Kompletní posouzení kotev a betonových bloků pomocí IDEA StatiCa
Eurokód specifikuje několik způsobů porušení kotev a betonových patek a dále je dělí podle typu zatížení. V IDEA, STATICA Connection jsme dosud mohli kotvy posoudit, ale s určitými omezeními bylo nutné hodnocení provádět ručně.
Současně nebylo možné počítat s vyztužením betonových bloků. To se nyní mění s IDEA StatiCa Detail 3D beta, která přidává další možnosti. IDEA StatiCa Detail 3D beta nenabízí hodnocení tak, jak jsme zvyklí v normě, která je definuje pro prostý beton. Pomocí MKP analýzy však můžeme ověřit, že železobeton bude vyhovovat zadanému zatížení, a zde zabrání porušení betonu, které by těmto podmínkám odpovídalo. Aplikace fungují samostatně a lze je používat samostatně, ale díky propojení mezi Připojením a Detailem je možné Detail používat i pouze jako doplňkový výpočet.
Nyní si projděme podmínky Eurokódu jeden po druhém a možnosti, které nám aplikace nabízejí.
Tažná síla
Eurokód rozděluje první typ zatížení (tahovou sílu) na 6 možných případů porušení kotvy nebo betonového bloku (a, b, c, d, e, f) a další dva pro vyztužené patky (g, h).
Na obrázku níže schematicky vidíte, jaký typ selhání můžete pomocí aplikace Connection posoudit a jaké chování lze pokrýt použitím železobetonu, a tedy i analýzu v Detailu. IDEA StatiCa Connection používá empirické vzorce z Eurokódu ( EN 1992-4-7.2.1) pro návrh kotev (CBFEM), zatímco IDEA StatiCa Detail je zcela založena na metodě konečných prvků (3D CSFM). Některé možnosti hodnocení se tedy v obou aplikacích překrývají, ale vždy jinou metodou.
Z povahy metod implementovaných v softwaru vyplývá, že v Přípoji lze uvažovat pouze prostý beton, zatímco v Detailu lze uvažovat pouze železobetonové patky.
Hlavní předpoklady a omezení analýzy pro aktuální verzi IDEA StatiCa Detail 3D beta:
- Beton v tahu je zanedbáván.
- Smyk se přenáší pouze třením.
- K dispozici je lepidlo a výztuž zalitá na místě.
a) Selhání oceli
V obou aplikacích se ověřuje samotné porušení oceli u tahem zatížených kotev. Pevnost kotvy v tahu se v Připojení kontroluje podle následujícího vzorce:
V Detailu se kotvy posuzují jako běžné vyztužené pruty podle pracovních diagramů definovaných pro jednotlivé materiály, přičemž se používá hodnota mezního přetvoření maximálně 5% (vypočteno na základě vlivu tahového ztužení)
b) Selhání betonového kužele
Selhání betonového kužele lze ověřit v Connection. V Connection však aplikace může uvažovat pouze o obyčejném betonu.
Proto v případě, že betonový kužel selže, je vhodné přistoupit k IDEA StatiCa Detail, kde je poskytnuta analýza celého vyztuženého bloku. Pevnost betonu v tahu je konzervativně zanedbávána, což znamená, že únosnost při porušení kužele je do značné míry určena stanoveným množstvím výztuže. Na obrázku níže můžete vidět směry hlavních napětí , které označují tvar výše zmíněného kužele. V pravé části vidíte hodnoty napětí v betonu, které jsou vyhodnoceny s mezními hodnotami.
c) Selhání vytažení
Tento posudek je v Zapojení pouze pro určité případy (viz první obrázek v tomto článku). U dodatečně instalovaných mechanických kotev je nutné dodatečné posouzení.
V Detailu je možné nastavit tzv. lepicí kotvy a specifikovat návrhovou pevnost spoje podle jejich technických parametrů. Na základě těchto parametrů se pak kotvy ověří. (Platí pouze pro železobeton.)
d) Kombinované vytažení a selhání betonu lepených spojovacích prvků
Toto selhání lze zjistit pouze v detailu, kde se pomocí 3D CSFM posuzují napětí v betonu a kotevní plochy. Kombinovaný mechanismus vytržení betonu a porušení betonu je podrobně založen na výše definovaných principech a jeho posouzení je součástí kontroly pevnosti a kotvení betonu. (Platí pouze pro železobeton.)
e) Selhání štípání betonu
V souvislosti s tím není možné posoudit. Pro detail, selhání štípání je obvykle problémem prostého betonu, kde použití výztuže zabraňuje jeho výskytu. Zároveň je možné v aplikaci Detail vidět napětí a přetvoření jak výztuže pod tlakem nebo tahem, tak betonu pod tlakem.
f) Porušení vyfouknutí betonu
U prostého betonu je možný empirický posudek podle Eurokódu v Connection.
U vyztužených konstrukčních prvků je možné použít Detail. Porušení betonu při výbuchu je zahrnuto v pevnostní analýze betonu. Kde jsou tahová napětí přenášena pouze výztuží (jak bylo několikrát zmíněno výše).
Další posudky pro železobetonové bloky:
U vyztužených základů je vyžadováno dodatečné posouzení výztuže. Porušení výztuže ocelí a porušení kotvy výztuže je součástí posouzení výztuže v Detailu.
g) Porušení výztuže ocelí
h) Porušení kotvení výztuže
Smykové zatížení
Eurokód rozděluje druhý typ zatížení (smykovou sílu) na 4 možné případy porušení kotvy nebo betonového bloku (a, b, c, d) a další dva pro vyztužené patky (e, f).
Na obrázku níže je schematicky znázorněno, jaký typ poruchy můžete posoudit pomocí aplikace Connection a také jaké chování lze pokrýt použitím železobetonu, a tedy i analýzu v Detailu. IDEA StatiCa Connection používá empirické vzorce z Eurokódu ( EN 1992-4-7.2.2) pro návrh kotev (CBFEM). Všechny typy poruch způsobených smykovou silou je možné pokrýt v aplikaci Connection.
V aktuální verzi IDEA StatiCa Detail 3D beta existuje omezení, kdy se smyková síla přenáší pouze třením mezi patní deskou a betonem. Proto jsou tyto názory pouze orientační. Opět je třeba zdůraznit, že je vyžadován pouze železobeton.
a) Selhání oceli bez ramene páky
Porušení oceli bez ramene páky u smykem zatížených kotev se posuzuje pouze v Přípoji. Smyková únosnost kotvy se v IDEA StatiCa Connection kontroluje podle následujícího vzorce:
Vzhledem k tomu, že v detailu není možné kotvu zatížit smykovou silou, není možné provést posouzení v aplikaci.
b) Porušení oceli s ramenem páky
Porušení oceli s ramenem páky smykově zatížených kotev se posuzuje pouze v Přípoji. Smyková únosnost kotvy se v IDEA StatiCa Connection kontroluje podle následujícího vzorce:
Vzhledem k tomu, že v detailu není možné kotvu zatížit smykovou silou, není posouzení v programu vůbec možné.
c) Selhání vypáčení betonu
Porušení betonu smykem zatížených kotev se ověřuje pouze v Connection. Smyková únosnost kotvy se v IDEA StatiCa Connection kontroluje podle následujícího vzorce:
Smyková únosnost betonu přes základovou desku se pak posuzuje v aplikaci Detail.
d) Porušení hrany betonu
Porušení hrany betonu u kotvy zatížené smykem se ověřuje pouze v Přípoji. Smyková únosnost kotvy se v IDEA StatiCa Connection kontroluje podle následujícího vzorce:
Smykovou únosnost betonu lze v aplikaci Detail posoudit pouze v případě, že existuje patní deska, která by smykovou sílu přenášela.
Další posudky pro železobetonové bloky:
U vyztužených základů je vyžadováno dodatečné posouzení výztuže. Porušení výztuže ocelí a kotvení je součástí posouzení výztuže v IDEA StatiCa Detail.
e) Selhání oceli při přídavné výztuži
f) Selhání kotvení doplňkové výztuže
Závěr
Aplikace IDEA StatiCa Detail 3D může sloužit jako nástroj pro další hodnocení k IDEA StatiCa Connection. Vzhledem ke způsobu a způsobu provedení aplikace je aplikace Detail vhodná pouze pro vyztužené základy. Upozorňujeme, že se stále jedná o beta verzi.