Idea Statica
  • Acél
  • Beton
  • BIM
  • Árazás
  • Cég
  • Csomópont tervezés
  • Connection Library
  • Member alkalmazás
  • BIM munkafolyamatok acél projektekhez
  • Fal és részletek tervezése
  • Elemek tervezése
  • BIM munkafolyamatok beton projektekhez
  • Támogatott BIM kapcsolatok
  • Checkbot
  • Viewer
  • Checkbot
  • Tervek
  • Ingyenes közösségi eszköz
  • Nemzetközi vállalatok
  • Diákok és oktatók
  • Kapcsolat
  • Blog
  • Kutatások és fejlesztések
  • Engedélyezett viszonteladók
  • Acél
    Csomópont tervezésConnection LibraryMember alkalmazásBIM munkafolyamatok acél projektekhez
  • Beton
    Fal és részletek tervezéseElemek tervezéseBIM munkafolyamatok beton projektekhez
  • BIM
    Támogatott BIM kapcsolatokCheckbotViewerCheckbot
  • Árazás
    TervekIngyenes közösségi eszközNemzetközi vállalatokDiákok és oktatók
  • Cég
    KapcsolatBlogKutatások és fejlesztésekEngedélyezett viszonteladók
14 napos próbaidőszak
14 napos próbaidőszak
  • Acél
  • Beton
  • BIM
  • Árazás
  • Cég

Iratkozzon fel hírlevelünkre

Vállalat

  • Rólunk
  • Partnerségek
  • Karrier
  • Szabadalmaztatott technológia statikus mérnökök számára

Erőforrások

  • Ügyfélprojektek
  • Esettanulmányok
  • IDEA StatiCa Connection Library
  • Ellenőrző könyvek

Jogi

  • IDEA StatiCa VÉGFELHASZNÁLÓI LICENCSZERZŐDÉS
  • Globális adatvédelmi szabályzat
  • Szolgáltatási feltételek – IDEA StatiCa Viewer
  • Licencelés

Súgó

  • Kapcsolat
  • Árajánlat kérése
  • Viszonteladók
  • Letöltések
FacebookInstagramLinkedInYouTube

© IDEA StatiCa 2009-2026

Mérnökök, gyártók és tanácsadók által világszerte megbízott és használt megoldás.

Támogatási KözpontElméleti háttérIDEA StatiCa Detail – Vasbeton szerkezetek 3D D-régióinak szerkezeti tervezése
IDEA StatiCa Detail – Vasbeton szerkezetek 3D D-régióinak szerkezeti tervezése
ConcreteReinforced concretePrestressed concreteTheoretical backgroundEN (Eurocode)

IDEA StatiCa Detail – Vasbeton szerkezetek 3D D-régióinak szerkezeti tervezése

Ez a cikk a következő nyelveken is elérhető
ENCZDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH
AI által angolból fordítva

1 Bevezetés a 3D CSFM módszerbe

1.1 Általános bevezetés a beton 3D részletek szerkezeti tervezéséhez
1.2 Fő feltételezések és korlátozások
1.3 Mohr-Coulomb plaszticitáselmélet implementációja a 3D CSFM-ben
1.4 Általános mechanikai feltételezések a 3D CSFM-hez

2 Az IDEA StatiCa 3D Detail analízismodellje

2.1 Bevezetés a végeselem-implementációba
2.2 Általános végeselem-típusok
2.3 Teheráttadó elemek
2.4 Hálózás a 3D CSFM-ben
2.5 Megoldási módszer és teherszabályozási algoritmus a 3D CSFM-hez
2.6 A 3D eredmények megjelenítése
2.7 Az IDEA StatiCa Connection-ből importált modell

3 Modellellenőrzés

3.1 Határállapotok

4 Szerkezeti ellenőrzések az EUROCODE szerint

4.1 Anyagmodellek a 3D CSFM-ben (EN)
4.2 Parciális biztonsági tényezők
4.3 Teherbírási határállapot ellenőrzések

5 Szerkezeti ellenőrzések az ACI 318-19 szerint

5.1 Anyagmodellek a 3D CSFM-ben (ACI)
5.2 Szilárdságredukciós és teherszorzó tényezők
5.3 Szilárdsági ellenőrzések

6 Szerkezeti ellenőrzések az AASHTO szerint

6.1 Anyagmodellek a 3D CSFM-ben (AASHTO)
6.2 Ellenállási és teherszorzó tényezők
6.3 Szilárdsági határállapot ellenőrzések

7 Szerkezeti ellenőrzések az AS 3600 szerint

7.1 Anyagmodellek a 3D CSFM-ben (AUS)
7.2 Feszültség- és szilárdságredukciós tényezők, valamint teherszorzó tényezők
7.3 Szilárdsági és lehorgonyzási ellenőrzések

1 Bevezetés a 3D CSFM módszerbe


2 Az IDEA StatiCa 3D Detail analízismodellje


3 Modellellenőrzés


4 Szerkezeti ellenőrzések az EUROCODE szerint

5 Szerkezeti ellenőrzések az ACI 318-19 szerint

A 3D CSFM megfelel az ACI 318-19 szabvány 6.8.1.1 fejezetének. Annak érdekében, hogy a 3D CSFM megfeleljen az ACI 318-19 6.8.1.2 szakaszában foglalt követelményeknek, számos ellenőrző vizsgálatot végeztek különböző egyetemeken. Az ellenőrzés és validálás eredményeit összefoglaló egyes cikkek a következő linken találhatók.

  • Ellenőrzések: Detail 3D

6 Szerkezeti ellenőrzések az AASHTO szerint

7 Szerkezeti ellenőrzések az ausztrál AS 3600 szabvány szerint

A CSFM egy szerkezeti analízis módszer, amely megfelel a 6.1.1 és 6.1.2 fejezetekben foglalt általános szabályoknak, és a 6.1.3 fejezetben (f) nemlineáris feszültséganalízisként van definiálva - további részletek a 6.6 fejezetben. 

A 6.6.4 és 6.6.5 szakaszokban foglalt követelmények kielégítése érdekében - bővebben az AS3600:2018 Sup 1:2022 C6.6 szakaszában található - a módszer ellenőrzését és validálását elvégezték. Az ellenőrzés és validálás eredményeit összefoglaló egyes cikkek a következő linken találhatók.

  • Ellenőrzések: Detail 3D

Mivel az IDEA StatiCa Detail egy gyakorlati célú méretezőprogram, a számításokhoz a 28 napos jellemző hengerszilárdság szorzott értéke f'c kerül felhasználásra, ahogy azt a következő fejezet ismerteti.

Ellenőrzések és validálások

  • Ellenőrzések: Detail 3D

Hivatkozások

  1. Wu, D.; Wang, Y.; Qiu, Y.; Zhang, J.; Wan, Y.-K. Determination of Mohr–Coulomb Parameters from Nonlinear Strength Criteria for 3D Slopes. Math. Probl. Eng. 2019, 6927654.
  2. Lelovic, S.; Vasovic, D.; Stojic, D. Determination of the Mohr-Coulomb Material Parameters for Concrete under Indirect Tensile Test. Tech. Gaz. 2019, 26, 412–419.
  3. Galic, M.; Marovic, P.; Nikolic, Ž. Modified Mohr-Coulomb—Rankine material model for concrete. Eng. Comput. 2011, 28, 853–887.
  4. Fan, Q.; Gu, S.C.; Wang, B.N.; Huang, R.B. Two Parameter Parabolic Mohr Strength Criterion Applied to Analyze The Results of the Brazilian Test. Appl. Mech. Mater. 2014, 624, 630–634.

1.1 Bevezetés a beton 3D-részletek szerkezeti tervezésébe

A gyakorlatban a mérnökök különféle típusú végeselemekkel találkozhatnak (az egyszerű 1D rúdelemektől a bonyolultabb 3D téglatest elemekig), amelyeket szerkezeti elemek elemzésére és méretezésére használnak számos alkalmazásban. A gyakorlati számítások többségének közös jellemzője a modellek lineáris viselkedése. Ennek előnye vitathatatlanul a gyorsaság, az átláthatóság, valamint egyszerűen az a tény, hogy problémák széles körében ez a megoldás teljesen elegendő.

Különösen a beton szerkezetek világában gyakran előfordul, hogy a lineáris megközelítés nem elegendő, mivel a terhelt elemen megjelenő első repedések után a feszültségek újraelosztódnak, és a feladat jelentősen nemlineárissá válik.

Ezekben az esetekben összetettebb megközelítést kell választani. 1D esetekben gyakran találhatók közvetlenül a szabványokban definiált analitikus módszerek. Például a népszerű Strut and Tie modellek építhetők 2D síkbeli elemekre és diszkontinuitási tartományokra (D-régiók), vagy alkalmazható az IDEA StatiCa Detail alkalmazásban megvalósított, kifinomultabb feszültségmező-módszer, a CSFM.

Ha azonban a mérnök olyan problémával találkozik, amely nem egyszerűsíthető síkbeli viselkedésre, a lehetőségek nagyon korlátozottak. Természetesen építhető 3D Strut and Tie modell, vagy használható féltudományos szoftver a pontos elemzéshez. Ezek az eljárások gyakran időigényesek, nem felelnek meg a szabványoknak, és a fejlett modellezési módszerekben jártas mérnököt igényelnek.

Ezért az IDEA StatiCa kifejlesztette és megvalósította a 3D CSFM-et (Compatible Stress Field Method) a Detail alkalmazásban. A 3D CSFM a bevált CSFM-et kiterjeszti a harmadik dimenzióra. Gyors és szabványoknak megfelelő megoldást kínál, amely elsősorban a mindennapi gyakorlatban dolgozó mérnökök számára alkalmazható, és egyedi új lehetőséget ad nekik a beton szerkezetek összetett részleteinek biztonságos kezelésére.

1.2 A CSFM fő feltételezései és korlátai 3D-ben

A 3D CSFM a beton viselkedését a Módosított Mohr-Coulomb plaszticitási elmélet alapján definiálja monoton terhelés esetén. A módszer figyelembe veszi a beton főfeszültségeit nyomás esetén, valamint a vasalás repedéseknél mért feszültségeit (σsr), míg a beton húzószilárdságát elhanyagolja (húzási levágás), kivéve annak merevítő hatását a vasalásra (Húzási merevítő hatás).

σc1r, σc2r, σc3r ≤ 0 MPa

A vasalás vasbetétjei kötőelemeken keresztül kapcsolódnak a beton térfogati végeselemeihez, ami lehetővé teszi a csúszást a beton és a vasalás között. Megjegyzendő, hogy a 3D CSFM nem alkalmas vasalatlan beton szimulálására a húzás hiánya miatt, ami téves alakváltozáshoz és a modell divergenciájához vezethet. Általánosságban a Mohr-Coulomb elmélet két alapvető tulajdonságot tartalmaz, amelyek a plaszticitási felület alakulását irányítják nyomás esetén, és részben húzás esetén is: a belső súlyszög φ és a kohézió paramétere c. A 3D CSFM nulla belső súlyszöget feltételez (1e. ábra), ami a Tresca modellhez hasonló plaszticitási felület miatt konzervatív méretezéshez vezet, amely független az első feszültség-invariánstól.

Fig. 1Basic assumptions of the 3D CSFM: (a) principal stresses in concrete; (b) stresses in the reinforcement direction;\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1\qquad Basic assumptions of the 3D CSFM: (a) principal stresses in concrete; (b) stresses in the reinforcement direction;}}}Fig. 1Basic assumptions of the 3D CSFM: (a) principal stresses in concrete; (b) stresses in the reinforcement direction; (c) stress-strain diagram of concrete in terms of maximum stresses; (d) stress-strain diagram of reinforcement\textsf{\textit{\footnotesize{(c) stress-strain diagram of concrete in terms of maximum stresses; (d) stress-strain diagram of reinforcement}}}(c) stress-strain diagram of concrete in terms of maximum stresses; (d) stress-strain diagram of reinforcement in terms of stresses at cracks and average strains; (e) Mohr’s circles for concrete model in 3D CSFM; (f) bond shear stress-slip\textsf{\textit{\footnotesize{in terms of stresses at cracks and average strains; (e) Mohr's circles for concrete model in 3D CSFM; (f) bond shear stress-slip}}}in terms of stresses at cracks and average strains; (e) Mohr’s circles for concrete model in 3D CSFM; (f) bond shear stress-slip relationship for anchorage length verifications.\textsf{\textit{\footnotesize{relationship for anchorage length verifications.}}}relationship for anchorage length verifications.

Beton 

A bemutatott materiálmodell egy többfelületű plaszticitási modell, amely a Mohr-Coulomb és Rankine modellek kombinációjából adódik monoton terhelés esetén. Fontos megjegyezni, hogy ez a modell nem kezeli a tehermentesítést, ezért az állapotváltozók nem tárolódnak, ellentétben a ciklikus terhelésnél használt klasszikus plaszticitási modellekkel.

Fig. 2Mohr-Coulomb multi-surface plasticity model for friction angle 0 degree\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2\qquad Mohr-Coulomb multi-surface plasticity model for friction angle 0 degree}}}Fig. 2Mohr-Coulomb multi-surface plasticity model for friction angle 0 degree

Amint már említettük, a materiálmodellt olyan alkalmazásokban való használatra szánták, amelyek a vasbeton (nem vasalatlan beton) viselkedését számítják. Ez a beton húzási viselkedésének kizárása miatt van. Ezért a modell még olyan szerkezeti elemekhez sem alkalmas, amelyeknél a vasbeton méretezési szabályai, mint a minimális vasalási arány, a maximális vasköz stb., nem teljesülnek. Hozzá kell tenni azt is, hogy numerikus stabilitási okokból a modellben egy nagyon kicsi húzási kapacitás van definiálva. A húzási rész a Rankine modellnek megfelelő síkokkal van korlátozva.

A 3D CSFM az IDEA StatiCa Detail alkalmazásban nem vesz figyelembe explicit tönkremeneteli kritériumot a beton alakváltozására nyomás esetén (azaz a csúcsfeszültség elérése után végtelenül plasztikus ágat feltételez). Ez az egyszerűsítés nem teszi lehetővé a nyomás miatt tönkremenő szerkezetek alakváltozási képességének ellenőrzését. Végső teherbírásukat azonban megfelelően megjósolja a modell, ha figyelembe vesszük a beton ridegségének növekedését szilárdságának emelkedésével, a 𝜂𝑓𝑐 csökkentési tényező alkalmazásával, amelyet a fib Model Code 2010 az alábbiak szerint definiál:

fc,red=ηfc⋅fcf_{c,red} = \eta _{fc} \cdot f_{c}fc,red​=ηfc​⋅fc​

ηfc=(30fc)13≤1{\eta _{fc}} = {\left( {\frac{{30}}{{{f_{c}}}}} \right)^{\frac{1}{3}}} \le 1ηfc​=(fc​30​)31​≤1

ahol:

fc a beton henger jellemző szilárdsága (MPa-ban, a ηfc\eta_{fc}ηfc​ definíciójához).

Az fc,red értéket ezután összehasonlítjuk a betonban lévő Egyenértékű Főfeszültséggel σc,eq, amelyet a továbbiakban definiálunk, természetesen a szabvány által előírt összes biztonsági tényező figyelembevételével.

A betonmodell részletes leírása a következő linken található:

  • Concrete Material Model for 3D Detail

Vasalás

A vasalás rúdjainak bilineáris feszültség-alakváltozás diagramja, ahogyan azt a méretezési szabványok definiálják (1d. ábra), egy idealizált modellt jelent. Ez a modell megköveteli a vasalás alapvető tulajdonságainak ismeretét a méretezési fázisban, konkrétan a szilárdsági és nyúlási osztályt. Alternatívaként a felhasználók testre szabott feszültség-alakváltozás összefüggést is definiálhatnak.

A húzási merevítő hatást a puszta vasrúd feszültség-alakváltozás összefüggésének módosításával vesszük figyelembe, hogy megragadjuk a betonba ágyazott rudak átlagos merevségét (εm) (1b. ábra).

Lehorgonyzás

A vasalás és a beton közötti tapadási csúszást a végeselem-modellben az egyszerűsített rugalmas-tökéletesen plasztikus konstitutív összefüggés figyelembevételével vezetjük be (1f. ábra), ahol fbd a méretezési szabvány által az adott tapadási feltételekhez megadott végső tapadási feszültség méretezési értéke (tényezővel csökkentett érték).

Ez egy egyszerűsített modell, amelynek egyetlen célja a tapadási előírások ellenőrzése a méretezési szabványok szerint (azaz a vasalás lehorgonyzása). A lehorgonyzási hossz csökkentése kampók, hurkok és hasonló rúdformák használatakor egy bizonyos kapacitás definiálásával vehető figyelembe a vasalás végén, ahogyan azt a továbbiakban leírjuk.

Horgonyok

A horgony eleme úgy van definiálva, hogy képes átvinni normál húzó- vagy nyomóerőket, valamint nyíróerőket, a hajlítási merevség figyelembevételével. 

A következő horgonytípusok érhetők el:

  • Helyszínen öntött horgonyok
    • Vasalás
    • Alátétlemez
    • Fejes csap
  • Helyszínen öntött vasalás
    • Vasalás
    • Menetes rudak

Helyszínen öntött - Vasalás

Betonba ágyazott ribbed vasalásként modellezve. A tapadási szilárdságot a kiválasztott szabvány szabályai szerint számítjuk, ugyanúgy, mint a standard vasalás esetén. A horgony végén egy Lehorgonyzás típusa definiálható, amely a vasaláshoz hasonlóan működik - egy lehorgonyzási rugót alkalmazunk, amelynek β-tényezője a választott szabvány szerint van beállítva. Három geometriai forma érhető el: Egyenes, L-alakú, U-alakú.

Fig. 3Cast-in reinforcement anchor - shapes\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 3\qquad Cast-in reinforcement anchor - shapes}}}Fig. 3Cast-in reinforcement anchor - shapes

Helyszínen öntött - Alátétlemez és Fejes csap

Az alátétlemez és a fejes csap feje egy lemez-héj elemként van modellezve a megfelelő materiálból, közvetlenül a horgony szárához rögzítve. A terhet csak nyomott érintkezésen keresztül viszi át a betonra. Elérhető formák: kör és négyzet (csak kör a fejes csap esetén), testre szabható méretekkel. Az alátétlemez és a fej modellje rugalmas, és nem kerül ellenőrzésre teherbírásra. 

A végeselem-modell szintjén a horgony kihúzódása közvetlenül ellenőrzésre kerül. A nyomott érintkezésnek megállítási kritériumai vannak beállítva, hogy ne tudjon nagyobb érintkezési feszültséget átvinni a betonra, mint amit a kiválasztott szabvány előír. Praktikus szempontból ez azt jelenti, hogy ha a horgonyt olyan erővel terhelnék, amely nem felel meg a kihúzódási vizsgálatnak, az eredmény a számítás idő előtti leállítása lenne, mivel ez a megállítási kritérium túllépődne a további terhelés során.

A horgony szárának nulla a tapadási szilárdsága – minden teher a lemezen vagy a fejen keresztül kerül átvitelre a betonra.

Utólag beépített - Vasalás és Menetes rúd

Fúrt lyukakba beépített és ragasztóval rögzített rudakként vannak tervezve. A mérnök közvetlenül a ragasztó termék műszaki specifikációjából adja meg a méretezési tapadási szilárdságot.

További információ az egyes horgonytípusok talplemezhez vagy helyszínen öntött lemezhez való csatlakoztatásáról a Végeselem-típusok fejezetben található - Teherátadó eszközök. 

1.3 Mohr-Coulomb plaszticitási elmélet alkalmazása 3D CSFM-ben

A következő fejezetben bemutatjuk, hogyan valósul meg a Mohr-Coulomb-elmélet a 3D CSFM-ben. Ismertetjük, hogyan veszi figyelembe a program a befogási hatást (háromtengelyű feszültségállapot), és hogyan számítja az egyenértékű főfeszültséget σc,eq. Ez az érték szolgál a teherbírás meghatározására a beton szempontjából.

Az elmélet bemutatása

A Mohr–Coulomb-elmélet egy matematikai modell, amely a rideg anyagok nyírással és normálfeszültséggel szembeni viselkedését írja le . A legtöbb klasszikus mérnöki anyag a nyírási törési határgörbéjének legalább egy szakaszán követi ezt a szabályt. Az elmélet általában olyan anyagokra alkalmazható, amelyeknél a nyomószilárdság jelentősen meghaladja a húzószilárdságot.

Fig. 1.3.1Mohr-Coulomb Plasticity Model \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.3.1\qquad Mohr-Coulomb Plasticity Model }}}Fig. 1.3.1Mohr-Coulomb Plasticity Model 

A szerkezeti mérnöki gyakorlatban az elmélet a tönkremeneteli teher, valamint a betonban és hasonló anyagokban a törési felület elmozdulásához tartozó törési szög meghatározására szolgál. A Coulomb-féle súrlódási hipotézis segítségével határozható meg a nyírás és a normálfeszültség azon kombinációja, amely az anyag törését okozza. A Mohr-kör megmutatja, hogy mely főfeszültségek hozzák létre a nyírás és a normálfeszültség ezen kombinációját, és milyen szögű síkban jelentkezik. A normalitási elv szerint a tönkremenetelkor fellépő feszültség merőleges a törési feltételt leíró egyenesre. 

Fig. 1.3.2Meridian plane and tension cut-off\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.3.2\qquad Meridian plane and tension cut-off}}}Fig. 1.3.2Meridian plane and tension cut-off

Kimutatható, hogy a Coulomb-féle súrlódási hipotézis szerint tönkremenő anyagnál a tönkremenetelkor fellépő elmozdulás a törési vonallal a belső súrlódási szöggel egyenlő szöget zár be. Ezáltal az anyag szilárdsága meghatározható, ha összehasonlítjuk az elmozdulás és a külső teher által végzett külső mechanikai munkát a tönkremeneteli vonalon fellépő alakváltozás és feszültség által végzett belső mechanikai munkával. Az energiamegmaradás törvénye szerint ezek összege nulla, és ebből kiszámítható a szerkezet tönkremeneteli terhe.

Megvalósítás a 3D CSFM-ben

Általánosságban, a beton adott belső súrlódási szögéhez, amely a [1], [2], [3], [4] szakirodalomban körülbelül φ = 30-40° , a beton húzó- és nyomószilárdságával a Mohr-körök az 1.3.3. ábra szerint szerkeszthetők meg.

Fig. 1.3.3Mohr’s circles for concrete\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.3.3\qquad Mohr's circles for concrete}}}Fig. 1.3.3Mohr’s circles for concrete

Ahol fc a beton nyomószilárdsága, fct a beton húzószilárdsága, φ a belső súrlódási szög, σc1, σc3 pedig a beton főfeszültségei háromtengelyű nyomás esetén.

Megfigyelhető, hogy a σc3 főfeszültség növekedésével a σc3 és σc1 értéke közötti legnagyobb lehetséges különbség is nő. Ezt a különbséget definiáljuk maximális σc,eq értékként (lásd alább). Ez a különbség a szakirodalomban a Mohr-körök sugaraként definiált deviátoros feszültség kétszeresének felel meg.

Az IDEA StatiCa Detail programban megvalósított 3D CSFM-ben a belső súrlódási szöget φ = 0° értékűnek vesszük, ahogy a 7. ábra mutatja, .

Fig. 1.3.4Mohr’s circles for concrete implemented in IDEA StatiCa Detail\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.3.4\qquad Mohr's circles for concrete implemented in IDEA StatiCa Detail}}}Fig. 1.3.4Mohr’s circles for concrete implemented in IDEA StatiCa Detail

Ennek a megvalósításnak a gyakorlati következménye, hogy a σc3 és σc1 közötti legnagyobb különbség állandó, miközben σc3 növekszik. 

Az egyenértékű főfeszültség az általános háromtengelyű feszültségállapotnak megfelelő egyenértékű egytengelyű feszültséget fejezi ki.

σc,eq=σc3−σc1\sigma_{c,eq} = \sigma_{c3} - \sigma_{c1}σc,eq​=σc3​−σc1​

A σc,eq érték ezért közvetlenül összehasonlítható a szabványok szerinti egytengelyű szilárdsági határértékekkel.

σc,eqσc,lim≤1\frac{\sigma_{c,eq} }{ \sigma_{c,lim}} \le 1σc,lim​σc,eq​​≤1

Ahol σc,lim a beton fc egytengelyű méretezési (parciális tényezővel csökkentett) szilárdsága.

Az 1.3.3. ábra, amely a valós belső súrlódási szöget használja, és az 1.3.4. ábra, amely a Mohr-Coulomb-elmélet nulla belső súrlódási szöggel történő megvalósítását mutatja, összehasonlításából látható, hogy a Detail számításaihoz választott megközelítés a háromtengelyű feszültségállapot értékelésénél nagyon konzervatív.

A háromtengelyű nyomófeszültséggel érintett területek jobb megértése érdekében az IDEA StatiCa Detail alkalmazás a háromtengelyű nyomás miatti hatékony anyagszilárdság-növekedést σc3/σc,lim arányként is megadja. Ezt az arányt a Szilárdsági szabványellenőrzésben találja.

A Kiegészítő eredmények között a felhasználó a κ tényezőt is megtalálja, amely a háromtengelyűséget más módon fejezi ki. 

κ=  σc3σc,eq\kappa =   \frac{ \sigma_{c3}}{ \sigma_{c,eq}}κ=  σc,eq​σc3​​

A beton szilárdsági ellenőrzése ezután így írható át:

σc,eqσc,lim=σc,3κ⋅σc,lim≤1\frac{\sigma_{c,eq} }{ \sigma_{c,lim}} = \frac{\sigma_{c,3} }{ \kappa \cdot \sigma_{c,lim}} \le 1σc,lim​σc,eq​​=κ⋅σc,lim​σc,3​​≤1

Az előzőekből következik, hogy ha az elem hidrosztatikus feszültségállapotban van – σc3=σc2=σc1, az egyenértékű főfeszültség σc,eq értéke nulla lesz, a kappa tényező pedig végtelenhez tart.

További információ itt található: Háromtengelyű feszültség – az aktív befogási hatás

1.4 A 3D CSFM általános mechanikai feltevései

Egyensúlyi egyenletek

A kis alakváltozások elmélete lehetővé teszi az egyensúlyi egyenlet felírását az alakváltozás előtti térfogatra, elsőrendű megközelítés alkalmazásával. 

Fig. 1.4.1Equilibrium equations and graphical representation on infinitesimal element\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.4.1\qquad Equilibrium equations and graphical representation on infinitesimal element}}}Fig. 1.4.1Equilibrium equations and graphical representation on infinitesimal element

Kompatibilitási egyenletek

A szilárd test végtelenül kis térfogatokból, azaz anyagi pontokból áll, amelyek hézagok és átfedések nélkül kapcsolódnak egymáshoz. Matematikai feltételeknek kell teljesülniük annak érdekében, hogy a kontinuum test alakváltozása során ne keletkezzenek hézagok vagy átfedések.

Anyagegyenletek

A 3D elemek viselkedését leíró anyagegyenletek kulcsszerepet játszanak az anyagviselkedés szerkezeti mechanikai vizsgálatában. Ezeket az egyenleteket a nemlineáris izotróp viselkedés figyelembevételére állították fel, amely az IDEA StatiCa Detail tömör blokk szerkezeti elemeire érvényes. 

Fig. 1.4.2Linearly elastic isotropic compliance matrix\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1.4.2\qquad Linearly elastic isotropic compliance matrix}}}Fig. 1.4.2Linearly elastic isotropic compliance matrix

2.1 Bevezetés a végeselem-módszer implementációjába

A 3D CSFM a betonban kialakuló folytonos feszültségmezőket (3D végeselemek) veszi figyelembe, amelyeket a vasalást reprezentáló diszkrét „rúd" elemekkel (1D végeselemek) egészít ki. Ezért a vasalás nincs diffúz módon beágyazva a beton 3D végeselemeibe, hanem explicit módon van modellezve és kapcsolódik hozzájuk. 

Fig. 2.1.1Rendering of the calculation model for concrete block and out-of-plane wall\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.1.1\qquad Rendering of the calculation model for concrete block and out-of-plane wall}}}Fig. 2.1.1Rendering of the calculation model for concrete block and out-of-plane wall

2.2 Általános végeselem-típusok

A nemlineáris (rugalmatlan) végeselem-analízis modellt többféle végeselem alkotja, amelyek a betont, a vasalást és a kettő közötti tapadást modellezik. A beton- és a vasalás elemeit először egymástól függetlenül hálózzuk, majd többpontos kényszerfeltételekkel (MPC elemek) kapcsoljuk össze. Így a vasalás bármilyen helyzetet elfoglalhat, nem korlátozódik a tetraéderes háló csomópontjaira. A lehorgonyzási hossz ellenőrzéséhez a vasalás és az MPC elemek közé tapadási és lehorgonyzási végrugó elemeket illesztünk be.

Fig. 2.2.1Finite element model: reinforcement elements mapped to concrete mesh using MPC and bond elements\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.2.1\qquad Finite element model: reinforcement elements mapped to concrete mesh using MPC and bond elements}}}Fig. 2.2.1Finite element model: reinforcement elements mapped to concrete mesh using MPC and bond elements

Beton

A betont csomóponti elfordulásokkal rendelkező vegyes tetraéderes elemekkel elemezzük. A tetraéderes elemekkel tetszőleges topológiájú tartományok hálózhatók, a megvalósított formulázás pedig pontos alakváltozási eredményeket garantál (a nyírási záródás néven ismert látszólagos nyírófeszültségek nélkül), még olyan durva hálónál is, amely a lineáris tetraéderes elemek formulázásához nem lenne megfelelő. 

Teljes integrálást alkalmazunk. Ez azt jelenti, hogy minden elem négy, a térfogaton belül elhelyezkedő integrációs ponttal rendelkezik. Az ilyen integrálás pontos alakváltozási és feszültségmezőt eredményez, amely lehetővé teszi az eredmények megfelelő kiértékelését és megjelenítését a teljes térfogaton. Ezt követően a leállási feltételeket az integrációs pontban kapott érték alapján határozzuk meg.

Vasalás

A vasalás rúdjait kétcsomópontú, 1D „rúdelemekkel” (CROD) modellezzük, amelyek kizárólag tengelyirányú merevséggel rendelkeznek. Ezek az elemek különleges „tapadási” elemekhez csatlakoznak, amelyeket a vasbetét és a körülvevő beton közötti csúszás modellezésére fejlesztettek ki. A tapadási elemeket ezután MPC (többpontos kényszerfeltétel) elemek kapcsolják a betont reprezentáló hálóhoz. Ez a megközelítés lehetővé teszi a vasalás és a beton független hálózását, miközben a kapcsolatukat később biztosítjuk.

Tapadási elemek

A lehorgonyzási hosszt úgy ellenőrizzük, hogy a végeselem-modellben figyelembe vesszük a tapadási nyírófeszültségeket a betonelemek (3D) és a vasbetét elemei (1D) között. Erre a célra fejlesztették ki a „tapadási” végeselem-típust.

A tapadási elem héj végeselemként van definiálva, amely az első rétegével a vasalást reprezentáló elemekhez, a második rétegével pedig többpontos kényszerfeltételeken (MPC elemek) keresztül a betonhálóhoz kapcsolódik. Meg kell jegyezni, hogy a tapadási elem ebben a cikkben mindig nullától eltérő magassággal jelenik meg, a modellben azonban végtelenül kicsiként van definiálva.

Az elem viselkedését a τb tapadási feszültség írja le, amely a felső és az alsó csomópont közötti δu csúszás bilineáris függvénye, lásd (Fig. 2.2.2).

Fig. 2.2.2(a) Conceptual illustration of the deformation of a bond element; (b) shear-deformation function\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.2.2\qquad (a) Conceptual illustration of the deformation of a bond element; (b) shear-deformation function}}}Fig. 2.2.2(a) Conceptual illustration of the deformation of a bond element; (b) shear-deformation function

A tapadás–csúszás összefüggés rugalmassági merevségi modulusát, Gb, a következőképpen definiáljuk:

Gb=kg⋅EcØG_b = k_g \cdot \frac{E_c}{Ø}Gb​=kg​⋅ØEc​​

kg            a vasbetét felületétől függő tényező (alapértelmezés szerint kg = 0,2)

Ec            a beton rugalmassági modulusa (EN esetén Ecm értékkel egyenlő)

Ø             a vasbetét átmérője

A lehorgonyzási hossz ellenőrzéséhez a kiválasztott vonatkozó szabványokban (EN 1992-1-1 vagy ACI 318-19) megadott határ tapadási nyírófeszültség méretezési értékeit (tényezős értékeit), fbd, használjuk. A képlékeny ág keményedését alapértelmezés szerint Gb/105 értékkel számítjuk.

Lehorgonyzási rugó

A vasbetétek lehorgonyzási végeinek kialakítása (azaz hajlítások, kampók, hurkok stb.), amely megfelel a szabványok előírásainak, lehetővé teszi a vasbetétek alap lehorgonyzási hosszának (lb,net) csökkentését egy bizonyos β tényezővel (a továbbiakban „lehorgonyzási tényező”). A lehorgonyzási hossz (lb) méretezési értékét ezután a következőképpen számítjuk:

Fig. 2.2.3Model for the reduction of the anchorage length: a) Anchorage force along the anchorage length of \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.2.3\qquad Model for the reduction of the anchorage length: a) Anchorage force along the anchorage length of }}}Fig. 2.2.3Model for the reduction of the anchorage length: a) Anchorage force along the anchorage length of  the reinforcement bar, b) slip-anchorage force constitutive law\textsf{\textit{\footnotesize{the reinforcement bar, b) slip-anchorage force constitutive law}}}the reinforcement bar, b) slip-anchorage force constitutive law

A lehorgonyzási hossz csökkentését a végeselem-modell a vasbetét végén elhelyezett rugóelemmel veszi figyelembe (Fig. 2.2.3a), amelyet a (Fig. 2.2.3b) ábrán látható anyagmodell definiál. Az ezen rugó által átvitt maximális erő (Fau):

Fau=β⋅As⋅fydF_{au} = \beta \cdot A_s \cdot f_{yd}Fau​=β⋅As​⋅fyd​

ahol:

β             a lehorgonyzás típusától függő lehorgonyzási tényező

As            a vasbetét keresztmetszete

fyd           a vasalás folyáshatárának méretezési értéke (tényezős értéke)

2.3 Teherátadó elemek

Talplemez

A talplemez rugalmas héjelemként van modellezve. A talplemezekhez használt acélanyagot az Anyagok fülön kell megadni. Az egyetlen fizikai tulajdonság az E rugalmassági modulus.

Fig. 2.3.1The base plate material definition\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.3.1\qquad The base plate material definition}}}Fig. 2.3.1The base plate material definition

A talplemez terhelhető pontteherrel (Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz) és erőcsoporttal (Fx, Fy, Fz), amelyet főként az IDEA StatiCa Connection programból exportált modellek terheléséhez használnak. Vegye figyelembe, hogy a pontterhek és a pontnyomatékok közvetlenül a talplemez megfelelő csomópontját terhelik. Ez azt jelenti, hogy nincs átrendeződés, csak a talplemez merevsége szerint. 

Ez a megvalósítás lehetővé teszi az IDEA StatiCa Connection programból származó teherhatások importálását. Ezeket a talplemezre az egyes hegesztési végeselemek helyén működtetjük, a hegesztési végeselem általános feszültségéből meghatározott értékkel és irányban. További információ a dokumentum megfelelő fejezetében olvasható.

A második terhelési lehetőség a csonk, amely az oszlop talplemez feletti rövid szakaszát reprezentálja. A csonk rugalmas héjelem-szerkezetként van modellezve, és fizikailag pontos kapcsolódási felületként viselkedik a belső erők és a lemez között. A felhasználó a csonk keresztmetszetét szabványos szelvényadatbázisból választja ki. A 6 komponensű belső erőcsoport (erők és nyomatékok) a csonk alsó lapjának egyetlen pontjában működik, azaz az oszlop talpánál. A kényszerfeltételek átviszik az erőket a csonk felső lapjára, ahonnan azok természetes módon a csonkon keresztül a talplemezre, a horgonyokra és a betonra oszlanak el.

Fig. 2.3.2The load transfer through the stub\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.3.2\qquad The load transfer through the stub}}}Fig. 2.3.2The load transfer through the stub

Nyíróerő-átadási mechanizmus (a talplemezről a betonblokkra)

A talplemez és a beton között csak nyomást átvivő, súrlódásos érintkezés van definiálva. A nyíróerő átadására a felhasználó három lehetőség közül választhat:

  • Horgonyokkal
  • Súrlódással
  • Nyírófoggal

A szoftver nem teszi lehetővé ezen nyíróerő-átadási mechanizmusok kombinálását. 

A súrlódási tényezőt méretezési (tényezős) értékként kell megadni. Ha az Fxy eredő nyíróerő meghaladja az Fz nyomóerő és a μ súrlódási tényező szorzatát, a számítás leáll, és nem minden teher kerül felhordásra a modellre. A feltétel a következőképpen írható fel:

Fxyμ⋅Fz≤1\frac {F_{xy}}{ \mu \cdot F_{z}}\le 1μ⋅Fz​Fxy​​≤1

Ez a következő példán látható, ahol két teheresetet veszünk figyelembe. 

  • LC1 - Állandó típus - Fz = 100 kN
  • LC2 - Esetleges típus - Fx = 100 kN

Fig. 2.3.3Load input for example explaining shear transfer by friction\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.3.3\qquad Load input for example explaining shear transfer by friction}}}Fig. 2.3.3Load input for example explaining shear transfer by friction

Az első számítási lépésben a teljes állandó teher felhordásra kerül. Ezután az esetleges terhet fokozatosan működtetjük, amíg el nem éri a nyomóerő és a súrlódási tényező szorzatának értékét.

Fig. 2.3.4Results from example explaining shear transfer by friction\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.3.4\qquad Results from example explaining shear transfer by friction}}}Fig. 2.3.4Results from example explaining shear transfer by friction

A 2.3.5. ábrán látható grafikon a talplemez és a beton közötti súrlódásos érintkezés viselkedését határozza meg.

Fig. 2.3.5Force-displacement graph describing the behavior of frictional contact\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.3.5\qquad Force-displacement graph describing the behavior of frictional contact}}}Fig. 2.3.5Force-displacement graph describing the behavior of frictional contact

Az Fzμ értéke a számítás minden inkrementumában eltérő, míg a maximális nyírási alakváltozás uxy értéke állandó. 

Ha az Fz nyomó normálerő és az Fxy nyíróerő egyetlen teheresettípusban van megadva (például csak állandó), és az Fxy / (Fzμ) ≤ 1 feltétel nem teljesül, a modellre nem kerül teher felhordásra, mert a feltétel a számítás egyik inkrementumában sem teljesül.

A nyírófog a betonhálóhoz kényszerfeltételekkel kapcsolódik, amelyek csak nyomó normálfeszültség átadását teszik lehetővé. 

Fig. 2.3.6Shear lug transfer of shear mechanism\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.3.6\qquad Shear lug transfer of shear mechanism}}}Fig. 2.3.6Shear lug transfer of shear mechanism

A nyírófog rugalmas héjelemekkel van modellezve, ahol az anyagot az E rugalmassági modulus határozza meg.

Az eredményeket a talplemezre és a nyírófogra nem értékeli ki és nem jeleníti meg a program.

 Talplemez opciók  (távolság, alávakolás)

A következő, a Connection alkalmazással teljes mértékben megegyező távolság-opciók érhetők el.

  • Közvetlen
  • Habarcsfuga – felülről csavarozott anyákkal
  • Habarcsfuga – felülről és alulról csavarozott anyákkal
  • Hézag

A habarcsréteg héjelemként van modellezve, merevségének figyelembevételével. Vegye figyelembe, hogy a héjelemek a vastagságuk irányában összenyomhatatlanok. Ez segíti a helyi erők betonra történő elosztását, és a gyakorlatban használt tipikus ágyazóréteg-vastagságokra érvényes: 25–50 mm.

A csak felülről elhelyezett anyák (csuklós kapcsolat a horgony és a talplemez között) és a felül-alul elhelyezett anyák (merev kapcsolat a horgony és a talplemez között) megkülönböztetése jelentősen befolyásolja a nyírási teherbírást a beton palástnyomása szempontjából.

Horgonyok

A horgonyokat reprezentáló végeselemek úgy vannak modellezve, hogy normál- és nyíróerőt tudjanak átadni a betonnak, figyelembe véve a horgonyok hajlítómerevségét is. A horgony és a környező beton közötti csúszás modellezéséhez ugyanazokat a tapadási és MPC elemeket használjuk, mint a vasalásnál. Azzal a különbséggel, hogy:

  • Az utólag beépített (ragasztott) horgonyok esetén meg kell adni a tapadási szilárdság méretezési értékét.
  • Alátétlemezek és fejes csapok esetén a horgony szárának mentén a tapadást figyelmen kívül hagyjuk. A teljes tengelyirányú terhet ekkor az alátétlemezen vagy a horgony fején keresztül adjuk át a betonnak.

Tapadás a betonfedésben - Az olyan horgonyok esetén, amelyek a szár mentén tapadással kapcsolódnak a betonhoz, azaz a helyszínen beépített vasalásos horgonyoknál és az utólag beépített (ragasztott) horgonyoknál, a tapadási elemek a betonfedésben nem aktívak. Az alkalmazás a betonfedést automatikusan határozza meg a betonfelület és a felületi vasalás síkja közötti távolságként (2.3.7a ábra). Ezen a hosszon a horgony és a beton közötti tapadási szilárdság nulla, és a horgony a betonhoz csak a betonfedés alatt, a beágyazási mélység fennmaradó részén kapcsolódik tapadási elemekkel (2.3.7b ábra). A tapadással átadott teljes terhet ezért a felületi vasalás által közrefogott betonba vezetjük be, és a horgony tapadási feszültségei a betonfedésben az eredményekben nullák.

Ennek oka a betonfedés eltérő tönkremeneteli viselkedése. A 3D CSFM a betonhoz képlékeny anyagmodellt használ, amely lehetővé teszi a feszültségek átrendeződését (lásd az 1.2. fejezetet). A szabad felület közelében lévő betonfedés azonban rideg módon megy tönkre, a törésmechanika szabályai szerint, képlékeny tartalék nélkül. Ha a tapadás a betonfedésben aktív lenne, a modell nyomási mezőt építene fel egy olyan tartományban, amely a valóságban ezt nem képes megbízhatóan felvenni, és túlbecsülné a betonfedés hozzájárulását a horgony teherbírásához. Ez a hiba a betonfedés vastagságával nő. Ezen túlmenően a betonfedés a modellnek a környezeti hatásoknak (karbonátosodás, kloridok, agresszív anyagok) kitett része, így tulajdonságai a szerkezet használati élettartama alatt romolhatnak. A betonfedésben lévő tapadás figyelmen kívül hagyása ezért konzervatív feltételezés, amely összhangban van a 3D CSFM alapfeltevéseivel.

Ez a feltételezés csak azokra a horgonyokra vonatkozik, amelyek a terhet a szár mentén tapadással adják át a betonnak. A fejes csapok és az alátétlemezes horgonyok a tengelyirányú terhet a fejen vagy a lemezen keresztül adják át, a szár mentén nulla tapadással, ezért ezeket nem érinti. A szokásos vasalást sem érinti. A teherbírásra gyakorolt hatás azoknál a horgonyoknál a legjelentősebb, amelyek teherbírását a tapadás határozza meg, és amelyeket nagy betonfedésű szerkezeti elemekbe építenek be, mert ilyenkor a beágyazási mélység nagyobb része nem járul hozzá a teherbíráshoz.

Fig. 2.3.7Anchor with bond along the shank\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.3.7\qquad Anchor with bond along the shank}}}Fig. 2.3.7Anchor with bond along the shank

A horgonyok összekapcsolhatók a talplemezekkel. Ehhez a kapcsolathoz teljesen nemlineáris kényszerfeltételt használunk, amely a horgony végét köti a talplemez egy csomópontjához. Ez a kényszerfeltétel lehetővé teszi az összes szabadságfok szabályozását. Így például biztosítható, hogy a horgonyok ne adjanak át nyomóerőt a talplemezről, vagy hogy a horgony ne adjon át nyírást nyírófog modellezésekor, stb. 

A horgonyok Kapcsolat a talplemezzel tulajdonsága lehetővé teszi, hogy a felhasználó szabályozza, a horgony kapcsolódik-e a talplemezhez a korábban említett kényszerfeltétellel, és ha igen, hogyan. 

Fig. 2.3.8Interconnection with base plate settings\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.3.8\qquad Interconnection with base plate settings}}}Fig. 2.3.8Interconnection with base plate settings

A Nyíróerő átadása jelölőnégyzettel szabályozható, hogy a horgony és a talplemez nyírás tekintetében kapcsolódik-e egymáshoz. Vegye figyelembe, hogy a nyíróerő-átadási mechanizmusok kombinálása nem támogatott, ezért súrlódással és nyírófoggal történő átadás esetén ez a jelölőnégyzet nem releváns. Ezzel szemben a horgonyokkal történő nyíróerő-átadás esetén ez a mező lehetőséget ad arra, hogy egyes horgonyokat kizárjunk a nyíróerő átadásából.

A Tengelyirányú erők átadása jelölőnégyzettel szabályozható, hogy a horgony és a talplemez tengelyirányban kapcsolódik-e egymáshoz. Ezt főként a Connection funkcióból történő exportálásnál használjuk (lásd a megfelelő fejezetet). Kézi modellezésnél célszerű ezt a jelölőnégyzetet mindig bejelölve tartani.

Ha a jelölőnégyzet nincs bejelölve, a horgony húzásban és nyomásban is le van választva (a Connection alkalmazásból exportált modell esetén a kapcsolatot egy erőpár helyettesíti). Ha a jelölőnégyzet be van jelölve, a horgony húzásban mindig kapcsolódik a lemezhez, a nyomásban fennálló kapcsolatot azonban a horgony típusa és a távolság típusa szabályozza. További információért lásd a 2.3.8. ábrát.

Vágott menet

A horgony tulajdonságai között egy jelölőnégyzet szabályozza, és két célt szolgál:

1. Meghatározza, hogyan kapcsolódik a horgony a talplemezhez:

  • A talplemezhez kapcsolódó fejes csapok és helyszínen beépített vasalás esetén (a helyszínen beépített lemezeknél nem) különbséget tesz a csavarkötés (csuklós) és a hegesztett kapcsolat (merev) között — ez a 3D nézetben látható.
  • Vegye figyelembe, hogy a horgony és a lemez közötti kapcsolat módja jelentősen befolyásolja a nyírási teherbírást a beton palástnyomása szempontjából.

Fig. 2.3.9Cut threads options\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.3.9\qquad Cut threads options}}}Fig. 2.3.9Cut threads options

2. Eurocode esetén a vágott menetű horgony teherbírását az EN 1993-1-8 3.6.1 (3) szerint csökkentjük. Ez a Projektbeállításokban adható meg. Menetes rudak és alátétlemezek esetén javasolt ezt a beállítást mindig bekapcsolva tartani.

A horgony és a talplemez közötti tengelyirányú és forgási kapcsolat

Ahogy ebben a fejezetben már említettük, a horgony típusától, a távolság beállításától és attól függően, hogy figyelembe vesszük-e a vágott menetet, a horgonyok különböző módon kapcsolódnak a talplemezhez. Forgási kapcsolat szempontjából ez lehet Csuklós / Merev. Tengelyirányú kapcsolat szempontjából ez lehet Húzás / Húzás + Nyomás. A forgási kapcsolat típusai jelentősen befolyásolják a nyírási teherbírást a beton palástnyomása szempontjából. A 3D nézetben az anyák jelenléte alapján könnyen megállapítható, hogy a horgony merev vagy csuklós kapcsolattal csatlakozik-e, lásd a 2.3.10. ábrát.

Fig. 2.3.10Rotational constraints\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.3.10\qquad Rotational constraints}}}Fig. 2.3.10Rotational constraints

A következő táblázat a talplemez és a horgonyok közötti összes lehetséges kapcsolati kombinációt, valamint a hozzájuk tartozó forgási és tengelyirányú kapcsolatot mutatja.

Fig. 2.3.11Axial and rotational constraints between an anchor and a base plate\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.3.11\qquad Axial and rotational constraints between an anchor and a base plate}}}Fig. 2.3.11Axial and rotational constraints between an anchor and a base plate

Helyszínen beépített lemezek

A helyszínen beépített lemez a talplemez speciális esete. Modellezése analóg módon történik, a következő eltérésekkel:

Mivel a lemez a betonblokkba van beágyazva, nem adható meg távolság-típus. A lemez beágyazási mélységét elhanyagoljuk. A héjelemekkel modellezett lemezt közvetlenül a betonfelületre helyezzük. Ezért a lemez oldalfelületeit nem tekintjük a beton által megtámasztottnak.

Csak vasalás és fejes csapok használhatók, amelyek a klasszikus horgonyokhoz hasonlóan beállíthatók úgy, hogy tengelyirányban és nyírási irányban kapcsolódjanak a lemezhez. A gyakorlati tapasztalatok és egyes nemzeti dokumentumok szerint a fejes csapokat csak nyírásra, a vasalást pedig tengelyirányú terhelésre kell méretezni. A tengelyirányú és forgási kényszerfeltételek szempontjából a horgonyok mindig Merev és Húzás + Nyomás kapcsolattal csatlakoznak.

Fig. 2.3.12Axial and rotational constraints between an anchor and a base plate\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.3.12\qquad Axial and rotational constraints between an anchor and a base plate}}}Fig. 2.3.12Axial and rotational constraints between an anchor and a base plate

2.4 Beton hálózása 3D CSFM-ben

A végeselemek belsőleg vannak megvalósítva, az analízismodell pedig automatikusan generálódik, így nincs szükség a felhasználó szakértői beavatkozására. A folyamat fontos része a hálózás.

Beton

Az összes vasbeton szerkezeti elem hálózása együtt történik. Az alkalmazás automatikusan kiszámítja az ajánlott elemméretet a szerkezet méretei és alakja alapján, figyelembe véve a legnagyobb vasalási betonacél átmérőjét. Az ajánlott elemméret emellett garantálja, hogy a szerkezet vékony részein, például karcsú oszlopokon vagy vékony falakon legalább négy elem jöjjön létre, így ezeken a területeken is megbízható eredmények kaphatók. A tervezők mindig megadhatnak felhasználó által definiált betonelemméretet az alapértelmezett hálóméret szorzójának módosításával.

Vasalás

A vasalás a betonelemek méretével közelítőleg megegyező hosszúságú elemekre van felosztva. A vasalás és a beton hálójának generálása után azokat tapadási elemek kötik össze, ahogy az a 2.2.1. ábrán látható.

Finomítás

A betonháló automatikusan finomodik a horgonyok körül, a nyírófogak körül és a terhelés felviteli csonk alatt. A finomított háló mérete közelítőleg kétszer kisebb az alap betonhálónál. A finomított terület sugara közelítőleg az elemméret kétszereseként van meghatározva.

2.5 A megoldási módszer és a teherlépcsőzési algoritmus a 3D CSFM esetén

A nemlineáris végeselem-módszeres (FEM) feladat megoldásának meghatározásához a szabványos teljes Newton–Raphson (NR) algoritmust alkalmazzuk. 

Az NR algoritmus általában nem konvergál gyakran, ha a teljes terhet egyetlen lépésben működtetjük. Szokásos megoldás – amelyet itt is alkalmazunk –, hogy a terhet több növekményben, egymás után működtetjük, és az előző teherlépés eredményét használjuk a következő Newton-féle megoldás kiindulópontjaként. Ehhez az NR algoritmus fölé egy teherszabályozó algoritmust implementáltunk. Ha az NR iterációk nem konvergálnak, az aktuális teherlépést a felére csökkentjük, és az NR iterációkat megismételjük.

A teherszabályozó algoritmus második célja a kritikus teher meghatározása, amely bizonyos „leállási feltételekhez” tartozik. Ezek: a beton legnagyobb alakváltozása, a tapadási elemek legnagyobb csúszása, a lehorgonyzási elemek legnagyobb elmozdulása és a vasalás rúdjainak legnagyobb alakváltozása. A kritikus terhet a felezési módszerrel határozzuk meg. Ha a leállási feltétel a modell bármely pontján túllépésre kerül, az utolsó teherlépés eredményeit elvetjük, és az előzőnél felekkora új teherlépést számítunk. Ezt az eljárást addig ismételjük, amíg a kritikus terhet meg nem találjuk egy adott hibatűréssel.

A beton esetében a leállási feltételt nyomásnál 5%-os alakváltozásra (azaz nagyjából egy nagyságrenddel nagyobbra, mint a beton tényleges törési alakváltozása), húzásnál pedig 7%-ra állítottuk be a héjelemek integrálási pontjaiban. Húzásnál az értéket úgy választottuk meg, hogy a vasalás határalakváltozása – amely a húzási merevítő hatás figyelembevétele nélkül általában 5% körüli – érje el előbb a határértékét. Nyomásnál az értéket több alternatíva közül választottuk ki: elég nagy ahhoz, hogy a zúzódás hatása látható legyen az eredményekben, de elég kicsi ahhoz, hogy ne okozzon túl sok problémát a numerikus stabilitásban.

Fig 2.5.1Constitutive law of bond and anchorage elements used for anchorage length verification: a) Bond shear stress\textsf{\textit{\footnotesize{Fig 2.5.1\qquad Constitutive law of bond and anchorage elements used for anchorage length verification: a) Bond shear stress}}}Fig 2.5.1Constitutive law of bond and anchorage elements used for anchorage length verification: a) Bond shear stress slip response of bond element, b) force-displacement response of an anchorage element\textsf{\textit{\footnotesize{slip response of bond element, b) force-displacement response of an anchorage element}}}slip response of bond element, b) force-displacement response of an anchorage element

A vasalás esetében a leállási feltételt feszültségekben definiáljuk. Mivel a repedésben fellépő feszültségeket modellezzük, a húzási feltétel a biztonsági tényezővel figyelembe vett vasalás húzószilárdságának felel meg. Ugyanezt az értéket használjuk a nyomási feltételhez is.

A tapadási elemekben és a lehorgonyzási rugókban a leállási feltétel α·δumax, ahol δumax a szabványellenőrzésekben használt legnagyobb csúszás, és α = 10.

A lehorgonyzás további leállási feltételei:

  • Fejes horgonyok kihúzódása (a horgony fejének felső felületén fellépő legnagyobb érintkezési nyomófeszültség). 
  • A horgony által átadható legnagyobb nyíróerő a beton palástnyomása szempontjából.

Ez a két feltétel a kiválasztott szabványtól függ. További információt a szerkezeti számítás szabványfüggő részeit ismertető fejezetekben talál az alkalmazásban.

2.6 3D eredmények megjelenítése

Az eredmények külön jelennek meg a beton és a vasalás elemeire. A betonban a feszültség- és alakváltozás-értékeket a térfogatelemek integrációs pontjaiban számítjuk. Mivel az adatok ilyen formában történő megjelenítése nem praktikus, az eredmények alapértelmezés szerint a csomópontokban jelennek meg, mégpedig a csatlakozó elemek szomszédos Gauss-integrációs pontjaiból származó legnagyobb nyomófeszültség-értékként. Figyelembe kell venni, hogy ez a megjelenítés a szerkezeti elemek nyomott szélein lokálisan alulbecsülheti az eredményeket, ha a végeselem mérete megegyezik a nyomott zóna magasságával, vagy ahhoz hasonló.

A vasalás végeselemeinek eredményei vagy elemenként állandók (egy érték – pl. az acélfeszültségeknél), vagy lineárisak (két érték – a tapadási eredményeknél). A segédelemeknél, például az alátétlemezek elemeinél, csak az elmozdulások jelennek meg.

2.7 Az IDEA StatiCa Connection alkalmazásból importált modell

Az IDEA StatiCa Detail modellt nem mindig kell a nulláról vagy sablonból felépíteni. Lehetőség van a modell importálására is, a teherhatásokkal együtt, az IDEA StatiCa Connection programból. A Connection programban a betontömb feletti acél felépítményt nemlineáris 3D modellel vizsgáljuk, miközben maga a betontömb leegyszerűsítve, Winkler-alapozással szerepel. A Detail programban ezzel szemben a vasbeton tömböt explicit módon modellezzük, és részletesen ellenőrizzük.

A modell átvitelekor csak a talplemez, a horgonyok és a betontömb kerül importálásra a Detail programba – maga az acél szerkezeti elem (és annak globális merevsége) nem. A Connection modellben ez az acél szerkezeti elem hegesztéssel csatlakozik a talplemezhez. A hegesztés végeselemeiben számított feszültségeket integráljuk, és egyenértékű erőrendszerré alakítjuk, amely a Detail programban terheli a talplemezt. Így a hiányzó acél szerkezeti elem hatását a talplemezre közvetlenül működtetett hegesztési erők képviselik.

Fig. 2.7.1Loads imported from IDEA StatiCa Connection\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2.7.1\qquad Loads imported from IDEA StatiCa Connection}}}Fig. 2.7.1Loads imported from IDEA StatiCa Connection

A Connection és a Detail eltérő merevségdefiníciója miatt (hiányzó acél szerkezeti elem, eltérő anyagmodellek és a beton eltérő reprezentációja) a talplemez és a horgonyok közvetlen kapcsolata a Detail programban általában eltérő teherátrendeződést, és ezért eltérő horgony húzóerőket eredményezne. Ennek elkerülésére a horgonyok a talplemeztől axiálisan szétkapcsolva kerülnek importálásra. A tengelyirányú erőket nem fizikai érintkezés közvetíti, hanem a Connection programból kapott horgonyerőket közvetlenül a Detail programban lévő horgonyokra működtetjük. Ezzel egy időben minden horgony helyén egyenlő nagyságú, ellentétes irányú erő működik a talplemezre is, így a modell globális egyensúlya megmarad. Ez az erőpár (az egyik a horgonyra, a másik a talplemezre hat) a talplemez és a horgony közötti kölcsönhatást képviseli anélkül, hogy a Detail programban a tengelyirányú erők további átrendeződését lehetővé tenné. Ezt a két ellentétes erőt a 2.7.1. ábra szemlélteti.

A nyíróerőket azonban továbbra is a talplemez és a horgonyok közötti kapcsolat viszi át (vagy a nyírófog, illetve a súrlódás). Ez azért lehetséges, mert a talplemezt és a horgonyokat nyírásra kényszerfeltétel köti össze, amely lehetővé teszi, hogy ennek a kapcsolatnak a vonatkozó szabadságfokait szabályozzuk. A Detail programban a felhasználó ezért módosíthatja a nyíróerő átadásának útvonalát – például úgy, hogy a négy horgonyból kettőnél felszabadítja a nyírást, és csak a szélső horgonyokat hagyja nyírásban részt venni –, miközben a tengelyirányú erők a Connection programból importált értéken maradnak.

A beágyazott lemezeknél más megközelítést alkalmaztunk. Több európai méretezési ajánlás előírja, hogy a tengelyirányú erők felvételére csak a vasalás rúdjai vehetők figyelembe, míg a fejes csapokról azt feltételezik, hogy kizárólag nyírást adnak át. Mivel az IDEA StatiCa Connection az exportálás során belsőleg nem tudja szétválasztani a vasalás horgonyaiban és a fejes csapokban ébredő tengelyirányú erőket, a beágyazott lemezek horgonyai a Detail programba teljesen kapcsolt módon, tengelyirányban is kerülnek importálásra. Ez lehetővé teszi, hogy a felhasználó a Detail programban aktiváljon egy méretezési opciót, amelyben a vasalás horgonyai csak tengelyirányú húzást, a fejes csapok pedig csak nyírást vesznek fel. Ebben a munkafolyamatban a fejes csapokhoz eredetileg hozzárendelt tengelyirányú erőt a Detail modellen belül a vasalás horgonyaira kell átrendezni. Ez az átrendezés nem lenne lehetséges, ha a fent leírt ellentétes erőpár módszert alkalmaznánk, ezért kezeljük a beágyazott lemezeket másképp.

3.1 Határállapotok

Teherbírási határállapot

Az egyes szabványok által előírt különböző ellenőrzéseket a modell közvetlen eredményei alapján értékeli a program. Az ULS ellenőrzéseket a beton szilárdságára, a vasalás szilárdságára és a lehorgonyzásra (tapadási nyírófeszültségek) végzi el a program.

A szerkezeti elem hatékony méretezése érdekében érdemes előzetes számítást végezni, amely a következő lépéseket tartalmazza:

  • Válassza ki a legkritikusabb teherkombinációkat.
  • Csak az ULS (teherbírási határállapot) teherkombinációkat számítsa.
  • A számítási idő csökkentése és az esetleges problémák kezelése érdekében használjon durva hálót: növelje az alapértelmezett hálóméret szorzóját a Setup beállításaiban (3.1.1. ábra). Ha a modell megfelelően működik, állítsa vissza a szorzót 1-es értékre.

Fig 3.1.1Mesh multiplier\textsf{\textit{\footnotesize{Fig 3.1.1\qquad Mesh multiplier}}}Fig 3.1.1Mesh multiplier

Egy ilyen modell nagyon gyorsan számol, így a tervezők hatékonyan áttekinthetik a szerkezeti elem részletképzését, és addig futtathatják újra a számítást, amíg a legkritikusabb teherkombinációk esetén minden ellenőrzési követelmény teljesül. Amint az előzetes számítás minden ellenőrzési követelménye teljesült, javasolt a teljes teherbírási teherkombináció-készlet bevonása, valamint a finom hálóméret használata (a program által javasolt hálóméret). A felhasználók a szorzóval módosíthatják a hálóméretet, amely 0,5 és 5 közötti értéket vehet fel (3.1.1. ábra).

Az alapvető eredményeket és ellenőrzéseket (feszültség, alakváltozás és kihasználtság (azaz a számított érték és a szabványban megadott határérték hányadosa), valamint betonelemek esetén a főfeszültségek iránya) különböző ábrák jelenítik meg, ahol a nyomás általában piros, a húzás pedig kék színnel jelenik meg. Kiemelhetők a teljes szerkezetre vonatkozó globális minimum- és maximumértékek, valamint minden felhasználó által meghatározott részre vonatkozó minimum- és maximumértékek is. A program külön lapján megjeleníthetők a részletes eredmények, például a tenzorértékek, a szerkezet alakváltozásai, valamint a vasalási arányok (effektív és geometriai), amelyeket a húzott vasalás húzási merevítő hatásának számításához használ a program. Ezenkívül megjeleníthetők a kiválasztott kombinációkhoz vagy teheresetekhez tartozó terhek és reakciók is.

4.1 Anyagmodellek a 3D CSFM-ben (EN)

Beton – ULS

A 3D CSFM-ben alkalmazott betonmodell az EN 1992-1-1 által a keresztmetszetek méretezésére előírt, egytengelyű nyomási anyagmodelleken alapul, amelyek csak a nyomószilárdságtól függenek. A 3D CSFM alapértelmezés szerint az EN 1992-1-1 3.1.7 (1) pontjában megadott parabola-téglalap diagramot (4.1.1a ábra) használja, de a tervezők választhatják az EN 1992-1-1 3.1.7 (2) pontja szerinti egyszerűbb, rugalmas-képlékeny összefüggést is (4.1.1b ábra). A húzószilárdságot – a klasszikus vasbeton méretezéshez hasonlóan – elhanyagoljuk.

Fig 4.1.1The stress-strain diagrams of concrete for ULS: a) parabola-rectangle diagram; b) bilinear diagram\textsf{\textit{\footnotesize{Fig 4.1.1\qquad The stress-strain diagrams of concrete for ULS: a) parabola-rectangle diagram; b) bilinear diagram}}}Fig 4.1.1The stress-strain diagrams of concrete for ULS: a) parabola-rectangle diagram; b) bilinear diagram

A 3D CSFM IDEA StatiCa Detail programban megvalósított változata nem alkalmaz explicit tönkremeneteli kritériumot a nyomott beton alakváltozására (azaz a csúcsfeszültség elérése után εcu2 (εcu3) értéket 5%-kal számolva képlékeny szakaszt vesz figyelembe, míg az EN 1992-1-1 0,35%-nál kisebb határalakváltozást feltételez). Ez az egyszerűsítés nem teszi lehetővé a nyomásra tönkremenő szerkezetek alakváltozási képességének ellenőrzését. Az fcd teherbírásuk az EN 1992-1-1 3.1.3 pontja szerint azonban megfelelően előrejelezhető, ha a szilárdság növekedésével együtt járó beton törékenység-növekedést az fib Model Code 2010-ben meghatározott ηfc\eta_{fc}ηfc​ csökkentő tényezővel vesszük figyelembe, az alábbiak szerint:

fcd=αcc⋅fck,redγc=αcc⋅ηfc⋅fckγcf_{cd}={\alpha_{cc}} \cdot \frac{f_{ck,red}}{γ_c} = {\alpha_{cc}} \cdot \frac{\eta _{fc} \cdot f_{ck}}{γ_c}fcd​=αcc​⋅γc​fck,red​​=αcc​⋅γc​ηfc​⋅fck​​

ηfc=(30fck)13≤1{\eta _{fc}} = {\left( {\frac{{30}}{{{f_{ck}}}}} \right)^{\frac{1}{3}}} \le 1ηfc​=(fck​30​)31​≤1

ahol:

αcc a nyomószilárdságra gyakorolt hosszú távú hatásokat, valamint a teher működtetési módjából adódó kedvezőtlen hatásokat figyelembe vevő tényező. Értéke az EN 1992-1-1 3.1.6 (1) pontja szerint határozandó meg. Az alapértelmezett érték 1,0.

fck a beton hengerszilárdságának karakterisztikus értéke (MPa-ban az ηfc\eta_{fc}ηfc​ meghatározásához).

Vasalás

Alapértelmezés szerint a csupasz betonacélokra az EN 1992-1-1 3.2.7 szakaszában megadott idealizált, bilineáris feszültség-alakváltozás diagramot (4.1.2 ábra) vesszük figyelembe. A diagram megadásához a tervezési fázisban csak a vasalás alapvető jellemzőit kell ismerni (szilárdsági és szívósági osztály). Ha ismert, a vasalás tényleges feszültség-alakváltozás összefüggése (melegen hengerelt, hidegen alakított, edzett és önmagától megeresztett, …) is figyelembe vehető. A vasalás feszültség-alakváltozás diagramját a felhasználó is megadhatja, de ebben az esetben nem vehető figyelembe a húzási merevítő hatás (a repedéstágasság nem számítható). A vízszintes felső szakaszú feszültség-alakváltozás diagram alkalmazása nem teszi lehetővé a szerkezeti tartósság ellenőrzését. Ezért a szabványos szívóssági követelmények kézi ellenőrzése szükséges.

Fig. 4.1.2 Stress-strain diagram of reinforcement: a) bilinear diagram with an inclined top branch; b) bilinear diagram\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.1.2 \qquad Stress-strain diagram of reinforcement: a) bilinear diagram with an inclined top branch; b) bilinear diagram}}}Fig. 4.1.2 Stress-strain diagram of reinforcement: a) bilinear diagram with an inclined top branch; b) bilinear diagram with a horizontal top branch.\textsf{\textit{\footnotesize{with a horizontal top branch.}}}with a horizontal top branch.

A húzási merevítő hatást (4.1.3 ábra) a program automatikusan figyelembe veszi: a csupasz betonacél bemeneti feszültség-alakváltozás összefüggését úgy módosítja, hogy az a betonba ágyazott acélbetétek átlagos merevségét (εm) tükrözze.

Fig. 4.1.3Scheme of tension stiffening.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.1.3\qquad Scheme of tension stiffening.}}}Fig. 4.1.3Scheme of tension stiffening.

4.2 Parciális biztonsági tényezők

A Compatible Stress Field Method megfelel a modern tervezési szabványoknak. Mivel a számítási modellek csak szabványos anyagjellemzőket használnak, a tervezési szabványokban előírt részleges biztonsági tényezős formátum módosítás nélkül alkalmazható. Ennek megfelelően a bemeneti terheket a program szorzótényezőkkel növeli, a jellemző anyagjellemzőket pedig a tervezési szabványokban előírt biztonsági tényezőkkel csökkenti, pontosan úgy, mint a hagyományos betonszerkezet-számításban. Az EN 1992-1-1 2.4.2.4 fejezetében előírt anyagi biztonsági tényezők, valamint az EN 1992-4, EN 1993-1-8 és EN 1994-1-1 szabványokban a horgonyokra előírt tényezők alapértelmezettként be vannak állítva, de a felhasználó a Szabvány és számítási beállítások között módosíthatja a biztonsági tényezőket (4.2.1. ábra).

Fig. 4.2.1The setting of  material safety factors in Idea StatiCa Detail.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.2.1\qquad The setting of  material safety factors in Idea StatiCa Detail.}}}Fig. 4.2.1The setting of  material safety factors in Idea StatiCa Detail.

A terhek biztonsági tényezőit a felhasználónak kell megadnia a Kombinációs szabályok között, a teheresetek minden nemlineáris kombinációjához (4.2.2. ábra). Az Idea StatiCa Detail programban megvalósított összes sablonhoz a részleges biztonsági tényezők előre meg vannak határozva.

Fig. 4.2.2The setting of  load partial factors in Idea StatiCa Detail.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.2.2\qquad The setting of  load partial factors in Idea StatiCa Detail.}}}Fig. 4.2.2The setting of  load partial factors in Idea StatiCa Detail.

A részleges biztonsági tényezők megfelelő, felhasználó által megadott kombinációinak használatával a felhasználók a 3D CSFM módszerrel a globális ellenállási tényező módszer szerint is számíthatnak (Navrátil et al. 2017), de ezt a megközelítést a tervezési gyakorlatban alig alkalmazzák. Egyes útmutatók a nemlineáris számításhoz a globális ellenállási tényező módszer használatát javasolják. Az egyszerűsített nemlineáris számításoknál (például a 3D CSFM esetén) azonban, amelyek csak a hagyományos kézi számításokban használt anyagjellemzőket igénylik, továbbra is a részleges biztonsági tényezős formátum használata a kedvezőbb.

Végső határállapot ellenőrzések

Az EN 1992-1-1 által előírt különböző igazolásokat a modell közvetlen eredményei alapján értékeljük. A ULS igazolásokat a beton szilárdságára, a vasalás szilárdságára és a lehorgonyzásra (tapadási nyírófeszültségek) végezzük el.

Szilárdság – beton

A nyomott beton szilárdságát a végeselem-analízisből kapott maximális egyenértékű főfeszültség σc,eq és a σc,lim = fcd határérték hányadosaként értékeljük.

Az egyenértékű főfeszültség az általános háromtengelyű feszültségállapotnak megfelelő egyenértékű egytengelyű feszültséget fejezi ki.

σc,eq=σc3−σc1\sigma_{c,eq} = \sigma_{c3} - \sigma_{c1}σc,eq​=σc3​−σc1​

A σc,eq érték ezért közvetlenül összehasonlítható az egytengelyű szilárdsági határértékekkel az 1992-1-1 3.1.7 (1) pontja szerint.

Ez a kifejezés a Mohr–Coulomb-féle képlékenységi elmélet alkalmazásából származik, a belső súrlódási szöget biztonság javára közelítve φ = 0° értékűnek véve.

Szilárdság – vasalás

A vasalás szilárdságát húzásra és nyomásra is a repedéseknél a vasalásban fellépő σsr feszültség és a megadott σs,lim határérték hányadosaként értékeljük:

σs,lim=k⋅fykγsfor bilinear diagram with inclined top branchσ_{s,lim} = \dfrac{k \cdot f_{yk}}{γ_s}\qquad\qquad\textsf{\small{for bilinear diagram with inclined top branch}}σs,lim​=γs​k⋅fyk​​for bilinear diagram with inclined top branch

σs,lim=fykγs    for bilinear diagram with horizontal top branchσ_{s,lim} = \dfrac{f_{yk}}{γ_s}\qquad\qquad\,\,\,\,\textsf{\small{for bilinear diagram with horizontal top branch}}σs,lim​=γs​fyk​​for bilinear diagram with horizontal top branch

ahol:

fyk        a vasalás folyáshatára az EN 1992-1-1 3.2.3 pontja szerint,

k          a ftk szakítószilárdság és a folyási feszültség aránya,
            k=ftkfykk = \dfrac{f_{tk}}{f_{yk}}k=fyk​ftk​​

γs             a vasalás parciális biztonsági tényezője.

Szilárdság – horgonyok

A horgonyokat normálfeszültségekre a vasalásához hasonló módon ellenőrizzük, ahol meghatározzuk a σs,lim határértéket.

Ezen felül a horgonyokra megadjuk az NEd és VEd értékeket, amelyeket a kiválasztott szabvány szerint az NRd,s és VRd,s értékekkel vetünk össze. A szabványt a Projektbeállításokban használt horgonytípus alapján választjuk ki.

Fig. 4.3.1EN 1992-1-1 Figure 8.2 - Anchor check - Design code selection\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.1\qquad EN 1992-1-1 Figure 8.2 - Anchor check - Design code selection}}}Fig. 4.3.1EN 1992-1-1 Figure 8.2 - Anchor check - Design code selection

Mivel a különböző szabványok eltérő megközelítést alkalmaznak a horgonyok ellenőrzésére, a felhasználó az egyes horgonytípusokhoz a következő szabványokat választhatja:

  • Csavaranyagból készült horgonyok húzásra és/vagy nyírásra – EN 1992-4, EN 1993-1-8
  • Fejes csapok húzásra és/vagy nyírásra – EN 1992-4, EN 1994-1-1
  • Húzásra és/vagy nyírásra igénybe vett horgonyok – EN 1992-4, EN 1992-1-1
  • Nyomásra és/vagy hajlításra igénybe vett horgonyok – EN 1993-1-1

Húzásellenőrzés az EN 1992-4 szerint – 7.2.1.3

NRd,s=c⋅As⋅fukγMsN_{Rd,s} = \frac{c \cdot A_s \cdot f_{uk}}{\gamma_{Ms}}NRd,s​=γMs​c⋅As​⋅fuk​​

ahol:

  • c – a vágott menetek miatti csökkentő tényező  
  • fuk – a csavar minimális szakítószilárdsága
  • As – a horgonycsavar húzott keresztmetszeti területe (csavaranyag esetén a menet miatt csökkentve)
  • γMs=1.2⋅fukfyk≥1.4\gamma_{Ms} = 1.2 \cdot \dfrac{f_{uk}}{f_{yk}} \ge 1.4γMs​=1.2⋅fyk​fuk​​≥1.4 – az acél parciális biztonsági tényezője 
  • fyk – a csavar minimális folyáshatára

Húzásellenőrzés az EN 1993-1-8 szerint – 3.6.1

NRd,s=Ft.Rd=c⋅k2⋅fub⋅AsγM2N_{Rd,s} = F_{t.Rd} = \frac{c \cdot k_2 \cdot f_{ub} \cdot A_s}{\gamma_{M2}}NRd,s​=Ft.Rd​=γM2​c⋅k2​⋅fub​⋅As​​ 

ahol:

  • c – a vágott menetű csavarok húzási ellenállásának csökkenése az EN 1993-1-8 3.6.1 (3) pontja szerint 
  • k2 = 0,9 – tényező nem süllyesztett fejű horgonyokhoz 
  • fub – a horgonycsavar szakítószilárdsága 
  • As – a horgonycsavar húzott keresztmetszeti területe (csavaranyag esetén a menet miatt csökkentve)
  • γM2 =1,25 – a csavarok parciális biztonsági tényezője (EN 1993-1-8, 2.1 táblázat) 

Húzásellenőrzés az EN 1992-1-1 szerint – 3.2.7

NRd,s=kfykγSN_{Rd,s} = \frac{kf_{yk}}{\gamma_{S}}NRd,s​=γS​kfyk​​

ahol:

  • k=(ft/fy)k=(f_{t}/f_{y})k=(ft​/fy​) értékét a C melléklet tartalmazza
  • fyk – a folyáshatár karakterisztikus értéke
  • γM2 =1,15 – a vasalás parciális biztonsági tényezője

Nyomásellenőrzés az EN 1993-1-1 szerint – 6.3

Minden normál irányú nyomóerővel terhelt horgonyra alkalmazandó, anyagától és távtartó típusától függetlenül. 

Fc,Rd=χ AsfyγM2F_{c,Rd}=\frac{\chi\,A_s f_y}{\gamma_{M2}}Fc,Rd​=γM2​χAs​fy​​

Ahol:

  • χ=1Φ+Φ2−λˉ2≤1\chi=\dfrac{1}{\Phi+\sqrt{\Phi^2-\bar{\lambda}^2}}\le 1χ=Φ+Φ2−λˉ2​1​≤1 – kihajlási csökkentő tényező
  • Φ=0.5[1+α(λˉ−0.2)+λˉ2]\Phi=0.5\left[1+\alpha\left(\bar{\lambda}-0.2\right)+\bar{\lambda}^2\right]Φ=0.5[1+α(λˉ−0.2)+λˉ2] – a χ kihajlási csökkentő tényező meghatározásához szükséges érték 
  • α=0.49\alpha=0.49α=0.49 – kezdeti görbeségi tényező a „c” kihajlási görbéhez (teljes körkeresztmetszet esetén)
  • λˉ=AsfyNcr\bar{\lambda}=\sqrt{\dfrac{A_s f_y}{N_{cr}}}λˉ=Ncr​As​fy​​​ – viszonyított karcsúság
    • As – a menetekkel csökkentett horgonykeresztmetszet
  • Ncr=π2EILcr2N_{cr}=\dfrac{\pi^2 E I}{L_{cr}^2}Ncr​=Lcr2​π2EI​  – Euler-féle kritikus erő
  • I=πds464I=\dfrac{\pi d_s^4}{64}I=64πds4​​ – a csavar másodrendű nyomatéka (inerciája)
    • ds – a menetekkel csökkentett horgonyátmérő
  • Lcr=2 lL_{cr}=2\,lLcr​=2l  – kihajlási hossz; a biztonság javára feltételezzük, hogy a csavar a betonban befogott, a talplemeznél pedig szabadon elfordulhat 
  • l=lal=l_{a}l=la​ – a csavarszakasz hossza, amely a talplemez vastagságának felével, a hézaggal és a csavarátmérő felével egyenlő; a biztonság javára feltételezzük, hogy az alátét és az anyacsavar nincs a betonfelülethez szorítva (ETAG 001 – C melléklet – 4.2.2.4 pont), lásd a 4.3.2 ábrát.

Nyírásellenőrzés az EN 1992-4 szerint – 7.2.2.3

Távtartó = közvetlen esetén a karhatás nélküli nyírást vesszük figyelembe (EN 1992-4 – 7.2.2.3.1 pont):

VRd,s=k6⋅As⋅fukγMsV_{Rd,s} = \frac{k_6 \cdot A_s \cdot f_{uk}}{\gamma_{Ms}}VRd,s​=γMs​k6​⋅As​⋅fuk​​

Távtartó = habarcsfuga esetén a karhatással számított nyírást vesszük figyelembe (EN 1992-4 – 7.2.2.3.2 pont):

VRd,s=αM⋅MRk,sγMs⋅laV_{Rd,s} = \frac{\alpha_M \cdot M_{Rk,s}}{\gamma_{Ms} \cdot l_a}VRd,s​=γMs​⋅la​αM​⋅MRk,s​​

ahol:

  • k6 = 0,6 a fuk ≤ 500 MPa értékű horgonyok esetén; k6 = 0,5 egyébként
  • As – a horgony menetekkel csökkentett nyírt keresztmetszeti területe
  • fuk – a horgonycsavar szakítószilárdsága
  • αM = 2 – teljes befogást feltételezünk (EN 1992-4 – 6.2.2.3 pont)
  • MRk,s=MRk,s0(1−NEdNRd,s)M_{Rk,s} = M^{0}_{Rk,s} \left(1 - \dfrac{N_{Ed}}{N_{Rd,s}} \right)MRk,s​=MRk,s0​(1−NRd,s​NEd​​) – a horgony karakterisztikus hajlítási ellenállása a horgonyban ébredő húzóerővel csökkentve
  •  MRk,s0=1.2⋅Wel⋅fubM^{0}_{Rk,s} = 1.2 \cdot W_{el} \cdot f_{ub}MRk,s0​=1.2⋅Wel​⋅fub​ – a horgony karakterisztikus hajlítási ellenállása (ETAG 001, Cmelléklet – (5.5b) egyenlet)
  • Wel=πd332W_{el} = \dfrac{\pi d^{3}}{32}Wel​=32πd3​ – a horgony keresztmetszeti modulusa
  • d – a horgonycsavar átmérője; ha a nyírási sík a menetes szakaszban van (menetes rúd esetén ez mindig így van), a menetekkel csökkentett átmérőt kell használni; egyébként a névleges átmérőt, dnom, kell alkalmazni
  • NEd – a horgonyban ébredő húzóerő
  • NRd,s – a horgony húzási ellenállása
  • la=0.5 dnom+tmortar+0.5 tbpl_{a} = 0.5\, d_{\mathrm{nom}} + t_{\mathrm{mortar}} + 0.5\, t_{\mathrm{bp}}la​=0.5dnom​+tmortar​+0.5tbp​ – erőkar
  • tmortar – a habarcs (alávetés) vastagsága
  • tbp – a talplemez vastagsága
  • γMs=1.0⋅fukfyk≥1.25\gamma_{Ms} = 1.0 \cdot \dfrac{f_{uk}}{f_{yk}} \ge 1.25γMs​=1.0⋅fyk​fuk​​≥1.25 for fuk≤800 MPaf_{uk} \le 800 \text{ MPa}fuk​≤800 MPa and  fykfuk≤0.8\dfrac{f_{yk}}{f_{uk}} \le 0.8fuk​fyk​​≤0.8; γMs = 1,5 egyébként – az acél tönkremenetelének parciális biztonsági tényezője (EN 1992-4 – 4.1 táblázat)

Nyírásellenőrzés az EN 1993-1-8 szerint – 6.2.2

A horgony acél nyírási ellenállását az EN 1993-1-8 – 6.2.2 (7) szerint határozzuk meg, a közvetlen vagy habarcsfugás távtartótól függetlenül. Az alávetés szilárdságának és vastagságának meg kell felelnie a 6.2.5 (7) pontnak.

VRd,s=Fv,b,Rd=min⁡{F1v,b,Rd, F2v,b,Rd}V_{Rd,s} = F_{v,b,Rd} = \min \left\{ F_{1v,b,Rd} ,\, F_{2v,b,Rd} \right\}VRd,s​=Fv,b,Rd​=min{F1v,b,Rd​,F2v,b,Rd​}

ahol:

F1v,b,Rd=αv⋅fub⋅AγM2F_{1v,b,Rd} = \frac{\alpha_v \cdot f_{ub} \cdot A}{\gamma_{M2}}F1v,b,Rd​=γM2​αv​⋅fub​⋅A​

  • αv = 0,6 a 4.6, 5.6 és 8.8 szilárdsági osztályok esetén, valamint 0,5 a 4.8, 5.8, 6.8 és 10.9 szilárdsági osztályok esetén
  • fub – a csavaranyag szakítószilárdsága
  • A – a csavar húzott keresztmetszeti területe, A = As, ahol As a csavar húzott keresztmetszeti területe (a menet miatt csökkentve)
  • γM2 – biztonsági tényező – EN 1993-1-8 – 2.1 táblázat

F2v,b,Rd=αb⋅fub⋅AsγM2F_{2v,b,Rd} = \frac{\alpha_b \cdot f_{ub} \cdot A_s}{\gamma_{M2}}F2v,b,Rd​=γM2​αb​⋅fub​⋅As​​

  • ​ αb=0.44−0.0003 fyb\alpha_b = 0.44 - 0.0003\, f_{yb}αb​=0.44−0.0003fyb​
  • αb a horgonycsavar folyáshatárától függő együttható
  • fyb – a horgony folyáshatára; 235 MPa ≤ fyb ​≤ 640 MPa
  • fub – a horgony szakítószilárdsága 
  • As – húzott keresztmetszeti terület (a menet miatt csökkentve)

Nyírásellenőrzés az EN 1993-1-1 szerint – 6.2.6

Ezeket a szabványellenőrzéseket azokra a horgonyokra alkalmazzuk, amelyek a talplemezhez hézaggal csatlakoznak, vagy közvetlenül terhelt horgonyokra, amelyek kinyúló hossza az átmérőjük 0,5-szeresénél nagyobb.

Vpl,Rd=Avfy/3γM2V_{pl,Rd}=\frac{A_v f_y/\sqrt{3}}{\gamma_{M2}}Vpl,Rd​=γM2​Av​fy​/3​​

ahol:

  • AV = 0,844 As – nyírt keresztmetszeti terület
  • As – a menetekkel csökkentett csavarkeresztmetszet
  • fy – a csavar folyáshatára
  • γM2 – parciális biztonsági tényező (a Projektbeállításokban megadva)

Nyírásellenőrzés az EN 1994-1-1 szerint – 6.6.3.1

VRd,s=PRd=0.8 fu π d24 γvV_{Rd,s} = P_{Rd} = \frac{0.8 \, f_u \, \pi \, d^2}{4 \, \gamma_v}VRd,s​=PRd​=4γv​0.8fu​πd2​

ahol:

  • γv a nyírt kapcsolat parciális tényezője az EN 1994-1-1 2.4.1.2 pontja szerint. A γv ajánlott értéke 1,25
  • d a csap szárának átmérője, 16 mm ≤ d ≤ 25 mm;
  • fu a csap anyagának előírt szakítószilárdsága, de legfeljebb 500 MPa.

Az EN 1994-1-1 6.6.3.1 pontja a (6.19) egyenletet is tartalmazza, amely a csap nyírási ellenállását a beton átszúrási (palástnyomási) teherbírásával korlátozza. Az IDEA StatiCa Detail programban ezt a tönkremeneti módot az utófeldolgozás nem külön szabványi képlettel ellenőrzi. Ehelyett közvetlenül a nemlineáris végeselem-analízisbe épül be leállítási feltételként: az analízis leáll, mielőtt a horgonyban ébredő nyíróerő elérné a (6.19) egyenletből adódó megfelelő PRd
értéket. Ezt a megközelítést azért alkalmazzuk, mert a (6.19) egyenlet kizárólag az acéllemezhez hegesztett fejes csapokra és a 6.6.3.1 pontban megadott 16 mm ≤ d ≤ 25 mm csapátmérő-tartományra érvényes.

A gyakorlati esetek szélesebb körének lefedésére 3D referenciamodellek sorozatát hoztuk létre az Abaqus programban 8 mm és 50 mm közötti horgonyátmérőkkel és C16/20 és C50/60 közötti betonszilárdságokkal. A csapokat vagy merev hegesztéssel kapcsoltuk a talplemezhez, vagy csuklós kapcsolattal modelleztük. A Detail programban az anyagmodelleket és az érintkezési paramétereket ezekhez az Abaqus-szimulációkhoz kalibráltuk, amelyeket viszont a (6.19) egyenlet érvényességi tartományán belül ellenőriztünk. Ez a leállítási feltétel minden horgonytípusra és minden EN szabványra érvényes.

Hajlításellenőrzés az EN 1993-1-1 szerint – 6.2.5

Mpl,Rd=WplfyγM2M_{pl,Rd}=\frac{W_{pl} f_y}{\gamma_{M2}}Mpl,Rd​=γM2​Wpl​fy​​

Ahol:

  • Wpl=ds36W_{pl}=\dfrac{d_s^{3}}{6}Wpl​=6ds3​​ – a csavar keresztmetszeti modulusa
    • ds – a menetekkel csökkentett horgonyátmérő
  • fy – az anyag folyáshatára
  • γM2 – parciális biztonsági tényező (a Projektbeállításokban megadva)

Működő hajlítónyomaték méretezési értéke MEd – Ha a nyíróterhelés erőkarral hat, figyelembe kell venni a kötőelemre ható hajlítónyomatékot. A kötőelemre ható hajlítónyomaték méretezési értékét az EN 1993-1-1 (6.1) képlete szerint számítjuk:

MEd=VEd⋅laαMM_{Ed}=V_{Ed}\cdot\frac{l_a}{\alpha_M}MEd​=VEd​⋅αM​la​​

ahol:

  • VEd – a vizsgált kötőelemre ható nyíróterhelés
  • la = a3 + e1
    • a3 = 0,5dnom, ahol dnom a horgony átmérője
    • e1 – a nyíróterhelés és a betonfelület közötti távolság, a kiegyenlítő habarcs vastagságát figyelmen kívül hagyva
  • αM = 2 – teljes befogást feltételezünk (EN 1992-4 – 6.2.2.3 pont)

Fig. 4.3.2Buckling length\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.2\qquad Buckling length}}}Fig. 4.3.2Buckling length

Húzás és nyírás kölcsönhatása a horgony acélanyagában

A húzás és nyírás kölcsönhatását az EN 1993-1-8 szerint a horgony nyírásellenőrzése implicit módon tartalmazza.

A húzás és nyírás kölcsönhatását az EN 1992-4 szerint az acél és a beton tönkremeneteli módjaira külön-külön határozzuk meg a 7.3 táblázat alapján. Az acélban fellépő kölcsönhatást minden horgonyra külön ellenőrizzük.

(NEdNRd,s)2+(VEdVRd,s)2≤1\left( \frac{N_{Ed}}{N_{Rd,s}} \right)^{2}+\left( \frac{V_{Ed}}{V_{Rd,s}} \right)^{2}\le 1(NRd,s​NEd​​)2+(VRd,s​VEd​​)2≤1

Az EN 1994-1-1 6.6.3.2 pontja szerint, ha a horgonyban ébredő húzóerő nagyobb, mint 0,1PRd, az ellenőrzést ez a szabvány nem fedi le. Ebben az esetben a kölcsönhatást az alkalmazásban az EN 1992-4 szerint értékeljük. Ilyenkor a nyírásellenőrzést nem kell az EN 1994-1-1 szerint figyelembe venni.

Húzás vagy nyomás és hajlítás kölcsönhatása a horgony acélanyagában – EN 1993-1-1 – 6.2.1

NEdNRd+MEdMRd≤1\frac{N_{Ed}}{N_{Rd}}+\frac{M_{Ed}}{M_{Rd}}\le 1NRd​NEd​​+MRd​MEd​​≤1

ahol:

  • NEd – húzó (pozitív) vagy nyomó (negatív előjelű) méretezési erő
  • NRd – húzási (pozitív, Ft,Rd) vagy nyomási (negatív előjelű, Fc,Rd) méretezési ellenállás
  • MEd – hajlítónyomaték méretezési értéke
  • MRd = Mpl,Rd – hajlítási méretezési ellenállás

Kihúzódás-ellenőrzés fejes horgonyokra (alátétlemezek és fejes csapok)

A fejes horgonyokhoz további leállítási feltétel áll rendelkezésre a horgonyfej feletti beton palástnyomásának (zúzódásának) – a kihúzódásnak – ellenőrzésére. Az analízis során a fej és a beton érintkezésén átadódó nyomóerőt figyeljük, és összevetjük az EN 1992-4 7.2.1.5 pontjában (fejes kötőelemek kihúzódásos tönkremenetele) megadott határértékkel.

NRd,p=k2⋅Ah⋅fck/γMpN_{Rd,p} = k_2 \cdot A_h \cdot f_{ck} / \gamma_{Mp}NRd,p​=k2​⋅Ah​⋅fck​/γMp​

ahol:

  • Ah a kötőelem fejének teherviselő felülete (a szár keresztmetszete nélkül). 
  • fck a beton nyomószilárdságának karakterisztikus értéke – EN 1992-1-1 3.1.2 pont
  • γMp értékét az alkalmazásban γMp = γc módon vesszük fel, 1,5 alapértékkel
  •  k2​ értéke mindig 7,5, azaz a berepedt betonra vonatkozó érték. Ez összhangban van a Detail programban alkalmazott CSFM megközelítéssel, amelyben a beton húzószilárdságát figyelmen kívül hagyjuk, és a betont húzásra berepedtnek tekintjük. 

Amint az érintkezési erő eléri ezt a szabványon alapuló határértéket, a leállítási feltétel teljesül, és az analízis leáll, mielőtt a kihúzódási méretezési ellenállás túllépésre kerülne.

Lehorgonyzás -  Tapadási feszültség

A tapadási nyírófeszültséget külön értékeljük a végeselem-analízissel számított τb tapadási feszültség és az EN 1992-1-1 8.4.2 pontja szerinti fbd, határtapadási szilárdság hányadosaként:

τbfbd≤1\frac{τ_{b}}{f_{bd}}\le 1fbd​τb​​≤1

fbd=2.25⋅η1⋅η2⋅fctdf_{bd} = 2.25 \cdot η_1\cdot η_2\cdot f_{ctd}fbd​=2.25⋅η1​⋅η2​⋅fctd​

ahol:

  • fctd      a beton húzószilárdságának méretezési értéke az EN 1992-1-1 3.1.6 (2) pontja szerint. A nagyobb szilárdságú betonok növekvő ridegsége miatt az fctk,0.05 értékét a C60/75 betonra vonatkozó értékre korlátozzuk az EN 1992-1-1 8.4.2 (2) pontja szerint
  • η1       a tapadási feltételek minőségével és a rúd betonozás közbeni helyzetével összefüggő együttható (4.3.3 ábra).
  • η1 = 1,0, ha „jó” tapadási feltételek állnak fenn, és
  • η1 = 0,7 minden más esetben, valamint csúszózsalus technológiával készült szerkezeti elemekben lévő rudak esetén, hacsak nem igazolható, hogy „jó” tapadási feltételek állnak fenn
  • η2        a rúdátmérőtől függ:
    η2 = 1,0, ha Ø ≤ 32 mm
    η2 = (132 - Ø)/100, ha Ø > 32 mm

Fig. 4.3.3EN 1992-1-1 Figure 8.2 - Description of bond conditions.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.3\qquad EN 1992-1-1 Figure 8.2 - Description of bond conditions.}}}Fig. 4.3.3EN 1992-1-1 Figure 8.2 - Description of bond conditions.

Az IDEA StatiCa Detail programban a tapadási feltételeket a 4.3.3 ábra c) és d) pontja szerint vesszük figyelembe. A betonozás irányát az alkalmazásban minden projektelemhez külön lehet megadni az alábbiak szerint:

Fig. 4.3.4Direction of concreting\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.4\qquad Direction of concreting}}}Fig. 4.3.4Direction of concreting

Ezeket az igazolásokat a szerkezet adott részeire vonatkozó megfelelő határértékekhez viszonyítva végezzük el (azaz annak ellenére, hogy a beton és a vasalás anyagához egyetlen anyagminőség tartozik, a végső feszültség-alakváltozás diagramok a szerkezet egyes részein eltérőek lesznek a húzási merevítő hatás és a nyomási lágyulás miatt).

Lehorgonyzás - Teljes erő

Teljes erő Ftot és határerő Flim

A teljes erő Ftot a végeselem-analízis eredménye, és kétféleképpen határozható meg.

Ftot=As⋅σsF_{tot}=A_{s}\cdot \sigma_{s}Ftot​=As​⋅σs​

ahol As a vasalásrúd keresztmetszeti területe, σs pedig a rúdban fellépő feszültség.

Vagy a lehorgonyzási erő Fa és a tapadási erő Fbond összegeként.

Ftot=Fa+FbondF_{tot}=F_{a}+F_{bond}Ftot​=Fa​+Fbond​

ahol Fa a lehorgonyzási rugóban ébredő tényleges erő, Fbond pedig a tapadási erő, amely a τb tapadási feszültségnek a vasalásrúd l hossza menti integrálásával kapható meg.

Fbond=Cs⋅∫0lτb(x)dxF_{bond}=C_{s} \cdot \int_{0}^{l}\tau_{b}\left( x \right)dxFbond​=Cs​⋅∫0l​τb​(x)dx

Cs a vasalásrúd kerülete.

A Flim határerő a betonacél elemében fellépő maximális erő, amely figyelembe veszi a betonacél szakítószilárdságát, valamint a lehorgonyzási feltételeket (a beton és a vasalás közötti tapadást, valamint a lehorgonyzó kampókat, hurkokat stb.).

Flim=min(Flim,bond+Fau,Fu)F_{lim}=min\left( F_{lim,bond}+F_{au},F_{u} \right)Flim​=min(Flim,bond​+Fau​,Fu​)

Fu=k⋅fyd⋅AsF_{u}=k\cdot f_{yd}\cdot A_{s}Fu​=k⋅fyd​⋅As​

Fau=β⋅k⋅fyd⋅AsF_{au}=\beta\cdot k\cdot f_{yd}\cdot A_{s}Fau​=β⋅k⋅fyd​⋅As​

Flim,bond=Cs⋅l⋅fbdF_{lim,bond}=C_{s}\cdot l \cdot f_{bd}Flim,bond​=Cs​⋅l⋅fbd​

ahol Cs a vasalásrúd kerülete, l pedig a betonacél kezdetétől a vizsgált pontig mért hossz.

Fig. 4.3.5Definition of the limit force Flim\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.5\qquad Definition of the limit force Flim}}}Fig. 4.3.5Definition of the limit force Flim

Flim,2=Flim,1+Flim,addF_{lim,2}=F_{lim,1}+F_{lim,add}Flim,2​=Flim,1​+Flim,add​

ahol Flim,add a szomszédos elemek közötti szög nagyságából számított kiegészítő erő. Az Flim,2 értéke mindig kisebb kell, hogy legyen, mint Fu.

Lehorgonyzási típusok a vasalás végén (horgonyok és betonacélok)

A 3D CSFM-ben elérhető lehorgonyzási típusok közé tartozik az egyenes rúd (azaz a rúdvégi lehorgonyzás nem csökken), a hajlítás, a kampó, a hurok, a hegesztett keresztrúd, a tökéletes tapadás és a folytonos rúd. Ezeket a típusokat a megfelelő β lehorgonyzási tényezőkkel együtt a 4.3.6 ábra mutatja a hosszvasalásra, a 4.3.7 ábra pedig a kengyelekre. Az alkalmazott lehorgonyzási tényezők értékei megfelelnek az EN 1992-1-1 8.4.4 szakasz 8.2 táblázatának. Meg kell jegyezni, hogy a különböző elérhető lehetőségek ellenére a 3D CSFM háromféle lehorgonyzási véget különböztet meg: (i) a lehorgonyzási hossz csökkentése nélkül, (ii) a lehorgonyzási hossz 30%-os csökkentésével szabványos lehorgonyzás esetén, és (iii) tökéletes tapadás.

Fig. 4.3.6 Available anchorage types and respective anchorage coefficients for longitudinal reinforcing bars in the 3D CSFM:\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.6\qquad  Available anchorage types and respective anchorage coefficients for longitudinal reinforcing bars in the 3D CSFM:}}}Fig. 4.3.6 Available anchorage types and respective anchorage coefficients for longitudinal reinforcing bars in the 3D CSFM:

(a) straight bar; (b) bend; (c) hook; (d) loop; (e) welded transverse bar; (f) perfect bond; (g) continuous bar.\textsf{\textit{\footnotesize{(a) straight bar; (b) bend; (c) hook; (d) loop; (e) welded transverse bar; (f) perfect bond; (g) continuous bar.}}}(a) straight bar; (b) bend; (c) hook; (d) loop; (e) welded transverse bar; (f) perfect bond; (g) continuous bar.

Fig. 4.3.7 Available anchorage types and respective anchorage coefficients for stirrups.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.7\qquad  Available anchorage types and respective anchorage coefficients for stirrups.}}}Fig. 4.3.7 Available anchorage types and respective anchorage coefficients for stirrups.

Closed stirrups: (a) hook; (b) bend; (c) overlap. Open stirrups: (d) hook; (e) continuous bar.\textsf{\textit{\footnotesize{Closed stirrups: (a) hook; (b) bend; (c) overlap. Open stirrups: (d) hook; (e) continuous bar.}}}Closed stirrups: (a) hook; (b) bend; (c) overlap. Open stirrups: (d) hook; (e) continuous bar.

Az EN 1992-1-1 követelményeinek teljesítéséhez a számításban a lehorgonyzási rugót kell alkalmazni, amelyet a β együttható módosít, ezért a felhasználónak a vasalás kezdő- és végfeltételeinek megadásakor az elérhető lehorgonyzási típusok egyikét kell használnia. 

5.1 Anyagmodellek a 3D CSFM-ben (ACI)

Beton – szilárdság

A CSFM-ben a szilárdsági számításokhoz alkalmazott betonmodell a beton parabolikus-képlékeny feszültség-alakváltozás görbéjén alapul. Ez a Portland Cement Association parabolikus feszültség-alakváltozás görbéje, amelyet a PCA Notes on ACI 318-99 Building Code Requirements for Structural Concrete 6-8. ábrája ismertet. A húzószilárdságot – a klasszikus vasbeton méretezéshez hasonlóan – figyelmen kívül hagyjuk.

Fig. 5.1.1The stress-strain diagram of concrete for Strength analysis\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.1.1\qquad The stress-strain diagram of concrete for Strength analysis}}}Fig. 5.1.1The stress-strain diagram of concrete for Strength analysis

A CSFM IDEA StatiCa Detail programban megvalósított változata nem alkalmaz explicit tönkremeneteli feltételt a nyomott beton alakváltozására (azaz a csúcsfeszültség elérése után képlékeny ágat vesz figyelembe, amelyben εc0 maximális értéke 5%, míg az ACI 318-19 22.2.2.1. pontja 0,3%-nál kisebb határalakváltozást feltételez). Ez az egyszerűsítés nem teszi lehetővé a nyomásra tönkremenő szerkezetek alakváltozási képességének ellenőrzését. A szilárdság azonban helyesen becsülhető, ha a beton szilárdságának növekedésével járó rideg viselkedést az ηfc\eta_{fc}ηfc​ csökkentő tényezővel vesszük figyelembe, amelyet a fib Model Code 2010 az alábbiak szerint határoz meg:

fc,lim′=α1⋅ϕc⋅ηfc⋅fc′f'_{c,lim}=\alpha_{1}\cdot\phi_{c}\cdot \eta _{fc}\cdot f'_{c}fc,lim′​=α1​⋅ϕc​⋅ηfc​⋅fc′​

ηfc=(30fc′)13≤1{\eta _{fc}} = {\left( {\frac{{30}}{{{f'_{c}}}}} \right)^{\frac{1}{3}}} \le 1ηfc​=(fc′​30​)31​≤1

ahol:

α1 a beton nyomószilárdságának csökkentő tényezője, amelyet az ACI 318-19 22.2.2.4.1. pontja határoz meg. Parabola-téglalap feszültség-alakváltozás diagram alkalmazásakor a legnagyobb nyomófeszültséget ezzel a tényezővel csökkenteni kell. Ez átlagolja a feszültségeloszlást a nyomott zónában oly módon, hogy a kapott nyomószilárdság kisebb vagy egyenlő legyen a csökkenő képlékeny ággal rendelkező feszültség-alakváltozás diagram alapján számított nyomószilárdsággal. 

Φc a beton szilárdságcsökkentő tényezője. Az alapértelmezett érték az ACI 318-19 24.2.1. táblázata (b)(f) szerint van beállítva.

f'c a beton hengerszilárdsága (MPa-ban az ηfc\eta_{fc}ηfc​ meghatározásához).

Vasalás

A nem előfeszített vasalás esetében tökéletesen rugalmas-képlékeny feszültség-alakváltozás diagramot veszünk figyelembe, meghatározott folyási határral. Lásd: ACI 319-19 20.2.1. pont. A diagram megadásához csak a vasalás alapvető jellemzőit kell ismerni – a szilárdságot és a rugalmassági modulust.

A vasalás feszültség-alakváltozás diagramját a felhasználó is megadhatja, ebben az esetben azonban a húzási merevítő hatás nem vehető figyelembe. 

Fig. 5.1.2 Stress-strain diagram of reinforcement\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.1.2 \qquad Stress-strain diagram of reinforcement}}}Fig. 5.1.2 Stress-strain diagram of reinforcement

ahol:

Φs a vasalás szilárdságcsökkentő tényezője. Az alapértelmezett érték az ACI 318-19 24.2.1. táblázata szerint van beállítva.

fy a vasalás folyási szilárdsága

Es a vasalás rugalmassági modulusa

A számítás leállításának határalakváltozása 10%. Ez az ASTM A955/A955M-20c 7. cikke alapján biztonságosnak tekinthető.

A húzási merevítő hatást (5.1.3. ábra)  a program automatikusan figyelembe veszi: a csupasz betonacél bemeneti feszültség-alakváltozás összefüggését úgy módosítja, hogy az a betonba ágyazott acélbetétek átlagos merevségét (εm) leírja.

Fig. 5.1.3Scheme of tension stiffening.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.1.3\qquad Scheme of tension stiffening.}}}Fig. 5.1.3Scheme of tension stiffening.

5.2 Szilárdságcsökkentő tényezők és teherfaktorok

A Compatible Stress Field Method megfelel a korszerű tervezési szabványoknak. Mivel a számítási modellek kizárólag szabványos anyagjellemzőket használnak, a szabványokban előírt részleges biztonsági tényezős formátum módosítás nélkül alkalmazható. Ily módon a bemeneti terheket tényezőkkel szorozzuk, a karakterisztikus anyagjellemzőket pedig a megfelelő szilárdsági csökkentő tényezőkkel csökkentjük, pontosan úgy, mint a hagyományos betonszerkezeti számításoknál.

A szilárdsági csökkentő tényezők értékeit az ACI 318-19 21. fejezete, a horgonyok esetében az ACI 318-19 17. fejezete, valamint az AISC 360-16 D, E, F és G fejezete írja elő. 

Fig. 5.2.1The setting of strength reduction factors in IDEA StatiCa Detail.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.2.1\qquad The setting of strength reduction factors in IDEA StatiCa Detail.}}}Fig. 5.2.1The setting of strength reduction factors in IDEA StatiCa Detail.

A szilárdsági kombinációk teherszorzói az ACI 318-19 5.3.1. táblázata szerint határozandók meg.

A 34. fejezetben foglaltak kivételével az ACI 318-19 nem határoz meg használhatósági szintű teherkombinációkat. Javasolt az ASCE/SEI 7-16 C függelékén alapuló kombinációs szabályok alkalmazása. Minden sablonban a teherszorzók előre meg vannak határozva.

Fig. 5.2.3The setting of load factors in IDEA StatiCa Detail.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.2.3\qquad The setting of load factors in IDEA StatiCa Detail.}}}Fig. 5.2.3The setting of load factors in IDEA StatiCa Detail.

5.3 Szilárdsági ellenőrzések a Detail 3D-ben

Az ACI 318-19 által előírt különböző ellenőrzéseket a modell közvetlen eredményei alapján értékeli a program. Az ellenőrzések a beton szilárdságára, a vasalás szilárdságára és a lehorgonyzásra (tapadási nyírófeszültségek) vonatkoznak.

Szilárdság – Beton

A nyomott beton szilárdságát a végeselemes analízisből kapott maximális egyenértékű főfeszültség fc,eq (az előző szövegben σc,eq is) és az f'c,lim határérték hányadosaként értékeli a program.

Az egyenértékű főfeszültség az általános háromtengelyű feszültségállapot egyenértékű egytengelyű feszültségét fejezi ki.

fc,eq=σc3−σc1f_{c,eq} = \sigma_{c3} - \sigma_{c1}fc,eq​=σc3​−σc1​

Az fc,eq érték ezért közvetlenül összehasonlítható az egytengelyű szilárdsági határértékekkel. Ez a kifejezés a Mohr–Coulomb-féle képlékenységi elmélet alkalmazásából származik, a belső súrlódási szöget konzervatívan φ = 0°-nak feltételezve.

Szilárdság – Vasalás

A vasalás szilárdságát húzásra és nyomásra egyaránt a repedéseknél a vasalásban fellépő fs feszültség és az előírt fy,lim határérték hányadosaként értékeli a program.

fy,lim=ϕs⋅fyf_{y,lim} = \phi_{s} \cdot f_{y}fy,lim​=ϕs​⋅fy​

Szilárdság – Horgonyok

A horgonyok normálfeszültségeit a vasaláshoz hasonló módon ellenőrzi a program, ahol az fy,lim határértéket kell meghatározni. 

A következő szöveg könnyebb követhetősége érdekében a lehorgonyzásokat az ACI vagy AISC szerinti szabványellenőrzés szempontjából először három csoportra osztjuk.

1. csoport

  • Lehorgonyzási típusok
    • Betonba öntött lemez
    • Talplemez – Távolság = közvetlen 
    • Talplemez – Távolság = habarcsfuga – a habarcs vastagsága kisebb, mint a horgony átmérőjének 0,5-szerese
    • Egyedi horgony, amelynek kinyúló hossza kisebb, mint a horgony átmérőjének 0,5-szerese
  • Horgony szabványellenőrzések (ACI / AISC)
    • Húzás/nyomás
      • Minden horgonytípus húzásra – ACI 318-19, 17.6.1.2 fejezet  
      • Minden horgonytípus nyomásra – AISC 360-16, E fejezet
    • Nyírás erőkar nélkül
      • Csavaranyag – ACI 318-19, 17.7.1.2 (b) fejezet
      • Fejes csapok – ACI 318-19, 17.7.1.2 (a) fejezet
      • Vasalás – ACI 318-19, 17.7.1.2 (b) fejezet
    • Húzás és nyírás kölcsönhatása – ACI 318-19, 17.8 fejezet

2. csoport

  • Lehorgonyzási típusok
    • Talplemez – Távolság = habarcsfuga – a habarcs vastagsága nagyobb, mint a horgony átmérőjének 0,5-szerese
  • Horgony szabványellenőrzések (ACI / AISC)
    • Húzás/nyomás
      • Minden horgonytípus húzásra – ACI 318-19, 17.6.1.2 fejezet  
      • Minden horgonytípus nyomásra – AISC 360-16, E fejezet
    • Nyírás erőkarral
      • Csavaranyag – ACI 318-19, 17.7.1.2 (b) + 17.7.1.2.1. fejezet
      • Fejes csapok – ACI 318-19, 17.7.1.2 (a) + 17.7.1.2.1. fejezet
      • Vasalás – ACI 318-19, 17.7.1.2 (b) + 17.7.1.2.1. fejezet
    • Húzás és nyírás kölcsönhatása – ACI 318-19, 17.8 fejezet

3. csoport

  • Lehorgonyzási típusok
    • Talplemez – Távolság = légrés
    • Egyedi horgony, amelynek kinyúló hossza nagyobb, mint a horgony átmérőjének 0,5-szerese
  • Horgony szabványellenőrzések (ACI / AISC)
    • Húzás/nyomás (kihajlással)
      • Minden horgonytípus húzásra – ACI 318-19, 17.6.1.2 fejezet
      • Minden horgonytípus nyomásra – AISC 360-16, E3 fejezet
    • Hajlítás
      • Minden horgonytípusra – AISC 360-16, F11 fejezet
    • Nyírás
      • Minden horgonytípusra – AISC 360-16, G fejezet
    • Normálerő és hajlítás kölcsönhatása
      • NPn+MMn≤1\dfrac{N}{P_n}+\dfrac{M}{M_n}\le 1Pn​N​+Mn​M​≤1 

A horgony húzási teherbírása az ACI 318-19, 17.6.1.2 fejezet szerint

ϕNsa=ϕa,t Ase,N futa\phi N_{sa}=\phi_{a,t}\,A_{se,N}\,f_{uta}ϕNsa​=ϕa,t​Ase,N​futa​

ahol:

  • ϕa,t  – a húzott horgonyok szilárdsági csökkentő tényezője az ACI 318-19, 17.5.3 (a) fejezet szerint
  • Ase,N – húzott feszültségi keresztmetszet (a menet miatt csökkentve)
  • futa – a horgonyacél előírt szakítószilárdsága, amely nem lehet nagyobb 1,9 fya-nál és 860 MPa-nál

A horgony nyírási teherbírása az ACI 318-19, 17.7.1.2 (a) fejezet szerint

Az acél nyírószilárdsága fejes csapok esetén a következő:

ϕVsa=ϕa,V Ase,V futa\phi V_{sa}=\phi_{a,V}\,A_{se,V}\,f_{uta}ϕVsa​=ϕa,V​Ase,V​futa​

ahol:
ϕa,v – a húzott horgonyok szilárdsági csökkentő tényezője az ACI 318-19, 17.5.3 (a) fejezet szerint
Ase,V – húzott feszültségi keresztmetszet (a menet miatt csökkentve)
futa – a horgonyacél előírt szakítószilárdsága, amely nem lehet nagyobb 1,9 fya-nál és 860 MPa-nál

A horgony nyírási teherbírása az ACI 318-19, 17.7.1.2 (b) fejezet szerint

Az acél nyírószilárdsága csavaranyagból és vasalásból készült horgonyok esetén a következő:

ϕVsa=ϕa,V 0.6 Ase,V futa\phi V_{sa}=\phi_{a,V}\,0.6\,A_{se,V}\,f_{uta}ϕVsa​=ϕa,V​0.6Ase,V​futa​

ahol:

  • ϕa,v  – a húzott horgonyok szilárdsági csökkentő tényezője az ACI 318-19, 17.5.3 (a) fejezet szerint
  • Ase,V – húzott feszültségi keresztmetszet (a menet miatt csökkentve)
  • futa – a horgonyacél előírt szakítószilárdsága, amely nem lehet nagyobb 1,9 fya-nál és 860 MPa-nál

Habarccsal az alaphoz kapcsolódó horgony nyírási teherbírása – ACI 318-19, 17.7.1.2.1 fejezet

Ha a horgonyokat kiöntött habarcspárnákkal együtt alkalmazzák (2. csoport), a 17.7.1.2 fejezet szerint számított méretezési szilárdságot meg kell szorozni 0,80-nal.

Húzás és nyírás kölcsönhatása az ACI 318-19, 17.8 fejezet szerint

A húzás és nyírás közötti kölcsönhatás elhanyagolható, ha az (a) vagy a (b) feltétel teljesül.
(a) Nua/(ϕNn) ≤ 0,2
(b) Vua/(ϕVn) ≤ 0,2 

Ha Nua/(ϕNn) > 0,2 a húzásra mértékadó szilárdság esetén, és Vua/(ϕVn) > 0,2 a nyírásra mértékadó szilárdság esetén, akkor a (17.8.3) egyenletnek teljesülnie kell.

NuaϕNn+VuaϕVn≤1.2\frac{N_{ua}}{\phi N_n}+\frac{V_{ua}}{\phi V_n}\le 1.2ϕNn​Nua​​+ϕVn​Vua​​≤1.2

A horgony nyomási teherbírása az AISC 360-16, E3 fejezet szerint

Pn=ϕa,c Fcr AgP_n =\phi_{a,c}\, F_{cr}\, A_{g}Pn​=ϕa,c​Fcr​Ag​

ahol:

  • ϕa,t  – a nyomott horgonyok szilárdsági csökkentő tényezője az AISC 360-16, E1 fejezet szerint
  • (a) Ha: Lcr≤4.71EFy\dfrac{L_c}{r} \le 4.71\sqrt{\dfrac{E}{F_y}}\quadrLc​​≤4.71Fy​E​​  vagy     FyFe≤2.25\dfrac{F_y}{F_e}\le 2.25Fe​Fy​​≤2.25
    • Fcr=(0.658 Fy/Fe)FyF_{cr}=\left(0.658^{\,F_y/F_e}\right)F_yFcr​=(0.658Fy​/Fe​)Fy​
  • (b) Ha: Lcr>4.71EFy\dfrac{L_c}{r} > 4.71\sqrt{\dfrac{E}{F_y}}\quadrLc​​>4.71Fy​E​​  vagy     FyFe>2.25\dfrac{F_y}{F_e}> 2.25Fe​Fy​​>2.25
    • Fcr=0.877FeF_{cr}=0.877F_eFcr​=0.877Fe​
  • Ag​ – a szerkezeti elem bruttó keresztmetszeti területe
  • E – az acél rugalmassági modulusa
  • Fe=π2E(Lcr)2F_e=\dfrac{\pi^2 E}{\left(\dfrac{L_c}{r}\right)^2}Fe​=(rLc​​)2π2E​ - rugalmas kihajlási feszültség
  • Fy – az alkalmazott acélminőség előírt minimális folyáshatára
  • r=IAsr=\sqrt{\dfrac{I}{A_s}}r=As​I​​ – inerciasugár
  • I=πds464I=\dfrac{\pi d_s^4}{64}I=64πds4​​ – a csavar másodrendű nyomatéka 

A horgony hajlítási teherbírása az AISC 360-16, F11 fejezet szerint

Mn=ϕa,b Z Fy ≤1.6 ϕa,b Sx FyM_n=\phi_{a,b}\, Z\, F_y\, \le 1.6\,\phi_{a,b}\, S_x\, F_yMn​=ϕa,b​ZFy​≤1.6ϕa,b​Sx​Fy​

ahol:

  • Z=ds36Z=\dfrac{d_s^{3}}{6}Z=6ds3​​ – a csavar képlékeny keresztmetszeti modulusa
  • Sx=2IdsS_x=\dfrac{2I}{d_s}Sx​=ds​2I​ – a csavar rugalmas keresztmetszeti modulusa

A horgony nyírási teherbírása az AISC 360-16, G fejezet szerint

Vn=ϕa,v 0.6 Av FyV_n=\phi_{a,v}\,0.6\,A_v\,F_yVn​=ϕa,v​0.6Av​Fy​

ahol:

  • AV = 0,844As – a nyírt keresztmetszeti terület
  • As – a menet miatt csökkentett csavarkeresztmetszet

Beton zúzódása a horgony–beton érintkezési felületnél

A horgony nyírási teherbírását a horgony–beton érintkezési felületnél fellépő beton zúzódása is korlátozza. A határértékeket és meghatározásuk módszerét részletesen ismerteti a következő cikk: Horgonyok nyírási viselkedése vasbetonban. Amint az érintkezési erő eléri ezt a határértéket, a program kiváltja a leállítási feltételt, és az analízis a teherbírás túllépése előtt leáll.​ 

Kihúzódás ellenőrzése fejes horgonyoknál (alátétlemezek és fejes csapok)

A fejes horgonyoknál további leállítási feltétel ellenőrzi a horgonyfej feletti beton nyomását (zúzódását), azaz a kihúzódást. Az analízis során a program figyeli a fej és a beton érintkezésén átadódó nyomóerőt, és összeveti az ACI 318-19 17.6.3.2.2a pontja (fejes rögzítések kihúzódásos tönkremenetele) szerinti határértékkel.

Npn=Φ⋅Ψc,p⋅8⋅Abrg⋅fc′N_{pn} = \Phi \cdot \Psi_{c,p} \cdot 8 \cdot A_{brg} \cdot f'_cNpn​=Φ⋅Ψc,p​⋅8⋅Abrg​⋅fc′​
​

ahol:

  • Φ\PhiΦ a szilárdsági csökkentő tényező – 17.5.3(c) táblázat
  • Abrg a csap, a horgonycsavar vagy a fejes bordás acélbetét fejének nettó felfekvési területe (a szár keresztmetszete nélkül). 
  • f'c a beton előírt nyomószilárdsága
  • Ψc,p\Psi_{c,p}Ψc,p​ a 17.6.3.3 szerinti kihúzódási repedéstényező, értéke mindig 1,0, azaz a berepedt betonra vonatkozó érték. Ez összhangban van a Detail alkalmazásban használt CSFM megközelítéssel, amely elhanyagolja a beton húzószilárdságát, és a betont húzásra berepedtnek tekinti.

Amint az érintkezési erő eléri ezt a szabványos határértéket, a program kiváltja a leállítási feltételt, és az analízis a kihúzódási teherbírás túllépése előtt leáll.​ 

Lehorgonyzás – Tapadási feszültség

A tapadási nyírófeszültséget a program külön értékeli: a végeselemes analízissel számított τb tapadási feszültség és az fbu tapadószilárdság hányadosaként.

Bár az ACI 318-19 a tapadószilárdságot nem definiálja kifejezetten, a lehorgonyzási hossz számítása a 25.4.2. szakaszban megtalálható. Mivel azonban a tapadószilárdság a lehorgonyzási hossz meghatározásának alapvető bemenő adata (lásd R25.4.1.1 és ACI Committee 408, 1966), a tapadószilárdság a következőképpen számítható:

Tegyük fel, hogy ha a vasalás rúdját egy betontömbben az ld lehorgonyzási hosszra vagy annál hosszabb szakaszon lehorgonyozzuk, akkor a vasalás kihúzásakor a vasalás szakad el, és nem a beton engedi el a rudat. Ez a következő képlettel írható fel.

π⋅db⋅ld⋅fbu=fy⋅As\pi\cdot d_{b} \cdot l_{d} \cdot f_{bu}=f_{y}\cdot A_{s}π⋅db​⋅ld​⋅fbu​=fy​⋅As​

ahol:

db a vasalás rúdjának átmérője, ld a lehorgonyzási hossz, fbu a tapadószilárdság, fy a vasalás folyáshatára, As pedig a vasalás rúdjának keresztmetszeti területe.

Az előzőekből a tapadószilárdság számítási képlete egyszerűen levezethető:

fbu=fy⋅Asπ⋅db⋅ldf_{bu}=\frac{f_{y}\cdot A_{s}}{\pi\cdot d_{b} \cdot l_{d} }fbu​=π⋅db​⋅ld​fy​⋅As​​

Az ld lehorgonyzási hosszt ezután az ACI 318-19 25.4.2.3 táblázata szerint a következőképpen kell meghatározni:

ld=(fy⋅ψt⋅ψe⋅ψgC⋅λfc′)⋅dbl_{d}=\left( \frac{f_{y}\cdot\psi_{t}\cdot\psi_{e}\cdot\psi_{g}}{C\cdot\lambda\sqrt{f'_{c}}} \right)\cdot d_{b}ld​=(C⋅λfc′​​fy​⋅ψt​⋅ψe​⋅ψg​​)⋅db​

ahol:

C = 25 (metrikus rendszerben 2,1) a 6-os és kisebb jelű rudaknál és bordás huzaloknál, C = 20 (metrikus rendszerben 1,7) a 7-es és nagyobb jelű rudaknál, λ = 1,0 normál testsűrűségű betonnál, ψt, ψe, ψg értékét az ACI 318-19 25.4.2.3 táblázata szerint kell meghatározni. 

Csak bevonat nélküli vagy cinkbevonatú (horganyzott) vasalás támogatott, ezért ψe = 1,0. A ψg értékét a program automatikusan a vasalás szilárdsági osztályából határozza meg, a ψt értéke pedig automatikusan a vasalásnak a modellben elfoglalt helyzetéből és a betonozás irányából adódik, amelyet az alkalmazásban minden projektelemnél be lehet állítani, a következők szerint.

Fig. 5.3.1Direction of concreting\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.3.1\qquad Direction of concreting}}}Fig. 5.3.1Direction of concreting

Ezeket az ellenőrzéseket a szerkezet adott részeire vonatkozó megfelelő határértékekhez viszonyítva kell elvégezni (azaz bár a beton és a vasalás anyagához egyaránt egyetlen szilárdsági osztály tartozik, a végső feszültség-alakváltozás diagramok a szerkezet egyes részein eltérnek a húzási merevítő hatás és a nyomási lágyulás miatt).

Lehorgonyzás – Teljes erő

Teljes erő Ftot és határerő Flim

Az Ftot teljes erő a végeselemes analízis eredménye, és kétféleképpen definiálható.

Ftot=As⋅fsF_{tot}=A_{s} \cdot f_{s}Ftot​=As​⋅fs​

ahol As a vasalás rúdjának keresztmetszeti területe, fs pedig a rúdban fellépő feszültség.

Vagy a lehorgonyzási erő Fa és a tapadási erő Fbond összegeként.

Ftot=Fa+FbondF_{tot}=F_{a}+F_{bond}Ftot​=Fa​+Fbond​

ahol Fa a lehorgonyzási rugóban ébredő tényleges erő, Fbond pedig a tapadási erő, amely a τb tapadási feszültségnek a vasalás rúdjának l hossza menti integrálásával kapható meg.

Fbond=Cs⋅∫0lτb(x)dxF_{bond}=C_{s} \cdot \int_{0}^{l}\tau_{b}\left( x \right)dxFbond​=Cs​⋅∫0l​τb​(x)dx

Cs a vasalás rúdjának kerülete.

Az Flim határerő a vasalásrúd elemében fellépő maximális erő, figyelembe véve a rúd szilárdságát és a lehorgonyzási feltételeket (a beton és a vasalás közötti tapadás, valamint a lehorgonyzó kampók, hurkok stb.).

Flim=min(Flim,bond+Fau,Fu)F_{lim}=min\left( F_{lim,bond}+F_{au},F_{u} \right)Flim​=min(Flim,bond​+Fau​,Fu​)

Fu=fy,lim⋅AsF_{u}=f_{y,lim}\cdot A_{s}Fu​=fy,lim​⋅As​

Fau=β⋅fy,lim⋅AsF_{au}=\beta\cdot f_{y,lim}\cdot A_{s}Fau​=β⋅fy,lim​⋅As​

Flim,bond=Cs⋅l⋅fbuF_{lim,bond}=C_{s}\cdot l \cdot f_{bu}Flim,bond​=Cs​⋅l⋅fbu​

ahol Cs a vasalás rúdjának kerülete, l pedig a vasalásrúd kezdetétől a vizsgált pontig mért hossz.

Fig. 5.3.2Definition of the limit force Flim\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.3.2\qquad Definition of the limit force Flim}}}Fig. 5.3.2Definition of the limit force Flim

Flim,2=Flim,1+Flim,addF_{lim,2}=F_{lim,1}+F_{lim,add}Flim,2​=Flim,1​+Flim,add​

ahol Flim,add a szomszédos elemek közötti szög nagyságából számított kiegészítő erő. Az Flim,2 értékének mindig kisebbnek kell lennie, mint Fu.

A CSFM-ben elérhető lehorgonyzási típusok közé tartozik az egyenes rúd (azaz nincs a rúdvég miatti csökkentés), a 90 fokos kampó, a 180 fokos kampó, a tökéletes tapadás és a folytonos rúd. Mindezeket a típusokat a megfelelő β lehorgonyzási tényezőkkel együtt az 5.3.3. ábra mutatja hosszvasalásra. Az alkalmazott lehorgonyzási tényezők értékei az ACI 318-19 25.4.3.1 szakaszának egyenlete és az ACI 318-19 25.4.2.3 szakaszából átvett egyenletek összehasonlításából származnak. Meg kell jegyezni, hogy az elérhető különböző lehetőségek ellenére a CSFM háromféle lehorgonyzási véget különböztet meg: (i) a lehorgonyzási hossz csökkentése nélkül, (ii) a lehorgonyzási hossz 30%-os csökkentésével szabványos lehorgonyzás esetén, valamint (iii) tökéletes tapadás.

Fig. 5.3.3 Available anchorage types and respective anchorage coefficients for longitudinal reinforcing bars in CSFM:\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.3.3\qquad  Available anchorage types and respective anchorage coefficients for longitudinal reinforcing bars in CSFM:}}}Fig. 5.3.3 Available anchorage types and respective anchorage coefficients for longitudinal reinforcing bars in CSFM:

(a) straight bar; (b) 90-degree hook; (c) 180-degree hook; (d) perfect bond; (e) continuous bar\textsf{\textit{\footnotesize{(a) straight bar; (b) 90-degree hook; (c) 180-degree hook; (d) perfect bond; (e) continuous bar}}}(a) straight bar; (b) 90-degree hook; (c) 180-degree hook; (d) perfect bond; (e) continuous bar

A kengyelek lehorgonyzási tényezője mindig β = 1,0.

Az ACI-nak való megfeleléshez a számítás során a lehorgonyzási rugót kell használni. A lehorgonyzási rugót a β tényező módosítja, ezért a felhasználónak a vasalás kezdő- és végpontjának feltételeit definiálva az elérhető lehorgonyzási típusok egyikét kell választania. 

6.1 Anyagmodellek a 3D CSFM-ben (AASHTO)

Beton – szilárdság

A 3D CSFM szilárdsági számításaihoz alkalmazott betonmodell az AASHTO LRFD szilárdsági méretezés egyensúlyra és alakváltozás-kompatibilitásra vonatkozó feltevésein alapul. Az AASHTO LRFD (2024) 5.6.2.1. cikkelyével összhangban a beton húzószilárdságát figyelmen kívül hagyjuk.

Fig. 6.1.1The stress-strain diagram of concrete for Strength analysis\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.1.1\qquad The stress-strain diagram of concrete for Strength analysis}}}Fig. 6.1.1The stress-strain diagram of concrete for Strength analysis

A 3D CSFM megvalósítása az IDEA StatiCa Detail programban nem alkalmaz explicit tönkremeneteli kritériumot a nyomott beton alakváltozására vonatkozóan (azaz a csúcsfeszültség elérése után képlékeny ágat vesz figyelembe, amelyben εc0 legnagyobb értéke 5%, miközben az AASHTO LRFD (2024) 5.6.2.1. cikkelye 0,3%-nál kisebb határalakváltozást feltételez). Ez az egyszerűsítés nem teszi lehetővé a nyomás hatására tönkremenő szerkezetek alakváltozási képességének ellenőrzését. A szilárdság azonban megfelelően előre jelezhető, ha a beton szilárdságának növekedésével járó rideg viselkedést az fib Model Code 2010 szerint meghatározott ηfc\eta_{fc}ηfc​ csökkentő tényezővel vesszük figyelembe az alábbiak szerint:

fc,lim′=α1⋅ϕc⋅ηfc⋅fc′f'_{c,lim}=\alpha_{1}\cdot\phi_{c}\cdot \eta _{fc}\cdot f'_{c}fc,lim′​=α1​⋅ϕc​⋅ηfc​⋅fc′​

ηfc=(30fc′)13≤1{\eta _{fc}} = {\left( {\frac{{30}}{{{f'_{c}}}}} \right)^{\frac{1}{3}}} \le 1ηfc​=(fc′​30​)31​≤1

ahol:

α1 a beton nyomószilárdságának csökkentő tényezője az AASHTO LRFD (2024) 5.6.2.2. cikkelye szerint. Parabola-téglalap feszültség-alakváltozás diagram alkalmazásakor a legnagyobb nyomófeszültséget ezzel a tényezővel csökkenteni kell. Ez a nyomott zónában átlagolja a feszültségeloszlást úgy, hogy az eredő nyomószilárdság kisebb vagy egyenlő legyen a csökkenő képlékeny ágú feszültség-alakváltozás diagrammal számított nyomószilárdsággal.

Φc a beton szilárdságcsökkentő tényezője. Az alapértelmezett értéket az AASHTO LRFD (2024) 5.5.4.2. cikkelye szerint állítjuk be.

f'c a beton hengerszilárdsága (MPa-ban az ηfc\eta_{fc}ηfc​ meghatározásához).

Vasalás

A nem feszített vasalásra tökéletesen rugalmas-képlékeny feszültség-alakváltozás diagramot veszünk figyelembe, meghatározott folyáshatárral. Lásd az AASHTO LRFD (2024) 5.4.3. cikkelyét. A diagram megadásához csak a vasalás alapvető jellemzőit kell ismerni – a szilárdságot és a rugalmassági modulust.

A vasalás feszültség-alakváltozás diagramját a felhasználó is megadhatja, de ebben az esetben a húzási merevítő hatás figyelembevétele nem lehetséges. 

Fig. 6.1.2 Stress-strain diagram of reinforcement\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.1.2 \qquad Stress-strain diagram of reinforcement}}}Fig. 6.1.2 Stress-strain diagram of reinforcement

ahol:

Φs a vasalás szilárdságcsökkentő tényezője. Az alapértelmezett értéket az AASHTO LRFD (2024) 5.5.4.2. cikkelye szerint állítjuk be.

fy a vasalás folyáshatára

Es a vasalás rugalmassági modulusa

A számítás leállításának határalakváltozásaként 10%-ot választunk. Ez az ASTM A955/A955M-20c 7. cikkelye alapján biztonságosnak tekinthető.

A húzási merevítő hatást (6.1.3. ábra)  a program automatikusan figyelembe veszi: a csupasz vasalási betét bemeneti feszültség-alakváltozás összefüggését úgy módosítja, hogy az a betonba ágyazott betétek átlagos merevségét (εm) leírja.

Fig. 6.1.3Scheme of tension stiffening.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.1.3\qquad Scheme of tension stiffening.}}}Fig. 6.1.3Scheme of tension stiffening.

**6.2 Ellenállási tényezők és teherbírási tényezők**

A Compatible Stress Field Method megfelel a korszerű tervezési szabványoknak. Mivel a számítási modellek kizárólag szabványos anyagjellemzőket használnak, a tervezési szabványokban előírt résztényezős formátum bármilyen módosítás nélkül alkalmazható. Ily módon a bemeneti terheket szorzótényezőkkel növeljük, a jellemző anyagjellemzőket pedig a megfelelő ellenállási tényezőkkel csökkentjük, pontosan úgy, mint a hagyományos beton szerkezetek számításánál.

Az ellenállási tényezők értékeit az AASHTO LRFD (2024) 5.5.4. cikke írja elő, a horgonyokra vonatkozóan pedig az ACI 318-19 17. fejezete és az AASHTO LRFD (2024) 6.5.4.2. cikke.

Fig. 6.2.1The setting of strength reduction factors in IDEA StatiCa Detail.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.2.1\qquad The setting of strength reduction factors in IDEA StatiCa Detail.}}}Fig. 6.2.1The setting of strength reduction factors in IDEA StatiCa Detail.

A teherszorzókat és a teherkombinációkat az AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (2024) 3.4.1. cikke és a 3.4.1-1–3.4.1-6. táblázatok szerint kell meghatározni. Az AASHTO LRFD egyértelműen megadja a teherbírási határállapot teherkombinációit (Strength I–Strength V), beleértve az egyes esetekhez tartozó teherszorzókat is.

Fig. 6.2.2The setting of load factors in Idea StatiCa Detail.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.2.2\qquad The setting of load factors in Idea StatiCa Detail.}}}Fig. 6.2.2The setting of load factors in Idea StatiCa Detail.

6.3 Teherbírási határállapot a Detail 3D-ben

Az AASHTO által előírt különböző igazolásokat a modell közvetlen eredményei alapján értékeljük. Az igazolásokat a beton szilárdságára, a vasalás szilárdságára és a lehorgonyzásra (tapadási nyírófeszültségek) végezzük el.

Szilárdság – beton

A nyomott beton szilárdságát a végeselemes analízisből kapott maximális egyenértékű főfeszültség fc,eq (az előző szövegben σc,eq is) és az f'c,lim határérték hányadosaként értékeljük.

Az egyenértékű főfeszültség az általános háromtengelyű feszültségállapotnak megfelelő egyenértékű egytengelyű feszültséget fejezi ki.

fc,eq=σc3−σc1f_{c,eq} = \sigma_{c3} - \sigma_{c1}fc,eq​=σc3​−σc1​

Az fc,eq érték ezért közvetlenül összehasonlítható az egytengelyű szilárdsági határértékekkel. Ez a kifejezés a Mohr–Coulomb-féle képlékenységi elmélet alkalmazásából származik, amelyben a belső súrlódási szöget konzervatívan φ = 0°-nak vesszük.

Szilárdság – vasalás

A vasalás szilárdságát húzásra és nyomásra egyaránt a repedéseknél a vasalásban fellépő fs feszültség és az előírt fy,lim határérték hányadosaként értékeljük.

fy,lim=ϕs⋅fyf_{y,lim} = \phi_{s} \cdot f_{y}fy,lim​=ϕs​⋅fy​

Szilárdság – horgonyok

A horgonyokat a normálfeszültségekre a vasaláshoz hasonló módon ellenőrizzük, ahol az fy,lim határértéket meghatározzuk. 

A következő szöveg áttekinthetőbbé tétele érdekében a lehorgonyzásokat először három csoportra osztjuk az AASHTO vagy az ACI szerinti szabványellenőrzés szempontjából.

1. csoport

  • Lehorgonyzási típusok
    • Betonba beépített lemez
    • Talplemez – távtartás = közvetlen 
    • Talplemez – távtartás = habarcsfuga – a habarcs vastagsága kisebb, mint a horgony átmérőjének 0,5-szerese
    • Egyedi horgony, amelynek kinyúló hossza kisebb, mint a horgony átmérőjének 0,5-szerese
  • Horgonyok szabványellenőrzése (AASHTO / ACI)
    • Húzás/nyomás
      • Minden horgonytípus húzásra – ACI 318-19 17.6.1.2. fejezet  
      • Minden horgonytípus nyomásra – AASHTO 6.9.2. cikk
    • Nyírás erőkar nélkül
      • Csavaranyag – ACI 318-19 17.7.1.2. fejezet (b)
      • Fejes csapok – ACI 318-19 17.7.1.2. fejezet (a)
      • Vasalás – ACI 318-19 17.7.1.2. fejezet (b)
    • Húzás és nyírás kölcsönhatása – ACI 318-19 17.8. fejezet

2. csoport

  • Lehorgonyzási típusok
    • Talplemez – távtartás = habarcsfuga – a habarcs vastagsága nagyobb, mint a horgony átmérőjének 0,5-szerese
  • Horgonyok szabványellenőrzése (AASHTO / ACI)
    • Húzás/nyomás
      • Minden horgonytípus húzásra – ACI 318-19 17.6.1.2. fejezet  
      • Minden horgonytípus nyomásra – AASHTO 6.9.2. cikk
    • Nyírás erőkarral
      • Csavaranyag – ACI 318-19 17.7.1.2. fejezet (b) + 17.7.1.2.1. fejezet
      • Fejes csapok – ACI 318-19 17.7.1.2. fejezet (a) + 17.7.1.2.1. fejezet
      • Vasalás – ACI 318-19 17.7.1.2. fejezet (b) + 17.7.1.2.1. fejezet
    • Húzás és nyírás kölcsönhatása – ACI 318-19 17.8. fejezet

3. csoport

  • Lehorgonyzási típusok
    • Talplemez – távtartás = hézag
    • Egyedi horgony, amelynek kinyúló hossza nagyobb, mint a horgony átmérőjének 0,5-szerese
  • Horgonyok szabványellenőrzése (AASHTO / ACI)
    • Húzás/nyomás (kihajlással)
      • Minden horgonytípus húzásra – ACI 318-19 17.6.1.2. fejezet
      • Minden horgonytípus nyomásra – AASHTO LRFD 6.9.2. cikk
    • Hajlítás
      • Minden horgonytípusra – AAHTO LRFD 6.12.2.2.7. cikk
    • Nyírás
      • Minden horgonytípusra – AASHTO LRFD 6.10.9. cikk
    • Normálerő és hajlítás kölcsönhatása
      • NPn+MMn≤1\dfrac{N}{P_n}+\dfrac{M}{M_n}\le 1Pn​N​+Mn​M​≤1 

A horgony húzási ellenállása az ACI 318-19 17.6.1.2. fejezete szerint

ϕNsa=ϕa,t Ase,N futa\phi N_{sa}=\phi_{a,t}\,A_{se,N}\,f_{uta}ϕNsa​=ϕa,t​Ase,N​futa​

ahol:

  • ϕa,t  – a húzott horgonyok ellenállási tényezője az ACI 318-19 17.5.3. fejezet (a) pontja szerint
  • Ase,N – húzott keresztmetszeti terület (a menet miatt csökkentve)
  • futa – a horgonyacél előírt szakítószilárdsága, amely nem lehet nagyobb 1,9 fya értéknél és 860 MPa-nál

A horgony nyírási ellenállása az ACI 318-19 17.7.1.2. fejezet (a) pontja szerint

Az acél nyírási szilárdsága fejes csapok esetén a következőképpen kell meghatározni:

ϕVsa=ϕa,V Ase,V futa\phi V_{sa}=\phi_{a,V}\,A_{se,V}\,f_{uta}ϕVsa​=ϕa,V​Ase,V​futa​

ahol:
ϕa,v – a húzott horgonyok ellenállási tényezője az ACI 318-19 17.5.3. fejezet (a) pontja szerint
Ase,V – húzott keresztmetszeti terület (a menet miatt csökkentve)
futa – a horgonyacél előírt szakítószilárdsága, amely nem lehet nagyobb 1,9 fya értéknél és 860 MPa-nál

A horgony nyírási ellenállása az ACI 318-19 17.7.1.2. fejezet (b) pontja szerint

Az acél nyírási szilárdsága csavaranyagból és vasalásból készült horgonyok esetén a következőképpen kell meghatározni :

ϕVsa=ϕa,V 0.6 Ase,V futa\phi V_{sa}=\phi_{a,V}\,0.6\,A_{se,V}\,f_{uta}ϕVsa​=ϕa,V​0.6Ase,V​futa​

ahol:

  • ϕa,v  – a húzott horgonyok ellenállási tényezője az ACI 318-19 17.5.3. fejezet (a) pontja szerint
  • Ase,V – húzott keresztmetszeti terület (a menet miatt csökkentve)
  • futa – a horgonyacél előírt szakítószilárdsága, amely nem lehet nagyobb 1,9 fya értéknél és 860 MPa-nál

Habarccsal a alaphoz csatlakozó horgony nyírási ellenállása – ACI 318-19 17.7.1.2.1. fejezet

Ha a horgonyokat felépített aljzatkiöntéssel (2. csoport) alkalmazzák, a 17.7.1.2. fejezet szerint számított méretezési szilárdságot meg kell szorozni 0,80-nal.

Húzás és nyírás kölcsönhatása az ACI 318-19 17.8. fejezete szerint

A húzás és a nyírás közötti kölcsönhatás elhanyagolható, ha az (a) vagy a (b) feltétel teljesül.
(a) Nua/(ϕNn) ≤ 0,2
(b) Vua/(ϕVn) ≤ 0,2 

Ha Nua/(ϕNn) > 0,2 a húzásra mértékadó szilárdságnál, és Vua/(ϕVn) > 0,2 a nyírásra mértékadó szilárdságnál, akkor a (17.8.3) egyenletnek teljesülnie kell.

NuaϕNn+VuaϕVn≤1.2\frac{N_{ua}}{\phi N_n}+\frac{V_{ua}}{\phi V_n}\le 1.2ϕNn​Nua​​+ϕVn​Vua​​≤1.2

A horgony nyomási ellenállása az AASHTO LRFD 6.9.2. cikke szerint

Pr=ϕa,c PnP_r =\phi_{a,c}\, P_{n}Pr​=ϕa,c​Pn​

ahol:

  • ϕa,c  – a nyomott horgonyok ellenállási tényezője az AASHTO LRFD 6.5.4.2. cikke szerint
  • Ha PoPe≤2.25\dfrac{P_o}{P_e} \le 2.25Pe​Po​​≤2.25,  akkor: Pn=(0.658 Po/Pe)PoP_{n}=\left(0.658^{\,P_o/P_e}\right)P_oPn​=(0.658Po​/Pe​)Po​,   Egyébként: Pn=0.877 PeP_n=0.877\,P_ePn​=0.877Pe​
  • Ag​ – a szerkezeti elem bruttó keresztmetszeti területe (in2)
  • Fy – az alkalmazott acélfajta előírt minimális folyáshatára (ksi)
  • Pe=π2E(K lrs)2AgP_e=\dfrac{\pi^2 E}{\left(\dfrac{K\,l}{r_s}\right)^2}A_gPe​=(rs​Kl​)2π2E​Ag​ - rugalmas kritikus kihajlási ellenállás (kip)
  • E – az acél rugalmassági modulusa (ksi)
  • K = 2 – effektív hossztényező a 4.6.2.5. cikk szerint 
  • l – a kihajlás síkjában mért kitámasztatlan hossz (in) 
  • rs=IAgr_s=\sqrt{\dfrac{I}{A_g}}rs​=Ag​I​​ – inerciasugár
  • I=πds464I=\dfrac{\pi d_s^4}{64}I=64πds4​​ – a csavar másodrendű nyomatéka 

A horgony hajlítási ellenállása az AASHTO LRFD 6.12.2.2.7. cikke szerint

Mn=ϕa,b Z Fy ≤1.6 ϕa,b Sx FyM_n=\phi_{a,b}\, Z\, F_y\, \le 1.6\,\phi_{a,b}\, S_x\, F_yMn​=ϕa,b​ZFy​≤1.6ϕa,b​Sx​Fy​

ahol:

  • Z=ds36Z=\dfrac{d_s^{3}}{6}Z=6ds3​​ – a csavar képlékeny keresztmetszeti modulusa
  • Sx=2IdsS_x=\dfrac{2I}{d_s}Sx​=ds​2I​ – a csavar rugalmas keresztmetszeti modulusa

A horgony nyírási ellenállása az AASHTO LRFD 6.10.9. cikke szerint

Vn=ϕa,v 0.6 Av FyV_n=\phi_{a,v}\,0.6\,A_v\,F_yVn​=ϕa,v​0.6Av​Fy​

ahol:

  • AV = 0.844As – a nyírt keresztmetszeti terület
  • As – a menetek miatt csökkentett csavarkeresztmetszet

Beton zúzódás a horgony–beton érintkezési felületen

A horgony nyírási ellenállását korlátozza a beton zúzódása is a horgony–beton érintkezési felületen. A határértékeket és meghatározásuk módját részletesen ismerteti a Horgonyok nyírási viselkedése vasbetonban című cikk. Amint az érintkezési erő eléri ezt a határértéket, a leállási kritérium aktiválódik, és az analízis az ellenállás túllépése előtt leáll.​ 

Fejes horgonyok kihúzási ellenőrzése (alátétlemezek és fejes csapok)

A fejes horgonyoknál további leállási kritérium ellenőrzi a horgonyfej feletti beton nyomását (zúzódását), azaz a kihúzódást. Az analízis során a fej és a beton érintkezésén átadódó nyomóerőt figyeljük, és összehasonlítjuk az ACI 318-19 17.6.3.2.2a pontjában (fejes kötőelemek kihúzódásos tönkremenetele) megadott határértékkel.

Npn=Φ⋅Ψc,p⋅8⋅Abrg⋅fc′N_{pn} = \Phi \cdot \Psi_{c,p} \cdot 8 \cdot A_{brg} \cdot f'_cNpn​=Φ⋅Ψc,p​⋅8⋅Abrg​⋅fc′​
​

ahol:

  • Φ\PhiΦ az ellenállási tényező – 17.5.3(c) táblázat
  • Abrg a fejes csap, a horgonycsavar vagy a fejes bordázott rúd fejének nettó felfekvési felülete (a szár keresztmetszete nélkül). 
  • f'c a beton előírt nyomószilárdsága
  • Ψc,p\Psi_{c,p}Ψc,p​ a kihúzódási repedési tényező a 17.6.3.3. szerint, amelyet mindig 1,0-nak veszünk, azaz a repedezett betonra vonatkozó értéket alkalmazzuk. Ez összhangban van a Detailban alkalmazott CSFM megközelítéssel, amelyben a beton húzószilárdságát elhanyagoljuk, és a betont húzásra repedezettnek tekintjük.

Amint az érintkezési erő eléri ezt a szabványos határértéket, a leállási kritérium aktiválódik, és az analízis a kihúzódási ellenállás túllépése előtt leáll.​ 

Lehorgonyzás -  tapadási feszültség

A tapadási nyírófeszültséget külön értékeljük, a végeselemes analízissel számított τb tapadási feszültség és az fbu tapadószilárdság hányadosaként.

Mivel azonban az AASHTO nem definiálja explicit módon a tapadószilárdságot, értékét a lehorgonyzási hosszt meghatározó egyenletekből kell levezetni. A tapadószilárdság valójában a lehorgonyzási hossz meghatározásának alapvető bemenő adata; lásd például az AASHTO LRFD (2024) C5.10.8.2. cikkét vagy az NCHRP 733. jelentés E melléklet E-9. oldalát.

Az AASHTO LRFD (2024) 5.10.8.2.1. és 5.10.8.2.2. cikkében leírt számításhoz ismerni kell a keresztirányú vasalás legnagyobb tengelytávolságát az ld hosszon belül, a hasadási síkban lehorgonyzott rudak vagy huzalok számát, az összes keresztirányú vasalás teljes keresztmetszeti területét és más geometriai mennyiségeket. Ezek általános bemenet esetén a Detail alkalmazás modelljében nem határozhatók meg megbízhatóan, ezért az AASHTO LRFD (2014) 5.11.2.1.1. cikkének megközelítését alkalmaztuk a következők szerint:

Tegyük fel, hogy ha a betonacélt a betontömbbe az ld lehorgonyzási hosszon vagy annál hosszabban horgonyozzuk le, akkor a betonacél kihúzása a betonacél szakadásához vezet, nem pedig a betonból való kihúzódásához. Ez a következő képlettel írható fel.

π⋅db⋅ld⋅fbu=fy⋅Ab\pi\cdot d_{b} \cdot l_{d} \cdot f_{bu}=f_{y}\cdot A_{b}π⋅db​⋅ld​⋅fbu​=fy​⋅Ab​

ahol:

  • db a betonacél átmérője
  • ld a lehorgonyzási hossz
  • fbu a tapadószilárdság
  • fy a vasalás folyáshatára
  • Ab a betonacél keresztmetszeti területe

Az előzőekből a tapadószilárdság számítási képlete egyszerűen levezethető.

 fbu=fy⋅Abπ⋅db⋅ldf_{bu}=\frac{f_{y}\cdot A_{b}}{\pi\cdot d_{b} \cdot l_{d} }fbu​=π⋅db​⋅ld​fy​⋅Ab​​

Az ldb húzási alap-lehorgonyzási hosszt az AASHTO LRFD (2014) 5.11.2.1.1. cikke a következőképpen határozza meg:

No. 11 és kisebb rudak esetén:   lbd=max⁡(1.25⋅Ab⋅fyfc′, 0.4⋅db⋅fy)l_{bd}=\max\left(1.25\cdot\dfrac{A_{b}\cdot f_{y}}{\sqrt{f'_{c}}},\ 0.4\cdot d_{b}\cdot f_{y}\right)lbd​=max(1.25⋅fc′​​Ab​⋅fy​​, 0.4⋅db​⋅fy​)

No. 14 rudak esetén:   lbd=2.70⋅fyfc′l_{bd}=\dfrac{2.70\cdot f_{y}}{\sqrt{f'_{c}}}lbd​=fc′​​2.70⋅fy​​

No. 18 rudak esetén:   lbd=3.5⋅fyfc′l_{bd}=\dfrac{3.5\cdot f_{y}}{\sqrt{f'_{c}}}lbd​=fc′​​3.5⋅fy​​

ahol:

  • Ab a betonacél keresztmetszeti területe (in2)
  • fy a vasalás előírt folyáshatára (ksi)
  • f'c a beton előírt nyomószilárdsága 28 napos korban, ha nincs más kor megadva (ksi)
  • db a betonacél átmérője (in)

Ezt követően az ldb alap-lehorgonyzási hosszat az AASHTO LRFD (2014) 5.11.2.1.2. és 5.11.2.1.3. cikkében leírt tényezőkkel megszorozva kapjuk meg a bemenő adatként szolgáló ld lehorgonyzási hosszt.

Az 5.11.2.1.3. cikkben szereplő, a lehorgonyzási hosszt csökkentő módosító tényezők az alkalmazásban mindig 1,0-val egyenlők. A felső vízszintes vagy közel vízszintes vasalás módosító tényezője „rossz” tapadási körülmények esetén 1,4, az alábbi ábra szerint:

Fig. 6.3.1Description of bond conditions; a)  b) ‘good’ bond conditions for all bars;  c)  d) unhatched zone – ‘good’ bond conditions, hatched zone – ‘poor’ bond conditions\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.1\qquad Description of bond conditions; a)  b) ‘good’ bond conditions for all bars;  c)  d) unhatched zone – ‘good’ bond conditions, hatched zone – ‘poor’ bond conditions}}}Fig. 6.3.1Description of bond conditions; a)  b) ‘good’ bond conditions for all bars;  c)  d) unhatched zone – ‘good’ bond conditions, hatched zone – ‘poor’ bond conditions

A betonozás irányát az alkalmazásban be lehet állítani.

Fig. 6.3.2Direction of concreting\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.2\qquad Direction of concreting}}}Fig. 6.3.2Direction of concreting

Az 5.11.2.1.2. cikkben meghatározott összes többi tényező 1,0-val egyenlő, mert csak normál testsűrűségű beton és csak bevonat nélküli vasalás támogatott.

A nyomott rudak tapadási nyírófeszültségét és tapadószilárdságát a húzott rudakhoz hasonlóan számítjuk, de az AASHTO LRFD (2014) 5.11.2.2. cikkének egyenleteit használjuk.

Lehetőség van sima betonacélok modellezésére is. További információ itt található: Sima betonacélok a Detailban

Teljes erő Ftot és határerő Flim

Az Ftot teljes erő a végeselemes analízis eredménye, és kétféleképpen definiálható.

Ftot=Ab⋅fsF_{tot}=A_{b} \cdot f_{s}Ftot​=Ab​⋅fs​

ahol Ab a betonacél keresztmetszeti területe, fs pedig a rúdban fellépő feszültség.

Vagy az Fa lehorgonyzási erő és az Fbond tapadási erő összegeként.

Ftot=Fa+FbondF_{tot}=F_{a}+F_{bond}Ftot​=Fa​+Fbond​

ahol Fa a lehorgonyzási rugóban ébredő tényleges erő, Fbond pedig a tapadási erő, amely a τb tapadási feszültség betonacél mentén, az l hosszon vett integrálásával kapható meg.

Fbond=Cs⋅∫0lτb(x)dxF_{bond}=C_{s} \cdot \int_{0}^{l}\tau_{b}\left( x \right)dxFbond​=Cs​⋅∫0l​τb​(x)dx

Cs a betonacél kerülete.

Az Flim határerő a betonacél elemében fellépő legnagyobb erő, figyelembe véve a betonacél szilárdságát és a lehorgonyzási feltételeket (a beton és a vasalás közötti tapadást, valamint a lehorgonyzó kampókat, hurkokat stb.).

Flim=min(Flim,bond+Fau,Fu)F_{lim}=min\left( F_{lim,bond}+F_{au},F_{u} \right)Flim​=min(Flim,bond​+Fau​,Fu​)

Fu=fy,lim⋅AbF_{u}=f_{y,lim}\cdot A_{b}Fu​=fy,lim​⋅Ab​

Fau=β⋅fy,lim⋅AbF_{au}=\beta\cdot f_{y,lim}\cdot A_{b}Fau​=β⋅fy,lim​⋅Ab​

Flim,bond=Cs⋅l⋅fbuF_{lim,bond}=C_{s}\cdot l \cdot f_{bu}Flim,bond​=Cs​⋅l⋅fbu​

ahol Cs a betonacél kerülete, l pedig a betonacél kezdetétől a vizsgált pontig mért hossz.

Fig. 6.3.3Definition of the limit force Flim\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.3\qquad Definition of the limit force Flim}}}Fig. 6.3.3Definition of the limit force Flim

Flim,2=Flim,1+Flim,addF_{lim,2}=F_{lim,1}+F_{lim,add}Flim,2​=Flim,1​+Flim,add​

ahol Flim,add a szomszédos elemek közötti szög nagyságából számított kiegészítő erő. Az Flim,2 értéke mindig kisebb kell, hogy legyen, mint Fu.

A CSFM-ben elérhető lehorgonyzási típusok közé tartozik az egyenes rúd (azaz lehorgonyzási véget csökkentés nélkül), a 90 fokos kampó, a 180 fokos kampó, a tökéletes tapadás és a folytonos rúd. Ezeket a típusokat a megfelelő β lehorgonyzási tényezőkkel együtt a 6.3.4. ábra mutatja hosszvasalás esetén. Az alkalmazott lehorgonyzási tényezők értékei az AASHTO LRFD (2014) 5.11.2.1. szakaszában szereplő egyenlet és az AASHTO LRFD (2014) 5.11.2.4.1. szakaszából vett egyenletek összehasonlításából származnak. Meg kell jegyezni, hogy a rendelkezésre álló különböző lehetőségek ellenére a CSFM háromféle lehorgonyzási véget különböztet meg: (i) a lehorgonyzási hossz csökkentése nélkül, (ii) a lehorgonyzási hossz 30%-os csökkentésével szabványosított lehorgonyzás esetén, valamint (iii) tökéletes tapadás.

Fig. 6.3.4 Available anchorage types and respective anchorage coefficients for longitudinal reinforcing bars in CSFM:\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.4\qquad  Available anchorage types and respective anchorage coefficients for longitudinal reinforcing bars in CSFM:}}}Fig. 6.3.4 Available anchorage types and respective anchorage coefficients for longitudinal reinforcing bars in CSFM:

(a) straight bar; (b) 90-degree hook; (c) 180-degree hook; (d) perfect bond; (e) continuous bar\textsf{\textit{\footnotesize{(a) straight bar; (b) 90-degree hook; (c) 180-degree hook; (d) perfect bond; (e) continuous bar}}}(a) straight bar; (b) 90-degree hook; (c) 180-degree hook; (d) perfect bond; (e) continuous bar

A kengyelekre (a Beam alkalmazásban elérhető) vonatkozó lehorgonyzási tényező mindig β = 1,0.

Az AASHTO követelményeinek teljesítéséhez a számítás során a lehorgonyzási rugót kell alkalmazni. A lehorgonyzási rugót a β tényező módosítja, ezért a felhasználónak a vasalás kezdő- és végfeltételeinek megadásakor a rendelkezésre álló lehorgonyzási típusok egyikét kell választania. 

7.1 Materialmodellek a 3D CSFM-ben (AS 3600)

Beton – szilárdság

A CSFM-ben a szilárdsági számításokhoz alkalmazott betonmodell a parabolikus-képlékeny feszültség-alakváltozás görbén alapul. A húzószilárdságot – a klasszikus vasbeton méretezéshez hasonlóan – figyelmen kívül hagyjuk.

Fig. 7.1.1The stress-strain diagram of concrete for Strength analysis\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.1.1\qquad The stress-strain diagram of concrete for Strength analysis}}}Fig. 7.1.1The stress-strain diagram of concrete for Strength analysis

A CSFM IDEA StatiCa Detail programban megvalósított változata nem alkalmaz explicit tönkremeneteli kritériumot az alakváltozásokra vonatkozóan a nyomott betonban (azaz a csúcsfeszültség elérése után képlékeny ágat vesz figyelembe, ahol εcp maximális értéke 5%, míg az AS 3600 8.3.1. szakasza 0,3%-nál kisebb határalakváltozást feltételez). Ez az egyszerűsítés nem teszi lehetővé a nyomásra tönkremenő szerkezetek alakváltozási képességének ellenőrzését. A szilárdság azonban megfelelően előrejelezhető, ha a beton törékenységének a szilárdság növekedésével járó növekedését az ηfc\eta_{fc}ηfc​ csökkentő tényezővel vesszük figyelembe, amelyet a fib Model Code 2010 az alábbiak szerint határoz meg:

fc,lim′=α2⋅ϕs⋅ηfc⋅fc′f'_{c,lim}=\alpha_{2}\cdot\phi_{s} \cdot \eta_{fc}\cdot f'_{c}fc,lim′​=α2​⋅ϕs​⋅ηfc​⋅fc′​

ηfc=(30fc′)13≤1{\eta _{fc}} = {\left( {\frac{{30}}{{{f'_{c}}}}} \right)^{\frac{1}{3}}} \le 1ηfc​=(fc′​30​)31​≤1

ahol:

α2 a beton nyomószilárdságának csökkentő tényezője, amelyet az AS 3600 8.3.1. szakasza határoz meg
Parabola-téglalap feszültség-alakváltozás diagram alkalmazásakor a legnagyobb nyomófeszültséget ezzel a tényezővel csökkenteni kell. Ez a nyomott zónában átlagolja a feszültségeloszlást úgy, hogy az eredő nyomószilárdság kisebb vagy egyenlő legyen, mint a csökkenő képlékeny ágú feszültség-alakváltozás diagram alapján számított nyomószilárdság. Hasonló megközelítést definiál a téglalap alakú feszültségblokkra a 8.1.3. fejezet.

Φs a beton feszültségcsökkentő tényezője. Az alapértelmezett érték az AS 3600 2.2.3. táblázata szerint van beállítva.

f'c a beton hengerszilárdsága (MPa-ban az ηfc\eta_{fc}ηfc​ meghatározásához).

Vasalás

A nem előfeszített vasalásra ideálisan rugalmas-képlékeny feszültség-alakváltozás diagramot veszünk figyelembe, meghatározott folyási ponttal, lásd AS 3600 3.2. szakasz. A diagram megadásához csak a vasalás alapvető jellemzőit kell ismerni – a szilárdságot és a rugalmassági modulust.

A vasalás feszültség-alakváltozás diagramját a felhasználó is megadhatja, de ebben az esetben nem lehet figyelembe venni a húzási merevítő hatást (a repedéstágasság nem számítható). 

Fig. 7.1.2 Stress-strain diagram of reinforcement\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.1.2 \qquad Stress-strain diagram of reinforcement}}}Fig. 7.1.2 Stress-strain diagram of reinforcement

ahol:

Φs a vasalás szilárdságcsökkentő tényezője. Az alapértelmezett érték az AS 3600 2.2.3. táblázata szerint van beállítva.

fy a vasalás folyáshatára

Es a vasalás rugalmassági modulusa

A húzási merevítő hatást (7.1.3. ábra)  a program automatikusan figyelembe veszi: a csupasz betonacél bemeneti feszültség-alakváltozás összefüggését úgy módosítja, hogy az a betonba ágyazott rudak átlagos merevségét (εm) tükrözze.

Fig. 7.1.3Scheme of tension stiffening.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.1.3\qquad Scheme of tension stiffening.}}}Fig. 7.1.3Scheme of tension stiffening.

7.2 Feszültség- és szilárdságcsökkentő tényezők és tehertényezők

A Compatible Stress Field Method megfelel a korszerű méretezési szabványoknak. Mivel a számítási modellek kizárólag szabványos anyagjellemzőket használnak, a méretezési szabványokban előírt részleges biztonsági tényezős formátum különösebb módosítás nélkül alkalmazható. Ennek megfelelően a bemeneti terheket szorzótényezőkkel növeljük, a karakterisztikus anyagjellemzőket pedig a megfelelő feszültségcsökkentő tényezőkkel csökkentjük, pontosan úgy, mint a hagyományos vasbeton méretezésnél.

A feszültségcsökkentő tényezők értékeit az AUS 3600 2.2.3. pontja és a következő ábrán bemutatott egyéb szakaszok írják elő.

Fig. 7.2.1The setting of stress reduction factors in IDEA StatiCa Detail.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.1\qquad The setting of stress reduction factors in IDEA StatiCa Detail.}}}Fig. 7.2.1The setting of stress reduction factors in IDEA StatiCa Detail.

A szilárdsági kombinációk teherszorzó tényezőit az AS 3600 4.2.2. pontja szerint kell meghatározni. A használhatósági kombinációk teherszorzó tényezőit a 4.1. táblázat alapján kell meghatározni. Valamennyi sablonban a teherszorzó tényezők előre meg vannak adva.

Fig. 7.2.3The setting of load factors in Idea StatiCa Detail.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.3\qquad The setting of load factors in Idea StatiCa Detail.}}}Fig. 7.2.3The setting of load factors in Idea StatiCa Detail.

7.3 Szilárdsági és lehorgonyzási ellenőrzések a Detail 3D alkalmazásban

Az AS 3600 által előírt különböző igazolásokat a modell közvetlen eredményei alapján értékeljük. Az igazolásokat a beton szilárdságára, a vasalás szilárdságára és a lehorgonyzásra (tapadási nyírófeszültségek) végezzük el.

Szilárdság – beton

A nyomott beton szilárdságát a végeselemes analízisből kapott maximális egyenértékű főfeszültség (fc,eq, az előző szövegben σc,eq is) és az f'c,lim határérték hányadosaként értékeljük.

Az egyenértékű főfeszültség az általános háromtengelyű feszültségállapot egyenértékű egytengelyű feszültségét fejezi ki.

fc,eq=σc3−σc1f_{c,eq} = \sigma_{c3} - \sigma_{c1}fc,eq​=σc3​−σc1​

Az fc,eq érték ezért közvetlenül összehasonlítható az egytengelyű szilárdsági határértékekkel. A kifejezés a Mohr–Coulomb-féle képlékenységi elmélet alkalmazásából származik, a belső súrlódási szöget a biztonság javára φ = 0°-nak feltételezve.

Szilárdság – vasalás

A vasalás szilárdságát húzásra és nyomásra egyaránt a repedéseknél a vasalásban ébredő fs feszültség és az előírt fsy,lim határérték hányadosaként értékeljük.

fsy,lim=ϕs⋅fsyf_{sy,lim} = \phi_{s} \cdot f_{sy}fsy,lim​=ϕs​⋅fsy​

Szilárdság – horgonyok

A horgonyokat a normálfeszültségekre a vasaláshoz hasonló módon ellenőrizzük, ahol az fsy,lim határérték meghatározásra kerül. 

A következő szöveg könnyebb követhetősége érdekében a lehorgonyzásokat először három csoportra osztjuk az AS 5216 és az AS 4100 szerinti szabványellenőrzés szempontjából.

1. csoport

  • Lehorgonyzási típusok
    • Betonba ágyazott lemez
    • Talplemez – távtartás = közvetlen 
    • Talplemez – távtartás = habarcsréteg – a habarcs vastagsága kisebb, mint a horgonyátmérő 0,5-szerese
    • Egyedi horgony, amelynek kiálló hossza kisebb, mint a horgonyátmérő 0,5-szerese
  • Horgony szabványellenőrzések
    • Húzás/nyomás
      • Minden anyag húzásra – AS 5216, 6.2.2. fej.
      • Minden horgonytípus nyomásra – AS 4100, 6.3.3. fej.
    • Nyírás erőkar nélkül
      • Minden anyag – AS 5216, 7.2.2.2. fej.
    • Húzás és nyírás kölcsönhatása – AS 5216, 8.1.1. fej.

2. csoport

  • Lehorgonyzási típusok
    • Talplemez – távtartás = habarcsréteg – a habarcs vastagsága nagyobb, mint a horgonyátmérő 0,5-szerese
  • Horgony szabványellenőrzések
    • Húzás/nyomás
      • Minden anyag húzásra – AS 5216, 6.2.2. fej.
      • Minden horgonytípus nyomásra – AS 4100, 6.3.3. fej.
    • Nyírás erőkarral
      • Minden anyag – AS 5216, 7.2.2.3. fej.

Az AS 5216 szerinti kölcsönhatás-igazolás nem szükséges az utólag beépített kötőelemekre vagy a horgonysínes csavarokra, ha erőkarral rendelkező nyíróerő terheli őket, mivel ezt a kölcsönhatást a 7.2.2.3(2) egyenlet figyelembe veszi.

3. csoport

  • Lehorgonyzási típusok
    • Talplemez – távtartás = hézag
    • Egyedi horgony, amelynek kiálló hossza nagyobb, mint a horgonyátmérő 0,5-szerese
  • Horgony szabványellenőrzések (ACI / AISC)
    • Húzás/nyomás (kihajlással)
      • Minden anyag húzásra – AS 5216, 6.2.2. fej. vagy AS 4100, 9.2.2.2. fej. (a beállításokban választható)
      • Minden horgonytípus nyomásra – AS 4100, 6.3.3. fej.
    • Hajlítás
      • Minden horgonytípusra – AS 4100, 5.1. fej.
    • Nyírás
      • Minden horgonytípusra – AS 4100, 5.11. fej.
  • A kölcsönhatást a továbbiakban ismertetjük

A horgony húzási ellenállása az AS 5216 6.2.2. fej. szerint

ϕNtf=ϕMs As fuf\phi N_{tf}=\phi_{Ms}\,A_s\,f_{uf}ϕNtf​=ϕMs​As​fuf​

ahol:

  • ϕNtf – a horgony húzási méretezési ellenállása
  • ϕMs=5fyf6fuf≤11.4\phi_{Ms}=\dfrac{5 f_{yf}}{6 f_{uf}}\le \dfrac{1}{1.4}ϕMs​=6fuf​5fyf​​≤1.41​ – a húzott horgonyok ellenállási tényezője az AS 5216 3.2.4. táblázata szerint
  • As – húzott keresztmetszeti terület (a menet miatt csökkentett)
  • fuf – a horgonyacél előírt szakítószilárdsága 

A horgony nyírási ellenállása az AS 5216 7.2.2.2. fej. szerint

Az acél szilárdsága erőkar nélküli nyírásra a következőképpen határozható meg:

ϕVRk,s=ϕMs 0.62 fuf A\phi V_{Rk,s}=\phi_{Ms}\,0.62\,f_{uf}\,AϕVRk,s​=ϕMs​0.62fuf​A

ahol:

  • ϕVtf – a horgony nyírási méretezési ellenállása
  • As  – húzott keresztmetszeti terület (a menet miatt csökkentett)
  • fuf – a horgonyacél előírt szakítószilárdsága 
  • ϕMs={fyffuf≤0.8,when fuf≤800 MPa and fyffuf≤0.823,when fuf>800 MPa or fyffuf>0.8\phi_{Ms}=\begin{cases}\dfrac{f_{yf}}{f_{uf}} \le 0.8, & \text{when } f_{uf}\le 800~\text{MPa and } \dfrac{f_{yf}}{f_{uf}}\le 0.8 \\[8pt] \dfrac{2}{3}, & \text{when } f_{uf}> 800~\text{MPa or } \dfrac{f_{yf}}{f_{uf}}> 0.8 \end{cases}ϕMs​=⎩⎨⎧​fuf​fyf​​≤0.8,32​,​when fuf​≤800 MPa and fuf​fyf​​≤0.8when fuf​>800 MPa or fuf​fyf​​>0.8​

Egyedi kötőelem acél tönkremenetele esetén, vagy ha a kötőelemek hef / dnom < 5 arányúak és a beton nyomószilárdsági osztálya < 20 MPa, a ϕVtf méretezési ellenállást 0,8-as tényezővel kell szorozni.

A horgony nyírási ellenállása az AS 5216 7.2.2.3. fej. szerint

Az acél szilárdsága erőkarral rendelkező nyírásra a következőképpen határozható meg:

ϕVRk,s,M=ϕMs αM MRk,sla\phi V_{Rk,s,M}=\phi_{Ms}\,\frac{\alpha_M\,M_{Rk,s}}{l_a}ϕVRk,s,M​=ϕMs​la​αM​MRk,s​​

ahol:

  • αM = 2 – a befogás mértékét figyelembe vevő tényező, a rögzített elemről feltételezzük, hogy elfordulása gátolt – 4.2.2.4. pont
  • MRk,s=MRk,s0(1−N∗ϕMs NRk,s)M_{Rk,s}=M_{Rk,s}^{0}\left(1-\dfrac{N^{*}}{\phi_{Ms}\,N_{Rk,s}}\right)MRk,s​=MRk,s0​(1−ϕMs​NRk,s​N∗​) – a kötőelem tengelyirányú erő által befolyásolt karakterisztikus hajlítószilárdsága
  • la=a3+e1−lel_a = a_3 + e_1 - l_ela​=a3​+e1​−le​ – az erőkar hossza
  • a3=0.5 da_3 = 0.5\,da3​=0.5d – a nyírásra terhelt kötőelem feltételezett befogási pontja és a betonfelület közötti távolság
  • e1=tg+tfix2e_1 = t_g + \dfrac{t_{fix}}{2}e1​=tg​+2tfix​​ – a működő nyíróerő excentricitása a betonfelülethez képest, a szintező habarcs vagy aljzatbeton vastagságát elhanyagolva
  • tg – a habarcsréteg vastagsága
  • tfix – a talplemez vastagsága
  • d – a kötőelem névleges átmérője
  • N* – húzó méretezési erő
  • ϕMs NRk,s – a kötőelem húzószilárdsága acél tönkremenetelre
  • MRk,s0=1.2 Wel fufM_{Rk,s}^{0}=1.2\,W_{el}\,f_{uf}MRk,s0​=1.2Wel​fuf​ – a kötőelem karakterisztikus hajlítószilárdsága – ETAG 001 – C melléklet
  • Wel=πds332W_{el}=\dfrac{\pi d_s^{3}}{32}Wel​=32πds3​​ – a kötőelem rugalmas keresztmetszeti modulusa, a menettel csökkentett átmérővel
  • ds=4Asπd_s=\sqrt{\dfrac{4A_s}{\pi}}ds​=π4As​​​ – a névleges d átmérő helyett ezt használjuk menetes rudak és alátétlemezek esetén
  • ϕMs={fyffuf≤0.8,when fuf≤800 MPa and fyffuf≤0.823,when fuf>800 MPa or fyffuf>0.8\phi_{Ms}=\begin{cases}\dfrac{f_{yf}}{f_{uf}} \le 0.8, & \text{when } f_{uf}\le 800~\text{MPa and } \dfrac{f_{yf}}{f_{uf}}\le 0.8 \\[8pt] \dfrac{2}{3}, & \text{when } f_{uf}> 800~\text{MPa or } \dfrac{f_{yf}}{f_{uf}}> 0.8 \end{cases}ϕMs​=⎩⎨⎧​fuf​fyf​​≤0.8,32​,​when fuf​≤800 MPa and fuf​fyf​​≤0.8when fuf​>800 MPa or fuf​fyf​​>0.8​

Húzás és nyírás kölcsönhatása az AS 5216 8.1.1. fej. szerint

(N∗ϕNRk,s)2+(V∗ϕVRk,s)2≤1.0\left(\frac{N^{*}}{\phi N_{Rk,s}}\right)^{2}+\left(\frac{V^{*}}{\phi V_{Rk,s}}\right)^{2}\le 1.0(ϕNRk,s​N∗​)2+(ϕVRk,s​V∗​)2≤1.0

Ahol:

  • N* – az egyedi kötőelemre működő húzó méretezési erő
  • V* – az egyedi kötőelemre működő nyíró méretezési erő 
  • ϕNRk,s – az egyedi kötőelem húzó méretezési szilárdsága
  • ϕVRk,s – az egyedi kötőelem nyíró méretezési szilárdsága

A horgony húzási ellenállása az AS 4100 9.2.2.2. fej. szerint

Ntf∗≤ϕa,tAsfufN_{tf}^{*}\le \phi_{a,t} A_s f_{uf}Ntf∗​≤ϕa,t​As​fuf​

ahol:

  • As – húzott keresztmetszeti terület (a menet miatt csökkentett) az AS 1275 szerint
  • ϕa,t – a csavarok ellenállási tényezője az AS 4100 3.4. táblázata szerint

A horgony nyomási ellenállása az AS 4100 6.3.3. fej. szerint

ϕNc=ϕ αc Ns=ϕ αc kf As fy≤ϕNs\phi N_c=\phi\,\alpha_c\,N_s=\phi\,\alpha_c\,k_f\,A_s\,f_y \le \phi N_sϕNc​=ϕαc​Ns​=ϕαc​kf​As​fy​≤ϕNs​

ahol:

  • ϕa,c – a csavarok ellenállási tényezője az AS 4100 3.4. táblázata szerint
  • Nc=αc Ns≤NsN_c=\alpha_c\,N_s \le N_sNc​=αc​Ns​≤Ns​ – a szerkezeti elem névleges teherbírása – 6.3.3. pont
  • Ns=kf As fyN_s=k_f\,A_s\,f_yNs​=kf​As​fy​ – a keresztmetszet névleges teherbírása – 6.2. pont
  • fy – a horgony folyáshatára
  • le=ke ll_e=k_e\,lle​=ke​l – effektív hossz – 6.3.2. pont
  • ke = 2 – a szerkezeti elem effektív hossztényezője; a biztonság javára feltételezzük, hogy a horgony alul befogott, felül csuklós, és kilengő szerkezeti elemként viselkedik
  • l=lgap+d2+tp2l = l_{gap}+\dfrac{d}{2}+\dfrac{t_p}{2}l=lgap​+2d​+2tp​​ – a szerkezeti elem feltételezett hossza
  • lgap – a hézag magassága
  • d – a csavar névleges átmérője
  • tp – a talplemez vastagsága
  • αc=ξ[ 1− 1−(90ξ λ)2 ]\alpha_c=\xi\left[\,1-\sqrt{\,1-\left(\dfrac{90}{\xi\,\lambda}\right)^2}\,\right]αc​=ξ​1−1−(ξλ90​)2​​ – a szerkezeti elem karcsúsági csökkentő tényezője
  • ξ=(λ90)2+1+η2(λ90)2\xi=\frac{\left(\dfrac{\lambda}{90}\right)^2+1+\eta}{2\left(\dfrac{\lambda}{90}\right)^2}ξ=2(90λ​)2(90λ​)2+1+η​
  • λ=λn+αaαb\lambda=\lambda_n+\alpha_a\alpha_bλ=λn​+αa​αb​
  • η=0.00326(λ−13.5)≥0\eta=0.00326(\lambda-13.5)\ge 0η=0.00326(λ−13.5)≥0
  • λn=(ler)kf fy250\lambda_n=\left(\frac{l_e}{r}\right)\sqrt{k_f}\,\sqrt{\dfrac{f_y}{250}}λn​=(rle​​)kf​​250fy​​​
  • αa=2100(λn−13.5)λn2−15.3λn+2050\alpha_a=\dfrac{2100(\lambda_n-13.5)}{\lambda_n^2-15.3\lambda_n+2050}αa​=λn2​−15.3λn​+20502100(λn​−13.5)​
  • αb = 0,5 – a nyomott szerkezeti elem keresztmetszeti állandója – 6.3.3. táblázat
  • kf = 1 – alaktényező – 6.2.2. pont
  • r=IsAsr=\sqrt{\dfrac{I_s}{A_s}}r=As​Is​​​ – inerciasugár
  • Is=164 πds4I_s=\dfrac{1}{64}\,\pi d_s^{4}Is​=641​πds4​ – inercianyomaték
  • As – a csavar húzott keresztmetszeti területe az AS 1275 szerint
  • ds=4Asπd_s=\sqrt{\dfrac{4A_s}{\pi}}ds​=π4As​​​ – a menet miatt csökkentett átmérő

A horgony hajlítási ellenállása az AS 4100 5.1. fej. szerint

ϕMs=ϕ fy Ze\phi M_s=\phi\,f_y\,Z_eϕMs​=ϕfy​Ze​

ahol:

  • ϕa,b – a csavarok ellenállási tényezője az AS 4100 3.4. táblázata szerint
  • fy – a horgony folyáshatára
  • Ze=min⁡(S, 1.5 Z)Z_e=\min\left(S,\,1.5\,Z\right)Ze​=min(S,1.5Z) – effektív keresztmetszeti modulus – 5.2.3. pont
  • S=d36S=\dfrac{d^{3}}{6}S=6d3​ – képlékeny keresztmetszeti modulus; menet esetén a névleges d átmérő helyett a menet miatt csökkentett ds átmérőt kell használni
  • Z=132 πd3Z=\dfrac{1}{32}\,\pi d^{3}Z=321​πd3 – rugalmas keresztmetszeti modulus; menet esetén a névleges d átmérő helyett a menet miatt csökkentett ds átmérőt kell használni

A horgony nyírási ellenállása az AS 4100 5.11. fej. szerint

ϕVw=0.6 fy Aw\phi V_w = 0.6\,f_y\,A_wϕVw​=0.6fy​Aw​

ahol:

  • ϕ – a csavarok ellenállási tényezője az AS 4100 3.4. táblázata szerint
  • fy – a horgony folyáshatára
  • Aw = 0,844 As – nyírt keresztmetszeti terület
  • As – húzott keresztmetszeti terület (a menet miatt csökkentett)

Húzás és hajlítás kölcsönhatása 

Ntf∗ϕNt+M∗ϕMs≤1\frac{N_{tf}^{*}}{\phi N_t}+\frac{M^{*}}{\phi M_s}\le 1ϕNt​Ntf∗​​+ϕMs​M∗​≤1

ahol:

  • N*tf   – húzó méretezési erő
  • ϕNt – a horgony húzási méretezési ellenállása
  • M*   – az erőkaron ébredő nyírásból származó méretezési hajlítónyomaték
  • ϕMs – a horgony hajlítási méretezési ellenállása

Nyomás és hajlítás kölcsönhatása

N∗ϕNc+M∗ϕMs≤1\frac{N^{*}}{\phi N_c}+\frac{M^{*}}{\phi M_s}\le 1ϕNc​N∗​+ϕMs​M∗​≤1

ahol:

  • N*   – nyomó méretezési erő
  • ϕNc – a horgony nyomási méretezési ellenállása
  • M*   – az erőkaron ébredő nyírásból származó méretezési hajlítónyomaték
  • ϕMs – a horgony hajlítási méretezési ellenállása

Beton zúzódása a horgony és a beton határfelületén

A horgony nyírási ellenállását korlátozza a beton zúzódása is a horgony és a beton határfelületén. A határértékeket és meghatározásuk módját részletesen a következő cikk ismerteti: Horgonyok nyírási viselkedése vasbetonban. Amint az érintkezési erő eléri ezt a határértéket, a leállási kritérium aktiválódik, és az analízis az ellenállás túllépése előtt befejeződik.​ 

Fejes horgonyok kihúzódási ellenőrzése (alátétlemezek és fejes csapok)

A fejes horgonyokra további leállási kritérium vonatkozik a horgonyfej feletti beton palástnyomásának (zúzódásának) – a kihúzódásnak – ellenőrzésére. Az analízis során a fej és a beton érintkezési felületén átadódó nyomóerőt figyeljük, és összehasonlítjuk az AS 5216:2021 6.3.4. pontjában (fejes rögzítések kihúzódásos tönkremenetele) megadott határértékkel.

NRd,p=ΦMp⋅k2⋅Ah⋅fc′N_{Rd,p} = \Phi_{Mp} \cdot k_{2} \cdot A_{h} \cdot f'_{c}NRd,p​=ΦMp​⋅k2​⋅Ah​⋅fc′​
​

ahol:

  • ΦMp\Phi_{Mp}ΦMp​ az ellenállási tényező – 3.2.4. táblázat
  • Ah a kötőelem fejének teherviselő területe (a szár területe nélkül). 
  • f'c a beton előírt nyomószilárdsága
  • k2 értéke mindig 7,5, azaz a repedezett betonra vonatkozó érték. Ez összhangban van a Detail alkalmazásban használt CSFM megközelítéssel, ahol a beton húzószilárdságát elhanyagoljuk, és a betont húzásra repedezettnek tekintjük.

Amint az érintkezési erő eléri ezt a szabványon alapuló határértéket, a leállási kritérium aktiválódik, és az analízis a kihúzódási méretezési ellenállás túllépése előtt befejeződik.​ 

Lehorgonyzás –  tapadási feszültség

A tapadási nyírófeszültséget külön értékeljük, a végeselemes analízissel számított τb tapadási feszültség és az fbu méretezési határ tapadási feszültség hányadosaként.

Az fbu méretezési határ tapadási feszültség meghatározásához az alkalmazás az AS3600:2018 Sup 1:2022 szabványban megadott C13.1.2.2 képletet veszi figyelembe.

fbu=k2k1⋅k3⋅(0.5⋅fc′)f_{bu}=\frac{k_{2}}{k_{1} \cdot k_{3}} \cdot (0.5 \cdot \sqrt{f'_{c}})fbu​=k1​⋅k3​k2​​⋅(0.5⋅fc′​​)

Ahol f'c ≤ 65 MPa (a képletben MPa-ban), a k tényezőket pedig az AS 3600 13.1.2.2. pontja szerint az alábbiak szerint határozzuk meg:

k3 = 0,7                                 (a biztonság javára választott érték minden vasalásra)
k2 = (132 - db) / 100             (db a vasbetét átmérője milliméterben)
= 1,3 olyan vízszintes vasbetétre, amely alatt több mint 300 mm beton került beépítésre, egyébként 1,0

k1 értékét az alkalmazás automatikusan származtatja a vasalás modellbeli helyzetéből és a betonozás irányából, amely a projekt minden eleméhez beállítható az alkalmazásban az alábbiak szerint.

Fig. 7.3.1Direction of concreting\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.1\qquad Direction of concreting}}}Fig. 7.3.1Direction of concreting

Az Lsy,tb alap lehorgonyzási hosszt az AS 3600 13.1.2.2. képlete szerint számítjuk az alábbiak szerint:

Lsy,tb=0.5⋅k1⋅k3⋅fsy⋅dbk2⋅fc′≥29⋅k1⋅dbL_{sy,tb}=\frac{0.5\cdot k_{1}\cdot k_{3}\cdot f_{sy}\cdot d_{b}}{k_{2}\cdot \sqrt{f'_{c}}}\ge 29 \cdot k_{1}\cdot d_{b}Lsy,tb​=k2​⋅fc′​​0.5⋅k1​⋅k3​⋅fsy​⋅db​​≥29⋅k1​⋅db​

A képletből látható, hogy az Lsy,tb alap lehorgonyzási hossz alulról korlátozott, ezért az fbu méretezési határ tapadási feszültséget az alkalmazásban ugyanígy korlátozni kell, így az alábbi összefüggés érvényes:

fbu≤fsy116⋅k1f_{bu}\le \frac{f_{sy}}{116 \cdot k_{1}}fbu​≤116⋅k1​fsy​​

Ahol fsy MPa-ban értendő.

Az fbu korlátozásának levezetése a következő:

fbu=fsy⋅Asπ⋅db⋅Lsy,tb=fsy⋅π⋅db24⋅π⋅db⋅29⋅k1⋅db=fsy116⋅k1f_{bu}= \frac{f_{sy}\cdot A_{s}}{ \pi \cdot d_{b} \cdot L_{sy,tb}}=\frac{f_{sy}\cdot \pi \cdot d_{b}^{2}}{4 \cdot \pi \cdot d_{b} \cdot 29 \cdot k{1} \cdot d_{b}} =\frac{f_{sy}}{116 \cdot k_{1}}fbu​=π⋅db​⋅Lsy,tb​fsy​⋅As​​=4⋅π⋅db​⋅29⋅k1⋅db​fsy​⋅π⋅db2​​=116⋅k1​fsy​​

Teljes erő Ftot és határerő Flim

A teljes erő, Ftot, a végeselemes analízis eredménye, és kétféleképpen határozható meg.

Ftot=As⋅fsF_{tot}=A_{s} \cdot f_{s}Ftot​=As​⋅fs​

ahol As a vasbetét keresztmetszeti területe, fs pedig a vasbetétben ébredő feszültség.

Vagy a lehorgonyzási erő, Fa és a tapadási erő, Fbond összegeként.

Ftot=Fa+FbondF_{tot}=F_{a}+F_{bond}Ftot​=Fa​+Fbond​

ahol Fa a lehorgonyzási rugóban ébredő tényleges erő, Fbond pedig a tapadási erő, amely a τb tapadási feszültség vasbetét mentén, az l hosszon vett integrálásával kapható meg.

Fbond=Cs⋅∫0lτb(x)dxF_{bond}=C_{s} \cdot \int_{0}^{l}\tau_{b}\left( x \right)dxFbond​=Cs​⋅∫0l​τb​(x)dx

Cs a vasbetét kerülete.

Az Flim határerő a vasbetét elemében fellépő maximális erő, figyelembe véve a vasbetét szilárdságát, valamint a lehorgonyzási feltételeket (a beton és a vasalás közötti tapadás, valamint a lehorgonyzó kampók, hurkok stb.).

Flim=min(Flim,bond+Fau,Fu)F_{lim}=min\left( F_{lim,bond}+F_{au},F_{u} \right)Flim​=min(Flim,bond​+Fau​,Fu​)

Fu=fy,lim⋅AsF_{u}=f_{y,lim}\cdot A_{s}Fu​=fy,lim​⋅As​

Fau=β⋅fy,lim⋅AsF_{au}=\beta\cdot f_{y,lim}\cdot A_{s}Fau​=β⋅fy,lim​⋅As​

Flim,bond=Cs⋅l⋅fbuF_{lim,bond}=C_{s}\cdot l \cdot f_{bu}Flim,bond​=Cs​⋅l⋅fbu​

ahol Cs a vasbetét kerülete, l pedig a vasbetét kezdetétől a vizsgált pontig mért hossz.

Fig. 7.3.2Definition of the limit force Flim\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.2\qquad Definition of the limit force Flim}}}Fig. 7.3.2Definition of the limit force Flim

Flim,2=Flim,1+Flim,addF_{lim,2}=F_{lim,1}+F_{lim,add}Flim,2​=Flim,1​+Flim,add​

ahol Flim,add a szomszédos elemek közötti szög nagyságából számított kiegészítő erő. Az Flim,2 értéke mindig kisebb kell, hogy legyen, mint Fu.

A CSFM-ben elérhető lehorgonyzási típusok: egyenes vasbetét (azaz nincs a lehorgonyzási véget érintő csökkentés), szabványos hajlítás, szabványos kampó, tökéletes tapadás és folytonos vasbetét. Ezek a típusok a hozzájuk tartozó β lehorgonyzási tényezőkkel együtt a hosszvasalásra vonatkozóan a 7.3.3. ábrán láthatók. Az alkalmazott lehorgonyzási tényezők értékei az AS 3600 13.1.2. pontjából származnak. Megjegyzendő, hogy a CSFM háromféle lehorgonyzási véget különböztet meg: (i) a lehorgonyzási hossz csökkentése nélkül, (ii) a lehorgonyzási hossz 50%-os csökkentésével szabványosított lehorgonyzás esetén, valamint (iii) tökéletes tapadás.

Fig. 7.3.3 Available anchorage types and respective anchorage coefficients for longitudinal reinforcing bars in CSFM:\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.3\qquad  Available anchorage types and respective anchorage coefficients for longitudinal reinforcing bars in CSFM:}}}Fig. 7.3.3 Available anchorage types and respective anchorage coefficients for longitudinal reinforcing bars in CSFM:

(a) straight bar; (b) Standard cog; (c) Standard hook; (d) perfect bond; (e) continuous bar\textsf{\textit{\footnotesize{(a) straight bar; (b) Standard cog; (c) Standard hook; (d) perfect bond; (e) continuous bar}}}(a) straight bar; (b) Standard cog; (c) Standard hook; (d) perfect bond; (e) continuous bar

A kengyelek lehorgonyzási tényezője mindig β = 1,0.

Az AS 3600 követelményeinek teljesítéséhez a számítás során lehorgonyzási rugót kell alkalmazni. A lehorgonyzási rugót a β tényező módosítja, ezért a felhasználónak a vasalás kezdő- és végpontjának feltételeit megadva az elérhető lehorgonyzási típusok egyikét kell használnia. 

8.1 Anyagmodellek a 3D CSFM-ben (CSA)

Beton – Szilárdság

A CSFM-ben a szilárdsági számításokhoz alkalmazott betonmodell a parabolikus-képlékeny feszültség-alakváltozás görbén alapul. A húzószilárdságot a klasszikus vasbeton méretezéshez hasonlóan elhanyagolja. A CSA méretezési szabványhoz csak a beton parabola-téglalap diagramja támogatott.

Fig. 8.1.1The stress-strain diagram of concrete for Strength analysis\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 8.1.1\qquad The stress-strain diagram of concrete for Strength analysis}}}Fig. 8.1.1The stress-strain diagram of concrete for Strength analysis

Az IDEA StatiCa Detail alkalmazásban megvalósított CSFM nem alkalmaz explicit tönkremeneteli kritériumot a nyomott beton alakváltozására (azaz a csúcsfeszültség elérése után képlékeny ágat vesz figyelembe, amelynél εc maximális értéke 5%, míg a CSA A23.3:24 10.1.3. pontja a beton legnagyobb nyomási alakváltozását 0,0035-nek tételezi fel). Ez az egyszerűsítés nem teszi lehetővé a nyomásra tönkremenő szerkezetek alakváltozási képességének ellenőrzését. A szilárdság azonban megfelelően előre jelezhető, ha a beton törékenységének a szilárdsággal együtt növekvő mértékét az fib Model Code 2010-ben meghatározott ηfc csökkentő tényezővel vesszük figyelembe, a következők szerint:

fc,lim′=α⋅ϕc⋅ηfc⋅fc′f'_{c,lim}=\alpha \cdot\phi_{c} \cdot \eta_{fc}\cdot f'_{c}fc,lim′​=α⋅ϕc​⋅ηfc​⋅fc′​

ηfc=(30fc′)13≤1{\eta _{fc}} = {\left( {\frac{{30}}{{{f'_{c}}}}} \right)^{\frac{1}{3}}} \le 1ηfc​=(fc′​30​)31​≤1

ahol:

α az a tényező, amely figyelembe veszi a beépített beton szilárdsága és a szabványos henger szilárdsága közötti eltéréseket a CSA A23.3:24 10.1.6. pontja szerint. A ponthoz tartozó megjegyzés előírja, hogy a feszültségblokkokat olyan feszültség-alakváltozás görbékre kell alapozni, amelyek csúcsfeszültsége nem nagyobb, mint 0,9 f'c. A tényező összhangban van a rudakban fellépő nyomófeszültség korlátozására vonatkozó követelménnyel is a 11.4.2.3. pont szerint. Az alapértelmezett érték 0,85, amely a Projektbeállításokban módosítható.
Megjegyzés: az α egyetlen, felhasználó által megadott érték, amelyet a parabola-téglalap feszültség-alakváltozás diagramra alkalmazunk. Nem tévesztendő össze az egyenértékű téglalap alakú betonfeszültség-eloszlás α1 tényezőjével, amelyet a CSA A23.3:24 10.1.7. pontja a szilárdságtól függőnek határoz meg (α1 = 0,85 − 0,0015 f'c ≥ 0,67, 10.1 egyenlet).

Φc a beton ellenállási tényezője a CSA A23.3:24 8.4.2. pontja szerint. 

f'c a beton előírt nyomószilárdsága (MPa-ban az ηfc meghatározásához)

Vasalás

A nem feszített vasalásra tökéletesen rugalmas-képlékeny feszültség-alakváltozás diagramot veszünk figyelembe, meghatározott folyási ponttal. A vasalás anyagait a CSA G30.18:21 határozza meg. A diagram megadásához csak a vasalás alapvető tulajdonságait kell ismerni – a szilárdságot és a rugalmassági modulust.

A vasalás feszültség-alakváltozás diagramját a felhasználó is megadhatja, de ebben az esetben nem lehet figyelembe venni a húzási merevítő hatást (a repedéstágasság nem számítható). 

Fig. 8.1.2 Stress-strain diagram of reinforcement\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 8.1.2 \qquad Stress-strain diagram of reinforcement}}}Fig. 8.1.2 Stress-strain diagram of reinforcement

ahol:

Φs a vasalás ellenállási tényezője a CSA A23.3:24 8.4.3. pontja szerint.

fsy a vasalás folyáshatára

Es a vasalás rugalmassági modulusa

A számítás leállításának határalakváltozása 10%. Ez az ASTM A955/A955M-20c 7. cikkelye alapján biztonságosnak tekinthető.

A húzási merevítő hatást (8.1.3. ábra) a program automatikusan figyelembe veszi: a csupasz betonacél bemeneti feszültség-alakváltozás összefüggését úgy módosítja, hogy az a betonba ágyazott acélbetétek átlagos merevségét (εm) tükrözze.

Fig. 8.1.3Scheme of tension stiffening.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 8.1.3\qquad Scheme of tension stiffening.}}}Fig. 8.1.3Scheme of tension stiffening.

8.2 Ellenállási és teherszorzók

A Compatible Stress Field Method megfelel a modern szabványok követelményeinek. Mivel a számítási modellek kizárólag szabványos anyagjellemzőket használnak, a szabványokban előírt részleges biztonsági tényezős formátum módosítás nélkül alkalmazható. Így a bemeneti terheket szorzótényezőkkel növeljük, a megadott anyagjellemzőket pedig a megfelelő ellenállási tényezőkkel csökkentjük, pontosan úgy, mint a hagyományos vasbeton szerkezeti analízisben.

A beton és a vasalás anyagi ellenállási tényezőit a CSA A23.3:24 8.4. szakasza írja elő. Mivel a 3D modell tartalmazza a horgonyok szabványellenőrzését is, ezenkívül szükségesek a CSA A23.3:24 D. melléklet és a CSA S16:24 ellenállási tényezői.

Fig. 8.2.1The setting of stress reduction factors in IDEA StatiCa Detail.\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 8.2.1\qquad The setting of stress reduction factors in IDEA StatiCa Detail.}}}Fig. 8.2.1The setting of stress reduction factors in IDEA StatiCa Detail.

A horgonyok ellenállásmódosító tényezőit a CSA A23.3:24 D.5.3. szakasza írja elő. 

A távtartóval kialakított horgonyok acélellenállását a CSA S16:24 szerint kell meghatározni, amely megköveteli a horgonyrudak ellenállási tényezőjét a 13.1 i) szakasz szerint, valamint a nyomási ellenállás paraméterét a 13.3.1.1. szakasz szerint.

A horgonyrúd átmérőjét és a nyírófeszültség kalibrálását figyelembe vevő tényezőket a 25.4.3. szakasz írja elő. A kd átmérőtényező bekerül a 25.4.3.1.1. szakasz szerinti húzott keresztmetszeti terület An = 0,75 kd Aar képletébe, valamint a 25.4.3.2. szakasz szerinti nyírt keresztmetszeti terület meghatározásába:

A teherszorzókat és a teherkombinációkat az érvényes építési szabályzatnak megfelelően kell meghatározni, ahogyan azt a CSA A23.3:24 8.2.1. és 8.3.1. szakasza előírja. A CSA A23.3:24 maga a kanadai országos építési szabályzatnak (National Building Code of Canada) megfelelő követelményeket tartalmaz (1.1. szakasz), a teherkombinációs előírások átdolgozott változata pedig a CSA A23.3:24 C. mellékletében (tájékoztató jellegű) található. . 

A felhasználó felelőssége, hogy a vizsgált szerkezetre, valamint az illetékes hatóság által előírt szabványkiadásra vonatkozó teherkombinációkat meghatározza.

A 3D modellek kizárólag a szilárdsági ellenőrzések eredményeit szolgáltatják, ezért csak az ULS kombinációk kerülnek kiértékelésre.

8.3 Ultimate limit state a Detail 3D alkalmazásban

A CSA A23.3:24 által előírt különböző igazolásokat a modell által szolgáltatott közvetlen eredmények alapján értékeljük. Az igazolásokat a beton szilárdságára, a vasalás szilárdságára, a horgonyokra és a lehorgonyzásra (tapadási nyírófeszültségek) végezzük el.

Szilárdság - Beton

A nyomott beton szilárdságát a végeselem-analízisből kapott legnagyobb egyenértékű főfeszültség fc,eq (az előző szövegben σc,eq is) és a f'c,lim határérték hányadosaként értékeljük.

Az egyenértékű főfeszültség az általános háromtengelyű feszültségállapot egyenértékű egytengelyű feszültségét fejezi ki.

fc,eq=σc3−σc1f_{c,eq} = \sigma_{c3} - \sigma_{c1}fc,eq​=σc3​−σc1​

Az fc,eq érték ezért közvetlenül összehasonlítható az egytengelyű szilárdsági határértékekkel. Ez a kifejezés a Mohr–Coulomb-féle képlékenységi elmélet alkalmazásából származik, a belső súrlódási szöget a biztonság javára φ = 0°-nak véve.

Szilárdság - Vasalás

A vasalás szilárdságát húzásra és nyomásra egyaránt a vasalásban a repedéseknél fellépő fs feszültség és az előírt fsy,lim határérték hányadosaként értékeljük.

fsy,lim=ϕs⋅fsyf_{sy,lim} = \phi_{s} \cdot f_{sy}fsy,lim​=ϕs​⋅fsy​

Szilárdság - Horgonyok

A horgonyokat normálfeszültségekre a vasaláshoz hasonló módon ellenőrizzük, ahol az fy,lim határértéket határozzuk meg. 

A horgonyok teljes körű szabványellenőrzése a kanadai szabvány szerint a CSA A23.3:24 D melléklet és a CSA S16:24 előírásainak együttes alkalmazását igényli. Ez a felosztás a CSA S16:24 25.1. pontját követi, amely szerint a betonba ágyazott horgonyrudak acélellenállását e szabvány 25.4.3. pontja szerint, a beton ellenállását pedig a CSA A23.3 D melléklete szerint kell meghatározni.

A mértékadó tönkremeneteli mód a talplemezből és a horgonyokból álló rendszer geometriájától függ. A következő szöveg könnyebb követhetősége érdekében a lehorgonyzást a szabványellenőrzés szempontjából először három csoportra osztjuk.

1. csoport

  • Lehorgonyzási típusok
    • Betonba ágyazott lemez
    • Talplemez - Távköz = közvetlen 
    • Talplemez - Távköz = habarcsfuga - a habarcs vastagsága kisebb, mint a horgonyátmérő 0,5-szerese
    • Önálló horgony, amelynek kinyúló hossza kisebb, mint a horgonyátmérő 0,5-szerese
  • Horgonyok szabványellenőrzései 
    • Húzás/nyomás
      • Minden horgonytípus húzásra – CSA A23.3:24 D.6.1.2. pont  
      • Minden horgonytípus nyomásra – CSA S16:24 13.3.1.1. pont
    • Nyírás erőkar nélkül
      • Fejes csapok – CSA A23.3:24 D.7.1.2. pont a)
      • Csavaranyagból készült horgonyok és vasalás: CSA A23.3:24 D.7.1.2. pont b)
    • Húzás és nyírás kölcsönhatása - CSA A23.3:24 D.1 táblázat

2. csoport

  • Lehorgonyzási típusok
    • Talplemez - Távköz = habarcsfuga - a habarcs vastagsága nagyobb, mint a horgonyátmérő 0,5-szerese

A horgonyok szabványellenőrzései megegyeznek az 1. csoportéval, azzal a különbséggel, hogy a nyírási ellenállást erőkarral határozzuk meg a CSA A23.3:24 D.7.1.3. pontja szerint, amely bevezeti a kiképzett habarcságyas horgonyokra vonatkozó csökkentő tényezőt.

3. csoport

  • Lehorgonyzási típusok
    • Talplemez - Távköz = hézag
    • Önálló horgony, amelynek kinyúló hossza nagyobb, mint a horgonyátmérő 0,5-szerese

Ebben a csoportban a horgony rövid acél szerkezeti elemként működik, ezért a szabványellenőrzést teljes egészében a CSA S16:24 szerint végezzük:

  • Horgonyok szabványellenőrzései
    • Húzás/nyomás (kihajlással)
      • Minden horgonytípus húzásra – CSA S16:24 25.4.3.1.1. pont
      • Minden horgonytípus nyomásra – CSA S16:24 25.4.3.1.2. pont a 13.3.1.1. ponttal
    • Hajlítás
      • Minden horgonytípusra – CSA S16:24 25.4.3.3. pont
    • Nyírás
      • Minden horgonytípusra – CSA S16:24 25.4.3.2. pont

A horgony húzási ellenállása – CSA A23.3:24 D.6.1.2. pont (1. és 2. csoport)

Nsar=ϕs RN Ase,N futaN_{sar}=\phi_{s}\,R_{N}\,A_{se,N}\,f_{uta}Nsar​=ϕs​RN​Ase,N​futa​

ahol:

  • ϕs – a vasalás és a beágyazott acélhorgonyok ellenállási tényezője a 8.4.3. pont szerint
  • RN – a húzott horgony ellenállást módosító tényezője a D.5.3. pont szerint
  • Ase,N – a horgony hatékony keresztmetszeti területe húzásra
  • futa – a horgonyacél szakítószilárdsága, amely nem vehető nagyobbnak, mint 1,9 fya és 860 MPa

A horgony nyírási ellenállása – CSA A23.3:24 D.7.1.2. pont (1. csoport)

Erőkar nélküli fejes csapok esetén, a D.7.1.2. pont a) alapján:

Vsar=ϕs RV Ase,V futaV_{sar}=\phi_{s}\,R_{V}\,A_{se,V}\,f_{uta}Vsar​=ϕs​RV​Ase,V​futa​

Csavaranyagból készült horgonyok és erőkar nélküli vasalás esetén, a D.7.1.2. pont b) alapján:

Vsar=ϕs RV 0.6 Ase,V futaV_{sar}=\phi_{s}\,R_{V}\,0.6\,A_{se,V}\,f_{uta}Vsar​=ϕs​RV​0.6Ase,V​futa​

ahol:

  • RV – a nyírt horgony ellenállást módosító tényezője a D.5.3. pont szerint
  • Ase,V – a horgony hatékony keresztmetszeti területe nyírásra

A horgony nyírási ellenállása – CSA A23.3:24 D.7.1.2. pont a D.7.1.3. ponttal (2. csoport)

Ha a horgonyt kiképzett habarcságyral használják, a fent meghatározott nyírási ellenállást a D.7.1.3. pont szerinti g tényezővel csökkentjük. Fejes csapok esetén:

Vsar=ϕs RV Ase,V futa gV_{sar}=\phi_{s}\,R_{V}\,A_{se,V}\,f_{uta}\,gVsar​=ϕs​RV​Ase,V​futa​g

csavaranyagból készült horgonyok és vasalás esetén pedig:

Vsar=ϕs RV 0.6 Ase,V futa gV_{sar}=\phi_{s}\,R_{V}\,0.6\,A_{se,V}\,f_{uta}\,gVsar​=ϕs​RV​0.6Ase,V​futa​g

ahol g = 0,8 a kiképzett habarcságyas horgonyokra vonatkozó csökkentő tényező a D.7.1.3. pont szerint.

Húzás és nyírás kölcsönhatása az acélban – CSA A23.3:24 D.1 táblázat (1. és 2. csoport)

(NfaNsar)2+(VfaVsar)2≤1.0{\left(\frac{N_{fa}}{N_{sar}}\right)}^{2}+{\left(\frac{V_{fa}}{V_{sar}}\right)}^{2}\le 1.0(Nsar​Nfa​​)2+(Vsar​Vfa​​)2≤1.0

ahol:

  • Nfa – a tényezővel szorzott húzóerő, Nsar pedig a horgony tényezővel szorzott húzási ellenállása
  • Vfa – a tényezővel szorzott nyíróerő, Vsar pedig a horgony tényezővel szorzott nyírási ellenállása

A horgony húzási ellenállása – CSA S16:24 25.4.3.1.1. pont (3. csoport)

Tsar=ϕar An FuT_{sar}=\phi_{ar}\,A_{n}\,F_{u}Tsar​=ϕar​An​Fu​

An=0.75 kd AarA_{n}=0.75\,k_{d}\,A_{ar}An​=0.75kd​Aar​

ahol:

  • Φar – a horgonyrudak ellenállási tényezője a 13.1. pont szerint
  • An – a horgony húzott feszültségi keresztmetszete
  • kd – a horgonyrúd átmérőtényezője
  • Aar – a horgonyrúd keresztmetszeti területe a névleges d átmérője alapján
  • Fu a horgonyacél szakítószilárdsága

A horgony nyomási ellenállása – CSA S16:24 13.3.1.1. pont (minden csoport)

Csar=ϕar As Fy (1+λ2n)−1/nC_{sar} =\phi_{ar}\,A_{s}\,F_{y}\,(1+\lambda^{2n})^{-1/n}Csar​=ϕar​As​Fy​(1+λ2n)−1/n

λ=(Fy/Fe)\lambda=\sqrt{(F_y/F_e)}λ=(Fy​/Fe​)​

Fe=π2 E /(K L/r)2F_{e}=\pi^{2}\,E\,/(K\,L/r)^{2}Fe​=π2E/(KL/r)2

ahol:

  • As – a horgony menetekkel csökkentett keresztmetszeti területe, ha vannak menetek
  • Fy – a horgonyacél folyáshatára
  • Fe – a rugalmas kihajlási feszültség a 13.3.1.2. pont szerint
  • E – a horgonyacél rugalmassági modulusa
  • KL = 2 L – a kihajlási hossz. A biztonság javára feltételezzük, hogy a horgony a betonban befogott, a talplemeznél pedig szabadon elfordulhat
  • L – a szerkezeti elem oldalirányban megtámasztatlan hossza, amelyet a talplemez vastagsága felének, a hézagnak és a horgonyátmérő felének összegeként veszünk
  • r = √(Is/As) – a horgony inerciasugara, Is = π ds4 / 64 pedig a másodrendű nyomatéka (inerciája), ahol ds a horgony menetekkel csökkentett átmérője, ha vannak menetek
  • n – a nyomási ellenállás paramétere a 13.3.1.1. pont szerint

A horgony hajlítási ellenállása – CSA S16:24 25.4.3.3. pont (3. csoport)

A talplemezhez hegesztett fejes csapként kialakított horgonyok és vasalás esetén, azaz ahol a hajlítás szempontjából mértékadó keresztmetszet nem a menetes szakaszon van:

Msar=ϕar 0.975 Zar FyM_{sar}=\phi_{ar}\, 0.975\, Z_{ar}\, F_yMsar​=ϕar​0.975Zar​Fy​

Csavaranyagból készült horgonyok, valamint vágott menetes fejes csapok és vasalás esetén:

Msar=ϕar 0.65 kd1.5 Zar FyM_{sar}=\phi_{ar}\, 0.65\, k_d^{1.5}\, Z_{ar}\, F_yMsar​=ϕar​0.65kd1.5​Zar​Fy​

ahol Zar = d3 / 6 a horgony képlékeny keresztmetszeti modulusa a névleges d átmérő alapján.

A horgony nyírási ellenállása – CSA S16:24 25.4.3.2. pont (3. csoport)

A talplemezhez hegesztett fejes csapként kialakított horgonyok és vasalás esetén:

Vsar=ϕar 0.84 kn Av Fu/kdV_{sar}=\phi_{ar}\, 0.84\, k_n\, A_{v}\, F_u / k_dVsar​=ϕar​0.84kn​Av​Fu​/kd​

Csavaranyagból készült horgonyok, valamint vágott menetes fejes csapok és vasalás esetén:

Vsar=ϕar 0.6 kn Av FuV_{sar}=\phi_{ar}\, 0.6\, k_n\, A_{v}\, F_uVsar​=ϕar​0.6kn​Av​Fu​

ahol:

  • Av = 0.70 · kd · Aar a horgony nyírt keresztmetszeti területe
  • kn a nyírási feszültség kalibrációs tényezője a 25.4.3.2. pont szerint

Normálerő és hajlítás kölcsönhatása (3. csoport)

Húzott horgony esetén:

Nfa/Tsar+Mfa/Msar≤1.0N_{fa}/T_{sar}+M_{fa}/M_{sar} \le 1.0Nfa​/Tsar​+Mfa​/Msar​≤1.0

Nyomott horgony esetén:

Nfa/Csar+Mfa/Msar≤1.0N_{fa}/C_{sar}+M_{fa}/M_{sar} \le 1.0Nfa​/Csar​+Mfa​/Msar​≤1.0

ahol Mfa az erőkarra ható nyíróerőből származó tényezővel szorzott hajlítónyomaték, Msar pedig a horgony tényezővel szorzott hajlítási ellenállása.

A CSA S16:24 25.4.3.4. és 25.4.3.5. pontja a nyírás, a normálerő és a hajlítás háromtagú kölcsönhatását adja meg. Az alkalmazás a nyírási ellenállást különálló ellenőrzésként értékeli, a normálerő és a hajlítás kölcsönhatását pedig a fent megadott módon.

Beton zúzódás a horgony és a beton határfelületén

A horgony nyírási ellenállását korlátozza a horgony és a beton határfelületén bekövetkező beton zúzódás is. A határértékeket és meghatározásuk módszerét részletesen ismerteti a következő cikk: Horgonyok nyírási viselkedése vasbetonban. Amint az érintkezési erő eléri ezt a határértéket, a leállási feltétel aktiválódik, és az analízis az ellenállás túllépése előtt leáll.​ 

Kihúzódás-ellenőrzés fejes horgonyokra (alátétlemezek és fejes csapok)

A fejes horgonyokra egy további leállási feltétel ellenőrzi a horgonyfej feletti beton nyomását (zúzódását) – a kihúzódást. Az analízis során a fej és a beton érintkezésén átadódó nyomóerőt figyeljük, és összehasonlítjuk a CSA A23.3:24 D.6.3.4. pontjának D.17 egyenletében megadott határértékkel, amely az önálló, betonba ágyazott fejes horgony kihúzódási ellenállására vonatkozik:

Npr= 8⋅Abrg⋅Φc⋅fc′⋅RNN_{pr} =  8 \cdot A_{brg} \cdot \Phi_{c} \cdot f'_c \cdot R_NNpr​= 8⋅Abrg​⋅Φc​⋅fc′​⋅RN​
​

ahol:

  • Φc a beton ellenállási tényezője a 8.4.2. pont szerint
  • RN a húzott horgony ellenállást módosító tényezője a D.5.3. pont szerint
  • Abrg a horgonyfej felfekvési felülete, azaz a nettó terület a szár keresztmetszeti területének levonásával
  • A D.6.3.3. pont megengedi, hogy az önálló, betonba ágyazott fejes horgonyok kihúzódási ellenállását a D.6.3.4. pont szerint számítsuk; az önálló J-alakú vagy L-alakú csavarokra helyette a D.6.3.5. pont vonatkozik
  • f'c a beton előírt nyomószilárdsága

Amint az érintkezési erő eléri ezt a szabványos határértéket, a leállási feltétel aktiválódik, és az analízis a kihúzódási ellenállás túllépése előtt leáll.​ 

Lehorgonyzás -  Tapadási feszültség

A tapadási nyírófeszültséget külön értékeljük, a végeselem-analízissel számított τb tapadási feszültség és az fbu tapadási szilárdság méretezési értékének hányadosaként.

A CSA A23.3:24 nem határozza meg kifejezetten a tapadási szilárdságot. Ez azonban az a mennyiség, amelyből a 12. pont lehorgonyzási hosszra vonatkozó előírásai levezethetők, így azokból visszaszámítható. A levezetés néhány lépésben történik.

Az ld lehorgonyzási hossz definíció szerint az a beágyazási hossz, amelyen a tapadás önmagában átadja a rúd teljes folyási erejét a betonnak. Ha a rúd legalább ld hosszon be van ágyazva, a kihúzáskor a rúd folyik meg, nem pedig a tapadás megy tönkre. Egyenlővé téve a rúd kerületén működő egyenletes fbu tapadási feszültség által átadott erőt a rúd keresztmetszetének folyási erejével:

π⋅db⋅ld⋅fbu=fyg⋅Ab\pi\cdot d_{b} \cdot l_{d} \cdot f_{bu}=f_{yg}\cdot A_{b}π⋅db​⋅ld​⋅fbu​=fyg​⋅Ab​

ahol:

  • db a rúd névleges átmérője, π db ld pedig a tapadó felület területe;
  • Ab = π db2 / 4 a rúd keresztmetszeti területe;
  • fyg a vasalás előírt folyáshatára.

Felírható:

fbu=fyg⋅Abπ⋅db⋅ld=fyg⋅π⋅db24π⋅db⋅ld=fyg⋅db4⋅ldf_{bu}=\frac{f_{yg} \cdot A_{b}}{\pi \cdot d_{b} \cdot l_{d}}=\frac{f_{yg} \cdot \frac{\pi \cdot d_{b}^{2}}{4}}{\pi \cdot d_{b} \cdot l_{d}}=\frac{f_{yg} \cdot d_{b}}{4 \cdot l_{d}}fbu​=π⋅db​⋅ld​fyg​⋅Ab​​=π⋅db​⋅ld​fyg​⋅4π⋅db2​​​=4⋅ld​fyg​⋅db​​

A bordás rudak húzási lehorgonyzási hosszára vonatkozó egyszerűsített egyenleteket a CSA A23.3:24 12.1 táblázata (12.2.3. pont) tartalmazza. Az alkalmazás a második, konzervatívabb, Egyéb esetek megnevezésű esetet alkalmazza. 

Az alkalmazásban a CSA A23.3:24 12.2 táblázatában (12.2.4. pont) meghatározott módosító tényezők: kc = 1.0, mivel csak bevonat nélküli vasalás támogatott, és ka = 1.0, mivel csak normál testsűrűségű beton támogatott. Az alkalmazott kifejezés ezért

ld=0.6⋅k1kskg⋅fygfc′⋅dbl_{d}=0{.}6 \cdot k_{1} k_{s} k_{g} \cdot \frac{f_{yg}}{\sqrt{f'_{c}}} \cdot d_{b}ld​=0.6⋅k1​ks​kg​⋅fc′​​fyg​​⋅db​

Ennek a kifejezésnek az egyensúlyi feltételbe való behelyettesítése kiejti a lehorgonyzási hosszt:

fbu=fyg⋅db4⋅0.6⋅k1kskg⋅fygfc′⋅dbf_{bu}=\frac{f_{yg} \cdot d_{b}}{4 \cdot 0{.}6 \cdot k_{1} k_{s} k_{g} \cdot \frac{f_{yg}}{\sqrt{f'_{c}}} \cdot d_{b}}fbu​=4⋅0.6⋅k1​ks​kg​⋅fc′​​fyg​​⋅db​fyg​⋅db​​

Az fyg és a db egyaránt szerepel a számlálóban és a nevezőben, ezért egyszerűsíthető:

fbu=fc′4⋅0.6⋅k1kskg=12.4⋅fc′k1kskgf_{bu}=\frac{\sqrt{f'_{c}}}{4 \cdot 0{.}6 \cdot k_{1} k_{s} k_{g}}=\frac{1}{2{.}4} \cdot \frac{\sqrt{f'_{c}}}{k_{1} k_{s} k_{g}}fbu​=4⋅0.6⋅k1​ks​kg​fc′​​​=2.41​⋅k1​ks​kg​fc′​​​

Az állandó értéke 1 / 2.4 = 0.4167, 0.42-re kerekítve, amely megadja az alkalmazásban megvalósított tapadási szilárdság méretezési értékét:

fbu=0.42⋅fc′k1⋅ks⋅kgf_{bu}=0{.}42 \cdot \frac{\sqrt{f'_{c}}}{k_{1} \cdot k_{s} \cdot k_{g}}fbu​=0.42⋅k1​⋅ks​⋅kg​fc′​​​

A módosító tényezőket a CSA A23.3:24 12.2 táblázatából (12.2.4. pont) határozzuk meg:

Fig. 8.3.1Modification factors\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 8.3.1\qquad Modification factors}}}Fig. 8.3.1Modification factors

A CSA A23.3:24 12.1.2. pontjával összhangban a lehorgonyzási hosszak számításánál használt √f'c megengedett legnagyobb értéke 8 MPa.

A k1 tényezőt a vasalás modellbeli helyzetéből automatikusan származtatjuk a következő ábra szerint: 

Fig. 8.3.2Description of bond conditions; a)  b) ‘good’ bond conditions for all bars;  c)  d) unhatched zone – ‘good’ bond conditions, hatched zone – ‘poor’ bond conditions\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 8.3.2\qquad Description of bond conditions; a)  b) ‘good’ bond conditions for all bars;  c)  d) unhatched zone – ‘good’ bond conditions, hatched zone – ‘poor’ bond conditions}}}Fig. 8.3.2Description of bond conditions; a)  b) ‘good’ bond conditions for all bars;  c)  d) unhatched zone – ‘good’ bond conditions, hatched zone – ‘poor’ bond conditions

Rossz tapadási viszonyok esetén k1=1.3

A betonozás irányát az alkalmazásban be lehet állítani.

Fig. 8.3.3Direction of concreting\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 8.3.3\qquad Direction of concreting}}}Fig. 8.3.3Direction of concreting

A nyomott rudak tapadási nyírófeszültségét és tapadási szilárdságát a húzott rudakhoz hasonlóan számítjuk, de a CSA A23.3:24 12.3.2. pontjában megadott, nyomásra vonatkozó lehorgonyzási hossz egyenleteit alkalmazzuk.

Lehetőség van sima betonacélok modellezésére is. További információ itt található: Sima betonacélok a Detail alkalmazásban

Teljes erő Ftot és határerő Flim

Az Ftot teljes erő a végeselem-analízis eredménye, és kétféleképpen definiálható.

Ftot=As⋅fsF_{tot}=A_{s} \cdot f_{s}Ftot​=As​⋅fs​

ahol As a vasalásrúd keresztmetszeti területe, fs pedig a rúdban fellépő feszültség.

Vagy a lehorgonyzási erő Fa és a tapadási erő Fbond összegeként.

Ftot=Fa+FbondF_{tot}=F_{a}+F_{bond}Ftot​=Fa​+Fbond​

ahol Fa a lehorgonyzási rugóban ébredő tényleges erő, Fbond pedig a tapadási erő, amely a τb tapadási feszültség vasalásrúd l hossza menti integrálásával kapható meg.

Próbálja ki még ma az IDEA StatiCa legújabb verzióját

Kapjon 14 napos teljes hozzáférést, teljesen ingyen.

Próbálja ki az IDEA StatiCa-t ingyen

Kapcsolódó cikkek

Detail 3D ismert korlátozásai
  • Beton
  • Detail 3D
  • EN (Eurocode)
  • ACI (USA)
  • Limitations
  • CSFM
  • +6
  • Beton
  • Detail 3D
  • EN (Eurocode)
  • ACI (USA)
  • Limitations
  • CSFM

Knowledge base

Detail 3D ismert korlátozásai

Tovább olvasom
A háromtengelyű feszültségállapot – az aktív bekötözés (confinement) hatása
  • Beton
  • Detail 3D
  • Concrete block
  • EN (Eurocode)
  • ACI (USA)
  • CSFM
  • +6
  • Beton
  • Detail 3D
  • Concrete block
  • EN (Eurocode)
  • ACI (USA)
  • CSFM

Verifications

A háromtengelyű feszültségállapot – az aktív bekötözés (confinement) hatása

Tovább olvasom
A nagy nyomóterhelésnek kitett oszlopok – Passzív kengyelezési (befogási) hatás
  • Beton
  • Detail 3D
  • Concrete block
  • EN (Eurocode)
  • CSFM
  • +5
  • Beton
  • Detail 3D
  • Concrete block
  • EN (Eurocode)
  • CSFM

Verifications

A nagy nyomóterhelésnek kitett oszlopok – Passzív kengyelezési (befogási) hatás

Tovább olvasom
Kihúzási viselkedés különböző lehorgonyzási mélységű, helyszínen öntött horgonyok esetén
  • Beton
  • Detail 3D
  • EN (Eurocode)
  • CSFM
  • +4
  • Beton
  • Detail 3D
  • EN (Eurocode)
  • CSFM

Verifications

Kihúzási viselkedés különböző lehorgonyzási mélységű, helyszínen öntött horgonyok esetén

Tovább olvasom