the axial deformation of the brace at buckling load, 4_C. For braces in compression (except for braces of eccentric braced frames) the inelastic deformation capacities at the three LSs may be taken in accordance with Table B 2:

Table B.2: Axial deformation capacity of braces in compression (except braces of eccentric braced frames).

Граничний стан Limit State

Клас поперечного перетину

Class of cross section

Обмеження пошкодження

DL

Істотне пошкодження

SD

Поблизу руйнування

NC

1

0,25∆c

4,0∆c

6,0∆c

2

0,25∆c

1,0∆c

2,0∆c

(5) Для розтяжок, що працюють на розтягування, непружну деформаційну здатність слід виражати в представленні осьової деформації розтяжки, як кратне осьовій деформації розтяжки при навантаженні пластичного розтягування, ∆t. Для розтяжок, що працюють на розтягування (за виключенням розтяжок ексцентричних рам, що розкріплюють в'язями) з поперечним перетином класу 1 або 2, непружні деформаційні здатності при трьох граничних станах можуть бути прийняті у відповідності з таблицею В.3:

Таблица В.3: Осьова деформаційна здатність растяжок, працюючих на розтяг (за виключенням растяжок эксцентричних рам, розкріплених в’язями).

(5) For braces in tension the inelastic deformation capacity should be expressed in terms of the axial deformation of the brace, as a multiple of the axial deformation of the brace at tensile yielding load, ∆t . For braces in tension (except for braces of eccentric braced frames) with cross section class 1 or 2, the inelastic deformation capacities at the three LSs may be taken in accordance with Table B 3:

Table B.3: Axial deformation capacity of braces in tension (except braces of eccentric braced frames).

Граничний стан Limit State

Обмеження пошкодження DL

Значне пошкодження SD

Поблизу руйнування NC

0,25∆t

7,0∆t

9,0∆t

(6) Для балок або колон, що працюють на розтягування, непружну деформаційну здатність слід виражати в представленні осьової деформації елементу, як кратне його осьовій деформації при навантаженні пластичного розтягування, ∆t. Для балок або колон, що працюють на розтягування (за винятком балок або колон в ексцентричних рамах, що розкріплюють в'язями) з поперечним перерізом класу 1 або 2, непружні деформаційні здатності при трьох граничних станах можуть бути прийняті відповідно до таблиці В.4.

Таблиця B.4: Осьова деформаційна здатність балок або колон, що працюють на розтягування (за винятком балок або колон ексцентричних рам, що розкріплюють зв'язками)

(6) For beams or columns in tension the inelastic deformation capacity should be expressed in terms of the axial deformation of the member, as a multiple of its axial deformation at tensile yielding load, 4. For beams or columns in tension (except for those in eccentric braced frames) with cross section class 1 or 2, the inelastic deformation capacities at the three LSs may be taken in accordance with Table B 4.

Table B.4: Axial deformation capacity of beams or columns in tension (except beams or columns of eccentric braced frames)

Граничний стан Limit State

Обмеження пошкодження DL

Істотне пошкодження SD

Поблизу руйнування NC

0,25 ∆t

3,0 ∆t

5,0 ∆t

B.5.3 Балки

B.5.3.1 Недоліки стійкості

(1) Балкам з відношенням довжини прольоту до глибини від 15 до 18 слід віддавати перевагу для підвищення поглинання енергії. Отже, при модернізації слід використовувати проміжні опори для укорочення довгих прольотів.

(2) Слід передбачити бічне закладення для полиць з недоліком стійкості. Бічне закладення верхньої полиці не потрібне, якщо комбінована дія з плитою є надійною. Інакше, комбіновану дію слід поліпшити шляхом виконання вимоги, вказаної в пункті В.5.3.5.

B.5.3.2 Недоліки міцності

(1) Для підвищення бракуючої міцності на згин до полиць балок слід додавати стальні листи. Додавання сталі до верхньої полиці не потрібне, якщо комбінована дія з плитою є надійною. Як альтернативу, конструкційну сталь балки з бракуючою міцністю на згин слід укласти в залізобетон.

(2) Повздовжні арматурні стрижні, які можуть бути додані для заповнення бракуючої міцності на згин, повинні відноситися до класу З відповідно до стандарту ЕN 1992-1-1:2004, таблиця С.1.

(3) Балки, модернізовані у зв'язку з недоліком стійкості, повинні відповідати вимогам стандарту ЕN 1998-1:2004 для класу податливості М.

(4) Сталеві листи слід додавати до стінки балки для двотаврового перетину або до стіни у разі порожнистих перетинів для заповнення бракуючої міцності на зрушення.

B.5.3.3 Ремонт покороблених і зламаних полиць

(1) Покороблені і/або поламані полиці слід укріпити або замінити з використанням нових плит.

(2) Покороблені нижні і/або верхні полиці слід ремонтувати шляхом додавання елементів жорсткості на всю висоту стінки по обидві сторони стінок балки відповідно до пункту (3), як описано нижче, і шляхом теплового випрямлення покоробленої полиці, або її видалення і заміни аналогічною плитою відповідно до пунктів (4) і (5), як описано нижче.

(3) Елементи жорсткості стінки балки слід розташовувати у краю і по центру покоробленої полиці, відповідно; товщина елементу жорсткості має дорівнювати товщині стінки балки.

(4) Нові плити слід або приварювати в тих же самих місцях, в яких розташовувалася первинна полиця, (тобто безпосередньо до стінки балки), або наварюватися на існуючу полицю. У обох випадках додані плити слід орієнтувати з напрямом плющення, відповідно повздовжньому напряму.

(5) При різанні і заміні слід передбачити спеціальне кріплення плит полиць.

(6) Замість наварювання на полку товстої плити слід віддавати перевагу заключенню стальної балки в залізобетон.

B.5.3.4 Ослаблення балок

(1) Податливість сталевих балок може бути покращувана шляхом ослаблення полиці балки в необхідних місцях, для зсуву розсіюючих зон убік від з'єднань.

(2) Зменшені перетини балок (RBS) поводяться подібно до запобіжника, який захищає з'єднання між балками і колонами від передчасного руйнування. Зменшені перетини балок мають бути такими, щоб в кожному граничному стані в них могли розвиватися мінімальні обертання, вказані в Таблиці В.5.

Таблиця B.5: Необхідна стійкість до кручення зменшених перетинів балок, RBS (в радианах).

B.5.3 Beams

B.5.3.1 Stability deficiencies

(1) Beams with span-to-depth ratios between 15 and 18 should be preferred to enhance energy absorption. Therefore, intermediate supports should be used in the retrofitting to shorten long spans.

(2) Lateral restraint should be provided to flanges with a stability deficiency. Lateral restraint of the top flange is not required, if the composite action with the slab is reliable. Otherwise, the composite action should be enhanced by fulfilling the requirements in B.5.3.5

B.5.3.2 Resistance deficiencies

(1) Steel plates should be added to flanges of beams to increase deficient flexural capacity. Addition of steel to the top flange is not required, if the composite action with the slab is reliable. Alternatively, structural steel beams with deficient flexural capacity should be encased in RC.

(2) Longitudinal reinforcing bars that may be added to increase a deficient flexural capacity should be of class C in accordance with

EN 1992-1-1:2004, Table C.l.

(3) Beams retrofitted due to resistance deficiencies, should fulfil the requirements of

EN 1998-1: 2004 for ductility class M.

(4) Steel plates should be added to the beam web for H-section, or to the wall for hollow sections, to enhance a deficient shear capacity.

B.5.3.3 Repair of buckled and fractured flanges

(1) Buckled and/or fractured flanges should be either strengthened or replaced with new plates.

(2) Buckled bottom and/or top flanges should be repaired by adding full height web stiffeners on both sides of the beam webs in accordance with (3) as follows, and by heat straightening of the buckled flange, or its removal and replacement with a similar plate in accordance with (4) and (5) as follows.

(3) Web stiffeners should be located at the edge and centre of the buckled flange, respectively, the stiffener thickness should be equal to the beam web.

(4) New plates should be either welded in the same location as the original flange, (i.e., directly to the beam web), or welded onto the existing flange. In both cases the added plates should be oriented with the rolling direction in the longitudinal direction.

(5) Special shoring of the flange plates should be provided during cutting and replacement.

(6) Instead of welding a thick plate onto the flange, the steel beam should be preferrably encased in RC

B.5.3.4 Weakening of beams

(1) The ductility of steel beams may be improved by weakening of the beam flange at desired locations, to shift the dissipative zones away from the connections.

(1) Reduced beam sections (RBS) behave like a fuse that protects beam-to-column connections against early fracture. The reduced beam sections should be such that they can develop at each LS the minimum rotations specified in Table B.5.

Table B.5: Required rotation capacity of reduced beam sections, RBSs (in radians).