Kafes ankrajları - ipuçları ve püf noktaları

Kafes yapılar hakkında

Global model, yalnızca çekme/basıncı kapsayan kafes elemanlardan oluşmaktadır. Bu, elemanlardaki eğilme ve kesmenin tamamen bastırıldığı anlamına gelir. SEY perspektifinden bakıldığında, rijitlik matrisi eksenel terimler tarafından domine edilmekte; eğilme ve kesme serbestlik dereceleri (DOF) ortadan kalkmaktadır.

•  Eğilmeyi eksenel kuvvetlere dönüştürme
•  Malzeme kullanım oranını maksimize etme
•  Net yük yolları sağlama
•  Uzun açıklıklara olanak tanıma
•  Stabilite değerlendirmesini basitleştirme

Global model 

Konsol kafes sistemi, prefabrik beton kolona sabitlenmiştir. Kafes yapı, bir çift mafsallı birleşim aracılığıyla bir kirişle bağlantılıdır. Tüm kuvvetler, çekmedeki ankrajlar ve kesmede, basınç altındaki beton aracılığıyla aktarılmaktadır.

01) Global kafes modeli ve net yük yolu

Checkbot 

Bu tür yapılar, doğaları gereği IDEA StatiCa Connection'a bir küme olarak dışa aktarılamayan eşleştirilmiş veya çoklu düğüm noktalarıyla Checkbot'a aktarılmaktadır. İlk adımda, üst başlık düğüm noktası silinecektir. Üst başlık elemanı mevcut herhangi bir düğüm noktasıyla ilişkisiz kalacak ve çapraz ile alt başlık elemanlarını birleştiren alt başlık düğüm noktasına bağlanması gerekecektir. İşlem tamamlandığında, tüm elemanlar tek bir ana düğüm noktası altında birleştirilecektir. Bu, ofset montajıyla daha fazla elemanı daha etkin biçimde kontrol etmenin önünü açmaktadır.

02) Checkbot modeli + elemanların tek düğüm noktasında birleştirilmesi

IDEA StatiCa Connection

Oluşturulan model, bir dizi çift L-profilden oluşmaktadır. Kafes kirişin üst ve alt başlıkları, inşaat sahasında verimli montajı kolaylaştırmak amacıyla yerinde dökme pul levhaları, taban plakası ve önceden kaynaklı köşe plakası ile tamamlanarak prefabrik kolona bağlanmaktadır.

03) Tasarlanan ankraj modeli açıklaması

Global analizde, eksenel kuvvetlerin genellikle kesit ağırlık merkezinden geçtiği varsayılır. Ancak gerçek birleşimdeki cıvata grubu, kesitin ağırlık merkezi ile hizalı değilse bir dışmerkezlik ortaya çıkar. Bu dışmerkezlik, bağlantılı elemanlarda ikincil eğilme momentleri oluşturur.

Bu tür etkiler, birleşim geometrisi ve yük girişi açıkça modellenmediği sürece standart bir global SEY modelinde yakalanamamaktadır. Uygulamada, eksenel kuvvet dışmerkezliğinden kaynaklanan ek moment, artan eğilme gerilmesi olarak kendini göstermekte ve bu durum ayrıntılı birleşim değerlendirmesindeki nihai von Mises gerilme hesabına katkıda bulunmaktadır.

İncelenen kafes konfigürasyonu için N–Vy–Vz sınırı, kuvvet aktarımının daha gerçekçi bir temsilini sağlamaktadır. Bu ifade, tüm kafes sistemleri için evrensel bir öneri olarak değil, bu yapısal düzenlemeye özgü bir sonuç olarak sunulmaktadır.

Bu sınırlar, birleşimdeki dönme deformasyonunu bastırarak artık reaksiyon momentlerine yol açmaktadır. Ayrıca dikey çapraz, başlık eğilmesini kısıtlayarak N–Vy–Vz sınırının bu durumda gerçek birleşim davranışını daha iyi yansıttığı varsayımını pekiştirmektedir.

Birleşim mekaniği perspektifinden bakıldığında, bu sınır koşulunun fiziksel gerçekliğe daha yakın olduğu değerlendirilmektedir.

04) Kısıtlanmış başlıklar ve çaprazlar

Tel model, yüklerin yörüngelerini ve her kesit için ağırlık merkezi çizgilerini aydınlatmaktadır.

05) Tel model ve net yük yolu

Deformasyonlu şekil ve gerilme görselleştirmeleri, yüklerin doğru uygulanıp uygulanmadığına dair içgörü ve bir doğruluk kontrolü sağlamaktadır. Üst başlıktaki çekme ve alt başlıktaki basınç, ikame modelin iyi çalıştığını göstermektedir.

06) Yönetmelik kontrolleri ve deformasyonlu şekil

Connection uygulamasındaki beton ortam için geçerli olan basitleştirilmiş varsayımlar nedeniyle kuvvetlerin etkileşimi beton blokta dikkate alınmamaktadır. Kullanım oranı yalnızca %38'dir ve ankraj kontrolü başarısız olmaktadır. Bu neden olmaktadır?

Bilgi için:

Ayrı taban plakalarındaki ankraj grupları, tek bir beton blokta birbirleriyle etkileşime girmektedir. Bu durum, ankraj tasarımına ilişkin standartların kapsamı dışındadır. Çekmede beton kırılması ve beton dışa itme kontrol edilmemektedir. Beton kenar göçmesi kontrol edilmemektedir. (CEB-FIB: Bulletin 58 - Betonda ankraj tasarımı (2011) – Bölüm 1.2: Şekil 1.2-8 ve Şekil 1.2-9). 

Bu durum, kullanıcıyı 3D Detail yönetmelik kontrolüne yönlendirmektedir; zira yönetmelik söz konusu kurulum için yetersiz kalmaktadır.

07) Ankrajlarda neden başarısız olmaktadır?

Birleşim incelenirken burkulma her zaman kontrol edilmelidir. Mod şekli ve burkulma faktörü, güvenlik marjının göstergeleri olarak sunulmakta ve önce kararsız hale gelme olasılığı en yüksek mod belirlenebilmektedir. 

Bu, köşe plakası ile çift L-kesitlerin duvarları arasındaki temasın açıldığı doğrusal burkulma analiziyle ilgilidir.

Açık temas (boşluk):

Plakalar denge durumunda ayrılmışsa:

• Temas etkin değildir
• Rijitlik katkısı eklenmez
• Yüzeyler burkulma modunda bağımsız hareket eder

Pratik çelik birleşimlerin sonuçları:

Birçok çelik birleşimde:

• köşe plakaları
• köşebentler
• cıvata delikleri
• pullar

Temas, denge durumunda yalnızca kısmen etkindir.

Bu nedenle, LBA'da:

• Yalnızca mevcut durumda basınç altındaki bölgeler rijitliğe katkıda bulunur
• Olası gelecekteki temas noktaları göz ardı edilir

Bu durum şunlara yol açabilir:

• öz modlarda yerel nüfuz
• aşırı esnek burkulma modları
• gerçekçi olmayan deformasyon şekilleri.

Bu bir hata değildir — temas içeren özdeğer burkulmasının temel bir sınırlamasıdır.

08) Doğrusal burkulma modları ve kritik faktör

IDEA StatiCa 3D Detail

Tasarım döngüsünü kapatmak ve prefabrik beton kolon dahil tüm bileşenler için tatmin edici bir çözüme ulaşmak amacıyla, mevcut donatı düzenini dikkate almak ve sistemi ankrajlar ile donatı çubukları arasındaki etkileşimi göz önünde bulundurarak değerlendirmek zorunludur.

Yük aktarım mekanizması taban plakasında sona ermemektedir. Ankraj kuvvetleri, aderans, sargı etkisi ve Çubuk model yöntemi etkisi aracılığıyla betonarme elemana yeniden dağıtılmalıdır. Bu nedenle donatı, doğrulama modeline açıkça dahil edilmelidir.

IDEA StatiCa Connection'dan BIM bağlantısı kullanılarak veri aktarımı basit ve verimli bir şekilde gerçekleştirilmektedir. Aşağıdaki bilgiler doğrudan aktarılabilmektedir:

• Beton kolonun geometrisi
• Taban plakası ve ankraj konfigürasyonu
• Ankrajlar ve kaynaklardaki sonuç kuvvetler

Bu durum, nihai yönetmelik doğrulamasına giden yolu önemli ölçüde hızlandırmaktadır.

Ancak fiziksel olarak tutarlı bir değerlendirme elde etmek için zorunlu bileşenler — özellikle donatı düzeni ve gerçekçi sınır koşulları — 3D Detail modelinde (CSFM) tanımlanmalıdır. Ancak o zaman beton ve donatının kompozit davranışı doğru biçimde değerlendirilebilir ve gevrek göçme modları (örn. beton kırılması) donatılı bir sistem bağlamında incelenebilir.

Connection uygulamasından türetilen önceden tanımlanmış kuvvet vektörü alanı sistemi, taban plakası altındaki gerilmelerin anlamlı biçimde yeniden dağılımını garanti etmektedir. 

09) Donatılar, sınır koşulları + kuvvet dağılımı

Modelin beklendiği gibi davrandığından emin olmak için bir doğruluk kontrolü ve görsel inceleme yapılması gerekmektedir. Basınç gerilmesi akışı beklenen davranışı sergilemekte ve donatı gerilmesi tasarımın güvenliğini sağlamaktadır. 

10) Özet kontrol, gerilme akışı

Deformasyonlu şekil, sınır koşullarının doğruluğunu çift kontrol etmek için kullanılan ilk çıktı olmalıdır. Deformasyonlu şekil, beklenen davranışı özetlemektedir.

11) Ankraj gerilme durumu, deformasyonlu şekil

Sonuç ve temel çıkarımlar

Kafes modeli = eksenel idealizasyon
Global kuvvet akışı için verimlidir (yalnızca çekme/basınç), ancak eğilme ve kesme etkileri bastırılmakta ve birleşim düzeyinde ele alınması gerekmektedir.

Ağırlık merkezi varsayımı kritik öneme sahiptir
Cıvata grubu ile kesit ağırlık merkezi arasındaki hizasızlık, global SEY'de yakalanmayan ikincil eğilme oluşturmaktadır. Bu durum, ayrıntılı birleşim tasarımında doğrulanmalıdır.

Sınır koşulları gerçekliği belirler
Bu durumda, N–Vy–Vz sınırı birleşim davranışını daha iyi yansıtmaktadır. Dönme kısıtlaması ve çapraz etkisi, başlık tepkisini önemli ölçüde etkilemektedir.

Grobetondaki ankraj kontrolleri muhafazakârdır
Basitleştirilmiş yönetmelik varsayımları göçmeye işaret edebilir. Gerçek kapasite, donatı etkileşimine ve beton elemandaki kuvvet yeniden dağılımına bağlıdır.

Donatı döngüyü kapatır
Yük yolu taban plakasının ötesine devam etmektedir. Yalnızca donatı ve gerçekçi sınır koşullarına sahip bir 3D Detail (CSFM) modeli, kompozit davranışı yakalayabilir ve gevrek göçme modlarını önleyebilir.

Deformasyonlu şekli her zaman kontrol edin
Deformasyon yapısal sezgiyle örtüşüyorsa, model büyük olasılıkla fiziksel davranışı yansıtıyordur.