Egységteszt: Lehorgonyzás

Bevezetés 

Ebben a cikkben egy egységteszt-tanulmányt mutatunk be, amelynek célja a betonhorgony kihúzási viselkedésének 3D-CSFM módszerrel történő verifikálása, kísérleti eredményekkel^[1] közvetlenül összehasonlítva. Vizsgálatunk középpontjában a numerikus modellek predikciós képességének értékelése áll a horgony viselkedésének kulcsfontosságú szempontjainak – többek között a tönkremeneteli módoknak és a végső teherbírásnak – megragadásában. Tanulmányunk a horgonyátmérők széles skáláját fedi le, 10 mm-től 32 mm-ig, tükrözve a gyakorlati mérnöki forgatókönyvekben tapasztalt változatosságot. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy felismerjük az átmérőtől függő tendenciákat, és felmérjük a 3D-CSFM robusztusságát a különböző méretskálákon. Fontos megjegyezni, hogy minden szimulációt a 3D-CSFM-mel végeztünk, amely az IDEA StatiCa Detail alkalmazásban implementált módszer, minden paraméter alapértelmezett beállításával. 

A tönkremeneteli módok meghatározása

A 3D-CSFM teljesítményének értékeléséhez az utólag beépített, ragasztott horgonyok modellezésében két tönkremeneteli módot kell figyelembe vennünk: kihúzás, amikor a tapadási feszültség (τ_b) egyenlő a méretezési tapadási feszültséggel (τ_bd), és a horgony folyása, ami azt jelenti, hogy elérik a határ plasztikus alakváltozást.

Egységteszt beállítása

Ebben a tanulmányban Hilti HIT-RE500 - SD Injektálható Ragasztóhabarcs vasalással (500B) horgonyokat modelleztünk az IDEA StatiCa Detail alkalmazásban, és az eredményeket összehasonlítottuk a kísérleti adatokkal^[1]. 

A betonblokkok méreteit és vasalásukat körültekintően vették figyelembe, hogy minimalizálják bármely lehetséges hatást a kihúzási viselkedésre, biztosítva ezzel a kísérleti eredmények^[1] érvényességét. Minden horgony egységtesztjéhez egyetlen betonblokk méretet használtak (1,0x1,0x0,5 m; SzxMxM). A blokkot B 500B minőségű, 8-14 mm átmérőjű betonvasak vasalják. 8 réteg betonvas minden felület körül (a fenéki felület kivételével, ahol a betonvasak folytatólagosan futnak át az alsó megtámasztáson), 135,0 mm rétegtávolsággal.  A vonatkozó építési szabványok által előírt összes biztonsági tényezőt szigorúan alkalmazták, a számítások során 1,0 értéket használva. A horgonylyuk mérete a horgony átmérőjéhez viszonyítva nem volt explicit módon figyelembe véve a számítási modellben.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.1 Vasbeton blokk oldalnézete beragasztott horgonnyal}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.2 Vasbeton blokk nézete kiemelt horgonnyal. A horgony átmérője 16 mm }}}$$

A horgony tapadási szilárdságát, amely a lehorgonyzás méretezésének kritikus paramétere, a kísérletek alapján^[1] 15,4 MPa-ban határozták meg, illetve a második ellenőrző modell esetében 12,0 MPa-ban. Hasonlóképpen, a kísérlet alapján a horgony beton blokkba történő beépítési hosszát következetesen határozták meg. A modellben figyelembe vették a horgony további 50 mm-es hosszát a betonblokk felett, amelyen a tengelyirányú húzóerőt alkalmazták. Ebben a tesztben 10 mm, 12 mm, 16 mm, 20 mm, 25 mm és 32 mm átmérőjű horgonyokat hasonlítottak össze a kísérleti eredményekkel. A kísérleti beállításokat a 2.2. táblázat foglalja össze.

A 3D-CSFM tömör blokk modellt alkalmazva az elemzés a horgony kihúzási jellemzőinek, a kritikus terhelési küszöbértékek meghatározásának és a tönkremeneteli módok árnyalt predikciójának átfogó vizsgálatát öleli fel. 

Anyagjellemzők

A CSFM elemzésben használt beton, vasalás és horgony anyagjellemzőit a 2.2. táblázat foglalja össze. A vasalás folyáshatárát ($f_{yk}$) és végső feszültségét ($k \times f_{yk}$), valamint a beton nyomószilárdságát ($f_{ck}$), plasztikus alakváltozását ($\epsilon_{c2}$) és határ plasztikus alakváltozását ($\epsilon_{cu2}$) a kísérleti megjegyzésekben feltüntetett feltételek alapján választották ki. A tapadási szilárdságot is a gyártó adta meg a mellékelt prospektusban.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.3 Az anyagok feszültség-alakváltozás diagramjai: (a) B 500B vasalás feszültség-alakváltozás diagramja, (b) C30/37 beton feszültség-alakváltozás diagramja }}}$$

Összehasonlítás a kísérleti eredményekkel 

Ez a szakasz a gyártó kísérleti eredményeit hasonlítja össze a 3D-CSFM által predikált végső terhekkel és tönkremeneteli módokkal. A végső kihúzási teher hat esetét, amelyek különböző horgonyátmérőknek felelnek meg, összevetették a 3D-CSFM eredményeivel. Ezenkívül minden horgonyátmérőhez meghatároztak egy adott tönkremeneteli módot.

Tönkremeneteli módok és végső terhek

A 2.4. táblázat átfogó összefoglalást ad a kísérleti vizsgálatokban rögzített végső terhekről (P_u,exp) és a 3D-CSFM által predikáltakról (P_u,3D-CSFM), a megfelelő tönkremeneteli módokkal együtt. Az egynél nagyobb arányok azt jelzik, hogy a modell predikciói konzervatívan magasabbak a mért értékeknél. Ahogy a 2.4. táblázatból kitűnik, minden 3D-CSFM elemzés által predikált elsődleges tönkremeneteli mód összhangban van a kísérleti eredményekkel, bár néhány eltérés megfigyelhető az egyes tönkremeneteli altípusokban a nagyobb átmérők esetén. A 3D-CSFM predikciói általánosságban pontosak, enyhén konzervatív tendenciákkal, amelyeket a nagyobb átmérőknél 100%-nál nagyobb arányok jeleznek. 

Ezenkívül a ($P_{u,bar}$) és a ($P_{u,bond}$) értékeit is kiszámították, és hozzáadták a táblázathoz.

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

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

Ahol ($A_{bar}$) a horgony keresztmetszeti területe, ($C_{bar}$) a horgony kerülete, és ($l_{bar}$) a horgony betonban lévő hossza.

A fent bemutatott értékekből látható, hogy a kísérlet célja annak bizonyítása, hogy a megoldó képes helyesen kiszámítani a kombinált kihúzási és YA tönkremeneteli módokat.

Ezenkívül ugyanezeket a modelleket ($\tau_{bd} = 12,0 MPa$) tapadási szilárdsággal is kiszámították, és összehasonlították az analitikusan meghatározott ($P_{u,bond}$) értékekkel.

Az 1.4. ábra alátámasztja a 2.4. táblázatban feltüntetett eredményeket, kimutatva, hogy a tapadási feszültség teljes kapacitása éppúgy elérésre kerül, mint a határ alakváltozás, ami ennek megfelelően a tönkremeneteli mód kihúzásként és YA-ként történő azonosításához vezet.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.4 16 mm-es horgony: Alakváltozás-ellenőrzési érték (balra) és tapadási feszültség (jobbra) }}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.5 32 mm-es horgony: Feszültségáramlási nézet }}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.6 25 mm-es horgony: Feszültség a vasalásban }}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.7 20 mm-es horgony: Alakváltozás a vasalásban }}}$$

Következtetés 

A kísérleti adatok^[1] és a 3D-CSFM béta verziójának összehasonlítása kielégítő korrelációt mutat. Az előzetes értékelés főbb megállapításai a következők:

• Erős korreláció mutatható ki minden horgony esetében, ami a modellekben megfigyelt tönkremeneteli módokban és a végső terhek értékeiben is megnyilvánul. 
• Habár a 3D-CSFM még béta fázisban van, a kísérleti eredményekkel való egyezés kiemeli potenciális hasznosságát. Ez az egyezés némi validálást ad az eszköz hatékonyságáról, bár ezt fejlesztési szakaszára tekintettel megfelelő körültekintéssel kell értékelni.

Hivatkozások 

[1] - HILTI. Hilti HIT - RE500 - SD Injektálható Ragasztóhabarcs betonvasakkal (500B). HILTI CORPORATION. Https://www.hilti.com.hk/ [online]. 2016 [cit. 2024-04-22]. Elérhető: https://www.hilti.com.hk/medias/sys_master/documents/h86/h89/9485674512414/Submittal-ASSET-DOC-LOC-8336225.pdf