Nelineární analýza štíhlých zděných konstrukčních prvků

Abstract

Práce hodnotí a porovnává ruzné zpusoby modelování nevyztužených štíhlých zdených konstrukcí, tedy konstrukcí náchylných na ztrátu stability. Byl navržen a implementován algoritmus pro posuzování štíhlých zdených konstrukcí. Jeho jádrem je prutový model s materiálove a geometricky nelineárním chováním. Výsledky výpoctu s tímto prístupem jsou použity pro hodnocení klenbových konstrukcí a zdených sloupu. U stávajících konstrukcí v soucasnosti chybí literatura a metody vycházející predevším ze vstupních parametru, které je možné získat bežným diagnostickým pruzkumem, aniž by byla konstrukce nadmerne poškozena nebo aniž by byly vyžadovány neprimerené náklady. Soucasná literatura vychází z teoretických parametru, jako napríklad tahová pevnost malty v konstrukci, skutecný pracovní diagram, pracovní diagram pri dvouosém namáhání, lomovou energii materiálu a podobne. Algoritmus a prístup této práce vychází pouze z dostupných parametru, díky tomu muže sloužit i pro praktické návrhy a posouzení, které podléhají soustave norem. Z tohoto duvodu se tato práce krome navrhovaného prístupu maximálne snaží prístup norem objektivne zhodnotit a podat návrhy pro jejich zlepšení. Z hlediska štíhlých sloupu vstupují do výpoctu i prostorové 3D úcinky, které jsou v dnešní literature postiženy nedostatecne. Soucasná norma kupríkladu sloupy zatížené ve dvou rovinách (obecne ve 3D) vubec nereší, proto se algoritmus pro rešení sloupu soustredí zejména na tuto problematiku. Rovnež se v dnešní literature nikde nevyskytuje hodnocení vlivu užitého pracovního diagramu na chování štíhlých sloupu a doporucení, který pracovní diagram použít. Norma uvádí v mezním stavu únosnosti pouze posudek s pracovním diagramem tuho-plastickým, který je v této práci ukázán jako nejméne vhodný. V této práci byla provedena parametrická studie sloupu o ruzných štíhlostech a výsledky jsou prezentovány v grafech, dále byla provedena studie vlivu šesti ruzných pracovních diagramu na chování štíhlých sloupu. Stejne tak bylo analyzováno chování klenbových zdených mostu ruzných rozpetí, tlouštek násypu a dalších parametrech. Byla provedena citlivostní analýza vlivu jednotlivých vstupních parametru na výslednou zatížitelnost klenbových mostu. Protože se normy jen minimálne zabývají posouzením zdených mostu, byly v práci rešeny i zpusoby posouzení zdených mostů.

This thesis focuses on ways of modelling of unreinforced slender masonry elements that are susceptible to loss of stability. An algorithm for assessment of slender masonry elements was proposed and implemented. The algorithm is based on a beam model with material and geometric non-linearity. The results of modelling are used for masonry arch bridges and slender masonry columns. There is a lack of literature and methods on the topic of assessment of existing structures using the input parameters that can be stated by the real diagnostic survey, i.e., the diagnostic survey that does not damage the structure too much and has adequate costs. The current literature is based on theoretical parameters, such as real tensile strength, real stress-strain diagram, biaxial stress diagram of material, fracture energy, etc. The proposed algorithm and the thesis, in general, are based on usually available input parameters; therefore, it also applies for the practical design of structures in accordance with the current standards. The thesis also comments on the approach of standards and proposes its improvements to be able to approximate the real behaviour of masonry elements. The assessment of slender columns is affected by the 3D effects, which the literature describes insufficiently. The design standards, for example, do not deal with columns subjected to biaxial bending. The algorithm consequently focuses on the columns loaded in 3D. In addition, in today’s literature, there is no evaluation of the influence of the stress-strain diagram used on the behaviour of slender columns; no recommendations on use of the stressstrain diagram are given. At the ultimate limit state, the standards recommend only rigid-plastic check which has been in this thesis proven to be the most inadequate check among the compared checks. A case study of a set of columns of different slenderness is carried out, and the results are plotted; results of six various stress strain diagrams are compared. Also, a parametric study was carried out on a set of masonry vault bridges, and variable arch spans, rises, depths of backfill and others were compared. The sensitivity analysis of the input parameters of the vault bridges on the final load carrying capacity is carried out. Because the current standards minimally deal with the assessment of masonry arch bridges, the thesis also focuses on this topic.