Fulltext

Reinforcement Design Algorithm For Concrete Shells

أسلوب تصميم حديد ألتسليح للمنشأت ألخرسانية ألقشرية

Hani M. Fahmi هاني محمد فهمي --- Nabil M. Ali نبيل محمد علي

AL-NAHRAIN JOURNAL FOR ENGINEERING SCIENCES مجلة النهرين للعلوم الهندسية
ISSN: 25219154 / eISSN 25219162 Year: 2008 Volume: 11 Issue: 3 Pages: 382-394
Publisher: Al-Nahrain University جامعة النهرين

Abstract

The absence of universally accepted solutions in the structural concrete codes for the design of reinforcement in shells gives rise to the problem of calculating the required reinforcement in these structures. The constant development of the computer’s performance and storage capacity combined with the powerful numerical methods reveal the need for a standard procedure to design shells subjected to membrane and flexural forces.In this paper, the solution for the design of the required reinforcement in concrete shells is presented based on a complete iterative computational algorithm to design shell elements subjected to combined membrane forces and bending moments.In the design equations, the reinforcement will contribute to tension and the concrete compression struts parallel to the crack direction will contribute to compression. The reinforcement is assumed to have two orthogonal layers placed in the top and bottom surfaces with appropriate covers. Each reinforcement layer has reinforcing bars placed orthogonally. For the concrete compression struts, the stress is assumed to be uniformly distributed in the depth of Whitney’s stress block. This design algorithm is achieved by developing a design code (DRCSH) based on a complete iterative computational algorithm. This program can be used as a stand-alone version, to determine the load carrying capacity of critical points in reinforced concrete panels, plates and shells; and to verify the design code on the element level, five experimental models are designed. The designed elements give calculated ultimate strengths from 7 to 18% higher than test results values, except one model, which confirms the adequacy of the design algorithm, and the developed design code.

أن غياب الحلولِ المقبولةِ عالمياً في ألمدونات الخرسانيةِ ألأنشائية لتصميمِ حديد ألتسليح في المنشأت ألقشرية تُسبّبُ بعض ألصعوبات لحِساب التسليح المطلوبِ في هذه المنشأت. التطوير المستمر في أداءِ الحاسوبَ وقابلية الخزنِ المتزامنة مع الطرقِ العدديةِ الكفوءة أدت ألى ظهور ألحاجة ألى أكتشاف طرق لتصميم حديد ألتسليح للمنشأت ألقشرية ألمعرضة ألى أحمال مختلفة.في هذا ألبحث، تم تقديم طريقة حسابية متتابعة كاملة لتصميم حديد التسليح للعناصر ألقشرية ألمعرضة لأحمال غشائية و عزوم.في معادلاتِ التصميمَ، يساهم حديد ألتسليح في تحمل قوى ألشد ألمتولدة أما ألخرسانة ألموازية لأتجاه ألتشققات فأنها تتحمل قوى ألانضغاط ، تم افتراض حديد ألتسليح بشكل طبقتين متعامدتين و ضعتا في ألسطحين ألعلوي والسفلي مع غطاء حرساني مناسب.كل طبقة من حديد ألتسليح تتكون من قضبان حديد تسليح متعامدة. تم أعتبار كل طبقة من حديد التسليح عمودية على الطبقة الأخرى.كما افترض ان الأجهاد لأنضغاط عمود ألخرسانة موزعاً بأنتظام خلال عمق منطقة أجهاد (Whitney) تم تنفيذ طريقة التصميم بكتابة برنامج تصميمي (DRCSH) اعتمادا على طريقة حسابية متتابعة، هذا البرنامج يمكن استخدامه لا يجاد قوة ألتحمل في المناطق الحرجة للألواح وألقشريات ألخرسانية ألمسلحة. و للتأكد من صحة برنامج التصميم تمت عملية تصميم لخمسة نماذج سبق أن فحصت عملياً. أظهرت نتائج التحليل أحمال فشل أعلى بمقدار 7-18% من أحمال الفشل العملية، عدا حالة واحدة. مما يؤكد يمثل صلاحية ألطريقة و برنامج التصميم ألمعد.

Keywords

Finite element --- shells --- concrete structure --- stress analysis