Manuál Fáze výstavby, předpětí, TDA
Fáze výstavby, předpětí a TDA
Obsah Zadání geometrie a ostatních dat... 23 Nastavení parametrů... 23 Vytvoření projektu s fázemi výstavby... 25 Nastavení fází výstavby... 25 Správce fází výstavby... 26 Vytvoření nové fáze výstavby... 26 Zadání změn ve výpočetním modelu... 30 Fázované průřezy... 31 Přidání nové fáze průřezu... 34 Výpočet... 34 Výsledky výpočtu fází výstavby... 35 Nelineární fáze výstavby... 37 Lineární a nelineární fáze výstavby... 37 Zadání... 41 Nastavení TDA... 41 Nastavení materiálu... 42 Nastavení sítě prvků... 42 Nastavení výpočtu... 43 Lokální historie nosníku... 43 Časová osa... 44 Analýza... 45 Definice konečného prvku... 45 Modelování předpětí... 46 Postup řešení... 46 Výpočet... 47 Pohyblivá zatížení v TDA... 47 Modelování prefabrikovaných vysouvaných mostů... 49 Modelování na místě betonovaných vysouvaných mostů... 51 Výsledky... 53 Standardní výsledky... 53 Napětí v kabelech... 53 Předem předpjatý beton... 59 Úvod do předpětí... 59 Materiály předpínacích kabelů... 59 Vlastnosti předem předpjatých kabelů... 59 Typy předpínacích jednotek... 62 Okamžité ztráty... 63 Předpínací dráhy... 64 Čelní deska... 70 Šablona kabelů v průřezu... 74 Šablona kabelů nosníku... 78 Výsledky... 81 Dodatečně předpjatý beton... 84 Zdrojová geometrie kabelu... 84 Vnitřní kabely... 92 Volné kabely... 98 Výsledky... 100 iii
Obsah této příručky Tato příručka doplňuje referenční příručku k systému Scia Engineer. Nezabývá se základními funkcemi programu. Zaměřuje se na funkcionalitu související s analýzou fází výstavby. 5
Úvod Moderní stavební konstrukce mohou dosáhnout značných ekonomických úspor kombinací hybridních systémů z oceli, prefabrikovaného a monolitického betonu. Při návrhu takových systémů se s výhodou využívají vlastnosti jednotlivých materiálů. Hospodárnost a rychlost výstavby může být zvýšena také použitím hybridních metod výstavby. Hlavní nosné prvky, které jsou tvořeny visutými kabely nebo závěsy, věšadly, nosníky nebo oblouky, jsou velmi často vyráběny předem a jsou používány jako podpůrný systém pro další konstrukční prvky tak, aby byla redukována celková doba a cena výstavby. Návrhy konstrukcí, ve kterých je využito technologie prefabrikovaného a monolitického betonu, dosahují hospodárnosti výstavby a vysoké kvality při současné minimalizaci času potřebného k provedení výstavby. Během výstavby prochází konstrukce různými statickými systémy; mění se okrajové podmínky, jsou betonovány nebo montovány nové nosné prvky, je prováděno dodatečné předpětí a odstraňovány dočasné podpory. V mnoha konstrukcích se kombinují nosné betonové prvky s různým stářím betonu, které jsou postupně zatěžovány. Z toho důvodu musí být během výstavby a po dobu životnosti betonové konstrukce zohledněno dotvarování a smršťování betonu. Reologické vlastnosti betonu mohou výrazným způsobem ovlivnit použitelnost konstrukce. Také únosnost konstrukce může být ovlivněna redistribucí vnitřních sil způsobenou dotvarováním a smršťováním. Proto je pro statickou analýzu třeba používat zpřesněné metody výpočtu. Fáze výstavby a provozu, Předpínání a TDA jsou moduly systému Scia Engineer určené pro statické výpočty předpínaných a spřažených konstrukcí s ohledem na postupnou montáž, změny okrajových podmínek a reologické účinky betonu. Moduly umožňují provádět statické výpočty konstrukcí z předpjatého betonu, spřažených prvků, postupně montovaných nebo betonovaných nosných prvků, postupně vytvářených průřezů. Moduly rovněž umožňují postupné vkládání zatížení a předpětí a odstraňování dočasných prvků konstrukce. Lze modelovat speciální technologie výstavby, jako je metoda letmé montáže a letmé betonáže, technologie vysouvání konstrukce, zavěšené konstrukce, zmonolitnění prostých nosníků ve spojité včetně následné betonáže spřažené desky nebo postupná výstavba patrových rámů. Implementace těchto modulů je prvním krokem směřujícím ke změně navrhování a výpočtu betonových konstrukcí ve výpočetním systému Scia Engineer. Možnost provádění výpočtů v nepřerušené posloupnosti statických modelů vytvářených automaticky s ohledem na postup výstavby nebo zavedení času jako nové proměnné při výpočtu ale nejsou jediné dva aspekty problému. Ve výpočtu je také zohledněn nový typ materiálových charakteristik reologické vlastnosti betonu a novou významnou vlastností je i to, že program odpovídá modernímu pohledu na analýzu předpětí v teorii konstrukcí. Dodatečně předpínané kabely jsou považovány za vnější zatížení pouze v čase vnesení předpětí. Toto zatížení se počítá jako zatížení, které je ekvivalentní účinkům kabelu napjatého napětím v okamžiku po krátkodobých ztrátách. Kabel se stane součástí konstrukce po zakotvení. Jeho tuhost je přidána do matice tuhosti konstrukce. Od té chvíle budou všechna zatížení přenášená konstrukcí automaticky ovlivňovat předpětí tohoto kabelu. Kabel, stejně jako spřažené části průřezu, je modelován konečným prvkem na excentricitě. Mezi excentrickými konečnými prvky spojujícími dva body je zajištěna kompatibilita přetvoření po celé délce prvku. Modul TDA umožňuje v systému Scia Engineer doposud nedostupnou kvalitu statického výpočtové modelu. Poznámka: Uvedené tři moduly mohou být použity také samostatně (např. modul Předpětí v lineárních výpočtech, Fáze výstavby a provozu pro výpočty prostorových ocelových rámových konstrukcí atd.). V takovém případě ale uživatel ztrácí některé z výše uvedených možností. Z toho důvodu bude i v popisech jednotlivých modulů často obsažen odkaz na ostatní moduly z této skupiny. Použijte dodatečně předpínané kabely (včetně volných kabelů a lan visutých mostů) bez fází výstavby Když se provádí lineární výpočet, tuhost prvků dodatečně předpínaných kabelů se nepřidává k matici tuhosti pro žádný vypočítávaný zatěžovací stav. Lineární výpočet neumožňuje při řešení systému spojit dvě matice tuhosti dané konstrukce, tj. vytvořit dvě levé strany. V důsledku toho je zřejmé, že předpokládáme, jakoby všechna zatížení (zatěžovací stavy) byla aplikována v okamžiku předpětí, kdy se zavádí do kabelu předpínací síla. To znamená, že např. zatěžovací stav obsahující rovnoměrně rozloženou zátěž aplikovanou na hlavní nosník visutého 7
Fáze výstavby, předpětí a TDA mostu naprosto ignoruje volné kabely mostovka se deformuje a kabel zůstává nenapnutý síla v kabelu v odpovídající kombinaci se rovná pouze předpínací síle. Použití předpětí je tudíž omezeno na výpočty fází výstavby a zjednodušení na lineární výpočet může u mnoha projektů vést k nesprávným výsledkům. 8
Stručný úvod do fází výstavby a provozu Modul Fáze výstavby a provozu umožňuje obecné modelování postupu výstavby. Ve spojení s modulem TDA je ve výpočtu zohledněn jako nová vstupní proměnná také čas. Pro účely časově závislých výpočtů se zavádí globální, lokální a detailní časová osa a jsou generovány jednotlivé časové uzly. Časový průběh a změny výpočetního modelu, průřezů nebo zatížení se však modelují prostřednictvím jednotlivých fází výstavby", přičemž každé z těchto fází je přiřazeno pořadové číslo, jméno a globální čas. Účinky (výsledky) přírůstků zatížení jsou ukládány do samostatných zatěžovacích stavů, a to samostatně pro účinky přírůstků stálého zatížení, předpětí a reologické účinky během předchozího časového intervalu. 9
Stručný úvod do předpětí Modul Předpětí umožňuje analýzu předem předpjatých nosníků. Dále lze počítat a zobrazovat krátkodobé ztráty přepětí. Data definující umístění a tvar lan a kabelů jsou pak během statického výpočtu použita pro automatickou generaci konečných prvků statického modelu a k výpočtu jejich ekvivalentního zatížení včetně krátkodobých ztrát. Modul Předpětí tedy umožňuje počítat účinky předpětí pro 2D konstrukce. Lze jej použít pro lineární analýzu finálního stavu konstrukce. V kombinaci s modulem Fáze výstavby a provozu lze také modelovat postupné předpínání při montáži konstrukce. V kombinaci s modulem TDA je možné respektovat navíc vliv reologického působení betonu. Pomocí modulu TDA lze však řešit pouze 2D rámové konstrukce (projekt typu Rám XZ). 11
Stručný úvod do TDA Modul TDA umožňuje časově závislou analýzu předpjatých betonových i spřažených 2D rámových konstrukcí při respektování definovaných fází výstavby, dotvarování a smršťování a stárnutí betonu. Metoda použitá pro časově závislou analýzu je založená na postupném výpočtu, ve kterém je časový úsek rozdělen na podintervaly a časové uzly. V každém časovém uzlu je konstrukce řešena metodou konečných prvků. Pro výpočet dotvarování se používá teorie viskoelasticity se stárnutím. Vzhledem k symetrii dlouhodobých zatížení může být často jak konstrukce, tak zatížení dostatečně přesně modelováno pouze ve svislé rovině. Z tohoto důvodu lze jako výpočtový model použít rovinný rám. Konečné prvky na excentricitě reprezentují např. betonový komorový nosník (nebo samostatně betonové stěny a desku mostovky), předpínací kabely, příčné výztuhy, podpěry, dočasné kotevní vazby, nepředpjatou výztuž apod. Ve výpočtu jsou zohledněny všechny změny konstrukce tak, že odpovídají reálnému postupu výstavby. Prvky jsou vkládány nebo odstraňovány v závislosti na postupu výroby. Mohou být modelovány různé změny v konstrukci, jako např. přidání nebo odstranění segmentů a předpínacích kabelů, změny okrajových podmínek, zatížení a předepsaných posunutí. Předpínací kabely jsou také modelovány jako excentrické konečné prvky. Ve chvíli vnesení počátečního napětí jsou do globálních podmínek rovnováhy vneseny pouze zatěžovací impulsy kabelu. Po zakotvení je uvažována také tuhost kabelu. Lze modelovat kabely jak se soudržností, tak bez soudržnosti. Dlouhodobé ztráty jsou ve výpočtu zohledněny automaticky. Pokud dojde k odstranění nějakého prvku nebo ke změně okrajových podmínek, vnitřní síly prvku a odpovídající reakce jsou automaticky přidány do přírůstku vektoru zatížení. Celkové přetvoření betonu v čase t je rozděleno na tři části: (t) je přetvoření od napětí, s (t) od smršťování a T (t) je přetvoření od teploty. Smršťování ani přetvoření od teploty nejsou závislá na napětí. Smršťování nosných prvků je dáno průměrnými vlastnostmi uvažovaného průřezu a závisí na průměrné relativní vlhkosti a rozměrech prvku. Přetvoření od napětí sestává z okamžitého elastického přetvoření e (t) a dotvarování c (t). Je zohledněn růst modulu pružnosti v čase v důsledku stárnutí betonu. Model pro výpočet dotvarování je založen na předpokladu linearity mezi napětím a přetvořením, aby bylo možné použít lineární superpozici. Numerické řešení je založeno na náhradě Stieltjesova dědičného integrálu sumací s konečným počtem členů. Obecný problém řešení účinků dotvarování je převeden na posloupnost kroků, v nichž je prováděna lineární analýza. Výpočet dotvarování rovněž závisí na průměrných vlastnostech daného průřezu. Dotvarování, smršťování a účinky stárnutí je možné uvažovat dle doporučení norem EUROCODE 2, ČSN 73 1201 a ČSN 73 6207. Metoda zohledňuje historii napětí, nepotřebuje žádné iterace v jednotlivých krocích a neomezuje typ funkce dotvarování. 13
Implementace fází výstavby a TDA Časově závislá analýza (TDA) je v systému Scia Engineer úzce svázána s modulem Fáze výstavby a provozu (Analysis of Construction Stages - ACS). Rozdíl je v tom, že samotný modul Fáze výstavby a provozu nezohledňuje reologické účinky. Na druhou stranu zatěžovací stav" a kombinace zatěžovacích stavů" jsou základní stavební jednotkou" jak TDA tak Fází výstavby a provozu. Modul Fáze výstavby a provozu pracuje ve skutečnosti nezávisle na čase. Jde pouze o formální záležitost, kdy je každá fáze spojena s určitým časovým uzlem. Přírůstky stálých zatížení v každé stavební fázi (fáze výstavby nebo provozu) a jejich účinky (přírůstky vnitřních sil a deformací způsobené tímto zatížením) jsou uchovávány v samostatných zatěžovacích stavech. Předpokládá se, že toto zatížení existuje (působí na konstrukci) do času nekonečno, resp. do poslední provozní fáze. Odlehčení musí být modelováno jako samostatný stav s opačným znaménkem. Např. celkové vnitřní síly v existujících nosných prvcích způsobené stálým zatížením v čase po třetí fázi výstavby se získají jako výsledky kombinace tří odpovídajících zatěžovacích stavů. Do této kombinace může být přidán zatěžovací stav reprezentující užitné zatížení. Jestliže je v určité fázi aplikováno předpětí, musí být vložen také přídavný stálý zatěžovací stav typu předpětí. Jsou tedy definovány dva stálé zatěžovací stavy v jedné fázi výstavby pro stálé zatížení a pro předpětí. Uživatel nemůže v zatěžovacím stavu pro předpětí definovat jiné zatížení. Pro účely TDA je v každé fázi výstavby automaticky generován jeden prázdný doplňkový zatěžovací stav. Tyto stavy jsou použity pro uchování přírůstků vnitřních sil a deformací způsobených dotvarováním a smršťováním betonu, které jsou vypočteny během předchozího časového intervalu. Tyto zatěžovací stavy jsou v systému Scia Engineer označeny jako zatížení od dotvarování. 15
Modul pružnosti proměňující se v čase Scia Engineer umožňuje uživatelům používat různé přístupy při výpočtu fází výstavby a provozu: Použít standardní řešič a vypočítat fáze výstavby a provozu bez jakýchkoli časových účinků. Byla vypočtena pouze řada jednotlivých modelů a vnitřní síly se měnily podle měnících se okrajových podmínek. Použít výpočet TDA (Časově závislý výpočet), ve kterém se bere v úvahu úplný proces stárnutí, včetně relaxace výztuže, dotvarování a smršťování betonu. Použít standardní řešič, ale vzít v úvahu změnu modulu pružnosti (E) v průběhu času, tj. stárnutí materiálu, pomocí diagramu definujícího změny modulu pružnosti v čase (diagram modulu pružnosti E). Posledně uvedený přístup může být rovnocenně uplatněn jak na rámové, tak na stěnodeskové konstrukce. V rámci jednoho projektu může uživatel definovat několik diagramů modulu pružnosti E. Je dokonce možné, aby každý materiál, který se v projektu používá, měl svůj vlastní diagram modulu pružnosti E. Diagramy modulu pružnosti E mohou být přiřazeny ke všem nebo pouze k některým materiálům používaným v projektu. Postup jak používat funkce modulu pružnosti E při výpočtu Existuje několik podmínek, které musí být splněny, aby byl umožněn výpočet s měnícím se modulem pružnosti E. Poznámka: Níže uvedený postup není úplný výukový manuál. Pouze klade důraz na operace, které musí být, vedle standardních kroků konaných během přípravy a výpočtu konstrukce, provedeny. Projekt musí odpovídat typu "Fáze výstavby a provozu". 1. Otevřete funkci Projekt v hlavním menu. 2. Zadejte položku Model do Fáze výstavby a provozu. 3. Potvrďte [OK]. Možnost Modul pružnosti E musí být vybrána pomocí Dialogu pro nastavení Fáze výstavby a provozu 1. Otevřete servis Fáze výstavby a provozu. 2. Spusťte funkci Nastavení. 3. Zadejte možnost Typ do funkce modul pružnosti E. 4. Potvrďte [OK]. Funkce modul pružnosti E musí být definována 1. Otevřete správce funkce modulu pružnosti E: a. Použijte nabídku funkce Knihovny > funkce modul pružnosti E, b. Použijte funkci hlavního stromu Knihovna > funkce modul pružnosti E. 2. Klikněte [Nový] a vložte novou funkci model pružnosti E. 3. Zadejte jednotlivé body funkce. 4. Potvrďte [OK]. 5. Je-li třeba, opakujte pro tolik funkcí modulu pružnosti E, kolik je nezbytné. 6. Zavřete správce. Požadované materiály musí mít přiřazenu příslušnou funkci modulu pružnosti E 1. Otevřete správce Materiál: a. Použijte nabídku funkce Knihovny > Materiály, b. Použijte funkci hlavního stromu Knihovna > Materiály. 2. Seznam materiálových charakteristik obsahuje jednu dodatečnou položku: funkce modul pružnosti E (Pokud možnost funkce modul pružnosti E není nastavena v Nastavení fází výstavby a provozu, není tato položka k dispozici). 3. Vyberte vyžadovaný materiál. 4. Vyberte příslušnou funkci modulu pružnosti E. 5. Opakujte pro tolik materiálů, kolik je třeba. 17
Fáze výstavby, předpětí a TDA 6. Zavřete správce Materiál. Musí být proveden výpočet Fází výstavby a provozu 1. Otevřete dialog výpočet MKP: a. Použijte nabídku funkce Strom > Výpočet, Síť > výpočet, b. Použijte stromovou nabídku funkce Výpočet, Síť > výpočet. 2. Vyberte možnost Výpočet fází výstavby a provozu. 3. Spusťte výpočet [OK]. Poznámka: Ujistěte se, že zadání Nastavení prutů a celkový čas v jednotlivých fázích výstavby a provozu odpovídají času používanému při stanovení funkcí E modulu. 18
Použití v projekční praxi Pozvánka: Moduly Fáze výstavby a provozu, Předpětí a obzvláště TDA jsou speciální moduly, které vyžadují poměrně vysokou úroveň profesních znalostí a současně dostatek zkušeností se systémem Scia Engineer. Z tohoto důvodu doporučujeme specializované školení, které zajistí pochopení obecných principů a umožní efektivně využívat všechny vlastnosti a možnosti těchto modulů. Pro více informací kontaktujte prosím svého dodavatele. 19
Odkazy [1] Navrátil J.: Časově závislá analýza betonové rámové konstrukce, Stavebnický časopis, 7 (40), 1992, pp. 429-451 [2] CEB-FIP Model Code 1990, Final Draft 1991, BULLETIN D INFORMATION No 203, Comite Euro-International Du Beton, Lausane, 1990. [3] Navrátil, J.: Předpjaté betonové konstrukce, Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., Brno, 2004. 21
Přípravné operace Zadání geometrie a ostatních dat Před vlastním zadáváním vstupních údajů souvisejících s TDA nebo Fázemi výstavby a provozu musí být provedeny některé přípravné kroky. Předem musí být definovány všechny nosné prvky, předpínací prvky, okrajové podmínky a zatížení, které se objeví v konstrukci. Po jejich zadání budou všechny prvky, kabely, podpory atd. postupně přidávány do konstrukce v modulu Fáze výstavby a provozu. Samotné zadávání maker, uzlů, podpor a zatížení je prováděno ve standardním prostředí systému Scia Engineer. Nastavení parametrů Pro TDA výpočet nebo Fáze výstavby a provozu je nutné zadat některé související údaje. Tyto data lze zadat v dialogu s nastavením, který obsahuje položky jak pro TDA, tak pro Fáze výstavby a provozu. Dále je nutné určitým způsobem upravit několik parametrů souvisejících s generováním sítě konečných prvků, výpočtem, materiály atd. Jednotlivé parametry jsou popsány v samostatných kapitolách: Nastavení fází výstavby a provozu, Nastavení TDA, Nastavení Sítě prvků a Výpočtu, Nastavení materiálů. Poznámka: Část dialogu s nastavením pro TDA je dostupná POUZE v případě, že je TDA modul dostupný, tzn. musí být např. projekt typu Rám XZ. 23
Fáze výstavby Vytvoření projektu s fázemi výstavby Pokud chcete provádět výpočty fází výstavby, musíte provést příslušné nastavení v dialogu Data o projektu na kartě Základní data: Ve výběrové položce Model zvolte Fáze výstavby a provozu Nastavení fází výstavby Dialog Nastavení fází výstavby umožňuje zadání výchozích hodnot parametrů, které se objevují ve vstupních dialozích pro jednotlivé fáze výstavby a provozu. Součinitele zatížení Stálá (dlouhodobá) zatížení Předpětí Dlouhodobá složka nahodilého zatížení Gama min Gama max se zadávají pro oba typy stálých zatěžovacích stavů zatížení stálá (dlouhodobá) ( G ) a předpětí ( P ). Součinitele zatížení Gmin (<=1), Gmax (>=1), Pmin (<=1), Pmax (>=1) lze dále určovat (pro každý zatěžovací stav) v každé fázi výstavby (nebo provozní fázi). Pokud je ve výběrové položce Stálá nebo dlouhodobá zatížení vybráno nahodilé dlouhodobé zatížení, je požadován pouze maximální součinitel Qmax, protože Qmin je automaticky brán jako nulový (veškeré nahodilé zatížení je odstraněno). A současně se zobrazí další součinitel <1. Viz výše. Součinitel určuje dlouhodobou složku nahodilého zatížení. Pokud je stav se stálým zatížením, předpětím nebo nahodilým zatížením použit ve fázi výstavby, nelze ho již znovu použít, protože se v další fázi může změnit uspořádání konstrukce a výsledky se mohou lišit. Výsledky Jméno generované kombinace (max) Jméno generované kombinace (min) Jméno generované provozní kombinace Určuje masku pro automatickou generaci jmen maximálních kombinací zatěžovacích stavů. Určuje masku pro automatickou generaci jmen minimálních kombinací zatěžovacích stavů. Určuje masku pro automatickou generaci jmen provozních kombinací. Poznámka: Při generování jmen kombinací zatěžovacích stavů jsou znaky {O} během vytváření kombinací nahrazeny odpovídajícím číslem. Pokud je maska jména například F{O}- MAX, budou výsledné kombinace pojmenovány F1-MAX, F2-MAX, F3-MAX, atd. Poznámka: Stejný dialog může obsahovat také parametry pro TDA. Tyto parametry jsou dostupné pouze v projektech, které podporují časově závislé výpočty. Viz také Nastavení TDA. 25
Fáze výstavby, předpětí a TDA Postup pro změnu parametrů fází výstavby 1. Otevřete servis Fáze výstavby a provozu. 2. Spusťte příkaz Nastavení. 3. Zadejte potřebné parametry. 4. Potvrďte kliknutím na [OK]. 5. Uzavřete dialog s nastavením. Správce fází výstavby Správce fází výstavby umožňuje zadání, prohlížení, kopírování, tisk a mazání jednotlivých fází výstavby. Pracuje se s ním jako se standardním správcem databází Scia Engineer. Postup pro otevření Správce fází výstavby 1. Projekt musí mít nastaven model fáze výstavby. 2. V hlavním stromu otevřete servis Fáze výstavby a provozu. 3. V horní části dialogu servisu klikněte na tlačítko se třemi tečkami. 4. Na obrazovce se otevře správce. 5. Správce fází výstavby se otevírá automaticky po prvním otevření servisu. Poznámka: Po vytvoření nové fáze výstavby jsou parametry nastaveny podle hodnot definovaných v Nastavení fází výstavby. Vytvoření nové fáze výstavby Postup pro vytvoření nové fáze výstavby nebo provozu Otevřete Správce fází výstavby. Klikněte na tlačítko [Nový]. Pokud neexistuje žádný vhodný zatěžovací stav, objeví se žádost o vytvoření nového. Do seznamu se přidá nová fáze výstavby. Pro otevření editačního dialogu klikněte na tlačítko [Opravit]. Zadejte parametry (viz níže). Potvrďte kliknutím na [OK]. Uzavřete Správce fází výstavby a provozu. Parametry fází výstavby a provozu Jméno Definuje jméno fáze. Pořadí fáze Popis (informativní) Udává pořadové číslo fáze. Krátký popis fáze výstavby nebo provozu. Umožňuje stručně popsat, co se stane v aktuální fázi. Komentář pomáhá uživateli udržovat přehled o postupu výstavby. Popis je také použit ve vygenerovaných třídách výsledků a ve vygenerovaných kombinacích. Například pro kombinace je tento popis jediným jednoznačným identifikátorem vygenerované kombinace. Poznámka: Velmi doporučujeme toto pole využít. Čas fáze Počet subintervalů Globální čas ve dnech. Tento čas bude přiřazen všem akcím v aktivní fázi. Globální čas musí být větší než globální čas předchozí fáze a menší, než globální čas následující fáze. Počet podintervalů na detailní časové ose. Podintervaly následující za prvním podintervalem jsou generovány automaticky v logaritmickém měřítku. 26
Fáze výstavby Vlhkost Poslední fáze výstavby Zatížení Gama min, Gama max Psi Nahodilá zatížení Tento parametr má vliv na přesnost výpočtu dotvarování betonu. Viz také Časová osa. Relativní vlhkost okolního prostředí. Udává, že aktivní fáze je poslední fází výstavby. Pokud je toto zapnuto, bude další fáze první provozní fází. Od tohoto okamžiku už uživatel nemůže měnit konstrukci, ale může přidávat stálé nebo nahodilé zatížení (ne předpětí!). Z tohoto důvodu nejsou v provozních fázích možné žádné změny v konfiguraci konstrukce (změny průřezu, předpětí, ). Pokud byl nahodilý zatěžovací stav už jednou použit ve fázi výstavby před poslední fází výstavby (včetně), je "spotřebován" a nelze jej znovu použít v další fázi výstavby. Pokud byl nahodilý zatěžovací stav přiřazen provozní fázi (tj. do fáze následující za fází poslední fází výstavby), může být znovu použit v kterékoliv další provozní fázi. Určuje zatěžovací stav, který je přiřazen aktuální fázi výstavby/provozu. Poznámka: Přečtete si komentář pod tabulkou. Součinitele zatížení. Poznámka: Přečtete si komentář pod tabulkou. Součinitel pro dlouhodobou složku nahodilého zatížení. Poznámka: Přečtete si komentář pod tabulkou. Umožňuje přidat nahodilý zatěžovací stav do fáze. Poznámka: Přečtete si komentář pod tabulkou. Zatěžovací stav stálý nebo dlouhodobý Každé fázi výstavby nebo provozu musí být vytvořen a přiřazen exkluzivně jeden zatěžovací stav typu stálé zatížení nebo vlastní hmotnost. Zatěžovací stav může být prázdný. Jak bylo zmíněno výše, stálý zatěžovací stav zadávaný ve fázi výstavby (nebo provozní fázi) může být dvou typů: stálé nebo vlastní tíha. Zadání stálého zatížení se provádí standardním způsobem, ale co se týče vlastní tíhy, existují tři možnosti zadání. (1) První možnost zadání je pomocí stálého zatížení. Vlastní tíha prvku je spočítána uživatelem předem a je stanovena jako rovnoměrné nebo lichoběžníkové zatížení spojité po délce prvku. Tato metoda může být použita v kombinaci s ostatními stálými zatíženími, např. vlastní tíha příčných výztuh, povrchových vrstev atd. V tomto případě může být vlastní tíha prvku aplikována v kterékoli fázi výroby (v jakýkoliv čas) nezávisle na čase přidání tohoto makra. Z toho důvodu není zadání stálého zatížení vázáno na makra nebo dobetonovávané části maker přidané v aktivní fázi výstavby. (2) Druhá možnost zadání vlastní tíhy může být použita pouze pro prvky přidané v aktuální (aktivní) fázi nebo dobetonovávané desky. Příslušný zatěžovací stav musí být typu "vlastní tíha". Do takového stavu nelze zadávat žádné jiné zatížení. Pokud je tedy nastaven pro fázi zatěžovací stav typu "vlastní tíha", je aplikován pouze přírůstek vlastní tíhy konstrukce. Přírůstek je určen jako vlastní tíha těch částí konstrukce (nosných prvků nebo jejich dobetonovaných části), které jsou vloženy do konstrukce v aktuální fázi výstavby. Tyto dva postupy budou demonstrovány na jednoduché ukázce. Ukázka: Zadání vlastní tíhy do modelu Předpokládejme, že máme nosník T-průřezu, který má dvě fáze: (i) jádro průřezu, (ii) spřažená deska. 27
Fáze výstavby, předpětí a TDA Průřez sestává ze dvou fází: 1 = základní nosník, 2 = spřažená deska. Popíšeme tři modelové situace, dvě, které používají první postup (uživatelem spočítané stálé zatížení), a jednu, která používá druhou metodu. Neříkáme tímto, který postup je lepší nebo horší, pouze je zde popíšeme, abychom vysvětlili konsekvence různých postupů. Je na uživateli, aby se rozhodl, který postup modelování nejlépe odráží konkrétní podmínky určitého projektu. Situace A (uživatelem spočítané stálé zatížení) Fáze Akce Zatěžovací stav přiřazen fázi 1 betonáž nosníku (1. fáze průřezu je přidávána do modelu) prázdný stálý zatěžovací stav 2 betonáž spřažené desky (2. fáze průřezu je přidávána do modelu) prázdný stálý zatěžovací stav 3 vložení ručně spočítané vlastní tíhy stálý zatěžovací stav se zadaným zatížením, které představuje vlastní tíhu nosníku V tomto případě je uživatel plně zodpovědný za zadání vlastní tíhy do modelu. Na druhou stranu má proces plně pod svou kontrolou. Nejdříve je vyroben základní nosník, potom nadbetonována spřažená deska. A úplně na závěr je vložena vlastní tíha v plné výši. Ve výsledku tedy není spřažený nosník před kompletací vystaven žádnému zatížení. Situace B (uživatelem spočítané stálé zatížení) Fáze Akce Zatěžovací stav přiřazen fázi 1 betonáž nosníku (1. fáze průřezu je přidávána do modelu) prázdný stálý zatěžovací stav 2 vložení ručně spočítané vlastní tíhy 3 betonáž spřažené desky (2. fáze průřezu je přidávána do modelu) stálý zatěžovací stav se zadaným zatížením, které představuje vlastní tíhu nosníku prázdný stálý zatěžovací stav V tomto případě je znovu uživatel zodpovědný za zadání vlastní tíhy do modelu. Nejdříve je vyroben základní nosník, který nenese žádné zatížení. Poté je vložena vlastní tíha v plné výši. Na závěr je dobetonována deska. Znamená to, že základní nosník přenášel vlastní tíhu celého průřezu ještě před zhotovením spřažené desky. Situace C (automaticky počítaná vlastní tíha) Fáze Akce Zatěžovací stav přiřazen fázi 1 betonáž nosníku (1. fáze průřezu je přidávána do modelu) prázdný stálý zatěžovací stav 2 betonáž spřažené desky (2. fáze prázdný stálý zatěžovací 28
Fáze výstavby průřezu je přidávána do modelu) stav V tomto případě je vlastní tíha přidávána automaticky a po částech. Nejdříve je vybetonován základní nosník a automaticky zatížen vlastní tíhou kompletní části průřezu, tj. základního nosníku. Po zhotovení spřažené desky je spočítána její vlastní tíha a přidána k existující vlastní tíze základního nosníku. Závěr Na těchto jednoduchých příkladech bylo názorně ukázáno, že výpočet fází výstavby umožňuje nespočet variant. Uživatel tedy musí přemýšlet předem a být si vědom toho, co (i) chce modelovat a (ii) co ve skutečnosti vytvořil. Poznámka: Pokud je modul Fáze výstavby a provozu kombinován s modulem TDA, nabízí se další možnosti. Např. lze modelovat betonáž na bednění (takže dokonce ani varianta C nepovede k okamžitému vložení vlastní tíhy), odstranění bednění v určitém čase (a případně současné vložení vlastní tíhy), atd. Předpětí Aktuální fázi lze nastavit a přiřadit jeden zatěžovací stav (typu stálý - předpětí). Každý ze stavů tohoto typu může být exkluzivně přiřazen pouze jediné fázi výstavby. Gama min Gama max Součinitelé zatížení Gama min Gama max se uplatní pro oba typy stálých zatěžovacích stavů zatížení ( G ) a předpětí ( P ). Součinitelé zatížení Gmin (<=1), Gmax (>=1), Pmin (<=1), Pmax (>=1) se určují (pro každý zatěžovací stav) v každé fázi výstavby (nebo provozní fázi). Pokud je ze seznamu Stálá nebo dlouhodobá zatížení vybráno dlouhodobé nahodilé zatížení, je požadována pouze maximální hodnota součinitele Qmax, protože Qmin je automaticky brána hodnotou rovnou nule (když je veškeré nahodilé zatížení odstraněno). Současně se zobrazí další součinitel <1. Součinitel určuje dlouhodobou část zatížení. Pokud je stálé zatížení, předpětí nebo nahodilé zatížení použito ve fázi výstavby, nemůže být nikdy použito znovu. Zatížení je přiřazeno exkluzivně dané fázi výstavby, protože v další fázi výstavby může být změněno uspořádání konstrukce (změní se např. okrajové podmínky) a výsledky od stejného zatěžovacího stavu by byly jiné. Ve skutečnosti při vlastním výpočtu TDA (vypočtu dotvarování) není použit žádný součinitel zatížení. Z toho důvodu ani výsledky zatěžovacích stavů pro dotvarování, které jsou generovány TDA, nemají v sobě zahrnuty žádné součinitele zatížení (lepe řečeno součinitele zatížení = 1.0). Po provedení výpočtu jsou automaticky generovány jak kombinace pro mezní stav použitelnosti (SLS), tak kombinace pro mezní stav únosnosti (ULS). Pro kombinace ULS jsou použity obě hodnoty max. (>=0) a min. (<=0) všech součinitelů pro stálé zatížení G, předpětí P, dlouhodobé nahodilé zatížení Q a dotvarování C. Všechny kombinace požadované normami (pro EC2 trvalá a dočasná, mimořádná (nehodová), seismická, výjimečná, častá, kvazistálá) musí být definovány ručně jako "zadaná kombinace". V provozních fázích mohou být zadávány dva typy nahodilého zatížení: krátkodobé zatížení a dlouhodobé zatížení (kvazistálé). Tato klasifikace nemá žádný vztah k typům zatěžovacích stavů specifikovaným kdekoliv jinde v Scia Engineer. Z toho důvodu je dlouhodobé nahodilé zatížení z hlediska TDA jednoznačně určeno pouze specifikací dlouhodobé složky zatížení (použitím součinitele 0 1). Dlouhodobá složka zatížení je potom použita pro výpočet dotvarování v TDA. Kvazistálé zatížení je vloženo společně s ostatními zatíženími v dané provozní fázi v TDA. Po té, co již bylo dlouhodobé zatížení jednou vloženo, nemůže být použito znovu, protože dlouhodobá složka ( ) zatížení způsobí v TDA dodatečné dotvarování betonu. Předpokládá se, že dlouhodobá složka ( ) zatížení zůstane na konstrukci po celou dobu životnosti. Výsledky dlouhodobých zatěžovacích stavů jsou paralelně počítány nejen modulem TDA, ale také standardním řešičem Scia Engineer a jsou použity (v nulové nebo plné výši) ve všech kombinacích generovaných pro tuto a následující provozní fáze. Předpokládá se tedy, že dlouhodobá složka nahodilého zatížení může být na krátkou dobu odstraněna z konstrukce nebo může nahodilé zatížení působit v plné výši (bez vlivu na dotvarování). Dlouhodobé nahodilé zatěžovací stavy nemohou být použity během fází výstavby (pouze v provozních fázích). Nahodilé zatěžovací stavy Nahodilá zatížení (okamžitá a krátkodobá) lze přidávat do aktuální fáze. Je možné přidat libovolné množství předem zadaných zatěžovacích stavů. Předpokládá se, že zatížení definované v tomto dialogu je dočasné a není bráno do výpočtu TDA. Pokud byl nahodilý 29
Fáze výstavby, předpětí a TDA zatěžovací stav už jednou použit ve fázi výstavby, je nutné jej před jeho opětovným použitím v jiné fázi výstavby zkopírovat do nového zatěžovacího stavu. Je třeba si uvědomit, že výsledky stejného zatížení se pro různé fáze výstavby mohou lišit, protože se mění uspořádání konstrukce. Od první provozní fáze je možné používat krátkodobé zatěžovací stavy opakovaně, protože se během provozu nemění konstrukce a odezva konstrukce (výsledky) je shodná ve všech provozních fázích. Krátkodobé zatěžovací stavy se řeší ve standardním řešiči Scia Engineer a počítají se bez ohledu na stáří betonu (betony mají stáří 28 dnů). Zadání změn ve výpočetním modelu Před vlastním zadáváním fází výstavby je nutné zadat všechny nosné prvky, kabely, okrajové podmínky a zatížení, které souvisí s konstrukcí. Potom se všechny prvky, kabely, podpory atd. s ohledem na skutečný postup výstavby postupně přidávají do konstrukce. Pokud je některý prvek odstraněn nebo se změní okrajové podmínky, jsou vnitřní síly a odpovídající reakce automaticky přidány do odpovídajícího zatěžovacího stavu. V každé fázi výstavby lze: přidat nový prvek do konstrukce, odstranit existující prvek z konstrukce, přidat podporu do konstrukce, odstranit existující podporu z konstrukce. Všechny tyto operace se provádí v servisu Fáze výstavby a provozu. Postup pro přidání prvku 1. Otevřete servis Fáze výstavby a provozu. 2. Vyberte (nebo definujte) příslušnou fázi výstavby. 3. Spusťte příkaz Pruty > Přidat prvek. 4. Vyberte ze zadaných ty prvky, které chcete přidat v aktuální fázi do konstrukce. 5. Ukončete příkaz a případně zavřete servis. Postup pro odebrání prvku 1. Otevřete servis Fáze výstavby a provozu. 2. Vyberte (nebo definujte) příslušnou fázi výstavby. 3. Spusťte příkaz Pruty > Odebrat prvek. 4. Vyberte ze zadaných ty prvky, které chcete v aktuální fázi z konstrukce odebrat. 5. Ukončete příkaz a případně zavřete servis. Postup pro přidání podpory 1. Otevřete servis Fáze výstavby a provozu. 2. Vyberte (nebo definujte) příslušnou fázi výstavby. 3. Spusťte příkaz Podpory > Přidat podporu. 4. Vyberte ze zadaných ty podpory, které chcete přidat v aktuální fázi do konstrukce. 5. Ukončete příkaz a případně zavřete servis. Postup pro odebrání podpory 1. Otevřete servis Fáze výstavby a provozu. 2. Vyberte (nebo definujte) příslušnou fázi výstavby. 3. Spusťte příkaz Podpory > Odstranění podpory. 4. Vyberte ze zadaných ty podpory, které chcete v aktuální fázi z konstrukce odstranit. 5. Ukončete příkaz a případně zavřete servis. Vyčištění celé fáze Pokud je potřeba, lze smazat kompletní zadání v aktuální fázi výstavby. Použijte příkaz Smazat vstupní hodnoty fáze ze servisu Fáze výstavby a provozu. 30
Fáze výstavby Fázované průřezy Tato kapitola souvisí s Fázemi výstavby a provozu a časově závislou analýzou TDA. Moduly Fáze výstavby a provozu a TDA mohou obecně používat všechny průřezy dostupné z databáze průřezů v Scia Engineer. Speciálně pro účely těchto modulů je vytvořena nová funkce nazvaná fázované průřezy. Fázované průřezy sestávají ze dvou nebo více částí (prvků), přičemž každá z nich může mít přiřazen různý materiál. Fázované průřezy umožňují modelování spřažených konstrukcí. Průřez je vytvářen postupně od fáze s číslem 1. Každá fáze průřezu je v podélném směru modelována samostatným konečným prvkem na excentricitě. Proto se při analýze TDA projeví redistribuce napětí mezi dvěma různými fázemi průřezu, která je způsobena dotvarováním a smršťováním betonu. Pokud nějaká fáze obsahuje více samostatných částí (ze stejného nebo různého materiálu), bude pro tuto fázi mezi dvěma uzly MKP sítě vygenerován pouze jeden konečný prvek. Průřezové charakteristiky jednotlivých částí budou převedeny na jeden materiál. Vytvořený konečný prvek pak bude mít převedené průřezové charakteristiky. Z tohoto důvodu nelze během výpočtu mezi samostatnými částmi jedné fáze očekávat redistribuci napětí. Fázované průřezy je možno vytvořit pomocí modulu Obecný průřez. Obecný průřez může být vytvořen pomocí ruční definice polygonu nebo převodem z jiných typů databázových průřezů. Také některé předdefinované mostní průřezy mohou být zadané jako fázované. Pro jeden průřez lze definovat až deset fází. Podrobnější informace o modulu Obecný průřez jsou uvedeny v kapitole Průřezy > Obecný průřez. Systém Scia Engineer má však důležité omezení v tom, že na jeden 1D prvek může být definován pouze jeden fázovaný průřez! Z toho důvodu nelze použít fázovaný průřez na prutech s proměnným průřezem (tzn. prut sestavený z několika částí s různým průřezem). Při vytváření fázovaných průřezů musí být splněna jedna důležitá podmínka. Je zřejmá z následujícího obrázku. Ukázka fázovaného průřezu Následující obrázek zobrazuje dutinový stropní panel [fáze 1] (tl. 400 mm) s dobetonovanou deskou tl. 50 mm [fáze 2]. Velikost sítě pro nosníky s fázovaným průřezem Nosník s fázovaným průřezem vyžaduje spíše jemnou síť (konečných prvků). Tato jemná síť je nezbytná pro dosažení správných a spolehlivých výsledků. Velikost konečných prvků pro nosníky s fázovaným průřezem je určena parametrem Průměrná velikost lan, kabelů, prvků na podloží z dialogu Nastavení sítě konečných prvků. 31
Fáze výstavby, předpětí a TDA Průřezové charakteristiky fázovaného průřezu Pro výpočet průřezových charakteristik fázovaných profilů doporučujeme výpočet MKP. Ten lze provést v editačním dialogu průřezu zaškrtnutím volby Výpočet MKP. Pokud je tato volba zapnutá, použije program pro výpočet průřezových charakteristik speciální postup. Výsledky výpočtu jsou zobrazeny v samostatném dialogovém okně. Lze zobrazit některé výsledky a také zvolit způsob výpočtu smykových parametrů: Ay/A a Az/A (viz poznámka níže). Pozn.: Je na uživateli, aby překontroloval hodnoty smykového ochabnutí a zvolil ručně tu správnou (nebo nejvhodnější) možnost. Průřezové charakteristiky pro průřezy více různými materiály Průřezové charakteristiky se převedou na ideální průřezové charakteristiky. U fázovaných průřezů z knihovny programu souvisí tyto charakteristiky s materiálem první fáze průřezu (tzn. materiálem první části průřezu, který tvoří první fázi). U obecných průřezů souvisí tyto charakteristiky s materiálem první zadané části průřezu bez ohledu na fáze. Srovnejte následující dva obrázky. Stejný obecný průřez tvořený obdélníkovým průřezem betonovým prvkem a průřezem ocelovým nosníkem ve tvaru písmene I. Na prvním obrázku byl jako první zadán obdélník. Na druhém obrázku byl jako první zadán průřez ocelovým nosníkem. 32
Fáze výstavby 33
Fáze výstavby, předpětí a TDA Přidání nové fáze průřezu Kapitola Definování změn výpočetního modelu popisuje, jak přidat nový prut nebo podporu do určité fáze výstavby. Tato kapitola se zabývá přidáním nové části fázovaného průřezu, např. dobetonováním spřažené desky apod. Postup pro přidání nové fáze průřezu 1. Vyberte prut s fázovaným průřezem. 2. Okno vlastností zobrazí vlastnosti prutu. 3. Jedna ze skupin vlastností se jmenuje Fáze výstavby. 4. Pro zadání fáze, do které bude přidána základní část (první fáze) průřezu, použijte položku Přidat. 5. Pro zadání fáze, do které bude přidána druhá část (fáze 2) průřezu, použijte položku Spřažená deska. Výpočet Spuštění výpočtu Fází výstavby a TDA se provádí stejným postupem. 34
Fáze výstavby Postup pro spuštění výpočtu Fází výstavby / TDA 1. Spusťte příkaz stromu Výpočet, síť > Výpočet. 2. Zvolte Analýza fází. 3. Kliknutím na [OK] se spustí výpočet. Poznámka: Po spuštění výpočtu TDA může program zobrazit upozornění, že některé parametry řešiče a sítě musí být přenastaveny, aby splňovaly požadavky na výpočet. Můžete buď zvolit automatické přenastavení a pokračovat ve výpočtu, nebo přerušit výpočet, ručně a upravit nastavení podle kapitol Nastavení sítě a Nastavení výpočtu. Výsledky výpočtu fází výstavby Po provedení výpočtu fází výstavby lze prohlížet výsledky. Obecně vás budou zajímat dva typy nebo skupiny výsledků. Výsledky pro Ke každé fázi výstavby je přiřazen jeden zatěžovací zatěžovací stavy stav (a tento zatěžovací stav je vyhrazen pro tuto fázi, tzn. že není použitý v žádné další fázi výstavby), výsledky pro zatěžovací stavy ukazují příspěvek konkrétní fáze výstavby na celkovém rozložení dané veličiny. Výsledky pro třídy zatížení Program během výpočtu fází výstavby automaticky vytváří třídy výsledků. Pro každou fázi jsou generovány dvě třídy výsledků: ULS třída a SLS třída. (ULS třída bere v úvahu součinitele zatížení Gama, SLS je uvažuje rovny jedné (1)). Třídy jsou očíslovány od 1 do čísla poslední počítané fáze. Výsledky v každé třídě zobrazují aktuální stav (podmínky) konstrukce po konkrétní fázi výstavby a provozu. 35
Nelineární fáze výstavby Nelineární fáze výstavby Výpočet Fází výstavby a provozu lze provádět také pro nelineární analýzu. Vše, co bylo vysvětleno pro lineární fáze výstavby platí také pro tento rozšířený typ výpočtu. Je zde však několik rozdílů. Nastavení projektu V nastavení projektu Projekt > Funkcionalita musí být zatrženo Nelinearity a položka 2. řád geometrická nelinearita. Tečné nebo rovnoběžné připojení nového prvku Dialog s nastavením fází výstavby nabízí navíc jeden parametr. Připojení nového prvku Tento parametr udává geometrické podmínky pro připojování nových prvků v další fázi výstavby. tečný: nový prvek bude ke "starému" prvku připojen ve směru tečny k deformované linii "starého" prvku rovnoběžný: nový prvek bude připojen na konec deformovaného "starého" prvku ve směru rovnoběžném se směrem nového prvku na nezdeformované konstrukci. Obrázek ukazuje dvě možnosti. Na levé straně obrázku je volba tečného připojení, pravá strana ukazuje rovnoběžné připojení. TDA Time Dependent Analysis Nelze provádět TDA výpočty v kombinaci s nelineárními fázemi výstavby. Spuštění výpočtu Postup spuštění výpočtu nelineárních fází výstavby 1. Spusťte příkaz Výpočet, síť > Výpočet. 2. Vyberte Nelineární fáze výstavby. 3. Pro spuštění výpočtu klikněte na [OK]. Lineární a nelineární fáze výstavby Rozdíly mezi lineárními a nelineárními fázemi výstavby. 37
Fáze výstavby, předpětí a TDA Lineární fáze výstavby Lineární fáze výstavby byla vyvinuta hlavně pro výpočet předepjatých konstrukcí. Poskytuje uživateli vytvářet konstrukční proces životní cyklus konstrukce. Navzdory původnímu účelu použití tohoto modulu pro betonové konstrukce,může být obecně využit pro kterýkoli materiál. Uživatel může přidat nebo odstranit podpory,prvky a výztuž.pro každou fázi výstavby jsou stanoveny součinitele spolehlivosti pro stálé a nahodilé zatěžovací stavy včetně předpínacích zatěžovacích stavů, vyplývající v rozsah min/max napětí/sil/deformací/reakcí. Navíc, je uživatel schopen vytvářet segmentové fázované průřezy přidáním nové betonáže (beton) nebo montáží materiálů ( ocel/dřevo/jiné ) během fáze výstavby. Modul Lineární fáze výstavby je založen na superpozici (linearizaci) zatěžovacích stavů.a proto,může uživatel snadněji ověřovat výsledky dosazením nebo odstraněním jednotlivých zatěžovacích stavů. Poznámka: Modul Časově závislá analýza (TDA) nemůže probíhat bez tohoto modulu. Nevýhoda tohoto modulu je to,že 2D prvky mohou být do konstrukce pouze dosazeny a nikoli odejmuty.také Youngovy moduly se nemohou měnit a klouby nemohou být přidány ani odebrány. Nelineární fáze výstavby Nelineární fáze výstavby byly původně vyvinuty pro analýzy systémů potrubí.v podstatě, bere v úvahu deformovanou konstrukci z předchozí fáze,když vypočítává novou. A proto je použit termín "nelineární". Tento modul může pracovat ve spolupráci s nelineárními podmínkami a fyzikální a geometrickou nelinearitou.zadání fází výstavby pro tento modul využívá stejné principy a stejné dialogy jako lineární fáze výstavby. 38
Nelineární fáze výstavby Tento modul je založen na teorii druhého řádu Newton-Raphsonovy metody a vyžaduje správnou síť a zvětšení zatížení.generuje nelineární kombinace každá reprezentující fázi výstavby. Součinitelé zatížení jsou všechny rovny 1.0, tzn. Že není žádny rozptyl (min/max). Nevýhodou tohoto modulu je, že nepracuje s 2D prky a TDA. 39
TDA (Časově závislá analýza) Zadání Nastavení TDA Pro TDA musí být nastaveny následující hodnoty. Součinitele zatížení gama-dotvarování min (<=1); gamadotvarování max (>=1) Generování výstupního textového souboru Tyto parametry jsou společné pro všechny fáze výstavby a provozu a zadávají se pro generovaní zatěžovací stavy pro dotvarování. Při výpočtu TDA se ve skutečnosti žádný součinitel zatížení neuplatní. Z toho důvodu také výsledky zatěžovacího stavu od účinků dotvarování, které TDA generuje automaticky, neobsahují žádný součinitel zatížení (nebo lépe řečeno obsahují součinitel zatížení = 1.0). Po provedení výpočtu se generují kombinace pro mezní stav únosnosti (ULS) a mezní stav použitelnosti (SLS). Teprve v kombinacích pro mezní stav únosnosti budou pro všechna stálá zatížení, zatížení od předpětí, pro dlouhodobé složky nahodilého zatížení a pro dotvarování použity obě hodnoty součinitele zatížení (gama min a gama max). Pokud je volba zatržena, bude v adresáři pro dočasné soubory vygenerován výstupní textový soubor. Čas - historie Počet podintervalů Okolní vlhkost Počet podintervalů na detailní časové ose. Podintervaly následující za prvním podintervalem jsou generovány automaticky v logaritmickém měřítku. Tento parametr má vliv na přesnost výpočtu dotvarování betonu.. Viz také Časová osa. Okolní vlhkost v procentech. Historie nosníku Každý prvek má svou vlastní historii v lokální časové ose, která obsahuje např. čas betonáže, konec ošetřování apod. Všechny údaje zadané v dialogu s nastavením se týkají lokální časové osy příslušného 1D prvku. Počátek lokální časové osy (nulový čas) je nastaven do chvíle, kdy je odpovídající tuhost makra vložena (přidána) do globální matice tuhosti celé konstrukce ("vznik makra"). V grafickém okně se to projeví změnou barvy odpovídajícího makra. Počátek lokální časové osy je potom umístěn do globální časové osy aktuální fáze výstavby. Čas betonáže Čas betonáže ve dnech, lze zadávat i záporné hodnoty. V takovém případě není tuhost prvku v době mezi časem betonáže a vznikem makra (nulový lokální čas) zahrnuta do globální matice tuhosti, zároveň však je stáří betonu odvozováno z času betonáže. Čas ukončení ošetřování Délka ošetřování dobetonovávaných částí průřezu Čas konce ošetřování betonu ve dnech. V případě "fázovaných průřezů" je to čas konce ošetřování betonu první fáze ve dnech. Má význam pouze v případě "fázovaných průřezů". Je to čas konce ošetřování betonu další fáze (dobetonovávaných částí) ve dnech. Tento údaj 41
Fáze výstavby, předpětí a TDA Liniová podpora (bednění) Čas uvolnění posunů ve směru osy X, Čas uvolnění posunů ve směru osy Z znamená vlastně dobu trvání ošetřování dobetonovávaných částí průřezu je vztažena k lokální časové ose každé dobetonovávané části. Při výpočtu modulu pružnosti betonu je zohledněno stáří betonu. V ranných stádiích by však měl být čerstvý beton dostatečně podepřen bedněním. Z toho důvodu je možné definovat liniovou podporu makra 1D. Nastavuje se čas uvolnění v příslušném směru ve dnech. X, Z jsou osy globálního souřadného systému. Postup pro nastavení parametrů TDA 1. Otevřete servis Fáze výstavby a provozu. 2. Spusťte příkaz Nastavení. 3. Zadejte požadované parametry. 4. Potvrďte [OK]. 5. Uzavřete dialog Nastavení. Poznámka: Část dialogu s nastavením pro TDA je dostupná POUZE v případě, že je TDA modul dostupný, tzn. musí být např. projekt typu Rám XZ. Nastavení materiálu Tyto hodnoty musí být nastaveny pro výpočet Fází výstavby a provozu a pro TDA. V modulech TDA a Fáze výstavby a provozu mohou být používány obecně veškeré materiály, které jsou v systému Scia Engineer. Materiálové charakteristiky betonu jsou doplněny o vliv stárnutí (normově závislé). Pro účely TDA jsou také doplněny údaje o složení betonu, neboť tyto ovlivňují rychlost a rozsah smršťování a dotvarování. Pro beton dle EC2 lze také zadat naměřené průměrné hodnoty pevnosti betonu v tlaku. Po zatržení volby Měřené hodnoty střední pevnosti v tlaku (s vlivem stárnutí) (v dialogu pro editaci materiálu otevřeného ze Správce materiálů) se zpřístupní nové položky. Uživatel může zadat naměřené průměrné hodnoty pevnosti betonu v tlaku ve stáří betonu t1 a t2 (t1<t2). Jedna ze vstupních hodnot může být rovna 28 dnům. Této vlastnosti programu lze využít zvláště u rychle tuhnoucích betonů nebo v případech, kdy je k urychlení tuhnutí betonu použito určitých opatření (ve výrobnách prefabrikátů). Pro výpočet změny pevnosti a modulu pružnosti (stárnutí) jsou použity upravené funkce CEB FIP 1990 [2] zohledňující zadané parametry. Některé údaje jsou normově závislé. ČSN Voda v betonu Objem vody v čerstvém betonu. EC2 Třída cementu Volí se třída cementu z následujících možností: pomalu tuhnoucí, normálně tuhnoucí, rychle tuhnoucí nebo rychle tuhnoucí, vysokopevnostní. Nastavení sítě prvků Pro TDA musí být nastaveny tyto hodnoty. 42
TDA (Časově závislá analýza) Minimální vzdálenost mezi body 0.001 m Průměrný počet dílků na prutu musí být 2. Geometrie konečných prvků reprezentujících předpjaté kabely se generuje ze skutečné geometrie kabelu včetně oblouků ve vrcholech základního (vstupního polygonu). Konečné prvky tvoří polygon s vrcholy ve vzdálenostech rovných veličině Průměrná velikost lan, kabelů, prvků na podloží. Po definování geometrie konečných prvků je síť zahuštěna podle volby Průměrný počet dílků na prvku 1D, a to bez zpětného vlivu zahuštění na geometrii konečných prvků. Proto musí být hodnota veličiny Průměrná velikost lan, kabelů, prvků na podloží volena s ohledem na požadovanou přesnost vystižení geometrie kabelu. Generovat uzly pod osamělými zatíženími na prutových prvcích zapnuto. Z důvodů numerické stability TDA řešiče doporučujeme nastavit: Minimální délka prutového prvku = 0.05 m. Postup pro nastavení sítě 1. Spusťte příkaz menu Nastavení > Síť prvků. 2. Upravte požadované parametry. 3. Potvrďte [OK]. Nastavení výpočtu Pro TDA musí být nastaveny tyto hodnoty. Počet řezů na průměrném prutu = 1 (detailní výsledky vnitřních sil na mezilehlých řezech lze získat zjemněním sítě). Postup pro nastavení výpočtu 1. Spusťte příkaz menu Nastavení > Nastavení výpočtu. 2. Upravte požadované parametry. 3. Potvrďte [OK]. Lokální historie nosníku Každý prvek má svou vlastní historii makra v lokální časové ose obsahující např. čas betonáže, konec ošetřování atd. Všechna data nastavená v tomto dialogu jsou vztažena k lokální časové ose příslušného prvku. Počátek lokální časové osy (nulový čas) je nastaven do chvíle, kdy je odpovídající tuhost makra vložena (přidána) do globální matice tuhosti celé konstrukce ("vznik makra"). V grafickém okně se to projeví změnou barvy odpovídajícího makra. Počátek lokální časové osy je potom umístěn do globální časové osy aktuální fáze výstavby. Čas betonáže Čas betonáže ve dnech. Je možné zadávat záporné hodnoty. V takovém případě není tuhost prvku v době mezi časem betonáže a vznikem makra (nulový lokální čas) zahrnuta do globální matice tuhosti, zároveň však je stáří betonu odvozováno z času betonáže. Čas ukončení ošetřování Čas ošetřování dobetonovávaných částí průřezu Liniová podpora (bednění) Čas konce ošetřování betonu ve dnech. Beton se během ošetřování nesmršťuje. V případě fázovaných průřezů je to čas konce ošetřování betonu první fáze ve dnech. Má význam pouze v případě fázovaných průřezů. Je to čas konce ošetřování betonu druhé fáze (dobetonovávaných částí) ve dnech. Tento údaj znamená vlastně dobu trvání ošetřování dobetonovávaných částí průřezu je vztažena k lokální časové ose dobetonovávané části. Při výpočtu modulu pružnosti betonu je zohledněno stáří betonu. V ranných stádiích by však měl být čerstvý beton dostatečně podepřen bedněním. Z toho důvodu je možné definovat liniovou podporu 43