Aby przezwyciężyć te ograniczenia, inżynier konstruktor Tamás Hornyák z firmy Unique-Plan Kft., współpracując ze specjalistą Hilti ds. kotew Gáborem Hanzelem, opracował zwalidowany przepływ pracy łączący konwencjonalne narzędzia do projektowania kotew z nieliniową analizą betonu, umożliwiający uzyskanie wykonalnych, zgodnych z normami rozwiązań w ekstremalnych warunkach obciążenia.
O projekcie
W ramach gruntownej modernizacji autostrady konieczne było zamontowanie ścian ekranów akustycznych na murach ochronnych mostu w celu ograniczenia hałasu komunikacyjnego. Ekrany, wysokie i silnie obciążone wiatrem, zostały posadowione na konstrukcjach betonowych o ograniczonych wymiarach i zbrojeniu. Główne biuro projektowe projektu, CÉH+, dostarczyło podstawowy układ, w tym wysokości ekranów, rozstaw słupów (co 2 metry) oraz miarodajne kombinacje obciążeń.
Wyzwania inżynierskie
Główna trudność polegała na weryfikacji kotew montowanych po betonowaniu, umieszczonych blisko krawędzi istniejącego betonu, przy dużych siłach poziomych. Choć murki ochronne zawierały zbrojenie, Eurokod ogranicza możliwość uwzględnienia prętów zbrojeniowych w takich projektach. W rezultacie Hilti Profis Engineering często wskazywał na brak nośności, nawet gdy inżynierowie byli przekonani, że rzeczywista konstrukcja powinna działać prawidłowo.
Próby przewymiarowania poprzez zwiększenie rozmiarów płyty lub liczby kotew wydawały się nadmierne i niesatysfakcjonujące. Alternatywy w postaci kotew wylewanych na miejscu budowy były łatwiejsze do obliczenia, ale trudne do wykonania na placu budowy. Potrzeba była jasna: niezawodna metoda uwzględnienia istniejącego zbrojenia w weryfikacji, bez naruszania norm i bez kompromisów w zakresie wykonalności.
Gdy jesteśmy blisko krawędzi betonu przy dużych siłach, tradycyjne projektowanie zakotwień często prowadzi do przewymiarowania. Ten sposób pracy pomógł nam tego uniknąć, a jednocześnie spełnić wszystkie wymagania bezpieczeństwa.
Tamás Hornyák
Inżynier konstruktor – Unique-Plan Kft.
Węgry
Rozwiązania i wyniki
Uznając, że przewymiarowanie lub zwiększanie wymiarów nie jest trwałym rozwiązaniem, Tamás Hornyák opracował nowy przepływ pracy, który wypełnił luki między możliwościami oprogramowania a rzeczywistością inżynierską. Proces rozpoczął się od wstępnego projektowania kotew w Hilti Profis Engineering, które wskazało krytyczne warunki w pobliżu krawędzi betonu. Następnie projekt został wyeksportowany do IDEA StatiCa Connection, gdzie przeprowadzono pełne sprawdzenia konstrukcyjne, w tym analizę sztywności słupów stalowych i płyt podstawy.
Korzystanie z IDEA StatiCa Detail dało mi pełne zaufanie do projektu. Zastosowanie nieliniowej MES, rzeczywistego zbrojenia i bezpiecznych założeń opartych na normach sprawia, że jest to bardzo wiarygodne narzędzie.
Tamás Hornyák
Inżynier Konstruktor – Unique-Plan Kft.
Węgry
Gdy zakotwienie nie spełniało wymagań w tym układzie, Tamás przeniósł projekt do IDEA StatiCa Detail, umożliwiając nieliniowe modelowanie metodą elementów skończonych całego obszaru zakotwienia. Istniejące zbrojenie betonowych murków ochronnych mostu zostało zamodelowane szczegółowo, zgodnie z rzeczywistymi układami zbrojenia na podstawie dostarczonych rysunków. Pozwoliło to uchwycić zarówno zniszczenie betonu na rozciąganie, jak i zachowanie zakotwienia zbrojenia.
Wnioski
Nieliniowa analiza 3D, uwzględniająca rzeczywiste zachowanie materiałów, brak wytrzymałości betonu na rozciąganie oraz zerowe tarcie wewnętrzne, umożliwiła spełnienie przez układ kotwiący wszystkich miarodajnych wymagań normowych. Rozwiązanie spełniło również wymagania normowe dotyczące obciążeń wiatrem. Rezultatem był niezawodny, bezpieczny i realistyczny projekt zakotwienia, który został również zatwierdzony przez główne biuro projektowe CÉH+, które następnie przyjęło i popierało to podejście.
Inżynierowie konstruktorzy mają wreszcie metodę weryfikacji kotew montowanych po betonowaniu pod wpływem ekstremalnych sił i w warunkach bliskiej krawędzi. Przyniosło nam to niezawodne rozwiązanie, za którym możemy stać, nawet w obliczu bardziej rygorystycznych norm krajowych.
Tamás Hornyák
Inżynier konstruktor – Unique-Plan Kft.
Węgry
Ten praktyczny, a zarazem rygorystyczny przepływ pracy został następnie zaprezentowany przez Gábora Hanzela innym inżynierom borykającym się z podobnymi wyzwaniami związanymi z kotwami montowanymi po betonowaniu, zwłaszcza w projektach infrastrukturalnych w Europie Wschodniej. Jego sukces podkreśla potęgę narzędzi do analizy nieliniowej w sytuacjach, gdy konwencjonalne metody nie odzwierciedlają rzeczywistych warunków.
O firmie Unique-Plan Kft.
Unique-Plan Kft. została założona w 2015 roku w Budapeszcie, choć część pracowników firmy współpracuje ze sobą od 1993 roku. Główny zakres działalności firmy obejmuje: projektowanie konstrukcji mostowych, budynków przemysłowych i mieszkalnych, zarówno obliczenia statyczne, jak i zaawansowane obliczenia dynamiczne (sejsmika, dynamika pieszych i wiatru, analiza drgań i zmęczenia materiału).
Firma korzysta z szerokiego spektrum oprogramowania do obliczeń (ANSYS Discovery, AxisVM, ConSteel, IDEA StatiCa, Mathcad, SOFiSTiK) oraz do modelowania i rysunków (ALLPLAN, ANSYS SpaceClaim, AutoCAD, Tekla Structures). Dzięki wykwalifikowanym i doświadczonym inżynierom firma jest gotowa projektować konstrukcje inżynierskie w sposób ekonomiczny i estetyczny. Motto firmy: Gdzie myśli stają się planami!
