Verifikace

Jednotkový test: Kotvení

Beton

EN (Eurokód)

Výztuž

Detail 3D

Tento článek je dostupný také v dalších jazycích:

Přeloženo pomocí AI z angličtiny

Úvod

V tomto článku představujeme studii jednotkového testu zaměřenou na ověření 3D-CSFM chování betonové kotvy při vytažení prostřednictvím přímého srovnání s experimentálními výsledky^[1]. Těžiště našeho zkoumání spočívá v hodnocení prediktivních schopností numerických modelů při zachycení klíčových aspektů chování kotev, včetně způsobů porušení a mezní únosnosti. Naše studie zahrnuje různé průměry kotev, od 10 mm až po 32 mm, což odráží variabilitu vyskytující se v praktických inženýrských situacích. To nám umožňuje rozlišit případné trendy závislé na průměru a posoudit robustnost 3D-CSFM v různých měřítkách. Je třeba poznamenat, že všechny simulace jsou prováděny v rámci 3D-CSFM, metody implementované v IDEA StatiCa Detail, s využitím výchozích nastavení pro všechny parametry.

Definice způsobů porušení

Pro hodnocení výkonu 3D-CSFM při modelování dodatečně instalovaných lepených kotev musíme uvažovat dva způsoby porušení: vytažení, kdy je napětí v soudržnosti (τ_b) rovno návrhové hodnotě napětí v soudržnosti (τ_bd), a plastifikace samotné kotvy, tedy dosažení mezního plastického přetvoření.

Nastavení jednotkového testu

V této studii byly kotvy Hilti HIT-RE500 - SD Injectable Mortar with Reinforcement (500B) modelovány v IDEA StatiCa Detail a výsledky byly porovnány s experimentálními daty^[1].

Rozměry betonových bloků a jejich vyztužení byly pečlivě zvoleny tak, aby se minimalizoval případný vliv na chování při vytažení, čímž byla zajištěna platnost experimentálních výsledků^[1]. Pro všechny jednotkové testy kotev byl použit jeden rozměr betonového bloku (1,0 × 1,0 × 0,5 m; Š × H × V). Blok je vyztužen pruty z oceli B 500B o průměru 8–14 mm. Kolem každého povrchu (s výjimkou spodního povrchu, kde jsou pruty modelovány jako průběžné přes spodní podporu) je 8 vrstev prutů se vzdáleností vrstev 135,0 mm. Všechny dílčí součinitele spolehlivosti předepsané příslušnými stavebními normami byly důsledně dodrženy, přičemž ve výpočtech byla použita hodnota 1,0. Velikost otvoru pro kotvu ve srovnání s průměrem samotné kotvy nebyla ve výpočetním modelu explicitně uvažována.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.1 Side view of a reinforced concrete block with glued in anchor}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.2 View of a reinforced concrete block with highligted anchor. Diameter of anchor equals to 16 mm }}}\]

Pevnost soudržnosti kotvy, kritický parametr při návrhu kotvení, byla stanovena na 15,4 MPa na základě experimentálních podmínek^[1] a 12,0 MPa pro druhý ověřovací model. Rovněž délka zakotvení kotvy v betonovém bloku byla v souladu s experimentem konzistentně stanovena. V modelu bylo uvažováno dodatečných 50 mm délky kotvy nad betonovým blokem, na které byla aplikována osová tahová síla. V tomto testu byly kotvy o průměrech 10 mm, 12 mm, 16 mm, 20 mm, 25 mm a 32 mm porovnány s experimentálními výsledky. Experimentální uspořádání jsou shrnuta v tabulce 2.2.

S využitím modelu 3D-CSFM Solid Block analýza zahrnuje komplexní zkoumání různých aspektů, včetně charakteristik vytažení kotvy, stanovení kritických prahů zatížení a podrobné predikce způsobů porušení.

Materiálové vlastnosti

Materiálové vlastnosti betonu, vyztužení a kotvy použité v analýze CSFM jsou shrnuty v tabulce 2.2. Mez kluzu (\(f_{yk}\)) a mez pevnosti (\(k \times f_{yk}\)) vyztužení, jakož i pevnost v tlaku (\(f_{ck}\)), plastické přetvoření (\(\epsilon_{c2}\)) a mezní plastické přetvoření (\(\epsilon_{cu2}\)) betonu byly zvoleny na základě podmínek uvedených v poznámkách k experimentu. Pevnost soudržnosti je rovněž specifikována výrobcem v přiloženém prospektu.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.3 Stress strain diagrams of materials: (a) Stress-strain diagram of reinforcement B 500B, (b) Stress-strain diagram of concrete C30/37 }}}\]

Srovnání s experimentálními výsledky

Tato část porovnává experimentální výsledky výrobce s mezními zatíženími a způsoby porušení předpovězenými metodou 3D-CSFM. Šest hodnot mezního zatížení při vytažení, odpovídajících různým průměrům kotev, bylo porovnáno s výsledky 3D-CSFM. Pro každý průměr kotvy byl dále stanoven konkrétní způsob porušení.

Způsoby porušení a mezní zatížení

Tabulka 2.4 uvádí souhrnný přehled mezních zatížení zaznamenaných v experimentálních testech (P_u,exp) a těch předpovězených metodou 3D-CSFM (P_u,3D-CSFM), spolu s odpovídajícími způsoby porušení. Poměry přesahující jedničku naznačují, že predikce modelu jsou konzervativně vyšší než naměřené hodnoty. Jak je patrné z tabulky 2.4, primární způsoby porušení předpovězené všemi analýzami 3D-CSFM jsou v souladu s experimentálními zjištěními, ačkoli u větších průměrů jsou zaznamenány určité odchylky v konkrétních podtypech porušení. Predikce 3D-CSFM jsou obecně přesné, přičemž mírně konzervativní tendence jsou naznačeny poměry většími než 100 % pro větší průměry.

Dále byly vypočteny hodnoty (\(P_{u,bar}\)) a (\(P_{u,bond}\)) a přidány do tabulky.

\(P_{u,bar}=A_{bar}\cdot k \cdot f_{yk}\)

\(P_{u,bond}=C_{bar}\cdot l_{bar} \cdot \tau_{bd}\)

Kde (\(A_{bar}\)) je průřez kotvy, (\(C_{bar}\)) je obvod kotvy a (\(l_{bar}\)) je délka kotvy v betonu.

Z výše uvedených hodnot je patrné, že experiment je navržen tak, aby prokázal, že řešič je schopen správně vypočítat kombinované způsoby porušení vytažením a plastifikací kotvy (YA).

Dále byly vypočteny stejné modely s pevností soudržnosti (\(\tau_{bd} = 12.0 MPa\)) a porovnány s analyticky stanovenými hodnotami (\(P_{u,bond}\)).

Obrázek 1.4 potvrzuje výsledky uvedené v tabulce 2.4 tím, že ukazuje, že je dosaženo plné únosnosti napětí v soudržnosti i mezního přetvoření, což v důsledku vede k identifikaci způsobu porušení jako vytažení a plastifikace kotvy (YA).

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.4 Anchor 16 mm: Strain check value (left) and Bond stress (right) }}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.5 Anchor 32 mm: Stress flow view }}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.6 Anchor 25 mm: Stress in the reinforcement }}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.7 Anchor 20 mm: Strain in the reinforcement }}}\]

Závěr

Srovnání experimentálních dat^[1] s beta verzí 3D-CSFM naznačuje uspokojivou shodu. Klíčové poznatky z tohoto předběžného hodnocení zahrnují:

Pro všechny kotvy byla prokázána silná korelace, patrná ze způsobů porušení pozorovaných v modelech a z hodnot mezních zatížení.
Přestože je 3D-CSFM stále ve fázi beta, její soulad s experimentálními zjištěními zdůrazňuje její potenciální využitelnost. Tato shoda poskytuje určité ověření účinnosti nástroje, ačkoli by měla být interpretována s opatrností vzhledem k jeho vývojovému stadiu.