Úvod
Izokorby sú špeciálne komponenty používané na zníženie tepelných mostov v betónových konštrukciách. Tento modul sa uplatňuje najmä v prípade spojeného balkóna so železobetónovou doskou. Pri návrhu takéhoto detailu je potrebné zvážiť vhodný numerický model. V rámci tohto článku je opísaných niekoľko metód využívajúcich výpočet MKP v programe SCIA Engineer.
Definícia modelu
Schock Isokorb je špeciálny prvok, ktorý sa skladá z ohýbaných vystužených prútov prenášajúcich ťah v detaile a z HTE-kompaktného materiálu prenášajúceho tlak. Izolačná medzera medzi konštrukciou a balkónom je vyplnená tvrdým penovým polystyrénom. Tento komponent je schopný prenášať ohybové momenty a šmykové sily v závislosti od zvoleného typu vyrábaného modelu. Torzné momenty však nie je možné prenášať vôbec. Prenos vnútorných síl závisí od stanovenej tuhosti komponentu.
Obr - Modelová schéma Isokorbu prevzatá z [1]
Vo všeobecnosti existujú tri možnosti, ako správne vytvoriť model s Isokorbom v SCIA Engineer:
1) Oddeľte časť balkóna od modelu a výsledné reakcie aplikujte na betónovú podlahu budovy.
2) Použitie líniového závesu s vhodnou tuhosťou
3) Použitie nelineárneho kontaktného závesu
Odporúčanie Isokorb [1]
Technické informácie podľa normy EN1992-1-1 [2] pre Isokorb® obsahujú usmernenie FEM, ktoré opisuje modelovanie. Spoločnosť Schöck odporúča nasledujúci postup pri navrhovaní závesu Schöck Isokorb® pomocou metódy konečných prvkov:
- Oddeľte vonkajší komponent od nosnej konštrukcie budovy.
-
Určite vnútorné sily na podpernej konštrukcii vonkajšieho komponentu, pričom zohľadnite hodnoty tuhosti pružín s použitím nasledujúcich odporúčaných približných hodnôt pružín pre Schöck Isokorb®:
- 10 MNm/rad/m pre rotačnú pružinu
-
250 MN/m² pre vertikálnu pružinu
Obr - Modelová schéma Isokorbu prevzatá z [1]
-
Vyberte typ Schöck Isokorb® vrátane určených návrhových hodnôt pre šmykovú silu vEd a moment mEd. Aplikujte vypočítanú šmykovú silu vEd a momenty mEd ako vonkajšie okrajové zaťaženia na nosnú konštrukciu (napríklad stropnú dosku)
Obr - Modelová schéma Isokorbu prevzatá z [1]
Prípadová štúdia
Modelovanie a porovnanie výsledku je demonštrované na doske s hrúbkou 250 mm a rozmermi 3,0x6,0 m z betónu C25/30, na ktorú nadväzuje balkón z rovnakého materiálu a rovnakej hrúbky s rozmermi 2,0x4,0 m. Na celú konštrukciu pôsobí rovnomerné trvalé zaťaženie 1,0 kN/m2 a premenlivé zaťaženie 1,5 kN/m2.
Metóda 1 - Oddelenie balkónovej časti od modelu a aplikácia výsledných reakcií na betónovú podlahu budovy
Prvá metóda je založená na oddelení balkóna od zvyšku konštrukcie a na správnom definovaní podpory na spojovacej hrane. Na základe získanej reakcie sa zaťaženie aplikuje s opačným znamienkom ako na zvyšok konštrukcie. Tuhosti podpery sú viditeľné na nasledujúcom obrázku.
Poznámka: Určenie reakcie z balkóna a predefinovanie zaťaženia na hlavnú podlahu sa musí vykonať pre každý zaťažovací prípad samostatne.
Následne sa určia reakcie na balkóne a aplikujú sa na palubu.
Zaťažovací prípad - trvalý
Prípad zaťaženia - premenná
Ako vidno, táto metóda je pomerne náročná na prácu, pretože si vyžaduje manuálne zadávanie údajov počas čítania reakcií a opätovné definovanie zaťaženia dosky. Preto sa vyhodnocuje ďalšia, efektívnejšia metóda.
Metóda 2 - Použitie líniového závesu s vhodnou tuhosťou
Užívateľsky prívetivejším prístupom, ako definovať skutočné správanie IsoKorbu, je použitie líniového závesu so špeciálnymi vlastnosťami v jednom spoločnom modeli. Líniový záves je definovaný na balkónovej hrane s nasledujúcimi odporúčanými vlastnosťami. Používajú sa pružné tuhosti pre prenos šmykovej sily (uz) aj ohybového momentu (fix).
Metóda 3 - Použitie nelineárneho kontaktného závesu
Predchádzajúce metódy sú založené na lineárnej analýze. Tretia metóda využíva tzv. kontakty, ktoré sú v skutočnosti nelineárnou funkciou lineárneho závesu.
Na základe predpokladov sú nelineárne funkcie pre vertikálnu transláciu a rotáciu definované takto. Ako je znázornené na obrázku, záves sa správa rozdielne v tlaku a ťahu. V skutočnosti nedochádza k prenosu zaťaženia v tlaku a k lineárnemu správaniu v ťahu. Pri tejto metóde je navyše potrebné definovať nelineárnu kombináciu a spustiť nelineárny výpočet, aby sa získali výsledky na základe nelineárnych funkcií.
Nelineárna funkcia prekladu - Nelineárna funkcia otáčania
Diskusia o výsledkoch
Na nasledujúcich obrázkoch sú porovnané výsledky všetkých troch metód. Najprv sa skontrolujú ohybové momenty konštrukcie. Vyhodnotenie ohybových momentov je takmer rovnaké pre všetky tri metódy, ako je vidieť na nasledujúcom obrázku v prípade lineárnej analýzy.
Okrem toho je rozdiel medzi lineárnou a nelineárnou metódou veľmi malý aj z hľadiska ohybových momentov, ako je uvedené nižšie.
Model 2 - lineárna analýza - Model 3 - nelineárna analýza
Aj v prípade priehybov existuje dobrá korelácia pre lineárnu analýzu (pozri nižšie).
Pri porovnaní výsledkov po nelineárnej analýze však možno v prípade tretej metódy pozorovať vysoké priehyby v dôsledku absencie skutočnej definície výstuže počas nelineárnej analýzy, ktorá bude mať v tomto prípade významný vplyv na priehyb.
Závery
V tomto článku boli demonštrované tri možné metódy modelovania Isokorbu. Ako bolo znázornené, všetky tri metódy možno použiť, ale s rôznou náročnosťou modelovania. Prvá metóda si vyžadovala ručné predefinovanie hodnôt reakcií z voľného balkóna do hlavnej dosky, čo mohlo viesť k chybám. Tretia nelineárna metóda si vyžaduje definovanie skutočnej výstuže v konštrukcii, aby sa získal správny priehyb balkóna. Druhá metóda je preto dobrým kompromisom, pretože používa lineárny záves s odporúčanými hodnotami tuhosti, ktorý poskytuje dobré výsledky pri malom úsilí pri modelovaní.
Referencia
[1] Schoeck Isokorb - Technical Information; https://www.schoeck.com/view/2664/Technical_Information_Schoeck_Isokorb_...
[2] EN1992-1-1 - Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings