Eurokod określa kilka sposobów zniszczenia kotew i stóp fundamentowych z betonu i dodatkowo dzieli je według rodzaju obciążenia. W IDEA StatiCa Connection do tej pory mogliśmy oceniać kotwy, jednak z pewnymi ograniczeniami – niektóre sprawdzenia trzeba było wykonywać ręcznie.
Jednocześnie nie było możliwe uwzględnienie zbrojenia bloków betonowych. Teraz to się zmienia dzięki IDEA StatiCa Detail 3D, która dodaje nowe możliwości. IDEA StatiCa Detail 3D nie oferuje sprawdzeń, do jakich jesteśmy przyzwyczajeni w normie definiującej je dla betonu niezbrojonego. Jednak dzięki analizie MES możemy zweryfikować, że beton zbrojony spełni określone obciążenie, a tutaj zapobiegnie zniszczeniu betonu, które odpowiadałoby tym warunkom. Aplikacje działają niezależnie i mogą być używane osobno, ale dzięki powiązaniu Connection i Detail możliwe jest również użycie Detail wyłącznie jako obliczenia uzupełniającego.
Przejdźmy teraz kolejno przez warunki Eurokodu oraz możliwości, jakie oferują nam aplikacje.
Siła rozciągająca
Eurokod dzieli pierwszy typ obciążenia (siła rozciągająca) na 6 możliwych przypadków zniszczenia kotwy lub bloku betonowego (a, b, c, d, e, f) oraz dwa kolejne dla stóp zbrojonych (g, h).
Poniższy rysunek schematycznie pokazuje, jaki rodzaj zniszczenia można ocenić za pomocą aplikacji Connection oraz jakie zachowanie może zostać uwzględnione przy zastosowaniu betonu zbrojonego, a więc dzięki analizie w Detail. IDEA StatiCa Connection wykorzystuje empiryczne wzory z Eurokodu ( EN 1992-4-7.2.1) do projektowania kotew (CBFEM), natomiast IDEA StatiCa Detail bazuje w całości na metodzie elementów skończonych (3D CSFM). Niektóre możliwości sprawdzeń pokrywają się więc w obu aplikacjach, jednak zawsze przy zastosowaniu innej metody.
Ze względu na charakter metod zaimplementowanych w oprogramowaniu, w Connection można uwzględnić wyłącznie beton niezbrojony, natomiast w Detail można uwzględnić wyłącznie zbrojoną stopę fundamentową.
Główne założenia i ograniczenia analizy dla IDEA StatiCa Detail 3D zostały wymienione w artykule Znane ograniczenia.
a) Zniszczenie stali
Zniszczenie stali samych kotew obciążonych na rozciąganie jest weryfikowane w obu aplikacjach. Nośność kotwy na rozciąganie jest sprawdzana w Connection według poniższego wzoru:
W Detail kotwy są sprawdzane zgodnie z wybranym Eurokodem (1992-4 lub 1993-1-8) w Ustawieniach projektu. To zachowanie obowiązuje od wersji 25.1.1.
W starszych wersjach kotwy są sprawdzane tak jak zwykłe pręty zbrojeniowe, na podstawie wykresów naprężenie–odkształcenie zdefiniowanych dla poszczególnych materiałów, z zastosowaniem wartości odkształcenia granicznego maksymalnie 5% (obliczonej na podstawie efektu tension stiffening – więcej informacji w Podstawach teoretycznych)
b) Zniszczenie stożka betonowego
Zniszczenie stożka betonowego można zweryfikować w Connection. Jednak w Connection aplikacja może uwzględniać wyłącznie beton niezbrojony.
Dlatego w przypadku zniszczenia stożka betonowego wskazane jest przejście do IDEA StatiCa Detail, gdzie dostępna jest analiza całego zbrojonego bloku. Wytrzymałość betonu na rozciąganie jest konserwatywnie pomijana, co oznacza, że nośność na zniszczenie stożkowe jest w znacznym stopniu określana przez zadaną ilość zbrojenia. Na poniższym rysunku widoczne są kierunki naprężeń głównych, które wskazują kształt wspomnianego wyżej stożka. Po prawej stronie widoczne są wartości naprężeń w betonie, które są oceniane w odniesieniu do wartości granicznych.
c) Zniszczenie przez wyrwanie
To sprawdzenie normowe w Connection dotyczy tylko określonych przypadków (patrz pierwszy rysunek w tym artykule). Dodatkowe sprawdzenie jest konieczne w przypadku kotew mechanicznych montowanych po betonowaniu.
W Detail możliwe jest ustawienie tzw. kotew wklejanych oraz określenie obliczeniowej wytrzymałości przyczepności zgodnie z ich parametrami technicznymi. Kotwy będą następnie weryfikowane na podstawie tych parametrów. (Dotyczy wyłącznie betonu zbrojonego.)
d) Połączone zniszczenie przez wyrwanie i zniszczenie betonu łączników wklejanych
To zniszczenie może zostać wykryte wyłącznie w Detail, gdzie naprężenia w betonie i obszary zakotwienia są oceniane za pomocą 3D CSFM. Mechanizm połączonego zniszczenia przez wyrwanie i zniszczenia betonu w Detail opiera się na zasadach zdefiniowanych powyżej, a jego ocena jest częścią sprawdzenia wytrzymałości betonu i zakotwienia. (Dotyczy wyłącznie betonu zbrojonego.)
e) Zniszczenie betonu przez rozłupanie
Nie można tego ocenić w Connection. W przypadku Detail, rozłupanie jest zazwyczaj problemem betonu niezbrojonego, gdzie zastosowanie zbrojenia zapobiega jego wystąpieniu. Jednocześnie w aplikacji Detail można zobaczyć naprężenia i odkształcenia zarówno zbrojenia pod wpływem ściskania lub rozciągania, jak i betonu pod wpływem ściskania.
f) Zniszczenie betonu przez rozsadzenie krawędziowe
Dla betonu niezbrojonego możliwe jest empiryczne sprawdzenie normowe zgodnie z Eurokodem w Connection.
Dla elementów zbrojonych możliwe jest użycie Detail. Zniszczenie betonu przez rozsadzenie krawędziowe jest uwzględnione w analizie wytrzymałości betonu, gdzie naprężenia rozciągające są przenoszone wyłącznie przez zbrojenie (jak wspomniano kilkakrotnie powyżej).
Dodatkowe sprawdzenia dla zbrojonych bloków betonowych:
Dla zbrojonych stóp fundamentowych wymagane jest dodatkowe sprawdzenie zbrojenia. Zniszczenie stali zbrojenia oraz zniszczenie zakotwienia zbrojenia są częścią sprawdzenia zbrojenia w Detail.
g) Zniszczenie stali zbrojenia
h) Zniszczenie zakotwienia zbrojenia
Obciążenie ścinające
Eurokod dzieli drugi typ obciążenia (siła ścinająca) na 4 możliwe przypadki zniszczenia kotwy lub bloku betonowego (a, b, c, d) oraz dwa kolejne dla stóp zbrojonych (e, f).
Poniższy rysunek pokazuje schematycznie, jaki rodzaj zniszczenia można ocenić za pomocą aplikacji Connection, a także jakie zachowanie może zostać uwzględnione przy zastosowaniu betonu zbrojonego, a więc dzięki analizie w Detail. IDEA StatiCa Connection wykorzystuje empiryczne wzory z Eurokodu ( EN 1992-4-7.2.2) do projektowania kotew (CBFEM). Wszystkie rodzaje zniszczenia spowodowane siłą ścinającą mogą zostać uwzględnione w aplikacji Connection.
W IDEA StatiCa Detail 3D ścinanie może być przenoszone przez tarcie, kotwy lub ostrogę. Ważne jest, aby zaznaczyć, że oceniana jest wyłącznie stopa fundamentowa. Inne elementy stalowe (np. ostroga, spoiny) muszą zostać sprawdzone w Connection lub gdzie indziej. Ponownie należy podkreślić, że wymagany jest wyłącznie beton zbrojony.
a) Zniszczenie stali bez ramienia dźwigni
Zniszczenie stali bez ramienia dźwigni kotew obciążonych ścinaniem jest weryfikowane w Connection. Nośność kotwy na ścinanie jest sprawdzana w IDEA StatiCa Connection według poniższego wzoru:
W Detail kotwy są ponownie sprawdzane zgodnie z wybranym Eurokodem (1992-4 lub 1993-1-8) w Ustawieniach projektu. To zachowanie obowiązuje od wersji 25.1.1. Ocena nie jest możliwa w Detail dla starszych wersji.
b) Zniszczenie stali z ramieniem dźwigni
Zniszczenie stali z ramieniem dźwigni kotew obciążonych ścinaniem jest weryfikowane wyłącznie w Connection. Nośność kotwy na ścinanie jest sprawdzana w IDEA StatiCa Connection według poniższego wzoru:
Ocena nie jest możliwa w Detail.
c) Zniszczenie betonu przez wyrwanie z wyłamaniem
Zniszczenie betonu przez wyrwanie z wyłamaniem kotew obciążonych ścinaniem jest weryfikowane wyłącznie w Connection. Nośność kotwy na ścinanie jest sprawdzana w IDEA StatiCa Connection według poniższego wzoru:
Nośność betonu na ścinanie przez płytę podstawy jest następnie oceniana w aplikacji Detail.
d) Zniszczenie betonu na krawędzi
Zniszczenie betonu na krawędzi kotew obciążonych ścinaniem jest weryfikowane w Connection wyłącznie dla betonu niezbrojonego. Nośność kotwy na ścinanie jest sprawdzana w IDEA StatiCa Connection według poniższego wzoru:
Zniszczenie betonu na krawędzi można sprawdzić w Detail (wyłącznie dla betonu zbrojonego).
Dodatkowe sprawdzenia dla zbrojonych bloków betonowych:
Dla zbrojonych stóp fundamentowych wymagane jest dodatkowe sprawdzenie zbrojenia. Zniszczenie stali i zniszczenie zakotwienia zbrojenia są częścią sprawdzenia zbrojenia w IDEA StatiCa Detail.
e) Zniszczenie stali zbrojenia dodatkowego
f) Zniszczenie zakotwienia zbrojenia dodatkowego
Podsumowanie
Najistotniejszą korzyść można dostrzec w przykładach takich jak zakotwienie blisko krawędzi oraz w innych przypadkach, gdy beton niezbrojony nie spełnia wymaganego obciążenia. Należy zauważyć, że kotwy i ostrogi muszą być dodatkowo sprawdzone w Connection, jednak razem te dwa narzędzia programowe zapewniają kompleksowe rozwiązanie.
Ze względu na metodę oraz sposób, w jaki zaprojektowana jest aplikacja, aplikacja Detail jest odpowiednia wyłącznie dla zbrojonych stóp fundamentowych.