Návrh železobetonových konstrukcí bezpečně a spolehlivě

Compatible Stress Field Method (CSFM), která je hnacím motorem IDEA StatiCa Concrete, přináší inovativní přístup k návrhu a posouzení železobetonových konstrukcí. Liší se však od tradičního přístupu vzpěra-táhlo. Pojďme tedy této metodě trochu nahlédnout pod pokličku.

B-oblasti, D-oblasti, omezení metody vzpěra-táhlo

Návrh a posouzení betonových prvků běžně provádíme na úrovni řezu (prvky 1D) nebo bodu (prvky 2D). Tento postup je popsán ve všech normách pro dimenzování, např. v EN 1992-1-1, a je používán v každodenní praxi statika. Ne vždy se však ví či respektuje, že je možný pouze v oblastech, kde platí Bernoulli – Navierova hypotéza o rovinnosti průřezu (tzv. B-oblast). Místa, kde tato hypotéza neplatí, nazýváme oblasti diskontinuit neboli poruchové oblasti (D-oblasti). Jde o oblasti uložení, okolí osamělých břemen, místa náhlých změn průřezů, otvorů apod. Při navrhování betonových konstrukcí se setkáváme s řadou dalších D-oblastí, jako jsou stěny, mostní příčníky, krátké konzoly apod.

Jaké jsou klíčové rozdíly mezi metodou CSFM a vzpěra-táhlo (příhradová analogie)

Navzdory vývoji celé řady výpočetních nástrojů v posledních desetiletích je metoda vzpěra-táhlo stále používána při ručních výpočtech. Její použití pro stavební konstrukce v reálném světě je ale časově náročná, protože je potřeba provést několik iterací a je také nutné zvážit několik zatěžovacích stavů. Tato metoda navíc není vhodná pro ověření kritérií použitelnosti (deformace, šířky trhlin atd.).

Zájem stavebních inženýrů o spolehlivý a rychlý nástroj pro navrhování D-oblastí vedl k rozhodnutí vyvinout zcela novou metodu, která umožňuje automatické navrhování a posouzení železobetonových prvků zatíženy v jejich rovině. 

Ve spolupráci s univerzitou ETH v Curychu jsme vyvinuli a důkladně otestovali metodu nazvanou Compatible Stress Field Method (CSFM) pro návrh oblastí diskontinuit a implementovali ji do IDEA StatiCa Concrete. Metoda je založena na počítačové implementaci modelu tlakových polí a používá základní materiálové vlastnosti uvedené v normách pro navrhování betonových konstrukcí. CSFM překonává omezení klasických postupů a lze ji považovat za zobecněnou metodu příhradové analogie, ve které jsou však uvažovány skutečné oblasti namáhané napětím namísto výslednic sil.

Přečtěte si více o porovnání metody vzpěra-táhlo a CSFM.

Podívejte se na přednášku prof. Waltera Kaufmanna z ETH Zurich o metodě CSFM

Dlouhodobé testování CSFM

Abychom maximálně usnadnili přijetí CSFM v konzervativním prostředí stavebních inženýrů, byla tato metoda několik let důkladně testována. Zde hraje klíčovou roli spolupráce s ETH Curych. Spolu s univerzitou jsme připravili stovky analytických testů k ověření přesnosti všech posudků MSÚ a MSP požadovaných mnoha normami.

Výsledky těchto testů byly porovnány s celou řadou analytických řešení, norem a experimentálních výsledků a prokázaly dobrý soulad se všemi z nich. Výsledky mezního zatížení (pevnosti) velmi dobře odpovídají a jsou mírně na bezpečné straně. Výsledky deformace jsou také přesné a případné odchylky jsou opět hlavně na bezpečné straně.

Všechny hlavní příklady testů a ověřování byly publikovány v nové knize o metodě CSFM. Můžete si ji koupit online na platformě Payhip.com.

Kromě spolupráce s ETH Curych probíhá celá řada verifikačních a validačních testů také na Vysokém učení technickém v Brně .

Projděte si Teoretické základy 

Abyste lépe porozuměli principům, předpokladům a omezením CSFM, je určitě užitečné investovat trochu času a projít si teoretické základy pro betonové aplikace. Ve zhuštěné podobě tak načerpáte základní myšlenky z verifikační knihy. 

Zjistíte například, jak metoda řeší návrh výztuže nebo jak implementuje metodu konečných prvků. V Teoretických základech najdete všechna důležitá ověření konstrukčních prvků pro analýzu mezního stavu únosnosti a použitelnosti. Pokud byste tedy chtěli pochopit, jak CSFM zachází např. s šířkou trhlin, kontrolami průhybů nebo se součinitely spolehlivosti, jsou Teoretické základy tím správným místem, kde se vzděláváním začít.

Verifikační články ukazují perfektní shodu

Oba univerzitní týmy ve spolupráci s odborníky IDEA StatiCa sestavily a zveřejnily několik příspěvků a vědeckých článků s výsledky svých experimentů a testů. Jejich zjištění byla prezentována na různých mezinárodních odborných akcích.

Projděte si sami verifikační články v našem Centru podpory

IDEA StatiCa pro všechny betonáře

Výsledky důkladné validace CSFM prokazují, že metoda je bezpečná, přesná a spolehlivá. Výsledky testů byly v dokonalé shodě s teoretickými modely. CSFM umožňuje statikům navrhovat a posuzovat libovolné betonové konstrukce, které lze modelovat jako dvourozměrný prvek spolehlivěji a efektivněji než pomocí jiných návrhových metod.

Ověření, předpoklady návrhu a články jsou publikovány a dostupné technické komunitě. Doporučujeme vám proto projít veškerou naši dokumentaci o ověřování. Nebojte se také zeptat našich zákazníků a v neposlední řadě si software vyzkoušejte sami, porovnejte výsledky s vašimi ručními výpočty nebo jinou softwarovou analýzou a sdílejte s námi vaše srovnání, výsledky a zjištění. IDEA StatiCa zrychlí, zpřesní vaše pracovní postupy a přitom bude mít vždy bezpečnost na prvním místě!

Byl tento článek užitečný?

Ano Ne