1.1 Introducere generală privind calculul structural al detaliilor de beton
Proiectarea și evaluarea elementelor de beton se realizează în mod obișnuit la nivel secțional (element 1D) sau punctual (element 2D). Această procedură este descrisă în toate standardele de calcul structural, de exemplu în (EN 1992-1-1 sau ACI 318-19), și este utilizată în practica curentă de inginerie structurală. Cu toate acestea, nu este întotdeauna cunoscut sau respectat faptul că procedura este acceptabilă doar în zonele în care se aplică ipoteza Bernoulli-Navier a distribuției plane a deformațiilor (denumite zone B). Locurile în care această ipoteză nu se aplică sunt numite regiuni de discontinuitate sau regiuni perturbate (zone D). Exemple de zone B și D ale elementelor 1D sunt prezentate în (Fig. 1). Acestea sunt, de exemplu, zone de reazem, porțiuni unde se aplică încărcări concentrate, locații unde apare o schimbare bruscă a secțiunii transversale, goluri etc. La proiectarea structurilor de beton, întâlnim și multe alte zone D, cum ar fi pereți, diafragme de pod, console etc.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1\qquad Discontinuity regions (Navrátil et al. 2017)}}}\]
În trecut, pentru dimensionarea regiunilor de discontinuitate se utilizau reguli de proiectare semi-empirice. Din fericire, aceste reguli au fost în mare parte înlocuite în ultimele decenii de modelele Bielă-tiranți (Schlaich et al., 1987) și câmpurile de tensiuni (Marti 1985), care sunt incluse în codurile de proiectare actuale și frecvent utilizate de proiectanți în prezent. Aceste modele sunt instrumente coerente din punct de vedere mecanic și foarte eficiente. De remarcat că câmpurile de tensiuni pot fi în general continue sau discontinue și că modelele Bielă-tiranți reprezintă un caz special al câmpurilor de tensiuni discontinue.
În ciuda evoluției instrumentelor de calcul din ultimele decenii, modelele Bielă-tiranți sunt în esență utilizate în continuare ca metode de calcul manual. Aplicarea lor pentru structuri reale este laborioasă și consumatoare de timp, deoarece sunt necesare iterații și trebuie luate în considerare mai multe combinații de încărcări. Mai mult, această metodă nu este adecvată pentru verificarea criteriilor de stare limită de serviciu (deformații, deschideri ale fisurilor etc.).
Interesul inginerilor structuriști pentru un instrument fiabil și rapid de proiectare a zonelor D a condus la decizia de a dezvolta noua Metodă a Câmpului de Tensiuni Compatibil, o metodă de proiectare asistată de calculator a câmpurilor de tensiuni, care permite proiectarea și evaluarea automată a elementelor de beton structural supuse la încărcări în plan.
Metoda Câmpului de Tensiuni Compatibil (CSFM) este o metodă continuă de analiză a câmpurilor de tensiuni bazată pe elemente finite, în care soluțiile clasice ale câmpurilor de tensiuni sunt completate cu considerații cinematice, adică starea de deformație este evaluată în întreaga structură. Astfel, rezistența efectivă la compresiune a betonului poate fi calculată automat pe baza stării de deformație transversală, într-un mod similar cu analizele câmpului de compresiune care iau în considerare rezistența redusă a betonului comprimat (Vecchio și Collins 1986; Kaufmann și Marti 1998) și metoda EPSF (Fernández Ruiz și Muttoni 2007). Mai mult, CSFM ia în considerare participarea betonului întins, oferind rigidități realiste elementelor, și acoperă toate prescripțiile codurilor de proiectare (inclusiv aspectele de stare limită de serviciu și capacitate de deformație) care nu sunt abordate în mod consecvent de abordările anterioare. CSFM utilizează legi constitutive uniaxiale uzuale, furnizate de standardele de proiectare pentru beton și armătură. Acestea sunt cunoscute în faza de proiectare, ceea ce permite utilizarea metodei coeficienților parțiali de siguranță. Prin urmare, proiectanții nu trebuie să furnizeze proprietăți de material suplimentare, adesea arbitrare, cum sunt cele solicitate în mod tipic pentru analizele neliniare cu elemente finite, ceea ce face metoda perfect adecvată pentru practica inginerească.
Pentru a promova utilizarea câmpurilor de tensiuni asistate de calculator de către inginerii structuriști, aceste metode ar trebui implementate în medii software prietenoase cu utilizatorul. În acest scop, CSFM a fost implementat în IDEA StatiCa Detail; un nou software comercial ușor de utilizat, dezvoltat în comun de ETH Zurich și compania de software IDEA StatiCa în cadrul proiectului DR-Design Eurostars-10571.