Részlegesen terhelt területek (PLA)

Betonszerkezetek tervezésekor a részlegesen terhelt területek (PLA) két nagy csoportjával találkozunk – az első csoportba a csapágyak tartoznak, míg a másik csoportot a lehorgonyzási területek alkotják. A vasbeton szerkezetek tervezésére jelenleg érvényes EN 1992-1-1 szabvány 6.7. fejezete szerint (34. ábra) a részlegesen terhelt területeknél figyelembe kell venni a beton helyi zúzódását és a keresztirányú húzóerőket. Egy A_c0 területen egyenletesen elosztott terhelés esetén a beton nyomási kapacitása akár háromszoros mértékig növelhető a méretezési elosztási területtől (A_c1) függően.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 34\qquad Partially loaded areas according to EN 1992-1-1.}}}\]

A részlegesen terhelt területet megfelelő keresztirányú vasalással kell ellátni, amelyet a területen fellépő felhasadási erők átvitelére terveznek. A részlegesen terhelt területek keresztirányú vasalásának méretezéséhez az Eurocode szerint a Strut-and-Tie módszert alkalmazzák. A szükséges keresztirányú vasalás nélkül nem lehet figyelembe venni a beton nyomási kapacitásának növekedését.

Részlegesen terhelt területek a CSFM-ben

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 35\qquad Fictitious struts with concrete finite element mesh.}}}\]

A CSFM alkalmazásával lehetőség van vasbeton szerkezetek tervezésére és ellenőrzésére, figyelembe véve a beton nyomási ellenállásának növekedését a részlegesen terhelt területeken. Mivel a CSFM egy falmodell (2D), a részlegesen terhelt területek pedig térbeli (3D) feladatot jelentenek, szükséges volt olyan megoldást találni, amely kombinálja ezt a két különböző feladattípust (35. ábra). Ha a „részlegesen terhelt területek" funkció aktiválva van, az Eurocode szerint létrejön a megengedett kúpgeometria (34. ábra). Az összes geometriai ütközés teljes mértékben 3D-ben kerül megoldásra a megadott betonelem-geometria és az egyes PLA-k méretei alapján. Ezt követően elkészül a részlegesen terhelt terület számítási modellje.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 36\qquad Allowable cone geometries.}}}\]

Az anyagmodell módosítása nem bizonyult megfelelő megközelítésnek, főként azért, mert a tulajdonságok végeselem-hálóra való leképezése problémás. Megállapítást nyert, hogy a végeselem-hálótól független megközelítés megfelelőbb megoldás. Az ismert nyomási kúpgeometriához teljesen koherens fiktív nyomott rudak jönnek létre (35. ábra és 37. ábra). Ezek a rudak azonos anyagtulajdonságokkal rendelkeznek, mint a modellben használt beton, beleértve a feszültség-alakváltozás diagramot is. A kúp alakja határozza meg a rudak irányát, amelyek fokozatosan osztják el a terhelést a PLA-ról a méretezési elosztási területre. A fiktív rudak területsűrűsége a kúp minden részén változó, és fiktív betonterületet ad hozzá a terhelés irányában. A terhelt terület szintjén (A_c0) a fiktív betonterület hozzáadása a \(\sqrt{A_{c0} \cdot A_{c1}} - A_{real}\)  arány szerint történik (ahol A_real a 2D számítási modellben feltételezett alátámasztás területe), és ez a terület lineárisan csökken nullára a méretezési elosztási terület (A_c1) felé. Ez a megoldás biztosítja, hogy a betonban lévő nyomófeszültség állandó legyen a teljes kúptérfogaton.

\[\rho \left( {\beta ,z} \right) = \left( {\sqrt {\frac{A_{c1}}{A_{c0}}}  - \frac{A_{real}}{A_{c0}}} \right)\,\cdot\,\left( {1 - \frac{z}{h}} \right)\,\cdot\,\frac{1}{{\cos \beta }}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 37\qquad Fictitious struts in the computational model}}}\]

A részlegesen terhelt terület ellenállása az EN 1992-1-1 (6.7) szabványban meghatározott méretezési elosztási terület és a terhelt terület arányának megfelelően növekszik. Emlékeztetni kell arra, hogy ez egy méretezési modell, amely nem képes pontosan leírni a részlegesen terhelt terület feszültségállapotát, amelynek tényleges lefolyása sokkal bonyolultabb. Ez a megoldás azonban lehetővé teszi a terhelés helyes elosztását az egész modellre, miközben figyelembe veszi a részlegesen terhelt terület megnövelt teherbírását. Emellett helyesen vezeti be a keresztirányú feszültségeket ezen a területen.

A részlegesen terhelt területek funkció alkalmazásakor a beton nyomási kapacitásának növekedésének szimulálásához szükséges a szabványellenőrzést külön elvégezni az EN 1992-1-1 szabvány 6.7 (2) szakasza szerint. A vasalás által átvitt keresztirányú húzóerők (felhasadási erők) automatikusan ellenőrzésre kerülnek.