Eurokód stanovuje několik způsobů porušení kotev a betonových patek a dále je rozděluje podle typu zatížení. V aplikaci IDEA StatiCa Connection jsme doposud byli schopni kotvy posoudit, ale s určitými omezeními bylo nutné posouzení provádět ručně.
Zároveň nebylo možné zohlednit vyztužení betonových bloků. To se nyní mění s aplikací IDEA StatiCa Detail 3D, která přináší další možnosti. IDEA StatiCa Detail 3D nenabízí posouzení tak, jak jsme zvyklí z normy, která je definuje pro prostý beton. Pomocí MKP analýzy ale můžeme ověřit, že vyztužený beton splní zadané zatížení, a zde zabráníme porušení betonu, které by odpovídalo těmto podmínkám. Aplikace fungují nezávisle na sobě a lze je používat samostatně, ale díky propojení mezi Connection a Detail je také možné použít Detail pouze jako doplňkový výpočet.
Nyní si postupně projdeme podmínky Eurokódu a možnosti, které nám aplikace nabízejí.
Tahová síla
Eurokód rozděluje první typ zatížení (tahová síla) na 6 možných případů porušení kotvy nebo betonového bloku (a, b, c, d, e, f) a další dva pro vyztužené patky (g, h).
Obrázek níže schematicky ukazuje, jaký typ porušení lze posoudit pomocí aplikace Connection a jaké chování lze pokrýt použitím vyztuženého betonu, tedy analýzou v aplikaci Detail. IDEA StatiCa Connection používá empirické vzorce z Eurokódu (EN 1992-4-7.2.1) pro návrh kotev (CBFEM), zatímco IDEA StatiCa Detail je založena zcela na metodě konečných prvků (3D CSFM). Některé možnosti posouzení se tedy v obou aplikacích překrývají, vždy však jinou metodou.
Vzhledem k povaze metod implementovaných v softwaru lze v aplikaci Connection uvažovat pouze prostý beton, zatímco v aplikaci Detail lze uvažovat pouze vyztuženou betonovou patku.
Hlavní předpoklady a omezení analýzy pro IDEA StatiCa Detail 3D jsou uvedeny v článku Known Limitations.
a) Porušení oceli
Porušení oceli samotných tahem zatížených kotev je ověřováno v obou aplikacích. Tahová únosnost kotvy je v aplikaci Connection posuzována podle následujícího vzorce:
V aplikaci Detail jsou kotvy posuzovány podle vybraného Eurokódu (1992-4 nebo 1993-1-8) v nastavení projektu. Toto chování platí od verze 25.1.1.
Ve starších verzích jsou kotvy posuzovány jako běžné výztužné pruty, na základě diagramů napětí–přetvoření definovaných pro jednotlivé materiály, s využitím hodnoty mezního přetvoření maximálně 5 % (vypočtené na základě vlivu tahového zpevnění – více informací v článku Theoretical Background)
b) Porušení betonu vytržením kuželu
Porušení betonu vytržením kuželu lze ověřit v aplikaci Connection. V aplikaci Connection však lze uvažovat pouze prostý beton.
V případě porušení betonového kuželu je proto vhodné přejít do aplikace IDEA StatiCa Detail, kde je poskytnuta analýza celého vyztuženého bloku. Tahová pevnost betonu je konzervativně zanedbána, což znamená, že únosnost proti porušení kuželem je do značné míry určena zadaným množstvím výztuže. Na obrázku níže vidíte směry hlavních napětí, které indikují tvar výše zmíněného kuželu. V pravé části vidíte hodnoty napětí v betonu, které jsou posuzovány vůči mezním hodnotám.
c) Porušení vytažením
Toto normové posouzení je v aplikaci Connection dostupné pouze pro určité případy (viz první obrázek v tomto článku). Pro dodatečně instalované mechanické kotvy je nutné dodatečné posouzení.
V aplikaci Detail je možné nastavit tzv. lepené kotvy a zadat návrhovou pevnost soudržnosti podle jejich technických parametrů. Kotvy pak budou ověřeny na základě těchto parametrů. (Platí pouze pro vyztužený beton.)
d) Kombinované porušení vytažením a porušení betonu u lepených kotev
Toto porušení lze zjistit pouze v aplikaci Detail, kde jsou napětí v betonu a kotevní oblasti posuzovány pomocí 3D CSFM. Mechanismus kombinovaného porušení vytažením a porušení betonu je v aplikaci Detail založen na výše uvedených principech a jeho posouzení je součástí kontroly pevnosti betonu a kotvení. (Platí pouze pro vyztužený beton.)
e) Porušení betonu podélným trhlinami (splitting)
V aplikaci Connection toto posouzení není možné. V aplikaci Detail je porušení podélnými trhlinami obvykle problémem prostého betonu, kde použití výztuže tomuto porušení zabrání. Zároveň je v aplikaci Detail možné vidět napětí a přetvoření jak výztuže namáhané tlakem nebo tahem, tak betonu namáhaného tlakem.
f) Porušení betonu vylomením (blow-out)
Pro prostý beton je v aplikaci Connection možné empirické normové posouzení podle Eurokódu.
Pro vyztužené konstrukční prvky je možné použít Detail. Porušení betonu vylomením je pokryto v rámci analýzy pevnosti betonu, kde jsou tahová napětí přenášena pouze výztuží (jak již bylo výše několikrát zmíněno).
Dodatečné kontroly pro vyztužené betonové bloky:
Pro vyztužené patky je vyžadováno dodatečné posouzení výztuže. Porušení oceli výztuže a porušení kotvení výztuže je součástí posouzení výztuže v aplikaci Detail.
g) Porušení oceli výztuže
h) Porušení kotvení výztuže
Smykové zatížení
Eurokód rozděluje druhý typ zatížení (smyková síla) na 4 možné případy porušení kotvy nebo betonového bloku (a, b, c, d) a další dva pro vyztužené patky (e, f).
Obrázek níže schematicky ukazuje, jaký typ porušení lze posoudit pomocí aplikace Connection a jaké chování lze pokrýt použitím vyztuženého betonu, tedy analýzou v aplikaci Detail. IDEA StatiCa Connection používá empirické vzorce z Eurokódu (EN 1992-4-7.2.2) pro návrh kotev (CBFEM). Všechny typy porušení způsobené smykovou silou lze pokrýt v aplikaci Connection.
V aplikaci IDEA StatiCa Detail 3D může být smyk přenášen třením, kotvami nebo smykovou zarážkou. Je důležité zmínit, že je posuzována pouze patka. Ostatní ocelové části (např. smyková zarážka, svary) je nutné zkontrolovat v aplikaci Connection nebo jinde. Znovu je třeba zdůraznit, že je vyžadován pouze vyztužený beton.
a) Porušení oceli bez páky
Porušení oceli bez páky u smykem zatížených kotev je ověřováno v aplikaci Connection. Smyková únosnost kotvy je v aplikaci IDEA StatiCa Connection posuzována podle následujícího vzorce:
V aplikaci Detail jsou kotvy opět posuzovány podle vybraného Eurokódu (1992-4 nebo 1993-1-8) v nastavení projektu. Toto chování platí od verze 25.1.1. U starších verzí posouzení v aplikaci Detail není možné.
b) Porušení oceli s pákou
Porušení oceli s pákou u smykem zatížených kotev je ověřováno pouze v aplikaci Connection. Smyková únosnost kotvy je v aplikaci IDEA StatiCa Connection posuzována podle následujícího vzorce:
V aplikaci Detail toto posouzení není možné.
c) Porušení betonu vylomením (pry-out)
Porušení betonu vylomením u smykem zatížených kotev je ověřováno pouze v aplikaci Connection. Smyková únosnost kotvy je v aplikaci IDEA StatiCa Connection posuzována podle následujícího vzorce:
Smyková únosnost betonu přenášená přes patní desku je pak posuzována v aplikaci Detail.
d) Porušení betonu na okraji
Porušení betonu na okraji u smykem zatížených kotev je v aplikaci Connection ověřováno pouze pro prostý beton. Smyková únosnost kotvy je v aplikaci IDEA StatiCa Connection posuzována podle následujícího vzorce:
Porušení betonu na okraji lze zkontrolovat v aplikaci Detail (pouze vyztužený beton).
Dodatečné kontroly pro vyztužené betonové bloky:
Pro vyztužené patky je vyžadováno dodatečné posouzení výztuže. Porušení oceli a kotvení výztuže je součástí posouzení výztuže v aplikaci IDEA StatiCa Detail.
e) Porušení oceli přídavné výztuže
f) Porušení kotvení přídavné výztuže
Závěr
Nejvýznamnější výhodu lze nalézt v příkladech, jako je kotvení v blízkosti okraje a dalších případech, kdy prostý beton nesplňuje požadované zatížení. Je třeba poznamenat, že kotvy a smykové zarážky je nutné dále posoudit v aplikaci Connection, ale společně tyto dva softwarové nástroje poskytují komplexní řešení.
Vzhledem k metodě a způsobu, jakým je aplikace navržena, je aplikace Detail vhodná pouze pro vyztužené patky.