Znane ograniczenia dla Detail 3D

Wprowadzenie

Na początku tego tekstu zdefiniujmy, do czego służy aplikacja. W bieżącej wersji opracowaliśmy narzędzia i zweryfikowaliśmy rozwiązanie wyłącznie dla zakotwienia konstrukcji stalowych w prostych blokach żelbetowych. 

Poniższy tekst podzielony jest na dwie części: ograniczenia aplikacji i samej metody oraz ograniczenia importu z IDEA StatiCa Connection.

Ograniczenia aplikacji

Żelbet

3D CSFM nie jest przeznaczony do betonu niezbrojnego ani słabo zbrojonego. W takim przypadku wyniki obliczeń mogą być mylące lub może wystąpić rozbieżność obliczeń nieliniowych. 

Więcej informacji można znaleźć w artykule Podstawy teoretyczne.

Głównym powodem, dla którego w aplikacji należy modelować wyłącznie elementy żelbetowe, jest to, że wytrzymałość betonu na rozciąganie jest pomijalnie mała. Wszystkie naprężenia rozciągające muszą być zatem przenoszone przez zbrojenie.

Drugi powód jest następujący: w IDEA StatiCa Detail 3D nie stosuje się mechaniki pękania. Model nie symuluje jawnego propagowania rys ani nie wykorzystuje parametrów mechaniki pękania betonu (G_f, K_IC, kształt powierzchni zniszczenia). Beton jest modelowany jako materiał ciągliwy z poziomą gałęzią plastyczną przy ściskaniu – po osiągnięciu granicznego naprężenia ściskającego naprężenie pozostaje stałe, a jedynie odkształcenia rosną do określonej wartości granicznej. W konsekwencji Detail 3D może uwzględniać plastyczną redystrybucję naprężeń i odkształceń w strefach nieciągłości, ale nie modeluje jawnie kruchych mechanizmów zniszczenia rządzonych przez mechanikę pękania (np. czyste ścinanie betonu niezbrojnego, niestabilna propagacja pojedynczej dominującej rysy itp.).

Podsumowując, modele powinny być zgodne z definicją żelbetu przedstawioną w normach międzynarodowych. Należy przestrzegać zasad konstruowania i uzyskiwać poprawne wyniki.

Stan graniczny nośności

Wszystkie obliczenia i sprawdzenia normowe są zaimplementowane wyłącznie dla SGN. Definicja materiałów i sposób obliczeń muszą być inne dla SGU. Różnicę tę można zaobserwować w module Detail 2D. 

Compression softening

Na początku zdefiniujmy, czym jest compression softening: Beton ściskany traci wytrzymałość i sztywność, gdy jest jednocześnie silnie zarysowany na rozciąganie, tzn. gdy występują duże poprzeczne odkształcenia rozciągające.

W przypadkach, gdy nośność jest zdominowana przez krzyżulec ściskany (ukośny element ściskany) przebiegający przez silnie zarysowany beton, Detail 3D ma tendencję do przeszacowania nośności (tj. jest nieznacznie niekonserwatywny), jeśli wynik jest interpretowany bezpośrednio jako rzeczywista nośność graniczna.

Z tych powodów moduł 3D nadaje się do stosowania wyłącznie do weryfikacji nośności zakotwień w prostych blokach żelbetowych. 

Choć możliwe jest modelowanie np. głowicy palowej z podporami na małej powierzchni, weryfikacja nie jest wiarygodna, ponieważ efekt softening staje się istotny, szczególnie w zagadnieniach związanych z przebiciem. Podobna sytuacja może wystąpić w przypadku cienkiej płyty ze słupem oraz w innych podobnych przypadkach.

W takich sytuacjach konieczne jest uwzględnienie compression softening betonu, które jest obecnie dostępne tylko w module 2D. Dlatego moduł 3D może być stosowany wyłącznie do sprawdzania zniszczeń, na które efekt ten nie ma wpływu.

Sprawdzenie kotew

Element kotwy jest zdefiniowany jako zdolny do przenoszenia normalnych sił rozciągających lub ściskających, a także sił ścinających, z uwzględnieniem sztywności na zginanie, zgodnie z opisem w Podstawach teoretycznych. 

Obsługujemy sprawdzenia normowe zgodnie z odpowiednimi normami (tylko EN), dlatego IDEA StatiCa Detail może być stosowany niezależnie do oceny zakotwień (kotwy, zbrojenie, beton). 

Zaimplementowane normy: EN 1992-4, EN 1993-1-8, EN 1994-1-1 

Do weryfikacji innych elementów złącza (spoiny, płyty itp.) należy używać IDEA StatiCa Connection, gdzie można również przeprowadzić pełne sprawdzenie normowe kotew dla betonu niezbrojnego. Zakotwienie w Connection – wraz z przyłożonymi siłami – można wyeksportować do Detail w celu dodatkowego projektowania zbrojenia.

Dla norm ACI i australijskiej sprawdzenia normowe kotew na ścinanie oraz na ścinanie i rozciąganie nie są jeszcze zaimplementowane, dlatego do kompleksowego sprawdzenia normowego kotew zawsze konieczne jest stosowanie obu aplikacji.

Przewrócenie

Jeśli zadane obciążenie powoduje przewrócenie modelu, obliczenia będą kontynuowane aż do rozbieżności lub osiągnięcia kryterium. Zazwyczaj trwa to długo i otrzymuje się następujący wynik:

Wyświetlany jest procent przeniesionego obciążenia. Ponadto w wynikach pomocniczych pokazane jest ekstremalne przemieszczenie.

Obejście: Zaleca się, aby każdy model obliczać najpierw z mnożnikiem domyślnego rozmiaru siatki ustawionym na wysoką wartość (4–5). Mnożnik ten można znaleźć w Ustawienia -> Ustawienia siatki. Obliczenia będą szybkie i będzie można sprawdzić, czy problem dotyczy przewrócenia, czy nie.

Należy sprawdzić, czy uwzględniony jest ciężar własny bloku betonowego, ponieważ może on zapobiec przewróceniu modelu. Należy pamiętać, że podczas importu z aplikacji Connection ciężar własny nie jest automatycznie wprowadzany do modelu – szczegóły opisano poniżej.

Ograniczenia importu z Connection

Kontakty

Generalnie import sił działających na płytę podstawy przez kontakt z inną płytą stalową nie jest obsługiwany. Dotyczy to zarówno kontaktu krawędź–powierzchnia, jak i powierzchnia–powierzchnia. Więcej informacji można znaleźć w tym artykule.

Zakotwienie przez element

Do aplikacji Detail można poprawnie importować tylko modele zakotwione za pośrednictwem płyty podstawy. W przypadku modeli, w których elementy są połączone bezpośrednio z blokami betonowymi, płyta łącząca elementu z kotwami jest importowana bez obciążeń.

Ciężar własny nie jest dodawany automatycznie

Ciężar własny nie jest automatycznie obliczany ani dodawany. Należy go ręcznie uwzględnić w projekcie dla Detail. Może to mieć szczególne znaczenie przy weryfikacji zakotwień do fundamentów, gdzie pominięcie ciężaru własnego może prowadzić do przewrócenia fundamentu, jak wspomniano w powyższym akapicie.

Nieobsługiwane typy zakotwień do eksportu

Kotwy hakowe nie są obsługiwane w Detail. W wyeksportowanym pliku zostanie zamiast nich użyta podkładka.

Podkładka jest modelowana jako element płytowo-powłokowy bezpośrednio połączony z trzpieniem kotwy, przenosząc obciążenie na beton wyłącznie przez kontakt ściskający. Sama płyta jest modelowana liniowo, bez plastyczności, i nie podlega sprawdzeniom nośności. Ponieważ trzpień ma zerową przyczepność, całe obciążenie jest przenoszone na beton przez podkładkę. Więcej informacji o typach kotew można znaleźć w artykule: Definicja pojedynczej kotwy.

Nieobsługiwane kombinacje typów kotew

Aplikacja Detail nie obsługuje łączenia śrub z łbem ani zbrojenia z innymi typami kotew. Te typy kotew nie będą uwzględnione w wynikach. Więcej informacji o opcjach płyt można znaleźć w artykule: Opcje płyt zakotwienia.

Kombinacja obciążeń importowanych i wprowadzonych przez użytkownika

Obciążenia importowane i obciążenia wprowadzone przez użytkownika nie mogą być łączone w jednym modelu. Wynika to z powodów opisanych w Podstawach teoretycznych. Kotwy są importowane odłączone od płyt podstawy. Jeśli użytkownik utworzy własny przypadek obciążenia, obciążenie nie będzie przenoszone poprawnie.

Obejście: Należy skopiować importowany element projektu, usunąć wszystkie importowane obciążenia, połączyć wszystkie kotwy z płytą podstawy, a następnie wprowadzić własny przypadek obciążenia.

Więcej bloków betonowych

Obsługiwany jest tylko jeden blok betonowy w Detail. Blok betonowy można jednak modyfikować za pomocą operacji Objętość ujemna, Płaszczyzna cięcia oraz Cut. Możliwe jest zatem modelowanie bardziej złożonych kształtów, takich jak cokołu, rozszerzeń ław fundamentowych, zakotwień przy otworach itp.

Możliwy jest również import dwóch niezależnych bloków betonowych z Connection, które są importowane do Detail jako dwa obiekty modelu, które można dalej modyfikować za pomocą operacji cięcia. 

Więcej niż jedna płyta podstawy w jednym bloku 

Eksport wielu płyt podstawy w jednym bloku jest obsługiwany, jednak nie zaleca się importowania tzw. zakotwień krawędziowych.

W aplikacji Connection beton jest modelowany w uproszczony sposób przy użyciu podłoża Winklera. Z kolei model stalowej części powyżej bloku betonowego jest modelowany szczegółowo, z uwzględnieniem plastyczności materiałów. W celu bardziej szczegółowej weryfikacji żelbetu pod płytą podstawy możliwy jest eksport płyty podstawy, kotew i obciążeń do aplikacji Detail. Tam beton jest modelowany plastycznie. 

Kotwy są eksportowane osiowo odłączone, a obciążenie między nimi jest zastępowane parą równych, lecz przeciwnych sił (właśnie ze względu na brak sztywności stalowej części powyżej płyty podstawy). Dlatego nie jest możliwa zmiana sił osiowych w kotwach w przypadku uplastycznienia warstwy narożnej bloku betonowego. Podobnie spoiny płyt podstawy są eksportowane odłączone, a połączenie jest zastępowane równymi, lecz przeciwnymi siłami. Dlatego nie może nastąpić zmiana naprężeń w spoinie w przypadku uplastycznienia narożnika betonowego. 

Wynika z tego, że po eksporcie, choć wszystkie siły działające na płyty podstawy są w równowadze, warunki odkształceniowe nie będą spełnione. 

Dotyczy bieżącej wersji 25.1.2. W poprzednich wersjach może być inaczej, ponieważ stopniowo pracujemy nad usunięciem tych ograniczeń. Więcej informacji o każdej wersji można znaleźć w informacjach o wydaniu.