ACI 318-19, čl. 8.4.1.5 a 8.4.1.6 doporučují pro posouzení dvouose napjatých desek použít sloupové a středové pásy. Sloupové pásy mají na obě strany od středové linie sloupů šířku 0,25lmin. Mezi dva sloupové pásy se umístí středový pás. Obdobně stanoví CSA A23.3:19 šířky sloupových pásů také 0,25lmin, zatímco prostřední pás je oblastí ohraničenou dvěma sloupovými pásy.
Přístup v modulu RF-CONCRETE Surfaces
Standardní přístup v modulu RF-CONCRETE Surfaces je návrh dvouose napjaté desky. Hlavní MKP program RFEM provádí kompletní konečně-prvkovou analýzu pro stanovení základních vnitřních sil jako mx a my pro všechny 2D plošné prvky v modelu. Základní vnitřní síly vztažené k lokálním osám ploch (x, y a z) se dále transformují na hlavní vnitřní síly jako m1 a m2, které jsou vztažené k hlavním osám 1 a 2. Více informací o této transformaci najdete v online manuálu k programu RFEM:
8.16 Plochy – hlavní vnitřní síly
RF-CONCRETE Surfaces pak spočítá konečné návrhové momenty pro horní a dolní stranu desky uspořádané podél směrů definované výztuže. Další informace k tomuto výpočtu lze najít v online manuálu RF-CONCRETE Surfaces, kap. 2.4.1 Desky – Návrhové vnitřní síly:
Konečné návrhové momenty se v každém uzlu sítě konečných prvků uvažují v 1 m širokém pásu ve směru podélné výztuže. Podle tohoto návrhového momentu se určuje výztuž podél daného pásu spolu s přihlédnutím k předepsaným hodnotám z norem, jako jsou např. minimální výztuže. Jednotkou výztuže je [výztužná plocha/šířku] tedy in²/ft (or cm²/m). Nutná výztuž v každém uzlu sítě konečných prvků je graficky zobrazena pomocí barev.
Inženýři mohou také zvážit návrhovou šířku větší než je přednastavený 1 m, například takovou, jakou povoluje ACI 318-19 nebo CSA A23.3:19 pro zjednodušený přístup.
Návrhové pásy s výsledkovými pruty v RF-CONCRETE Members
Výsledkové pruty jsou schopny sečíst všechny vnitřní síly deskového prvku po zvolené délce a šířce. Výsledkové pruty nepřispívají ani k tuhosti konstrukce, ani neovlivňují rozdělení zatížení. Používají se jako nástroj pro vyhodnocení výsledků. Podrobné informace o tomto typu prutu naleznete v manuálu k programu RFEM v kapitole 4.17 Pruty:
Online manuál RFEM 5 | 4 Údaje o modelu | 4.17 Pruty
Výsledkový prut lze nakreslit přímo na deskový prvek. Volit lze libovolný typ průřezu a materiál. Typ prutu musí být nastaven na „Výsledkový prut“. Dále je třeba upravit prut na možnost „V nesymetricky zadaném kvádru“, přičemž šířka Y se nastaví na celkovou šířku požadovaného návrhového pásu a výška Z se nastaví na tloušťku plochy. Plocha(y) překlenutá návrhovým pásem by měla být uvedena v seznamu "Zahrnuté objekty".
Podívejte se na Webinář RFEM 2: Pokročilé modelování v 38 min 14 s pro shlédnutí podobného příkladu výsledkového prutu umístěného nad deskovým prvkem (anglicky).
Výsledkové pruty lze v modulu RF-CONCRETE Members posuzovat jako typické nosníkové prvky.
Podélná výztuž se navrhuje podle norem ACI 318 nebo CSA A23.3 na základě středního ohybového momentu po délce nosníku.
V modulu RF-CONCRETE je možné vytvořit více výsledkových prutů v obou podélných směrech a použít je pro metodu jednoosého návrhového pásu pro deskové prvky. Podívejte se na plochu č. 7 a prut č. 6 v RFEM modelu ke stažení na konci tohoto článku.
Návrhové pásy s oblastmi průměrování v RF-CONCRETE Surfaces
Alternativou k výsledkovým prutům je použití oblastí průměrování přes zadanou šířku návrhového pásu. Oblast průměrování zprůměruje vnitřní síly na zadané ploše na plošném prvku, což lze dále využít v modulu RF-CONCRETE Surfaces. Přečtěte si více o oblastech průměrování v manuálu k programu RFEM v kapitole 9.7.3 Oblast průměrování:
Oblasti průměrování jsou výhodné v případě výskytu singularit. Další články o „oblastech průměrování“ najdete v Databázi znalostí:
Lze je také použít v modulu RF-CONCRETE Surfaces k vyhlazení extrémních špiček vnitřních sil a napětí, které by se ve skutečnosti nevyskytly díky lepšímu rozložení zatížení, než je možné definovat v MKP programu. Podívejte se na webinář Posouzení betonu v programu RFEM podle CSA A23.3:19 v 56 min 10 s na příklad posouzení železobetonu s oblastmi průměrování a singularitami.
Navíc plocha č. 9 v modelu ke stažení využívá oblasti průměrování pouze okolo průsečíků sloupů a desky, aby se zamezilo nepřiměřeným požadavkům na maximální výztuž. Vnitřní síly jsou průměrovány ve všech směrech přes plochu 2 stopy x 2 stopy.
Oblasti průměrování lze použít také ke zkopírování návrhových pásů pro zohlednění výztuže. Plocha č. 8 je v modelu ke stažení identická s plochou č. 9. Návrhové pásy jsou zde ovšem použity po celé šířce a délce desky ve směru X a Y, nikoli pouze v místech se singularitami. Šířka návrhového pásu je zadána uživatelem a měla by zohledňovat doporučení ACI 318 a CSA A23.3.
Obzvláště důležité je také správně nastavit „Směry a vnitřní síly pro průměrování“ v dialogu Upravit oblast průměrování. Návrhové pásy jsou určeny pro jednoosé posouzení. Proto by měly oblasti průměrování zohledňovat pouze průměrování vnitřních sil v příslušném směru. Toho lze dosáhnout spárováním lokální osy oblasti průměrování s kolmou lokální osou plochy (např. osa u oblasti průměrování s osou y plochy). Toto nastavení závisí na orientaci prvků v použitém modelu. Příslušné vnitřní síly se zprůměrují přes šířku návrhového pásu.
Zobrazení základních vnitřních sil plochy, jako jsou ohybové momenty okolo osy x (mx), ukazuje značný rozdíl pro přednastavené hodnoty podél řezu s vysokými špičkami sil (plocha č. 9) ve srovnání s hodnotami podél řezu zprůměrovanými přes šířku oblasti průměrování (plocha č. 8).
Při posouzení výztuže v RF-CONCRETE Surfaces můžeme oblasti průměrování zadat pomocí volby "Detaily" v modulu. Při posouzení se pak zohledňují oblasti průměrování zadané na ploše. Ačkoli oblasti průměrování mají přímý vliv na základní vnitřní síly ve směrech plochy x a y, nejedná se o hodnoty, které se používají pro konečné posouzení. Na to se použijí konečné návrhové vnitřní síly, které vycházejí z maximálních a minimálních ohybových momentů, které nemusí být nutně orientovány podél os x a y. Při použití modulu nelze zabránit dvouosému posouzení. Oblasti průměrování použité jako návrhové pásy zajišťují lepší rovnoměrnost návrhu výztuže, nejedná se ovšem přesně o jednoosé posouzení.
Závěr a výhled
RF-CONCRETE Surfaces standardně používá dvouosou metodu pro posouzení výztuže desky. Vypočítaná nutná výztuž se zobrazí v numerické a grafické podobě v každém uzlu sítě konečných prvků na základě konečných návrhových vnitřních sil vypočítaných modulem. Optimální postup pro použití čistě jednoosé metody návrhových pásů přes uživatelsky definovanou šířku je použití výsledkových prutů a modulu RF-CONCRETE Members. Alternativou je použití oblastí průměrování v modelu RFEM a aktivace jejich zohlednění v modulu RF-CONCRETE Surfaces. Ačkoli druhá možnost vylepšuje průměrování vnitřních sil po šířce návrhového pásu, pro návrh výztuže se tak použije dvouosá metoda návrhu.