Dosáhněte nemožného při návrhu kotvení

Dalo by se říct: "Prostě navrhněte to, co nám norma výslovně dovoluje." Ale takhle to prostě nefunguje, často musíme navrhovat kotvení ve stísněných podmínkách nebo atypy vyplývající z architektonických a jiných požadavků. A tak kotvení, která jsou "na hraně" (obrazně) vidíme všude kolem nás. Některá kotvení jsou přesně vypočítána a ověřena pokročilejšími metodami (i když to může trvat příliš dlouho). Mnoho případů však pravděpodobně nebylo posouzeno tak důkladně, jak by si zasloužilo. 

IDEA StatiCa již nějakou dobu mění a posouvá vpřed návrh ocelových přípojů, ocelových a betonových prvků a betonových detailů. Nejde jen o zjednodušení zavedených postupů, ale především o inovativní metody, které nám umožňují navrhovat dříve nemyslitelné. Náš nejnovější počin, vydání IDEA StatiCa Detail pro 3D, opět rozšiřuje možnosti navrhování o kousek dál.

Možná navrhujete kotvení často a chcete návrh zrychlit nebo se spoléháte na zkušenost, ale rádi byste si váš návrh ověřili. V obou případech je tenhle článek určený pro vás.

Nové možnosti

Pokud se zabýváte kotvením konstrukcí, pravděpodobně vás napadne několik případů, které vám daly zabrat. Zde je několik příkladů, které jsme nedávno identifikovali jako velmi obtížně dosažitelné pomocí standardních postupů. S pomocí našich nástrojů IDEA Statica Connection a IDEA StatiCa Detail je však možné je navrhovat v relativně rozumném čase.

Obrázek 1: Vícenásobné kotvení do jednoho betonového bloku

• Kotvení blízko okraje – Kotvení blízko okraje je téměř nemožné navrhnout bez vyztužení z důvodu selhání betonu (vytržení nebo vylomení kužele a další). Posouzení kotvení do železobetonu je samo o sobě pracné – více podrobností naleznete v tomto článku: S návrhem kotvení se již nemusíte trápit. Detail (a jeho 3D model) je určen právě pro takové případy, kdy je třeba zohlednit výztuž. Přidáním výztuže můžeme zabránit mechanismům porušení, které by se jinak u prostého betonu vyskytly.

Obrázek 2: Příklady kotvení v blízkosti hrany v aplikaci Connection (včetně ocelových prvků) a Detail (včetně výztuže)

• Více kotevních prvků blízko sebe – Problém, který máme s několika kotevními prvky blízko u sebe, spočívá v tom, že výtrhové kužely se vzájemně ovlivňují. Žádný návod, jak toto posuzovat neexistuje. V běžně používané literatuře, ať už EN nebo fib guide, najdeme víceméně jen určité podmínky a omezení. Jednoduše nám radí používat dostatečnou vzájemnou vzdálenost, která nám umožňují individuálně posoudit kužely. Ale jakmile se do těchto podmínek nevejdeme, je postup nepoužitelný. Tento případ je také možné řešit aplikací Detail. 

Obrázek 3: Vícenásobné kotvení do jedné stěny

• Vícenásobné kotvení obecně (například podpora technologického mostu na společném základu) – Typická situace způsobená zatížením větrem, kdy je jeden sloup příhradové podpěry zatížen tahem a druhý tlakem. Dochází ke vzájemné interakci mezi betonovým kuželem ze skupiny tahových kotev a tlakovým zatížením z druhého sloupu. Pro takový případ Eurokód nenabízí uspokojivé analytické řešení, a to nejen proto, že je ze své podstaty nutné vyztužit betonové základy, takže je nutné použít pokročilejší analýzu, jako je Detail a jeho 3D CSFM. 

Obrázek 4: Kotvení potrubního mostu, návrh společnosti FEVIA s.r.o

• Zohlednění stávající výztuže při rekonstrukcích – Jakékoli rekonstrukce nebo rozšíření mohou být dalším zajímavým příkladem použití kotvení v Detailu, protože v ideálním případě je zahrnuta stávající výztuž. 

Problémy, které vznikají

Shrňme si to:

Eurokód specifikuje mechanismy porušení pro tah i smyk, pro kotvy a beton:

Obrázek 5: Schéma způsobů porušení – Příručka pro návrh spojů ocel-beton II

Norma EN 1992-4 je speciálně určena pro podrobné posouzení prostého betonu. Většině těchto porušení betonu lze předejít přidáním výztuže, která je v některých případech dokonce nutná (viz příklady výše). Norma nám však již nedává jasný návod, jak se s tím vypořádat. 

Další problém nastává při vzájemné interakci betonových kuželů – Eurokód a další literatura (fib bulletin 58) uvádějí pouze podmínky, kdy a jak lze tyto kužely posuzovat samostatně. 

Obrázek 6: CEB-FIB: Bulletin 58 – Navrhování kotvení do betonu (2011), kap. 1.2

Víme, jaké problémy se mohou při návrhu vyskytnout, ale co s tím? Navrhnout kotvení pohledem z okna... 

... nebo najít jiné řešení? 

Řešení 

Detail dokáže výše uvedené případy vyřešit velmi efektivně. Umožňuje posoudit vliv výztuže na únosnost a také umožňuje posoudit případy, na které se norma nevztahuje. V kombinaci s aplikací Connection je pak možné získat komplexní standardní posudky pro všechny typy porušení.  

O obou aplikacích již bylo napsáno mnoho, ale určitě neuškodí přidat krátké srovnání a pár zdrojů pro hlubší pochopení těchto metod: 

• IDEA StatiCa Connection – zaměřeno na posouzení ocelových přípojů, včetně kotvení do betonu. Kotvy jsou posuzovány podle empirických vzorců v souladu s normou. Betonový blok je modelován Winklerovým podložím, takže možné posouzení je pouze pro prostý beton.
• IDEA StatiCa Detail – Model v Detailu je konečně prvkový, a to včetně výztuže. Vzhledem k základnímu předpokladu, že veškeré napětí je přenášeno výztuží (v betonu je tah zanedbáván), je řešení vhodné pouze pro železobeton. Pomocí 3D CSFM získáme napětí betonu a výztuže/kotev, která jsou vyhodnocena mezními hodnotami z Eurokódu. Kromě toho získáme reálnou představu o chování konstrukce, jako jsou toky napětí a deformace. Metoda 3D CSFM zahrnuje účinky trojosé napjatosti. 

Obrázek 4: Porovnání mezi aplikacemi Connection a Detail (vstup a modely)

Jak již bylo řečeno, pro úplné posouzení je zapotřebí kombinace obojího. Pro efektivní práci je umožněn import z Connectionu do Detailu, včetně dalších parametrů a zatížení. 

Abyste pochopili metodu, můžete si přečíst teoretické základy. Chcete-li se seznámit s funkcemi, více se dozvíte v našich novinkách k verzi. 

Co budete dělat?

3D Detail (s CSFM) představuje významný krok vpřed, který umožňuje s jistotou navrhovat složitější případy kotvení. Bezpochyby je to nová technologie, ale stejně jako v případě Connection nám umožňuje dosáhnout více než kdykoli předtím – tak proč nevyužít její potenciál?  

V IDEA StatiCa vnímáme kotvení jako pouhý začátek. Je to první úloha, který jsme plně verifikovali, a jsme odhodláni ji v budoucnu rozšiřovat. 

Otázka pro vás je: Chcete být u toho?