Menu

sens.21 - Modelování a výpočet předpětí

sens.21

Hlavní výhody

Uživatelské šablony pro předpínací výztuž v předem i dodatečně předpínaných dílcích
Rychlé využití šablon v jiných projektech
Parametrizace šablon výztuže
Možnost načtení čelních desek přes DWG/DXF
Asymetrické šablony kabelů
Přímé zadání kabelů se soudržností i bez soudržnosti
Import geometrie kabelu přes formát DXF, DWG, XML
Export kabelů do programů CAD pro případnou přípravu podrobných výkresů
 Časově závislá analýza zohledňuje stáří betonu.
 Výpočet ztrát od dotvarování, smršťování a relaxace předpínacích kabelů.
 Výpočet přetvoření betonu superpozicí.
 Zatížení se mění pouze v diskrétních bodech.
 Numerická metoda je popsána v příloze KK.3 k EN 1992-2.

 

Tento modul umožňuje zadávat 3D geometrii předpínacích kabelů a počítat ztráty předpětí. Součástí je automatická generace excentrických konečných prvků pro skupinu kabelů (kabely se stávají součástí modelu konstrukce), stanovení ekvivalentního zatížení, vnitřních sil a napětí od předpětí. Doporučujeme kombinovat tento modul s moduly „Fáze výstavby“ sens.20 a „Návrh předpjatých konstrukcí“ sencd.06.

Šablony kabelů

sens.21 Prestressing modelling and analysis Šablony kabelů umožňují rychlé a snadné modelování předem i dodatečně předpínaných dílců v souladu s běžnou praxí Pomocí čelních desek a šablon kabelů se zadávají jednotlivé kabely a nastavují se jejich vlastnosti jako počáteční předpětí, délka separace kabelu, vzdálenost ohybů, typ kabelu apod. Čelní desky a šablony kabelů se dají ukládat do knihoven a v případě potřeby se snadno znovu použijí. Tím lze například snadno zavést firemní standardní řešení pro tvar kabelů. Kombinace tohoto modulu s modulem pro parametrizaci nabízí efektivní řešení pro předem předpjaté dílce.

sens.21 Prestressing modelling and analysis Ve větších firmách lze s výhodou zavést funkci „super uživatele“, neboli správce šablon, který vytváří a udržuje knihovny šablon kabelů a připravuje parametrizované šablony projektů pro celou firmu. Běžní uživatelé pak pouze používají připravené šablony a doplňují či upravují potřebné parametry. Tímto způsobem se zabrání používání nestandardních řešení. Zároveň se snižuje pravděpodobnost zadání chybných vstupních dat. Knihovna může být uložena na podnikovém serveru a případně ji lze přes internet sdílen s klienty. Tvary průřezů lze načíst přes formát DWG nebo DXF. Tímto způsobem se dají do SCIA Engineer snadno importovat průřezy používají v dřívějších výpočtech.

sens.21 Prestressing modelling and analysis sens.21 Prestressing modelling and analysis

sens.21 Prestressing modelling and analysis Dialog pro zadání šablony kabelů je přehledný a snadno se používá. V jednom pohledu je například okamžitě vidět těžiště předpínací výztuže i těžiště průřezu. U asymetrických průřezů jako např. u T-průřezu použitého na koncích mostu to přispívá ke správnému návrhu předpětí. Tabulka geometrických dat zobrazuje v reálném čase údaje vztahující se k předpětí a k průřezu porušenému trhlinami - to vše ještě v průběhu zadávání tvaru kabelu. Tato data zahrnují např. moment setrvačnosti, plochu betonu bez kabelů, modul průřez k horním vláknům apod. Snadné je zadávání kabelů bez soudržnosti a zahnutých kabelů. Pomocí funkcí pro zahnuté kabely lze předpínat i zakřivené dílce. Používat lze všechny typy předpínacích prvků: dráty, kabely a pruty. V počítaných modelech tak mohou být použity dílce jako asymetrický T nosník, dutinová deska, dvojitý T nosník, základová pilota, filigránová deska a další.

sens.21 Prestressing modelling and analysis Všechny zadané údaje se zobrazují v grafickém okně a v případě potřeby mohou být snadno upraveny. Pomocí parametrů zobrazení je možné v grafickém okně nastavit takové zobrazení, které odpovídá zvyklostem konkrétní projekční kanceláře. Stejné obrázky se pak vytisknou i ve výstupním dokumentu (reportu). Další tisknutelné údaje zahrnují např. počáteční předpětí, šablonu kabelů či vlastnosti kabelu.

Kabely

Dodatečně předpínané kabely a kabely bez soudržnosti umožňují 3D modelování kabelů v nosnících, sloupech, stěnách či deskách. Uživatel přímo kreslí kabel (se soudržností či bez ní), případně může svůj návrh založit na knihovně standardních zdrojových geometrií. Zdrojová geometrie představuje část kabelu, např. přímou koncovou část kabelu, zakřivenou část kabelu s minimálním poloměrem nad podporou nebo část kabelu uprostřed pole. Zdrojové geometrie lze spojovat dohromady a zadávat tak reálnou konkrétní geometrii kabelu navrhovaného dílce. Geometrie kabelů mohou být také načteny z XML, DWG nebo DXF souboru.

sens.21 Prestressing modelling and analysis sens.21 Prestressing modelling and analysis

sens.21 Prestressing modelling and analysis

Při návrhu, tj. před výpočtem, uživatel vidí odhadované ztráty. Po úspěšném výpočtu je možné všechny údaje týkající se geometrie a vlastností kabelu přehledně vytisknout. Kromě toho lze všechny geometrické vlastnosti kabelů (se soudržností i bez soudržnosti) parametrizovat. To výrazně zefektivňuje návrhy opakujících se nebo podobných předpjatých konstrukcí či prvků.

Kabely je možné používat při návrhu jakéhokoli typu konstrukce: mostu, desky v budově, stěny či nosníku. Podporovány jsou následující normy: IBC DIN, ÖNORM, ČSN, NEN, ENV a nejnovější Eurokódy. Kabel může být zakřivený  v rovině XZ a/nebo XY. Díky tomu lze modelovat téměř jakoukoli předpjatou konstrukci.

sens.21 Prestressing modelling and analysis U kabelů se zadávají všechny potřebné vlastnosti jako pokluz, počáteční předpětí, třecí parametry apod. Navíc lze stanovit metodu předpínání (pouze z počátku, z počátku s následným dodatečným předpětím z konce apod.) a typ krátkodobé relaxace. Běžné předpínací prvky jsou zadány ve výchozí knihovně: dráty, kabely a pruty. Běžné relaxační tabulky jsou součástí každé národní normy a v případě potřeby je možné je upravit podle uživatelových potřeb nebo na základě požadavků výrobce.

sens.21 Prestressing modelling and analysis sens.21 Prestressing modelling and analysis

 

Po dokončení návrhu kabelu lze kabel exportovat do programů CAD pro případnou přípravu podrobných výkresů. Výstupní dokument obsahuje všechna potřebná data, výsledky a vlastnosti kabelu. Výstupní dokument tak obsahuje veškerá relevantní data a není nezbytné provádět žádné jeho úpravy.

Při použití dodatečně předpínaných kabelů ve spojení s modulem pro parametrizaci je možné vytvářet šablony dodatečně předpínaných konstrukcí. Výstupní dokument lze doladit podle aktuálních potřeb a podle zvyklostí konkrétní projekční kanceláře. . Toto vše se provádí jedním nebo několika klepnutími myší.

Časově závislá analýza (TDA)

Časově závislá analýza (TDA) umožňuje provádět časově závislou analýzu nejen předpjatého betonu, ale také spřažených 2D rámových konstrukcí. Při analýze jsou zohledněny zadané fáze výstavby, dotvarování, smršťování a stárnutí betonu. Metoda je založena na dílčích (postupných) výpočtech, ve kterých je čas rozdělen na jednotlivé časové uzly. V každém časovém uzlu se provádí výpočet metodou konečných prvků. Při analýze dotvarování se aplikuje visko elastická teorie lineárního stárnutí.

Díky symetrii dlouhodobých zatížení mohou být jak konstrukce, tak zatížení modelovány ve svislé rovině. Proto se používá rovinný rámový model. Konečné prvky na excentricitě představují např. betonové vazníky, předpjaté kabely, výztuhy, pilíře, dočasná kotevní táhla, nepředpjatou výztuž atd. Výpočet konstrukce respektuje reálný výrobní postup. Prvky se instalují a odstraňují na základě stavebního procesu. Modelovat lze takové situace jako přidání či odebrání segmentů a předpjaté výztuže, změny v okrajových podmínkách, zatížení a předepsané průhyby.

Také předpínací kabely jsou předpokládány jako excentrické konečné prvky. Pokud jsou kabely předem napnuty, do globální rovnice rovnováhy se zahrnují pouze členy zatížení kabelů. Po ukotvení se uvažuje také tuhost kabelů. Modelovat lze jak kabely se soudržností, tak kabaly bez soudržnosti. Do analýzy se automaticky zahrnují dlouhodobé ztráty. Pokud je jakýkoli prvek odstraněn nebo pokud se změní okrajové podmínky, do vektoru přírůstku zatížení se automaticky přidají vnitřní síly z prvku a příslušné reakce.

Celkové přetvoření betonu v daném časovém okamžiku je rozděleno na tři části:

  • poměrné přetvoření vyvolané napětím,
  • smršťování a
  • tepelná roztažnost.

sens.21 Prestressing modelling and analysis Ani smršťování, ani přetvoření od teploty nejsou závislé na napětí. Smršťování konstrukčních dílců se předvídá na základě vlastností daného průřezu se zohledněním průměrné relativní vlhkosti a velikosti dílce. Přetvoření od napětí se skládá z pružného okamžitého přetvoření a přetvoření od dotvarování. Je zohledněna i změna modulu pružnosti v čase v důsledku stárnutí. Model prognózy dotvarování předpokládá lineární vztah mezi napětím a přetvořením. Tím se zajistí aplikovatelnost lineární superpozice. Numerické řešení je založeno na náhradě Stieltjesova dědičného integrálu konečným součtem. Problém obecného dotvarování se tak nahradí řadou pružných problémů. Výpočet dotvarování také závisí na průměrných vlastnostech daného průřezu. Účinky dotvarování, smršťování a stárnutí lze zohlednit návrhovými doporučeními

  • sens.21 Prestressing modelling and analysis EUROCODE 2,
  • ČSN 73 1201 a ČSN 73 6207,
  • ÖNORM B4700,
  • DIN 1045-1,
  • NEN.

Metoda respektuje historii napětí, nevyžaduje iteraci v jednom kroku a neklade omezení na typ funkce dotvarování.

Implementace fází výstavby a TDA

TDA je úzce spojeno s analýzou fází výstavby. Rozdíl je v tom, že v analýze fází výstavby se neuvažují reologické vlivy. Na druhou stranu platí, že zatěžovací stav a kombinace zatěžovacích stavů jsou základními stavebními jednotkami jak pro TDA, tak pro fáze výstavby. Výpočet  fází výstavby ve skutečnosti probíhá nezávisle na čase. Pouze každá fáze je přiřazena určitému časovému uzlu.

Přírůstek stálého zatížení v každé fázi (výstavby i provozu) a příslušné výsledky (přírůstek vnitřních sil a deformací od tohoto zatížení) se ukládají do samostatných zatěžovacích stavů. U tohoto zatížení se předpokládá, že působí nekonečně dlouho. Odtížení je nutno modelovat jako nové zatížení s opačným znaménkem. Například - celkové vnitřní síly v existující konstrukci způsobené stálým zatížením po třetí fázi výstavby se získají jako výsledek kombinace tří samostatných zatěžovacích stavů. Do této kombinace lze přidat zatěžovací stav představující užitné zatížení.

sens.21 Prestressing modelling and analysis Pokud se ve stavební fázi aplikuje předpětí, je nutno aplikovat další stálý zatěžovací stav. Potom jsou v jedné stavební fázi definovány dva stálé zatěžovací stavy - jeden pro stálé zatížení a jeden pro předpětí. Do tohoto zatěžovacího stavu pro předpětí nelze zadávat jiné zatížení.

TDA výpočet automaticky generuje jeden přídavný (prázdný) zatěžovací stav v každé fázi vystavby. Tyto zatěžovací stavy se použijí pro uložení přírůstků vnitřních sil a deformací od dotvarování a smršťování spočteného během uplynulého časového intervalu. Jsou označeny jako zatěžovací stavy pro dotvarování.

Příklady praktického použití modulu:

  • Wisconsin Avenue Viaduct in Milwaukee, Wisconsin, USA, CH2M Hill, Milwaukee, Wisconsin, U.S.A. ve spolupráci s Charlesem Redfieldem a Prof. Jiřím Stráským.
  • Prefabrikovaná segmentová konstrukce s vyměnitelnou monolitickou deskou na viaduktu v Plzni. Stráský, Hustý a partneři, Brno.
  • Postupně předpínané příčníky rámu Sazka arény v Praze (hokejové mistrovství sběta 2004), PPP Pardubice.

sens.21 Prestressing modelling and analysis sens.21 Prestressing modelling and analysis

Odeslat

Included in Edition: 
Expert
Ultimate