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 aplikací IDEA StatiCa 3D Detail, která přidává další možnosti. IDEA StatiCa 3D Detail nenabízí posouzení tak, jak jsme zvyklí v normě, která definuje posouzení prostého betonu. Pomocí MKP analýzy nyní můžeme ověřit, že železobeton bude vyhovovat zadanému zatížení a bude zabráněno porušení betonu, které by tomuto zatížení odpovídalo. Aplikace fungují a lze je používat samostatně, ale díky propojení mezi aplikacemi Connection a 3D Detail je možné 3D Detail používat i jako doplňkový výpočet v případě nevyhovujícího posouzení v aplikaci Connection.
Nyní si projděme podmínky Eurokódu jednu po druhé a možnosti, které nám aplikace nabízejí.
Tahová síla
Eurokód rozděluje první typ zatížení (tahovou sílu) na 6 způsobů porušení kotvy nebo betonového bloku (a, b, c, d, e, f) a další dva pro vyztužené patky (g, h).
Na obrázku níže schématicky vidíte, jaký typ porušení můžete pomocí aplikace Connection posoudit a jaké chování lze použitím železobetonu, a tedy analýzou v 3D Detailu, pokrýt. IDEA StatiCa Connection používá pro návrh kotev (CBFEM) empirické vzorce z Eurokódu ( EN 1992-4-7.2.1), zatímco IDEA StatiCa 3D Detail je zcela založena na metodě konečných prvků (3D CSFM). Některé možnosti posouzení se tedy v obou aplikacích překrývají, ale vždy jinou metodou.
Z povahy metod implementovaných v aplikacích vyplývá, že v aplikaci Connection lze uvažovat pouze prostý beton, zatímco v 3D Detailu lze uvažovat pouze železobetonové patky.
Hlavní předpoklady a omezení analýzy pro IDEA StatiCa 3D Detail jsou uvedeny v článku Známá omezení pro 3D Detail.
a) Porušení oceli kotvy
V obou aplikacích se ověřuje samotné porušení oceli u tahem zatížených kotev. Pevnost kotvy v tahu se v aplikaci Connection kontroluje podle následujícího vzorce:
V 3D Detailu se kotvy posuzují jako běžná výztuž podle pracovních diagramů definovaných pro jednotlivé materiály, přičemž se používá hodnota mezního přetvoření maximálně 5% (vypočteno na základě vlivu tahového ztužení).
b) Vytržení betonového kužele
Vytržení betonového kužele se v aplikaci Connection ověřuje dle níže uvedeného vzorce, posuzuje se však pouze prostý beton.
Proto v případě, že betonový kužel selže, je vhodné přistoupit k IDEA StatiCa 3D Detail, kde je provedena analýza betonového bloku včetně jeho vyztužení. 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 tlakových napětí. V pravé části vidíte hodnoty napětí v betonu, které jsou porovnány s mezními hodnotami.
c) Vytažení kotvy
Tento posudek je v aplikaci Connection proveden pouze pro určité případy (viz první obrázek v tomto článku). U dodatečně instalovaných mechanických kotev je nutné dodatečné posouzení.
V 3D Detailu je možné nastavit tzv. lepené kotvy a specifikovat návrhovou pevnost v soudržnosti podle jejich technických parametrů. Jak stanovit napětí v soudržnosti je uvedeno v článku Pevnost v soudržnosti pro kotvy v Detailu 3D. Na základě těchto parametrů se pak kotvy ověří. (Platí pouze pro železobeton.)
d) Kombinace vytažení a porušení betonu u lepených kotev
Toto porušení lze zjistit pouze v aplikaci 3D Detail, kde se pomocí metody 3D CSFM posuzují napětí v betonu a kotevní plochy. Kombinovaný mechanismus vytažení a porušení betonu je v 3D Detailu založen na výše definovaných principech a jeho posouzení je součástí kontroly pevnosti betonu a kotvení. (Platí pouze pro železobeton.)
e) Rozštěpení betonu
V aplikaci Connection není tento způsob porušení možné posoudit. Porušení rozštěpení roznášecí oblasti betonu je obvykle problémem prostého betonu, kde použití výztužení zabraňuje jeho výskytu, proto posouzením vyztužené patky v 3D Detailu je toto porušení automaticky zohledněno. Zároveň je možné v aplikaci Detail zobrazit napětí a přetvoření jak tažené/tlačené výztuže, tak betonu v tlaku.
f) Odprýsknutí betonu
U prostého betonu je v aplikaci Connection zaveden empirický posudek podle Eurokódu.
U vyztužených prvků je možné použít 3D Detail. Porušení betonu při odprýsknutí povrchu betonu je zahrnuto v pevnostní analýze betonu, kde jsou tahová napětí přenášena pouze výztuží (jak již bylo několikrát zmíněno výše).
Další posudky pro železobetonové bloky:
U vyztužených betonových bloků je vyžadováno posouzení přídavné výztuže. Porušení výztuže a kotvy je součástí posouzení výztuže v 3D Detailu.
g) Porušení oceli výztuže
h) Porušení kotvení výztuže
Zatížení smykem
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 schématicky znázorněno, jaký typ porušení můžete posoudit pomocí aplikace Connection a také jaké chování lze použitím železobetonu, a tedy i analýzou v 3D Detailu, pokrýt. IDEA StatiCa Connection používá empirické vzorce z Eurokódu ( EN 1992-4-7.2.2) pro návrh kotev (CBFEM). Všechny typy poruch způsobených smykovou silou jsou pokryty v aplikaci Connection.
V aktuální verzi IDEA StatiCa 3D Detail existuje omezení, kdy se smyková síla přenáší pouze třením mezi patní deskou a betonem, proto porušení kotvy smykem není postiženo. Opět je třeba zdůraznit, že je vyžadován pouze železobeton.
a) Porušení oceli kotvy, síla bez ramene
Porušení oceli smykem zatížených kotev, kdy síla nepůsobí na rameni, se posuzuje pouze v aplikaci Connection. Smyková únosnost kotvy se v IDEA StatiCa Connection kontroluje podle následujícího vzorce:
Výše uvedený způsob porušení není v 3D Detailu možné posoudit.
b) Porušení oceli kotvy, síla na rameni
Porušení oceli smykem zatížených kotev, kdy síla působí na rameni, se posuzuje pouze v aplikaci Connection. Smyková únosnost kotvy se v IDEA StatiCa Connection kontroluje podle následujícího vzorce:
Výše uvedený způsob porušení není v 3D Detailu možné posoudit.
c) Vylomení betonu
Vylomení betonu smykem zatížených kotev se ověřuje pouze v Connection. Smyková únosnost kotvy se v IDEA StatiCa Connection kontroluje podle následujícího vzorce:
Smyková únosnost betonu zatíženého třením na styký s patním plechem se pak posuzuje v aplikaci 3D Detail.
d) Porušení okraje betonu
Porušení okraje betonu u kotvy zatížené smykem se v aplikaci Connection ověřuje pouze pro prostý beton. Smyková únosnost kotvy se v IDEA StatiCa Connection kontroluje podle následujícího vzorce:
Porušení okraje betonu vyztuženého bloku vlivem působení smykové síly lze v aplikaci 3D Detail posoudit.
Další posudky pro železobetonové bloky:
U vyztužených základů je vyžadováno posouzení přídavné výztuže. Porušení výztuže oceli a kotvení je součástí posouzení výztuže v IDEA StatiCa 3D Detail.
e) Porušení oceli přídavné výztuže
f) Porušení kotvení přídavné výztuže
Závěr
Nejvýznamnější výhodu použití aplikace 3D Detail lze nalézt v případech, kdy pro dané zatížení nevyhovuje prostý beton, je nutné zohlednit přídavnou výztuž nebo při posudcích vzájemně se ovlivňujících skupin kotev, které nejsou normou spotihnuty. Všimněte si, že kotvy a smykové zarážky je třeba i nadále posuzovat v aplikaci Connection, ale společně tyto dva softwarové nástroje poskytují komplexní řešení.
Vzhledem ke způsobu a způsobu provedení aplikace je 3D Detail vhodný pouze pro vyztužené základy.