Elég merev a talplemez?

Miért olyan fontosak a kötőelemek?

A kötőelemek döntő szerepet játszanak a szerkezeti és nem szerkezeti elemek integritásában és biztonságában. Ezért dolgoztak ki dedikált szabványokat, mint például az EN1992-4. Ezek foglalkoznak az acél-beton kapcsolatok kihívásaival, és megbízható tervezési módszert biztosítanak az acél és beton elemek közötti biztonságos teherátadás érdekében. Az EN1992-4 különböző típusú kötőelemeket (betonba öntött fejes kötőelemek, utólag beépített mechanikus és ragasztott kötőelemek), valamint különböző terhelési kategóriákat fed le.

Betonba szánt kötőelemek tervezése

A betonba szánt kötőelemek tervezése az EN1992-4 szerint statikus/kvázi-statikus terhelés esetén több szabványellenőrzést foglal magában:

1. ábra  Húzásra igénybevett kötőelemek szabványellenőrzései

2. ábra Nyírásra igénybevett kötőelemek szabványellenőrzései

3. ábra Szabványellenőrzések a húzó- és nyíróterhelések kölcsönhatásának figyelembevételére

A szabványban (1. ábra – 3. ábra) vázolt tervezési folyamat részletes megközelítést igényel annak biztosítása érdekében, hogy minden releváns szabványellenőrzés teljesüljön. Minden kötőelemtípus esetén speciális szempontokat kell figyelembe venni. Például a mechanikus horgonyok mechanikus záródásra támaszkodnak, míg a ragasztott horgonyok a kötőanyag ragasztási tulajdonságaitól függnek. A tervezési folyamatnak figyelembe kell vennie ezeket a különbségeket a megbízható kapcsolat biztosítása érdekében.

Nézzük meg közelebbről az egyik ilyen szabványellenőrzést. Példaként a kötőelem, vagy kötőelemcsoport jellemző ellenállását vesszük beton kúpos tönkremenetel esetén (4. ábra), amely megmutatja, milyen kifinomult a tervezési modell:

4. ábra  A kötőelem, vagy kötőelemcsoport jellemző ellenállása beton kúpos tönkremenetel esetén

Az egyenletben négy tényező szerepel az olyan hatások figyelembevételére, mint a héjleválás, a feszültségeloszlás zavara, a kiegészítő vasalás jelenléte és egyebek. Ez azt mutatja, hogy nem csak az építőanyagok (acél, beton) tulajdonságai, hanem más tényezők is, mint például a betonblokk geometriája, a horgonyrács, a beágyazási mélység, a kiegészítő vasalás stb., befolyásolják a végső ellenállást, azaz az adott teherkombinációra mérvadó tönkremeneteli módot. Ez azt bizonyítja, hogy az acél-beton kapcsolatok tervezése meglehetősen fáradságos és összetett lehet kézi elvégzés esetén, mivel számos számítást és iterációt igényel a terv optimalizálásához.

IDEA StatiCa Connection lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy acél-beton kapcsolatokat tervezzen utólag beépített mechanikus kötőelemek vagy betonba öntött horgonyok alátétlemezekkel. A horgonytípustól függően számos szabványellenőrzést kell elvégezni. Az 1. ábra – 3. ábrán felsorolt szabványellenőrzések többségét az IDEA StatiCa Connection a felhasználó bevitele és a szabványban megjelölt paraméterek alapján számítja ki. Néhányat nem biztosít, mivel termékspecifikus tényezőket igényelnek, amelyek szabványosított elrendezéssel végzett vizsgálatokon alapulnak, és az alkalmazandó harmonizált műszaki előírások szerint értékelnek. Ezek a tényezők megtalálhatók a műszaki jóváhagyásokban, mint például az Európai Műszaki Értékelésben (ETA). A tervezési ellenállás kiszámításához szükséges tényezőkön kívül a jóváhagyás más fontos jellemzőket is tartalmaz, mint például a minimális peremtávolság c_min, a minimális horgonytávolság s_min, a betonblokk minimális magassága h_min, biztonsági tényezők és egyebek. A nem biztosított szabványellenőrzésekre vonatkozó információk az eredmények fülön találhatók, ahogy az 5. ábrán látható.

5. ábra  A termékspecifikus jellemzőket igénylő szabványellenőrzések listája

Az acél talplemez merevsége

A szükséges szabványellenőrzések listáján kívül a szabvány további betartandó szabályokat is meghatároz. Ezek közé tartoznak a kötőelemekre ható erők levezetésére vonatkozó szabályok. Amikor hajlítónyomaték és/vagy húzóerő hat egy rögzítőelemre, hasonlóan az acél-acél kapcsolathoz, feszítő erők léphetnek fel. Ezeket az erőket figyelembe kell venni a talplemez tervezésénél, mivel ez magasabb húzóerőkhöz vezet a horgonyokban. Ezt a követelményt az EN1992-4 6.1 (4) szakasza írja le és a 6.1 b. ábra szemlélteti:

6. ábra  Az EN1992-4 6.1 (4) szakasza

7. ábra  A kötőelemre ható húzóerők felerősödése a feszítő erők C_pr miatt

A szabvány útmutatást ad a kötőelemre ható tervezési húzóterhelések kiszámításához, feltéve, hogy a rögzítőelem kellően merev, ami azt jelenti, hogy érvényes a lineáris alakváltozás-eloszlás feltételezése (mint a gerendaelméletben). Ha azonban a 6.2.1 szakaszban meghatározott követelmények nem teljesülnek, az acél talplemez rugalmas alakváltozási viselkedését figyelembe kell venni. Ezt a hatást az IDEA StatiCa Connection figyelembe veszi, mivel a CBFEM módszer alkalmazásával végzett számítás lehetővé teszi a talplemez hajlítási viselkedésének megragadását, beleértve a csatlakoztatott profil, a hegesztések és az alapozási alap merevségét (a Winkler altalajmodell segítségével modellezve). A következő szakaszban közelebbről megvizsgáljuk a lemezvastagság hatását a horgonyokban keletkező húzóerőkre, az oszlopban lévő egyenértékű feszültségekre és a betonblokk nyomófeszültségeire.

Néhány példa az IDEA StatiCa-ban

Nézzük meg az IDEA StatiCa segítségével összeállított néhány példát

Itt a horgonyelrendezés (két sor három horgonnyal), a beágyazási mélység, a betonblokk méretei, valamint az anyagtulajdonságok mindkét vizsgált esetbenazonosak maradnak. Amit módosítani fogunk, az a talplemez vastagsága (10, 20 és 30 mm), valamint az alkalmazott teherhatások – az 1. eset esetén ez egy húzóerő, ahol N = 100 kN, a 2. eset esetén pedig egy nyomóerő, ahol N = -100 kN. Ezek a feltételezések lehetővé teszik számunkra, hogy könnyen ellenőrizzük a paraméterek hatását az eredményekre, azaz a kötőelemek tengelyirányú erőire, az oszlopban lévő egyenértékű feszültségre és a betonban lévő nyomófeszültségre. A modell az alábbi 8. ábrán látható.

8. ábra  Modell az IDEA StatiCa Connection-ben

Kezdjük az 1. esettel, íme a vizsgált példák eredményei:

9. ábra  1. eset, talplemez vastagsága = 10 mm, egyenértékű feszültségek

10. ábra  1. eset, talplemez vastagsága = 10 mm, húzóerők a horgonyokban

11. ábra  1. eset, talplemez vastagsága = 20 mm, egyenértékű feszültségek

12. ábra  1. eset, talplemez vastagsága = 20 mm, húzóerők a horgonyokban

13. ábra  1. eset, talplemez vastagsága = 30 mm, egyenértékű feszültségek

14. ábra  1. eset, talplemez vastagsága = 30 mm, húzóerők a horgonyokban

1. táblázat Az 1. eset eredményeinek összefoglalása (N = 100 kN)

Ahogy várható volt, a lemezvastagság növelésével a feszítő erők csökkennek; t_fix = 30 mm esetén nincsenek feszítő erők, és a terhelés egyenletesen oszlik el a csoport összes horgonyára. A csoport legjobban igénybevett horgonyainak erőit összehasonlítva, 67%-os különbség mutatkozik a rugalmas talplemez (t_fix = 10 mm, N_Ed,1 = 27,9 kN) és a merev talplemez (t_fix = 30 mm, N_Ed,1 = 16,7 kN) között. Az acél talplemez hajlítási viselkedésének figyelembevétele a csatlakoztatott lemezek, valamint az elemeket összekötő hegesztések feszültségeloszlását is befolyásolja. Ez megmutatja, milyen fontos a talplemez merevségének ellenőrzése a tervezési folyamatban.

A 2. eset eredményei a lemezvastagság hatását mutatják a betonban lévő nyomófeszültség eloszlására:

2. eset, talplemez vastagsága = 10 mm, egyenértékű feszültségek, feszültség a betonban

16. ábra  2. eset, talplemez vastagsága = 20 mm, egyenértékű feszültségek, feszültség a betonban

17. ábra  2. eset, talplemez vastagsága = 30 mm, egyenértékű feszültségek, feszültség a betonban

2. táblázat A 2. eset eredményeinek összefoglalása (N = -100 kN)

Megfigyelhető, hogy a vastagság növekedésével a feszültség egyenletesebben oszlik el, ami viszont csökkenti a betonban lévő maximális nyomófeszültséget.

Összefoglalás

Az IDEA StatiCa Connection segítségével a felhasználó pontosan modellezheti az acél talplemez hajlítási viselkedését, és ellenőrizheti annak hatását a modellezett kapcsolatra. A szoftver a CBFEM módszert alkalmazza a talplemez adott teherhatások alatti alakváltozásának szimulálásához. Ez lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy vizualizálják az erők eloszlását, és azonosítsák az acél talplemez rugalmas viselkedésével kapcsolatos potenciális problémákat, vagy megerősítsék az EN1992-4-ben meghatározott lineáris alakváltozás-eloszlás feltételezésének helyességét. Ez az acél-beton kapcsolatok tervezési folyamatának kulcsfontosságú része, mivel még a viszonylag vastag talplemezek sem feltétlenül teljesítik a merev talplemez követelményeit, és ennek az ellenőrzésnek az elhagyása a horgonyokban lévő húzóerők alábecsléshez vezethet, ahogy a fenti példák is mutatják.

…még egy dolog

Szoftverünk legújabb verziójában, a 24.0-s verzióban, megvalósítottuk az IDEA StatiCa Connection és a Detail közötti közvetlen kapcsolat béta verzióját. Ez lehetővé teszi a vasbeton alapozások ellenőrzését (ULS) a 3D Detail segítségével (a CSFM módszer alapján). Támogatási központunkban megtalálható egy lépésről lépésre bemutató útmutató arról, hogyan lehet adatokat cserélni a két program között, valamint hogyan lehet elvégezni a számítást a Detail alkalmazásban.

18. ábra BIM Link az IDEA StatiCa Connection és a Detail között (béta verzió)

További források

A témáról itt olvashat bővebben:

Horgonyok szabványellenőrzése (EN)

Horgonyzás importálása a Connection-ből a Detail-be (BÉTA)

IDEA StatiCa Detail – Beton 3D diszkontinuitások szerkezeti tervezése | IDEA StatiCa

Ha többet szeretne olvasni a legújabb verzióról, tekintse meg a kiadási megjegyzéseket az összes részletért. 

Nézze meg a webinárium felvételét

Ez a sikeres webinárium, amelyre több mint 1500 résztvevő regisztrált, mélyebb betekintést nyújt a témába. A blogbejegyzés elolvasásával hozzáférhet a webinárium felvételéhez, és megismerheti a fejlett technikákat és gyakorlatokat.
Ne hagyja ki ezt a lehetőséget, és tekintse meg!