Kompletní normové posouzení kotev a betonového bloku pomocí IDEA StatiCa (EN)
Eurokód specifikuje několik způsobů porušení kotev a betonových patek a dále je rozděluje podle typu zatížení. V IDEA StatiCa Connection jsme dosud mohli posuzovat kotvy, ale s určitými omezeními bylo nutné provádět posouzení ručně.
Zároveň nebylo možné zohlednit vyztužení betonových bloků. To se nyní mění s IDEA StatiCa Detail 3D, který přináší další možnosti. IDEA StatiCa Detail 3D nenabízí posouzení, na která jsme zvyklí z normy definující je pro prostý beton. Pomocí analýzy MKP však lze ověřit, že železobeton splní zadané zatížení, a zde zabrání porušení betonu, které by odpovídalo těmto podmínkám. Aplikace fungují nezávisle a lze je používat samostatně, ale díky propojení Connection a Detail je také možné použít Detail pouze jako doplňkový výpočet.
Nyní si projdeme podmínky Eurokódu jednu po druhé a možnosti, které nám aplikace nabízejí.
Tahová síla
Eurokód rozděluje první typ zatížení (tahová síla) do 6 možných případů porušení kotvy nebo betonové patky (a, b, c, d, e, f) a dalších dvou pro vyztužené patky (g, h).
Níže uvedený obrázek schematicky znázorňuje, který typ porušení lze posoudit pomocí aplikace Connection a jaké chování lze pokrýt použitím železobetonu, a tedy analýzou v Detail. IDEA StatiCa Connection používá empirické vzorce z Eurokódu ( EN 1992-4-7.2.1) pro návrh kotev (CBFEM), zatímco IDEA StatiCa Detail je zcela založen na metodě konečných prvků (3D CSFM). Některé možnosti posouzení se proto v obou aplikacích překrývají, vždy však s odlišnou metodou.
Z podstaty metod implementovaných v softwaru lze v Connection uvažovat pouze prostý beton, zatímco v Detail lze uvažovat pouze vyztužené betonové patky.
Hlavní předpoklady a omezení analýzy pro IDEA StatiCa Detail 3D jsou uvedeny v článku Známá omezení.
a) Porušení oceli
Porušení oceli tahově namáhaných kotev je ověřováno v obou aplikacích. Tahová únosnost kotvy je v Connection ověřována podle následujícího vzorce:
V Detail jsou kotvy posuzovány podle vybraného Eurokódu (1992-4 nebo 1993-1-8) v Nastavení projektu. Toto chování platí od verze 25.1.1.
Ve starších verzích jsou kotvy posuzovány jako běžné pruty vyztužení na základě diagramů napětí–přetvoření definovaných pro konkrétní materiály, přičemž se používá hodnota mezního přetvoření maximálně 5 % (vypočtená na základě efektu tahového zpevnění – více v Teoretickém základu)
b) Porušení betonového kužele
Porušení betonového kužele lze ověřit v Connection. V Connection však aplikace může uvažovat pouze prostý beton.
V případě porušení betonového kužele je proto vhodné přejít do IDEA StatiCa Detail, kde je k dispozici analýza celého vyztuženého bloku. Tahová pevnost betonu je konzervativně zanedbána, což znamená, že únosnost při porušení kužele je do značné míry určena zadaným množstvím vyztužení. Na obrázku níže jsou vidět směry hlavních napětí, které naznačují tvar výše zmíněného kužele. V pravé části jsou vidět hodnoty napětí v betonu, která jsou posuzována s mezními hodnotami.
c) Vytažení kotvy
Toto normové posouzení je v Connection dostupné pouze pro určité případy (viz první obrázek v tomto článku). Pro dodatečně instalované mechanické kotvy je nutné provést doplňkové posouzení.
V Detail je možné nastavit tzv. lepené kotvy a zadat návrhovou pevnost v soudržnosti podle jejich technických parametrů. Kotvy budou poté ověřeny na základě těchto parametrů. (Platí pouze pro železobeton.)
d) Kombinované vytažení a porušení betonu lepených spojovacích prvků
Toto porušení lze detekovat pouze v Detail, kde jsou napětí v betonu a kotevní oblasti posuzovány pomocí 3D CSFM. Mechanismus kombinovaného vytažení a porušení betonu je v Detail založen na výše definovaných principech a jeho posouzení je součástí ověření pevnosti betonu a kotvení. (Platí pouze pro železobeton.)
e) Štěpné porušení betonu
V Connection nelze posoudit. Pro Detail je štěpné porušení obvykle problémem prostého betonu, kde použití vyztužení zabraňuje jeho vzniku. Zároveň je v aplikaci Detail možné sledovat napětí a přetvoření jak vyztužení namáhaného tlakem nebo tahem, tak betonu namáhaného tlakem.
f) Vyražení betonu
Pro prostý beton je možné empirické normové posouzení podle Eurokódu v Connection.
Pro vyztužené konstrukční prvky je možné použít Detail. Vyražení betonu je zahrnuto v analýze pevnosti betonu, kde jsou tahová napětí přenášena pouze vyztužením (jak bylo výše několikrát zmíněno).
Doplňková posouzení pro vyztužené betonové bloky:
Pro vyztužené patky je vyžadováno doplňkové posouzení vyztužení. Porušení oceli vyztužení a kotevní porušení vyztužení jsou součástí posouzení vyztužení v Detail.
g) Porušení oceli vyztužení
h) Kotevní porušení vyztužení
Smykové zatížení
Eurokód rozděluje druhý typ zatížení (smyková síla) do 4 možných případů porušení kotvy nebo betonové patky (a, b, c, d) a dalších dvou pro vyztužené patky (e, f).
Níže uvedený obrázek schematicky znázorňuje, který typ porušení lze posoudit pomocí aplikace Connection a jaké chování lze pokrýt použitím železobetonu, a tedy analýzou v Detail. IDEA StatiCa Connection používá empirické vzorce z Eurokódu ( EN 1992-4-7.2.2) pro návrh kotev (CBFEM). Všechny typy porušení způsobené smykovou silou lze pokrýt v aplikaci Connection.
V IDEA StatiCa Detail 3D lze smyk přenášet třením, kotvami nebo smykovou zarážkou. Je důležité uvést, že se posuzuje pouze patka. Ostatní ocelové části (např. smyková zarážka, svary) je třeba ověřit v Connection nebo jinde. Opět je nutné zdůraznit, že je vyžadován pouze železobeton.
a) Porušení oceli bez ramene síly
Porušení oceli bez ramene síly smykově namáhaných kotev je ověřováno v Connection. Smyková únosnost kotvy je v IDEA StatiCa Connection ověřována podle následujícího vzorce:
V Detail jsou kotvy opět posuzovány podle vybraného Eurokódu (1992-4 nebo 1993-1-8) v Nastavení projektu. Toto chování platí od verze 25.1.1. Posouzení není ve starších verzích Detail možné.
b) Porušení oceli s ramenem síly
Porušení oceli s ramenem síly smykově namáhaných kotev je ověřováno pouze v Connection. Smyková únosnost kotvy je v IDEA StatiCa Connection ověřována podle následujícího vzorce:
Posouzení v Detail není možné.
c) Vyvrácení betonu
Vyvrácení betonu smykově namáhaných kotev je ověřováno pouze v Connection. Smyková únosnost kotvy je v IDEA StatiCa Connection ověřována podle následujícího vzorce:
Smyková únosnost betonu přes patní desku je poté posuzována v aplikaci Detail.
d) Porušení betonu u hrany
Porušení betonu u hrany smykově namáhaných kotev je v Connection ověřováno pouze pro prostý beton. Smyková únosnost kotvy je v IDEA StatiCa Connection ověřována podle následujícího vzorce:
Porušení betonu u hrany lze ověřit v Detail (pouze železobeton).
Doplňková posouzení pro vyztužené betonové bloky:
Pro vyztužené patky je vyžadováno doplňkové posouzení vyztužení. Porušení oceli a kotevní porušení vyztužení jsou součástí posouzení vyztužení v IDEA StatiCa Detail.
e) Porušení oceli přídavné výztuže
f) Kotevní porušení přídavné výztuže
Závěr
Nejvýznamnější přínos lze nalézt v příkladech, jako je kotvení blízko hrany a dalších případech, kdy prostý beton nesplňuje požadované zatížení. Je třeba poznamenat, že kotvy a smykové zarážky je nutné dále posoudit v Connection, ale společně tyto dva softwarové nástroje poskytují komplexní řešení.
Vzhledem k metodě a způsobu, jakým je aplikace navržena, je aplikace Detail vhodná pouze pro vyztužené patky.