Analýza železobetonových stěn při rázovém zatížení

Abstract

Tato práce se věnuje studiu idealizací implementovaných ve výpočetních modelech železobetonových stěn zatížených nárazem. První část práce poskytuje všeobecný teoretický přehled o zatížení nárazem a odezvě železobetonových konstrukcí na toto zatížení. Jsou v ní zdůrazněná specifika odlišující tyto nárazové jevy od statických jevů. V práci jsou popsány běžné výpočetní postupy a idealizace, které inženýři standardně využívají při tvorbě výpočetních modelů. Jakákoliv idealizace reálného chování konstrukce vnáší do výpočtu potenciální nepřesnosti. Míra nepřesnosti výsledků souvisí s mírou idealizace. Rozdíly mezi reálným chováním konstrukce, chováním mírně idealizovaného modelu a chováním vysoce idealizovaného modelu jsou stěžejním tématem výzkumu v oblasti analýzy konstrukcí. Druhá část práce se podrobněji zaměřuje na jednu z nejrozšířenějších a také jednu z často chybně aplikovaných idealizací – modelování trojrozměrných konstrukcí dvojrozměrným výpočetním modelem. Rozdíly mezi výsledky silně zjednodušené dvojrozměrné a přesnější trojrozměrné analýzy byly sledovány a vyhodnoceny na případu stěny zatížené koncentrovaným zatížením. Toto zatížení simuluje náraz vozidla a je vyjádřeno ekvivalentní statickou silou. Předmětná stěna byla modelována jako svislá konzola. Veličinou, pomocí níž bylo chování modelů vyhodnoceno a porovnáváno, byl zvolen ohybový moment ve svislém směru, jelikož právě ten určuje míru vyztužení v hlavním nosném směru konstrukce. V rámci výzkumu byl sledován vliv deseti parametrů vstupujících do analýzy na hodnotu maximálního ohybového momentu ve svislém směru. Výsledky byly vyhodnoceny pro dvou- i trojrozměrné modely a tyto byly následně porovnány. Na základě tohoto srovnání byla stanovena nepřesnost idealizace trojrozměrné stěny dvourozměrným modelem. Zjištěná nepřesnost byla vyjádřena zavedením korekčních součinitelů. Použitím korekčních součinitelů na hodnoty ohybových momentů, které byly jednoduše stanoveny na dvourozměrných modelech, lze získat modifikované hodnoty, které svou přesností odpovídají výsledkům trojrozměrné analýzy. Na základě srovnání výsledků dvou- a trojrozměrné analýzy byl vytvořen praktický výpočetní nástroj Wall-imp. Wall-imp po zadání několika vstupních parametrů vypočítá hodnotu maximálního ohybového momentu ve svislém směru na vetknuté stěně, přičemž kombinuje přesnost trojrozměrné a jednoduchost dvojrozměrné analýzy.

The thesis studies structural modelling idealisations of reinforced concrete wall elements subjected to impact loads. Overall background information on impact loads and structural response of reinforced concrete elements is presented in the first part of the thesis to point out the specifics and issues of the phenomenon. Standard engineering approaches of structural modelling are described, emphasising common model idealisations. Every idealisation of reality for the purpose of structural modelling is potential cause of result inaccuracies. The result inaccuracy is linked to the degree of model simplification. The discrepancy between real, moderately idealised, and heavily idealised behaviour of structures is the core research topic in the field of structural engineering. The second part of this thesis deeply focuses on one of the most common and often wrongly used idealisations – two-dimensional modelling of three-dimensional problems. The differences between the results from heavily simplified two-dimensional models and more accurate tree-dimensional models were quantified and evaluated on the case of a wall subjected to concentrated loads. The load simulates the event of vehicle impact and was expressed as equivalent static force; the wall was modelled as a vertical cantilever. The value of vertical bending moment was chosen to represent the behaviour of the wall, as it governs the design of the main load-bearing reinforcement. Ten variable parameters entering the structural analysis were investigated and their effect on the bending moment peak value was quantified, providing comparison of two- and three-dimensional modelling results. The inaccuracies caused by using two-dimensional models for an analysis of three-dimensional walls were evaluated based on the investigation outcomes. Correction coefficients expressing the differences between two- and three-dimensional models were proposed. When the correction coefficients are applied to the results of a simple two-dimensional analysis, the inaccuracy of results is rectified, and the accuracy of three-dimensional analysis is achieved. A practical tool Wall-imp was developed for easy peak bending moment calculation based on the findings obtained from comparison of two- and three-dimensional models. Wall-imp computes the value of peak bending moment with accuracy equal to results from three-dimensional models, while the simplicity of its use corresponds to two-dimensional approach.