Eurokod określa kilka sposobów zniszczenia kotew i fundamentów betonowych oraz dzieli je dalej według rodzaju obciążenia. W IDEA StatiCa Connection do tej pory mogliśmy sprawdzać kotwy, jednak z pewnymi ograniczeniami, a weryfikacje trzeba było wykonywać ręcznie.
Jednocześnie nie było możliwości uwzględnienia zbrojenia bloków betonowych. Zmienia to IDEA StatiCa Detail 3D, który daje więcej możliwości. IDEA StatiCa Detail 3D nie oferuje sprawdzeń w takiej formie, do jakiej jesteśmy przyzwyczajeni z normy, która definiuje je dla betonu niezbrojonego. Za pomocą analizy Metodą Elementów Skończonych możemy jednak zweryfikować, że żelbet przeniesie zadane obciążenie, a zbrojenie zapobiegnie zniszczeniu betonu, które odpowiadałoby tym warunkom. Aplikacje działają niezależnie i można z nich korzystać osobno, ale dzięki powiązaniu między Connection i Detail możliwe jest również wykorzystanie Detail wyłącznie jako obliczenia uzupełniającego.
Przejdźmy teraz po kolei przez warunki Eurokodu i możliwości, jakie oferują nam aplikacje.
Siła rozciągająca
Eurokod dzieli pierwszy rodzaj obciążenia (siła rozciągająca) na 6 możliwych przypadków zniszczenia kotwy lub bloku betonowego (a, b, c, d, e, f) oraz dwa dodatkowe dla fundamentów zbrojonych (g, h).
Poniższy rysunek schematycznie pokazuje, jaki rodzaj zniszczenia można sprawdzić w aplikacji Connection oraz jakie zachowanie można uwzględnić dzięki zastosowaniu żelbetu, a więc analizie w Detail. IDEA StatiCa Connection stosuje do projektowania kotew wzory empiryczne z Eurokodu ( EN 1992-4-7.2.1) (CBFEM), natomiast IDEA StatiCa Detail opiera się w całości na Metodzie Elementów Skończonych (3D CSFM). Niektóre możliwości sprawdzeń pokrywają się więc w obu aplikacjach, ale zawsze są realizowane inną metodą.
Ze względu na charakter metod zaimplementowanych w oprogramowaniu w Connection można uwzględnić wyłącznie beton niezbrojony, natomiast w Detail można uwzględnić wyłącznie stopę fundamentową żelbetową.
Główne założenia i ograniczenia analizy w IDEA StatiCa Detail 3D opisano w artykule Znane ograniczenia.
a) Zniszczenie stali
Zniszczenie stali kotew obciążonych rozciąganiem jest weryfikowane w obu aplikacjach. Nośność kotwy na rozciąganie jest sprawdzana w Connection według następującego wzoru:
W Detail kotwy są sprawdzane według wybranego Eurokodu (1992-4 lub 1993-1-8) w ustawieniach projektu. Takie zachowanie obowiązuje od wersji 25.1.1.
W starszych wersjach kotwy są sprawdzane jak zwykłe pręty zbrojeniowe, na podstawie wykresów naprężenie-odkształcenie zdefiniowanych dla poszczególnych materiałów, przy czym graniczne odkształcenie przyjmuje się maksymalnie 5% (obliczone na podstawie efektu tension stiffening, więcej w rozdziale Podstawy teoretyczne)
b) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonu
Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonu można zweryfikować w Connection. Aplikacja uwzględnia jednak wyłącznie beton niezbrojony.
Dlatego w przypadku zniszczenia stożka betonu warto przejść do IDEA StatiCa Detail, w którym przeprowadzana jest analiza całego zbrojonego bloku. Wytrzymałość betonu na rozciąganie jest zachowawczo pomijana, co oznacza, że nośność na zniszczenie stożka jest w znacznym stopniu określana przez zadaną ilość zbrojenia. Na poniższym rysunku widać kierunki naprężeń głównych, które wskazują kształt wspomnianego stożka. W prawej części widać wartości naprężeń w betonie, które są porównywane z wartościami granicznymi.
c) Zniszczenie przez wyciągnięcie (pull-out)
To sprawdzenie normowe jest dostępne w Connection tylko w określonych przypadkach (zob. pierwszy rysunek w tym artykule). W przypadku mechanicznych kotew montowanych po betonowaniu konieczne jest dodatkowe sprawdzenie.
W Detail można zdefiniować tak zwane kotwy wklejane i określić wartość obliczeniową wytrzymałości na przyczepność zgodnie z ich parametrami technicznymi. Kotwy zostaną następnie zweryfikowane na podstawie tych parametrów. (Dotyczy wyłącznie żelbetu.)
d) Zniszczenie kombinowane przez wyciągnięcie i zniszczenie betonu łączników wklejanych
Takie zniszczenie można wykryć tylko w Detail, gdzie naprężenia w betonie i strefy zakotwienia są oceniane za pomocą 3D CSFM. Mechanizm zniszczenia kombinowanego przez wyciągnięcie i zniszczenie betonu opiera się w Detail na zasadach opisanych powyżej, a jego ocena stanowi część sprawdzenia wytrzymałości betonu i zakotwienia. (Dotyczy wyłącznie żelbetu.)
e) Zniszczenie przez rozłupanie betonu
Nie można go ocenić w Connection. W Detail rozłupanie jest zazwyczaj problemem betonu niezbrojonego, w którym zastosowanie zbrojenia zapobiega jego wystąpieniu. Jednocześnie w aplikacji Detail można zobaczyć naprężenia i odkształcenia zarówno zbrojenia ściskanego lub rozciąganego, jak i betonu ściskanego.
f) Zniszczenie przez wyrwanie krawędzi betonu (blow-out)
Dla betonu niezbrojonego w Connection możliwe jest empiryczne sprawdzenie normowe zgodnie z Eurokodem.
Dla zbrojonych elementów konstrukcyjnych można skorzystać z Detail. Zniszczenie przez wyrwanie krawędzi betonu jest uwzględnione w analizie wytrzymałości betonu, przy czym naprężenia rozciągające przenosi wyłącznie zbrojenie (jak wspomniano kilkukrotnie powyżej).
Dodatkowe sprawdzenia dla zbrojonych bloków betonowych:
Dla fundamentów zbrojonych wymagane jest dodatkowe sprawdzenie zbrojenia. Zniszczenie stali zbrojenia i zniszczenie zakotwienia zbrojenia stanowią część sprawdzenia zbrojenia w Detail.
g) Zniszczenie stali zbrojenia
h) Zniszczenie zakotwienia zbrojenia
Obciążenie ścinające
Eurokod dzieli drugi rodzaj obciążenia (siła tnąca) na 4 możliwe przypadki zniszczenia kotwy lub bloku betonowego (a, b, c, d) oraz dwa dodatkowe dla fundamentów zbrojonych (e, f).
Poniższy rysunek pokazuje schematycznie, jaki rodzaj zniszczenia można sprawdzić w aplikacji Connection, a także jakie zachowanie można uwzględnić dzięki zastosowaniu żelbetu, a więc analizie w Detail. IDEA StatiCa Connection stosuje do projektowania kotew wzory empiryczne z Eurokodu ( EN 1992-4-7.2.2) (CBFEM). Wszystkie rodzaje zniszczenia spowodowane siłą tnącą można uwzględnić w aplikacji Connection.
W IDEA StatiCa Detail 3D ścinanie może być przenoszone przez tarcie, kotwy lub ostrogę. Należy zaznaczyć, że sprawdzane są wyłącznie fundament i kotwy. Pozostałe elementy stalowe (np. ostroga, spoiny) należy sprawdzić w Connection lub w innym programie. Należy ponownie podkreślić, że wymagany jest wyłącznie żelbet.
a) Zniszczenie stali bez ramienia sił
Zniszczenie stali bez ramienia sił w kotwach obciążonych siłą tnącą jest weryfikowane w Connection. Nośność kotwy na ścinanie jest sprawdzana w IDEA StatiCa Connection według następującego wzoru:
W Detail kotwy są ponownie sprawdzane według wybranego Eurokodu (1992-4 lub 1993-1-8) w ustawieniach projektu. Takie zachowanie obowiązuje od wersji 25.1.1. W starszych wersjach sprawdzenie w Detail nie jest możliwe.
b) Zniszczenie stali z ramieniem sił
Zniszczenie stali z ramieniem sił w kotwach obciążonych siłą tnącą jest weryfikowane zarówno w Connection, jak i w Detail. Nośność kotwy na ścinanie jest sprawdzana w IDEA StatiCa Connection według następującego wzoru:
W Detail kotwy są sprawdzane według wybranego Eurokodu w ustawieniach projektu. Odpowiednie równania stosowane w sprawdzeniach można znaleźć w rozdziale Podstawy teoretyczne.
c) Zniszczenie betonu przez podważenie (pry-out)
Zniszczenie betonu przez podważenie w kotwach obciążonych siłą tnącą jest weryfikowane wyłącznie w Connection. Nośność kotwy na ścinanie jest sprawdzana w IDEA StatiCa Connection według następującego wzoru:
Nośność betonu na ścinanie przez płytę podstawy jest następnie sprawdzana w aplikacji Detail.
d) Zniszczenie krawędzi betonu
Zniszczenie krawędzi betonu w kotwach obciążonych siłą tnącą jest weryfikowane w Connection tylko dla betonu niezbrojonego. Nośność kotwy na ścinanie jest sprawdzana w IDEA StatiCa Connection według następującego wzoru:
Zniszczenie krawędzi betonu można sprawdzić w Detail (wyłącznie dla żelbetu).
Dodatkowe sprawdzenia dla zbrojonych bloków betonowych:
Dla fundamentów zbrojonych wymagane jest dodatkowe sprawdzenie zbrojenia. Zniszczenie stali i zniszczenie zakotwienia zbrojenia stanowią część sprawdzenia zbrojenia w IDEA StatiCa Detail.
e) Zniszczenie stali zbrojenia dodatkowego
f) Zniszczenie zakotwienia zbrojenia dodatkowego
Podsumowanie
Najważniejszą zaletę widać w przykładach takich jak zakotwienie w pobliżu krawędzi oraz w innych przypadkach, w których beton niezbrojony nie przenosi wymaganego obciążenia. Należy pamiętać, że kotwy i ostrogi trzeba dodatkowo sprawdzić w Connection, jednak razem te dwa narzędzia stanowią kompleksowe rozwiązanie.
Ze względu na metodę i sposób zaprojektowania aplikacji aplikacja Detail jest odpowiednia wyłącznie dla fundamentów zbrojonych.
