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 KözpontEllenőrzési példákKihúzási viselkedés különböző lehorgonyzási mélységű, helyszínen öntött horgonyok esetén
Kihúzási viselkedés különböző lehorgonyzási mélységű, helyszínen öntött horgonyok esetén
ConcreteReinforced concreteVerificationsDetail 3DEN (Eurocode)

Kihúzási viselkedés különböző lehorgonyzási mélységű, helyszínen öntött horgonyok esetén

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

Ez a cikk célja a helyszíni ragasztott horgonyok teljesítményének ellenőrzése és validálása különböző lehorgonyzási hosszak esetén, valamint teljesítményük összehasonlítása a vonatkozó szabványokkal, mint az EN 1992-1-1 és a CEB-FIB modellkód. A vizsgált fő változók a maximális erő és a tönkremeneteli módok voltak.

Bevezetés

A betonba beragasztott horgonyok teherbírását számos tényező befolyásolja. A beton és a horgony anyagszilárdsága, valamint a horgony és a beton közötti tapadás olyan kritikus anyagjellemzők, amelyek meghatározzák a horgony viselkedését. Egy másik, nem kevésbé fontos tényező a horgony (és esetlegesen a teljes alaptömb) geometriája. A horgony hossza és az egyéb vasalás megléte is fontos szerepet játszik a horgony viselkedésében.

Ezen cikk célja a betonba beragasztott, vasalt betonban lévő horgonyok CFSM-alapú számításának verifikálása és validálása. A validáláshoz a rendelkezésre álló szakirodalmi adatok [1] alapján különböző horgonyhosszúságokat választottunk. A bemutatott megközelítés verifikálása (I) más, jól bevált, anyagviselkedés numerikus szimulációjára szolgáló szoftverekkel való összehasonlításon, és (II) a szabványos méretezési kódoknak való megfelelésen alapul. 

Kísérlet leírása

A kísérleti kampány [1] teljes méretű, betontömbbe beragasztott horgonyok vizsgálatát tartalmazza. A rudak bordázott betonbetétből (FeE500B) készültek, átmérőjük 20 mm. A bordázott betonbetét folyáshatára 585 MPa, szakítószilárdsága 700 MPa, a törésnél mért nyúlás 16%, a rugalmassági modulus 210 GPa. Három különböző beépítési mélységet (100, 150, 200 mm) vizsgáltak a tapadási, betonkúp- vagy rúdtörés megfigyelésére. A horgonyokat egy vasalt betontömbbe (2250x1850x600 mm) öntötték a hasadásos tönkremenetel és a szélhatások elkerülése érdekében. Az EDF (Electricité de France) által ajánlott minimális vasalást alkalmazták, amely 20 és 25 mm átmérőjű bordázott betonbetétek egy rétegéből áll mindkét irányban a tömb felső és alsó részén.

Ezenkívül néhány 12 mm átmérőjű kengyelt is beépítettek a két vasalási réteg alátámasztására. A vasalási arány 0,64%. A használt betonminőség C40/50. A betontömböt két fémszelvény rögzíti, amelyeket négy feszítőrúddal kapcsoltak a próbapadhoz. A lehorgonyzás körül nem alkalmaztak befogási nyomást. A hidraulikus munkahengert két szimmetrikus rúddal rögzítették a lehorgonyzáshoz. A kvázi-statikus húzóterhelés elmozdulás-vezérelt, 1 mm/perc terhelési sebességgel, és a terhelést a horgony tönkremeneteléig alkalmazták. 

1) Kihúzási vizsgálati elrendezés – forrás: Pullout behavior of cast-in-place headed and bonded anchors with different embedment depths - Fabien Delhomme, Thierry Roure, Benjamin Arrieta, Ali Limam

2) Vasalás és horgony elrendezése

3D CSFM - Compatible Stress Field Method

Elmélet 

A 3D CSFM a beton viselkedését a Mohr-Coulomb-féle plaszticitáselmélet alapján definiálja monoton terhelés esetén. A módszer a beton viselkedését a főfeszültségek szempontjából vizsgálja, míg a beton húzószilárdságát elhanyagolja. A beton húzásának hatását csak a betonbetétek húzási merevítő hatásában veszi figyelembe.
A vasalóbetéteket kötőelemek kapcsolják a beton térfogati végeselemeihez, lehetővé téve a csúszást a beton és a vasalás között. Megjegyzendő, hogy a 3D CSFM nem alkalmas vasalatlan beton szimulálására a húzás hiánya miatt, ami félrevezető alakváltozáshoz és a modell divergenciájához vezethet.
A Mohr-Coulomb-elmélet általánosságban két alapvető tulajdonságot tartalmaz, amelyek a plaszticitási felület nyomás alatti, illetve részben húzás alatti alakulását vezérlik: a belső súlásszöget φ és a kohéziós paramétert c. A 3D CSFM nulla belső súlásszöget feltételez, ami konzervatív méretezéshez vezet, mivel a plaszticitási felület hasonlít a Tresca-modellhez, amely az első feszültséginvariánstól független. Bővebben lásd a Elméleti háttér [2] c. dokumentumban.

Modellösszeállítás

A végeselemes modell magasabb rendű tetraéder betonelemekből épül fel, beágyazott 1D rúdelemekkel, amelyek a vasalást képviselik, és amelyeket MPC-kapcsolatok (Multi-Point-Constraints, több pontos kényszerfeltétel) és kötőelemek kapcsolnak össze a csúszás lehetővé tétele érdekében. A vasalóbetétek két felületi rétegre vannak osztva, 60 mm betonfedéssel és nyíróhevederekkel (lásd 2. ábra). A modell felületi megtámasztást alkalmaz, 200 mm szélességben korlátozott X, Y, Z szabadságfokokkal. Az öntött horgonyok a próbatest középpontjában helyezkednek el, a horgony hossza 100–200 mm között változik, hogy minden lehetséges tönkremeneteli módot vizsgálni lehessen.

3) Modellösszeállítás

Horgonymodell

A horgonyt egy RÚD elemként modellezik, amely csak nyomást és húzást tud átadni. A fontos szempont a tapadási modell, és az, hogy a horgony hogyan kapcsolódik a körülötte lévő betonhoz, biztosítva az erők és feszültségek áramlását a beton, a horgony és a vasalás közötti kölcsönhatás során. A kapcsolat egy meghatározott lineáris nyírási merevséggel Gb rendelkezik, amely a beton rugalmassági modulusától Ecm és a horgony átmérőjétől függ. A tapadási modellről bővebben lásd az Elméleti háttér [2] c. dokumentumot.

4) Tapadási modell és MPC

Méretezési szabványok

CEB-FIB Model Code 2020

A mérnökök támaszkodhatnak a szabványokra és az érvényes normákra. Ez a megállapítás motiválja a kísérleti megoldás és a szabvány szerinti megoldások összehasonlítását a jelenlegi normák és szabványok biztonságosságának ellenőrzése céljából. A C40/50 betontulajdonságokat a szabvány szerinti tulajdonságokból vettük. A vasalóbetétek és horgonyok anyagtulajdonságait kísérletileg vizsgálták, és az adatokat rendelkezésre bocsátották. A megoldást bebetonozatlan (nem befogott) beton és a jó/egyéb tapadási feltételek alkategóriája esetére verifikáltuk. A CEB-FIB Model Code [3] egyértelmű definíciót ad a tapadás működéséről. A bemeneti adatokat a horgony ABAQUS-ban [4] végzett numerikus szimulációjához használták fel. 

4) CEB-FIB Model Code 2020 – Tapadási modell

Eurocode 1992-1-1

Az Eurocode 1992-1-1 [5] feltételezését használtuk fel a 3D CSFM előfeltételeként. A merev-plasztikus modellt, amely jellemző és kísérletileg számított tapadási modellt tartalmaz, a szimulációhoz és a kísérleti megoldással való összehasonlításhoz használták. 

5) Eurocode 1992-1-1 és 3D CSFM – Tapadási modell

Eurocode 1992-4

A jellemző értékeket összehasonlítottuk az Eurocode 1992-4 [6] szabvánnyal is, amely az IDEA StatiCa Connection alkalmazásban van implementálva. Ez betekintést nyújt abba, hogy a betontömbben lévő vasalás hogyan hat a horgony lokális viselkedésére. Lehetővé teszi olyan hatások ellenőrzését, mint a horgony húzás miatti tönkremenetele és a betonkúp-kiszakadás.

6) a) Rúd tönkremenetele húzás miatt; b) Betonkúp-kiszakadás

ABAQUS – Concrete Damage Plasticity

Feltételezések

Concrete Damage Plasticity (a továbbiakban CDP) a Drucker-Prager plaszticitási feltételen [7] alapul. Ez a modell belső súlással bíró anyagokhoz, például talajokhoz vagy betonhoz alkalmas. A húzószilárdság jelentősen alacsonyabb a nyomószilárdságnál, és a feszültségtenzor hidrosztatikus része szerepet játszik a plaszticitási felület alakulásában. Általános feszültségállapot esetén a plaszticitási feltétel egy forgó kúp felületét adja. A nyomó- és húzófeszültségekre vonatkozó anyagmodell figyelembe veszi a kritikus utáni viselkedést is, amelyet az úgynevezett károsodási paraméterek szabályoznak, nullától (nem károsodott) egyig (a beton közel nulla merevsége nyomás vagy húzás esetén a kritikus utáni állapotban). Minél nagyobb a károsodási paraméter értéke, annál inkább sérült az elem, és annál kevésbé járul hozzá a merevséghez.

Anyagmodellek

A beton egytengelyű nyomó- és húzó anyagmodellje Thorenfeldt elméletén [8] alapul. Minden bemeneti érték jellemző érték, amely az EN 1992-1-1 [5] megbízhatósági megközelítését követi. A vasalás és a horgony anyagmodelljének paramétereit a „Kísérlet leírása” fejezetből vettük, a diagram plasztikus szakaszán lineáris keményedést figyelembe véve. 

Végeselemek

A beton végeselemes modelljéhez a C3D8 elemet, azaz a lineáris alapfüggvényű, nyolc integrációs pontos hexaéder elemet használtuk. A beton és a vasalás T3D2 elemekből áll, amelyek csak tengelyirányú hatásokat továbbítanak. A vasalás és a beton közötti kölcsönhatást MPC-kényszerfeltételek biztosítják, amelyeken a húzási merevítő hatást vették figyelembe, ami bizonyos mértékben lefedi a kohéziós modellt vagy a csaphatást (dowel effect). 

Modellösszeállítás

A végeselemes modell szimmetria-peremfeltételekkel készült a számítási költségek minimalizálása, valamint a megoldás hatékonyságának és sebességének javítása érdekében. Fontos megjegyezni, hogy a redukált modell miatt a horgonyra ható erők a maximális erő egynegyedét fogják elérni. A hálót egyenletesen osztották el egy súlyozási arány (bias ratio) alkalmazásával, amely következetesen csökkenti a beton hálóméretét a horgony helye felé haladva. A beton hálómérete az 5–100 mm tartományban van. A lokális hálófinomítás segít a horgony közelében lévő feszültséggradiens kezelésében és pontosabb eredményeket ad. 

7) Modellösszeállítás

Horgony

A horgonyt 3D térfogati elemekkel modellezzük. A beton és a horgony közötti tapadás modellezésére kohéziós kontaktus-viselkedést alkalmaztunk. A felületi kölcsönhatás lehetővé teszi a delaminációt a lineáris rugalmas feszültség-elválási (traction-separation) törvény alapján, mielőtt a károsodás bekövetkezik. Nyomás esetén kemény kontaktust (hard contact), tangenciális irányú mozgás esetén súlásmentes viselkedést alkalmaztunk. A normál és nyírási irányú kohéziós viselkedést térfogati merevségi és károsodási paraméterekkel vezettük be, hogy a kritikus utáni viselkedést reprezentáljuk. A kritikus utáni viselkedés kezdetét a normál és nyírási irányú maximális tapadási feszültség, illetve a lineáris vagy exponenciális lágyulással jellemzett törési energia [7] fejezi ki.

8) Kohéziós kontaktus

Eredmények – 100 mm-es horgony

9) A szimulációhoz szükséges bemeneti és kimeneti tulajdonságok

10) Maximális erő és kihasználtság a kísérlethez képest a 100 mm-es horgony esetén

11) Terhelés-alakváltozás görbe – T103-100 kísérleti adatok összehasonlítása 

12) Terhelés-alakváltozás görbe – T103-100 jellemző kódadatok összehasonlítása 

Eredmények – 150 mm-es horgony

12) A szimulációhoz szükséges bemeneti és kimeneti tulajdonságok

13) Maximális erő és kihasználtság a kísérlethez képest a 150 mm-es horgony esetén

14) Terhelés-alakváltozás görbe – T103-150 kísérleti adatok összehasonlítása 

15) Terhelés-alakváltozás görbe – T103-100 jellemző kódadatok összehasonlítása 

Eredmények – 200 mm-es horgony

16) A szimulációhoz szükséges bemeneti és kimeneti tulajdonságok

17) Maximális erő és kihasználtság a kísérlethez képest a 200 mm-es horgony esetén

18) Terhelés-alakváltozás görbe – T103-200 kísérleti adatok összehasonlítása 

19) Terhelés-alakváltozás görbe – T103-200 jellemző kódadatok összehasonlítása 

Összefoglalás

A kísérleti kampány sikeresen vizsgálta a vasalt betontömbbe beragasztott, teljes méretű horgonyok viselkedését, olyan komplex megközelítést alkalmazva, amely mind a kísérleti vizsgálatot, mind a numerikus modellezést integrálta. A horgonyok beépítési mélységének (100, 150, 200 mm) változtatásával a vizsgálat képes volt megfigyelni a különböző tönkremeneteli módokat, beleértve a tapadási tönkremenetelt, a betonkúp-kiszakadást és a rúdtörést. Az eredményeket alaposan összehasonlítottuk a CEB-FIB Model Code és az Eurocode-ok előrejelzéseivel, ami validálta az ilyen lehorgonyzási rendszerekre vonatkozó jelenlegi méretezési szabványok biztonságosságát és megbízhatóságát.

A fejlett modellezési technikák, mint a 3D CSFM és az ABAQUS-szimulációk Concrete Damage Plasticity modellel, mélyebb betekintést nyújtottak a beton és a vasalás közötti kölcsönhatásba, valamint a tapadási viselkedésbe kvázi-statikus húzóterhelés alatt. Az eredmények megerősítették a javasolt módszerek hatékonyságát a horgony viselkedésének előrejelzésében, kiemelve a pontos anyagmodellezés és a megfelelő peremfeltételek fontosságát az ilyen szimulációkban.

A kísérlet során megfigyelt tényleges viselkedés és a 3D CSFM és ABAQUS segítségével levezetett numerikus megoldás közötti összehasonlítás körülbelül 85%-os egyezést mutat. Megállapítható, hogy semelyik numerikus megoldás sem haladja meg a kísérleti adatokat, és 15%-os hibahatárt tart a kísérlethez képest, amely mérnöki szempontból elfogadhatónak tekinthető. Fontos szempont továbbá a tönkremeneteli módok egyezése is, kivéve a 200 mm-es horgonyhosszt, ahol a 3D CSFM-ben a betonkúp és a kihúzódás kombinált módja lépett fel a rúd törése előtt. Ennek oka, hogy ebben az esetben az e két tönkremeneteli módhoz tartozó csúcsterhelések nagyon közel vannak egymáshoz.

A CEB-FIB Model Code 2020 és az Eurocode 1992-1-1 alapján kapott eredmények a kísérleti eredményekkel 30-40%-os tartományban egyeznek meg. Ez azt jelzi, hogy a szabványban alkalmazott megközelítés biztosítja a biztonságot. Fontos megjegyezni, hogy a kapott értékek jellemző értékek, nem méretezési értékek, így a tényleges méretezési szilárdság még alacsonyabb.

A jelentés eredményeinek azt kell közvetíteniük a mérnökök felé, hogy a 3D CSFM módszer biztonságos eredményeket ad az Eurocode 1992-1-1 [5] szabványnak megfelelően, és konzervatív méretezést eredményez, amely magába a szabványba van integrálva.

Összességében ez a tanulmány értékes adatokkal járul hozzá a lehorgonyzási méretezési gyakorlat fejlesztéséhez, olyan bizonyítékokat szolgáltatva, amelyek felhasználhatók a jelenlegi szabványok finomítására, és biztosítják, hogy a biztonsági tényezők megfelelően fennmaradjanak a valós alkalmazásokban. A kísérleti eredmények, az elméleti és numerikus elemzésekkel kombinálva, robusztus keretet biztosítanak a horgonyzott rendszerekben lévő komplex kölcsönhatások megértéséhez, végső soron biztonságos és hatékony szerkezeti tervezéshez vezetve.

Hivatkozások

[1]Delhomme, F. & Roure, Thierry & Arrieta, Benjamin & Limam, Ali. (2015). Pullout behavior of cast-in-place headed and bonded anchors with different embedment depths. Materials and Structures. 49. 10.1617/s11527-015-0616-4. 

[2] "IDEA StatiCa Detail – Structural Design of Concrete 3D Discontinuities (BETA)." IDEA StatiCa Support Center, 2023. https://www.ideastatica.com/support-center/idea-statica-detail-structural-design-of-concrete-3d-discontinuities-beta

[3]International Federation for Structural Concrete (fib). fib Model Code 2020 for Concrete Structures. Berlin: Ernst & Sohn, 2021.

[4] ABAQUS Standard User's Manual, Version 6.6*. Washington University in St. Louis, 2006. [https://classes.engineering.wustl.edu/2009/spring/mase5513/abaqus/docs/v6.6/books/stm/default.htm]

[5] European Committee for Standardization (CEN). EN 1992-1-1:2004: Eurocode 2 – Design of Concrete Structures – Part 1-1: General Rules and Rules for Buildings. December 2004. https://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2015/12/en.1992.1.1.2004.pdf.

[6] European Committee for Standardization (CEN). EN 1992-4:2018: Eurocode 2 – Design of Concrete Structures – Part 4: Design of Fastenings for Use in Concrete. Brussels: CEN, April 2018

[7]ABAQUS, Inc. ABAQUS User Subroutines Reference Manual, Version 6.6. Washington University in St. Louis, 2006. https://classes.engineering.wustl.edu/2009/spring/mase5513/abaqus/docs/v6.6/books/usb/default.htm?startat=pt05ch18s05abm36.html.

[8] Massone, L. M.; et al. Shear-Flexure Interaction for Structural Walls, 2006. ResearchGate. https://www.researchgate.net/publication/284079633_Shear-flexure_interaction_for_structural_walls (hozzáférés: 2006. jan. 01.).

Érdekli a lehorgonyzás méretezésének megoldása?

Vegye fel a kapcsolatot a helyi IDEA StatiCa csapatával