Zvýšení únosnosti kruhových betonových sloupů vlivem pasivního sevření příčnou výztuží v mimostředném tlaku

Abstract

Pro zlepšení mechanických vlastností betonu je v seizmicky aktivních oblastech hojně užíváno ovinutí sloupů spirálovou výztuží. Konvenčně vyztužené sloupy jsou navrhovány na kombinaci tlakové síly a ohybu, zatímco v případě ovinutých sloupů je normami popisováno pouze namáhání centrickým tlakem. V této práci byl pro vyšetření chování excentricky namáhaného ovinutého sloupu s kruhovým průřezem vytvořen model pro numerickou analýzu pomocí metody konečných prvků (MKP). Hlavním cílem práce bylo analyzovat nárůst únosnosti sloupu při mimostředném tlakovém zatížení v důsledku jeho ovinutí a prezentovat tuto závislost ve formě interakčního diagramu. Druhým cílem bylo sestavení algoritmu pro ruční výpočet interakčního diagramu, který primárně vychází z poznatků z norem a také z výsledků analýzy MKP. Analýza MKP potvrdila navýšení únosnosti sloupu při excentrickém zatížení v důsledku ovinutí a výsledky navrženého postupu pro ruční výpočet prokázaly výbornou shodu s numerickými výsledky. Je také zjištěno, že konstitutivní vztah pro popis chování ovinutého betonu v centrickém tlaku v použitý v normách neodpovídá skutečnému chování materiálu.

To improve the mechanical properties of concrete, confinement with spiral reinforcement is widely used in seismically active areas. Conventionally reinforced column elements are designed for a combination of compressive force and bending, whereas in the case of confined columns, only concentric compression is described by design codes. In this thesis a finite element model was developed to investigate the behavior of an eccentrically loaded confined. The main objective of the work was to analyze the increase in the column load carrying capacity under eccentric compressive loading stemming from the enhanced strength of confined concrete and to present this relation by means of an interaction diagram. The second objective was to develop an algorithm for the hand calculation of the interaction diagram based primarily on the knowledge from the design codes and also on the results of the FEM analysis. The FEM analysis confirmed the increase in column capacity under eccentric loading due to confinement and the results of the manual calculation showed excellent agreement with the numerical results. It is also found that the stress-strain relationship used in design codes to describe the behaviour of confined concrete in concentric compression does not correspond to the actual behaviour of the material.