Analýza vlivu náhlé změny průřezu na napjatost krouceného železobetonového prvku

Abstract

Železobetonové konstrukční prvky jsou nejčastěji namáhány ohybem a smykem, případně normálovou silou. Proto byla historicky věnována těmto typům namáhání největší pozornost a bylo dosaženo vysoké míry poznání chování takto namáhaných prvků. Často je ale zcela opomíjena skutečnost, že v mnoha případech dochází rovněž k nezanedbatelnému kroucení železobetonových prvků. Tomuto typu namáhání se věnuje jen malé množství výzkumných týmů ve světě a výsledky z nedávných let ukazují na výrazné nedostatky současných návrhových postupů, které jsou zakotveny v platných normách. Předložená diplomová práce je zaměřena speciálně na problematiku prvků s náhlou změnou průřezu vystavených kroucení, která byla dosud naprosto stranou pozornosti. Jsou popsány teoretické základy namáhání železobetonových prvků kroucením a stručně shrnuty současné návrhové postupy. Hlavní součástí práce je poté nelineární numerická analýza prvků s proměnným průřezem, namáhaným kroucením, v programu ATENA Science. Vliv náhlé změny průřezu je porovnán s referenčními modely a hlavními sledovanými veličinami jsou únosnost při vzniku trhlin a únosnost při dosažení meze kluzu výztuže. Rovněž jsou porovnány jednotlivé pracovní diagramy. Na závěr je věnována pozornost vlivu náběhů v místě změny průřezu. Stranou hlavních cílů práce byly předběžně rovněž zjištěny výrazné nedostatky v predikci únosnosti v kroucení pomocí Eurokódu 2. Tyto výsledky jsou prezentovány v závěru diplomové práce. V rámci příloh jsou uvedeny vzorové příklady výpočtu kroucených železobetonových prvků dle několika návrhových postupů – příhradové analogie, Eurokódu 2 a ACI.

Reinforced concrete structural elements are most often subjected to bending and shear, or normal force. Therefore, historically, the most attention has been given to these types of loading and a high degree of knowledge of the behavior of such stressed elements has been achieved. However, the fact that in many cases there is also a considerable torque of reinforced concrete elements is often completely neglected. Only a small number of research teams in the worldwide deals with this type of stress, and the results of recent years show significant shortcomings of the current design practices, which are enshrined in the current design standards. The presented master’s thesis is focused mainly on the issue of elements with sudden change in the cross-section stressed by torque, which has so far been completely out of the research spotlight. The theoretical foundations of torsional loading of reinforced concrete elements are described and current design procedures are briefly summarized. The main part of the thesis is then focused on a nonlinear numerical analysis of elements with variable cross-section, stressed by torque, in the program ATENA Science. The effect of an sudden change in cross-section is compared with the reference models and the main monitored variables are the torsional load bearing capacity when the first crack occur and the torsional load bearing capacity when the yield strength of the reinforcement is reached. The individual stress-strain diagrams are also compared. Finally, an attention is paid to the influence of transition smoothening at the point of change of the cross section. Aside from the main objectives of the thesis, significant shortcomings in the prediction of torsional strength were also preliminarily identified using Eurocode 2. These results are presented at the end of the master’s thesis. The annexes provide sample examples of the calculation of torqued reinforced concrete elements according to several design procedures – strut and tie model, Eurocode 2 and ACI.