Horgonyok és betonblokk teljes szabványellenőrzése az IDEA StatiCa segítségével (EN)

Az Eurocode több tönkremeneteli módot határoz meg horgonyokra és betonalapoknál, amelyeket a terhelés típusa szerint tovább oszt. Az IDEA StatiCa Connection-ban eddig is lehetőség volt a horgonyok értékelésére, de bizonyos korlátokkal, és egyes ellenőrzéseket manuálisan kellett elvégezni. 

Ugyanakkor a betonblokkok vasalásának figyelembevétele korábban nem volt lehetséges. Ez most változik az IDEA StatiCa Detail 3D-vel, amely további lehetőségeket kínál. Az IDEA StatiCa Detail 3D nem nyújt olyan értékeléseket, amelyekhez a vasalatlan betonra vonatkozó szabványban megszoktunk. Azonban végeselem-analízissel ellenőrizhető, hogy a vasbeton kielégíti-e a megadott terhelést, és itt megakadályozza a beton tönkremenetelét, amely az adott feltételeknek megfelelne. Az alkalmazások egymástól függetlenül működnek és külön-külön is használhatók, de a Connection és Detail közötti kapcsolatnak köszönhetően a Detail kiegészítő számításként is alkalmazható. 

Most nézzük végig az Eurocode feltételeit egyenként, és az alkalmazások által kínált lehetőségeket. 

Húzóerő

Az Eurocode az első terheléstípust (húzóerő) 6 lehetséges horgony- vagy betonblokk-tönkremeneteli esetre (a, b, c, d, e, f) osztja, és további kettőre vasalt alapoknál (g, h). 

Az alábbi ábra sematikusan mutatja, hogy melyik tönkremeneteli típust lehet értékelni a Connection alkalmazással, és milyen viselkedés fedhető le vasbeton alkalmazásával, tehát a Detail-ben végzett analízissel. Az IDEA StatiCa Connection az Eurocode empirikus képleteit (EN 1992-4-7.2.1) alkalmazza a horgánytervezéshez (CBFEM), míg az IDEA StatiCa Detail teljes egészében a végeselem-módszeren alapul (3D CSFM). Egyes értékelési lehetőségek ezért mindkét alkalmazásban átfednek, de mindig eltérő módszerrel. 

A szoftverben alkalmazott módszerek jellegéből adódóan a Connection-ban csak vasalatlan beton vehető figyelembe, míg a Detail-ben csak vasalt betonalap vehető figyelembe. 

Az IDEA StatiCa Detail 3D analízisének fő feltételezései és korlátai az Ismert korlátok cikkben találhatók. 

a) Acél tönkremenetel 

A húzással terhelt horgonyok acél tönkremenetelét mindkét alkalmazás ellenőrzi. A horgony húzási ellenállása a Connection-ban a következő képlet szerint kerül ellenőrzésre:

A Detail-ben a horgonyok a Projektbeállításokban kiválasztott Eurocode (1992-4 vagy 1993-1-8) szerint kerülnek ellenőrzésre. Ez a viselkedés a 25.1.1-es verziótól kezdve érvényes. 

Régebbi verziókban a horgonyok szabályos vasalási rudakként kerülnek ellenőrzésre, az egyes anyagokhoz meghatározott feszültség-alakváltozás diagramok alapján, maximálisan 5%-os határalakváltozás értékkel (a húzási merevítő hatás alapján számítva – bővebben az Elméleti háttér cikkben)

b) Beton kúpos kiszakadás 

A beton kúpos kiszakadása a Connection-ban ellenőrizhető. Azonban a Connection alkalmazás csak vasalatlan betont tud figyelembe venni. 

Ezért, ha a beton kúpos kiszakadása bekövetkezik, célszerű az IDEA StatiCa Detail-hez fordulni, ahol a teljes vasalt blokk analízise elvégezhető. A beton húzószilárdsága konzervatívan elhanyagolásra kerül, ami azt jelenti, hogy a kúpos kiszakadással szembeni teherbírást jelentős mértékben a megadott vasalás mennyisége határozza meg. Az alábbi képen láthatók a főfeszültségek irányai, amelyek a fent említett kúp alakját jelzik. A jobb oldalon a betonfeszültségek értékei láthatók, amelyek a határértékekkel kerülnek összehasonlításra. 

 c) Kihúzódási tönkremenetel

Ez a szabványellenőrzés a Connection-ban csak bizonyos esetekre vonatkozik (lásd a cikk első képét). Utólag beépített mechanikus horgonyoknál további ellenőrzés szükséges. 

A Detail-ben lehetőség van úgynevezett ragasztott horgonyok beállítására és a méretezési tapadási szilárdság megadására a műszaki paramétereik szerint. A horgonyok ezután ezen paraméterek alapján kerülnek ellenőrzésre. (Csak vasalt betonra alkalmazható.)

d) Ragasztott kötőelemek kombinált kihúzódási és beton tönkremenetele

Ez a tönkremenetel csak a Detail-ben mutatható ki, ahol a betonfeszültségek és a lehorgonyzási területek 3D CSFM segítségével kerülnek értékelésre. A kombinált kihúzódási és beton tönkremeneteli mechanizmus a Detail-ben a fent meghatározott elveken alapul, és értékelése a betonszilárdsági és lehorgonyzási ellenőrzés részét képezi. (Csak vasalt betonra alkalmazható.)

e) Beton hasadásos tönkremenetel

A Connection-ban nem lehetséges az értékelés. A Detail esetében a hasadásos tönkremenetel általában vasalatlan beton problémája, ahol a vasalás alkalmazása megakadályozza annak bekövetkezését. Ugyanakkor a Detail alkalmazásban láthatók a vasalás feszültségei és alakváltozásai nyomás vagy húzás alatt, valamint a beton feszültségei nyomás alatt. 

f) Beton kifúvódásos tönkremenetel 

Vasalatlan beton esetén lehetséges az Eurocode szerinti empirikus szabványellenőrzés a Connection-ban. 

Vasalt szerkezeti elemeknél lehetőség van a Detail használatára. A beton kifúvódásos tönkremenetele a betonszilárdsági analízisben kerül figyelembevételre, ahol a húzófeszültségeket kizárólag a vasalás veszi fel (ahogy fentebb többször is említésre került).

Vasalt betonblokkok kiegészítő ellenőrzései:

Vasalt alapoknál kiegészítő vasalásellenőrzés szükséges. A vasalás acél tönkremenetele és a vasalás lehorgonyzási tönkremenetele a Detail vasalásellenőrzésének részét képezi. 

g) Vasalás acél tönkremenetele

h) Vasalás lehorgonyzási tönkremenetele

Nyíróterhelés

Az Eurocode a második terheléstípust (nyíróerő) 4 lehetséges horgony- vagy betonblokk-tönkremeneteli esetre (a, b, c, d) osztja, és további kettőre vasalt alapoknál (e, f). 

Az alábbi ábra sematikusan mutatja, hogy melyik tönkremeneteli típust lehet értékelni a Connection alkalmazással, és milyen viselkedés fedhető le vasbeton alkalmazásával, tehát a Detail-ben végzett analízissel. Az IDEA StatiCa Connection az Eurocode empirikus képleteit (EN 1992-4-7.2.2) alkalmazza a horgánytervezéshez (CBFEM). A nyíróerő által okozott összes tönkremeneteli típus lefedhető a Connection alkalmazásban.  

Az IDEA StatiCa Detail 3D-ben a nyírás súrlódással, horgonyokkal vagy nyírófogakkal vihető át. Fontos megjegyezni, hogy csak az alap kerül értékelésre. Egyéb acélelemeket (pl. nyírófog, hegesztések) a Connection-ban vagy máshol kell ellenőrizni. Ismételten hangsúlyozni kell, hogy csak vasalt beton szükséges.

a) Acél tönkremenetel karemelkedés nélkül

A nyírással terhelt horgonyok karemelkedés nélküli acél tönkremenetelét a Connection ellenőrzi. A horgony nyírási ellenállása az IDEA StatiCa Connection-ban a következő képlet szerint kerül ellenőrzésre:

A Detail-ben a horgonyok ismét a Projektbeállításokban kiválasztott Eurocode (1992-4 vagy 1993-1-8) szerint kerülnek ellenőrzésre. Ez a viselkedés a 25.1.1-es verziótól kezdve érvényes. Régebbi verziókban az értékelés nem lehetséges a Detail-ben.

b) Acél tönkremenetel karemelkedéssel

A nyírással terhelt horgonyok karemelkedéssel történő acél tönkremenetelét csak a Connection ellenőrzi. A horgony nyírási ellenállása az IDEA StatiCa Connection-ban a következő képlet szerint kerül ellenőrzésre:

Az értékelés a Detail-ben nem lehetséges.

c) Beton kiemelkedéses tönkremenetel

A nyírással terhelt horgonyok beton kiemelkedéses tönkremenetelét csak a Connection ellenőrzi. A horgony nyírási ellenállása az IDEA StatiCa Connection-ban a következő képlet szerint kerül ellenőrzésre:

A talplemezen keresztüli beton nyírási kapacitása ezután a Detail alkalmazásban kerül értékelésre. 

d) Beton széltörési tönkremenetel

A nyírással terhelt horgonyok beton széltörési tönkremenetelét a Connection csak vasalatlan beton esetén ellenőrzi. A horgony nyírási ellenállása az IDEA StatiCa Connection-ban a következő képlet szerint kerül ellenőrzésre:

A beton széltörési tönkremenetel a Detail-ben ellenőrizhető (csak vasalt beton esetén). 

Vasalt betonblokkok kiegészítő ellenőrzései:

Vasalt alapoknál kiegészítő vasalásellenőrzés szükséges. A vasalás acél és lehorgonyzási tönkremenetele az IDEA StatiCa Detail vasalásellenőrzésének részét képezi. 

e) Kiegészítő vasalás acél tönkremenetele

f) Kiegészítő vasalás lehorgonyzási tönkremenetele

Összefoglalás

A legjelentősebb előny olyan esetekben mutatkozik meg, mint például a szélhez közeli horgonyzás és más esetek, ahol a vasalatlan beton nem felel meg a szükséges terhelésnek. Megjegyzendő, hogy a horgonyokat és nyírófogakat a Connection-ban is szükséges ellenőrizni, de együttesen ez a két szoftvereszköz átfogó megoldást nyújt.

A módszer és az alkalmazás tervezési módjából adódóan a Detail alkalmazás csak vasalt alapokhoz alkalmas.