Integracja Connection z Detail: Płyta wylewana z mieszanymi kotwami (EN)

Należy pamiętać, że ten rzeczywisty projekt wykorzystuje zoptymalizowaną geometrię, która może powodować ostrzeżenia dotyczące wymagań normowych EN. Oryginalne parametry zostają zachowane dla autentyczności. Patrz rysunek poniżej.

Jeśli chcesz pominąć projektowanie w Connection i przejść bezpośrednio do analizy Detail 3D, pobierz plik Detail 3D i przejdź do Rozdziału 5.

1 Nowy projekt

Uruchom IDEA StatiCa Connection. Wszystko zaczyna się na karcie Steel. 

Dostosuj domyślne ustawienia dla Materiałów, a następnie kliknij Utwórz pusty projekt.

2 Projekt

Po utworzeniu pustego projektu zmień przekrój poprzeczny elementu na UB 610 x 305 x 238.

Teraz dodaj kolejną operację wytwórczą i wybierz płytę podstawy.

Kontynuuj z kolejną operacją i wybierz Siatka łączników lub Kontakt, aby wygenerować śruby z łbem.

Dodaj kolejną Siatkę łączników lub Kontakt, aby wygenerować kotwy zbrojeniowe.

Zmień obrót zbrojenia w operacji GRD2, wybierając Edytor.

Dodaj płytę usztywniającą.

Przyspawaj płytę usztywniającą do płyty podstawy za pomocą operacji Spoina ogólna lub kontakt.

Dodaj operację Cięcie elementu.

Dodaj ostatnią operację w Connection, Siatka łączników lub Kontakt.

Zmieńmy parametr Siły w , aby ustawić położenie przegubu.

Wprowadź siły wewnętrzne dla kotwienia.

• Uwaga: W tym projekcie belki zastosujemy wyłącznie obciążenie ścinające. Dla uproszczenia samouczka pominięto siłę wiążącą (Tying Force) z kombinacji SGN Wyjątkowej, która była uwzględniona w rzeczywistym projekcie.

3 Sprawdzenie

Przejdź do karty Sprawdzenie -> Oblicz. Sprawdzenie normowe wykazuje tryb zniszczenia na kotwach. Domyślnie przyjmuje się, że blok betonowy jest zarysowany.

Przeanalizujmy wyniki. Wybierz Naprężenie zastępcze, Siła w śrubie, Siatka, Odkształcona i Kotwy. Tabela ogólnie pokazuje, które kotwy spełniają wymagania, a które nie.

Teraz przejrzyjmy szczegóły niespełniających wymagań kotew, aby zidentyfikować, które sprawdzenia normowe są zadowalające, a które nie.

Przyczyna niespełnienia sprawdzenia normowego kotew: 

• Zgodnie z EN 1992-4, pkt 1.2(4), projektowanie grup kotew zawierających różne typy kotew wykracza poza zakres normy. W konsekwencji sprawdzenie normowe domyślnie nie jest spełnione. Aby prawidłowo zweryfikować tę konfigurację, wymagana jest szczegółowa analiza z użyciem modułu 3D Detail.
• To ograniczenie można łatwo rozwiązać w Detail 3D, opartym na metodzie CSFM, która zastępuje uproszczoną ocenę analityczną w Connection rygorystyczną trójwymiarową analizą naprężenie-odkształcenie.

Zbrojenie dodatkowe (EN 1992-4 – 7.2.1.9; 7.2.2.6):

• Analityczne sprawdzenie normowe nie jest spełnione dla stożka betonowego, co wymaga zastosowania zbrojenia dodatkowego do przeniesienia pełnych obciążeń rozciągających (356,3 kN) i ścinających (400,0 kN). Jest to krytyczne ze względu na „mieszaną" konfigurację kotew.
• To ograniczenie można łatwo rozwiązać w Detail 3D, aby potwierdzić efektywność zbrojenia. W przypadku sprawdzania ręcznego należy przyjąć zerową nośność betonu i upewnić się, że pole przekroju zbrojenia pokrywa łączne raportowane siły.

Głębokość zakotwienia (EN 1992-1-1 – Wzór 8.6)

• Ostrzeżenie dotyczące niewystarczającej głębokości zakotwienia pojawia się, ponieważ ten samouczek przedstawia rzeczywisty przykład z cienką ścianą i płytkimi kotwami. Integralność konstrukcyjna projektu jest potwierdzona w dalszej części w aplikacji Detail.

4 Eksport

Wymagania wstępne dla eksportu: 

• Model musi być obliczony, a wyniki uwzględnione.

Przejdź do karty Sprawdzenie -> Sprawdzenie RC -> Zapisz.

Eksport jest dozwolony wyłącznie dla topologii kotwienia. Eksport umożliwia przeniesienie:

• Bloku betonowego
• Kotew
• Płyty podstawy
• Obciążeń

Dodatkowe informacje i parametry ustawiane zgodnie z odpowiednimi ustawieniami w Connection:

• Przeniesienie ścinania (przez kotwy, ostrogi i tarcie) 
• Materiał
• Typ kotwienia: Kotwy montowane po betonowaniu (klejowe) / Wylewany na miejscu budowy
• Typ kotwienia na końcu: Podkładka / Prosty / Hak / Śruba z łbem
• Współczynnik tarcia
  

5 Projekt

Ta sekcja umożliwi modyfikację elementów, podpór, obciążeń i kombinacji oraz dodanie zestawu zbrojenia.

Podpory

W tym przykładzie połączenie jest zakotwione do ściany ciągłej ze wszystkich stron. Dla takich podmodeli stosujemy sztywne podpory z ciągłym zbrojeniem. Takie podejście symuluje ciągłość ściany, umożliwiając przeniesienie rozciągania pomimo ustawień tylko-ściskanie, bez konieczności definiowania złożonej sztywności.

 Zastosujmy podpory do modelu:

Urządzenia przenoszące obciążenia

Kotwy są importowane z IDEA StatiCa Connection. Ponieważ projekt wykorzystuje dwa różne typy kotew, rozdzielimy przenoszenie obciążeń, aby zapewnić bezpieczne i przewidywalne zachowanie. Takie podejście jest zgodne ze standardową praktyką inżynierską w Wielkiej Brytanii i pozwala rozwiązać ograniczenie EN 1992-4 (pkt 1.2(4)), które wyklucza mieszane grupy kotew z zakresu normy. Przypisując ścinanie i rozciąganie do określonych grup kotew, tworzymy zweryfikowaną ścieżkę obciążenia zgodną z wymaganiami bezpieczeństwa.

Kotwy SF1 – SF6: Włącz Aktywne dla przeniesienia ścinania i wyłącz Aktywne dla przeniesienia sił osiowych.

Kotwy zbrojeniowe SF7 – SF10: Wykonaj odwrotnie – wyłącz Aktywne dla przeniesienia ścinania i włącz Aktywne dla przeniesienia sił osiowych

Gdybyś projektował stopę fundamentową od podstaw w aplikacji Detail, obie opcje byłyby domyślnie włączone. Przy przenoszeniu ścinania należy określić, które kotwy będą przenosić siłę, i odpowiednio je wybrać. Jest to zgodne z wymaganiami EN, które określają, że ścinanie powinno być przypisane wyłącznie do kotew efektywnych w sprawdzeniu zniszczenia krawędzi betonu.

Zbrojenie

Zwiększmy wysokość i szerokość bloku betonowego. Zapewnia to wyraźniejszy widok modelu i pozwala obserwować pełny profil naprężeń wzdłuż prętów zbrojeniowych.

Ustaw otuliny betonu na 30 mm; będzie to wartość domyślna dla zbrojenia. Dodatkowo ustaw domyślny typ zakotwienia dla prętów podłużnych i strzemion.

Przed zdefiniowaniem zbrojenia dezaktywuj przycisk Pręty. Dzięki temu widoczna będzie tylko konkretna grupa prętów, którą aktualnie wybierasz, co zapewnia przejrzysty i czytelny widok.

Następnie wstaw nową Grupę prętów 3D (lub skopiuj istniejącą), aby utworzyć ciągłe podłużne poziome zbrojenie (zbrojenie główne na obu powierzchniach).

Zduplikuj operację, aby dodać ciągłe zbrojenie pionowe na obu powierzchniach i dostosuj ustawienia jak pokazano poniżej.

Zgodnie z obliczeniami konstrukcyjnymi, dodatkowe zbrojenie na ścinanie poza obrysem ścinania nie jest wymagane. Dlatego poniższe kroki koncentrują się wyłącznie na tworzeniu zbrojenia na ścinanie w obrębie obrysu ścinania na podstawie oryginalnego projektu.

Dodaj kolejną pozycję, wybierając ponownie Zestaw zbrojenia > Grupa prętów 3D, i zmodyfikuj właściwości.

Zduplikuj operację GB3D3 i zaktualizuj poniższe opcje, aby zdefiniować zbrojenie na ścinanie.

Kontynuuj, kopiując operację GB3D4 i zmieniając parametry.

Teraz skopiuj operację GB3D5 i zmodyfikuj jej ustawienia, aby spełnić wymagania obrysu ścinania.

Ponownie użyj operacji GB3D3, kopiując ją i dostosowując wartości.

Skopiuj operację GB3D7 i zmień opcje.

Utwórz kolejną kopię operacji GB3D5 i zastosuj poniższe zmiany.

Na koniec skopiuj operację GB3D9 i zaktualizuj ostateczne opcje zbrojenia.

Teraz zdefiniujmy konstrukcyjne zbrojenie na ścinanie. Choć nie jest ono wymagane przez obliczenia konstrukcyjne – ponieważ sam beton spełnia sprawdzenie nośności na ścinanie w tym konkretnym przypadku – nadal musimy spełnić standardowe wymagania dotyczące zbrojenia konstrukcyjnego. Ponadto IDEA StatiCa Detail wymaga, aby model dokładnie odzwierciedlał rzeczywisty układ zbrojenia.

• Uwaga: Z obliczeniowego punktu widzenia zdefiniowanie tego zbrojenia w aplikacji Detail jest niezbędne. Jak stwierdzono w podstawach teoretycznych metody CSFM, a także wspomniano w książce Kaufmanna o CSFM.

Utwórz kolejną kopię operacji GB3D11 i zastosuj poniższe zmiany.

Skopiuj operację GB3D12 i zmień opcje.

Na koniec skopiuj operację GB3D13 i zaktualizuj ostateczne opcje zbrojenia.

Obciążenia i kombinacje

Kombinacje są przejmowane z IDEA StatiCa Connection. Wszystkie konsekwencje importu są opisane
w tym artykule.

Dodajmy Ciężar własny:

Utwórz kombinację z ciężarem własnym i dodaj współczynnik dla ciężaru własnego = 1,35 zgodnie z normą 
EN 1991-1-1

6 Sprawdzenie

Przed uruchomieniem analizy zdecydowanie zalecamy zmianę mnożnika siatki na 2 lub 3, aby przyspieszyć obliczenia. Choć ten krok nie jest obowiązkowy, znacznie skraca czas obliczeń i pomaga wcześnie wykryć potencjalne problemy z rozbieżnością. Jeśli analiza przebiega sprawnie, można następnie przywrócić mnożnik siatki do 1 dla wyników końcowych.

Wyniki

Zastępcze naprężenie główne

Zastępcze naprężenie główne (EPS) w betonie jest wyznaczane na podstawie trójosowego zachowania bloku betonowego. Obszary doświadczające największych obciążeń są identyfikowane i wyróżniane. Aby zobrazować efekt skrępowania w porównaniu z jednoosiowym ściskaniem, naprężenie zastępcze jest obliczane przy użyciu współczynnika kappa. 

Odkształcenie plastyczne

Aby zbadać wewnętrzne zachowanie bloku betonowego, przełącz się na widok Odkształcenia plastycznego (ε_pl). Użyj przycisku + Nowy, aby utworzyć Przekroje i dostosować ich definicję płaszczyzny (położenie i obrót) w oknie właściwości, aby przeciąć krytyczne obszary. Pozwala to wyróżnić miejsca, w których beton ulega odkształceniu plastycznemu. Widoki te można zapisać do Galerii na potrzeby końcowego Raportu. Więcej informacji dostępnych jest w tym artykule.

Naprężenia w prętach zbrojeniowych

Wyniki przedstawiają stosunek σ_s / σ_{s; yield} (naprężenie do granicy plastyczności), identyfikując najbardziej wykorzystane pręty za pomocą skali kolorów. Szczegółowe wartości naprężeń, odkształceń i stopnia wykorzystania dla wszystkich grup prętów są wymienione w zakładce Zbrojenie.

Podobne szczegółowe wyniki są również dostępne dla kotew.

Kotwienie

Sprawdź ponownie ustawienia Kotwienia i aktywuj Całkowitą siłę w kotwach (F_tot). Siły w kotwach mogą się nieznacznie różnić ze względu na różnice w podejściach obliczeniowych dla bloku betonowego. Różnice te nie są jednak znaczące. 

Zakładka Kotwienie weryfikuje przyczepność między zbrojeniem a betonem. Zapewnia, że zapewniona długość zakotwienia jest wystarczająca do przeniesienia sił. Sprawdzenie porównuje rzeczywiste naprężenie przyczepności (τ_b) z obliczeniową wytrzymałością na przyczepność (f_bd), aby zapobiec wyrwaniu. Wyniki te można wyświetlić oddzielnie dla zbrojenia i kotew.

Odkształcenia

Przejdź do zakładki Pomocnicze i włącz Odkształcenie. Choć limity odkształceń nie są określone dla SGN (Stanu Granicznego Nośności), przegląd odkształconego kształtu jest kluczowym sprawdzeniem poprawności. Zapewnia, że model jest stabilny i nie wykazuje nierealistycznych przemieszczeń ani obrotów (np. z powodu rozłączonych elementów). Ta wizualna inspekcja pomaga szybko zidentyfikować potencjalne problemy z modelowaniem.

7 Raport

Na koniec przejdź do Raport -> Szczegółowy -> Generuj. IDEA StatiCa oferuje w pełni konfigurowalny raport do wydrukowania lub zapisania w edytowalnym formacie.

Przeprowadzono kompletne sprawdzenie normowe zgodnie z EN 1993-1-8 (złącza stalowe), EN 1992-4 (kotwy) oraz EN 1992-1-1 (konstrukcje betonowe). Złącze stalowe i kotwienie zostały zweryfikowane w IDEA StatiCa Connection, natomiast integralność bloku betonowego i zbrojenie zostały przeanalizowane w IDEA StatiCa Detail metodą CSFM zgodną z EN 1992-1-1.