Aktuální trendy v oblasti modelování

Aktuální trendy v oblasti modelování

Vladimír Červenka Radomír Pukl Červenka Consulting, Praha

V. Červenka, R. Pukl: AKTUÁLNÍ TRENDY V OBLASTI MODELOVÁNÍ 1

TUNELÁŘSKÉ ODPOLEDNE 1/2014 HOTEL DUO, PRAHA - PROSEK 26. BŘEZNA 2014

Modelování •

betonové a železobetonové konstrukce - tunelové (definitivní) ostění

•

Metoda konečných prvků, počítačová simulace

Realistická počítačová simulace skutečného chování, poškozování a porušování konstrukce • • • •

Vznik a šířka trhlin, drcení (plastifikace) betonu v tlaku, deformace, tečení výztuže, … Nelineární odezva Aktuální zatížení, mimořádné zatížení, postupné přitěžování do selhání konstrukce, … Aktuální stav konstrukce, degradace, …

Navrhování, posuzování konstrukcí – splnění požadavků norem V. Červenka, R. Pukl: AKTUÁLNÍ TRENDY V OBLASTI MODELOVÁNÍ 2




Navrhování, posuzování konstrukcí – splnění požadavků norem Normou definované: • Materiálové vlastnosti • Zatěžovací situace – mezní stavy • Linearizované vztahy (materiál), zjednodušení, vzorce • MKP – prutové prvky, průřezové charakteristiky Zajištění bezpečnosti, spolehlivosti konstrukce • Splnění limitů – momenty, normálová síla, (napětí), deformace, šířka trhlin, … • Posouzení (vybraných) kritických průřezů Dílčí součinitele bezpečnosti: • Materiálové parametry • Zatížení (vstupy) V. Červenka, R. Pukl: AKTUÁLNÍ TRENDY V OBLASTI MODELOVÁNÍ 4


Materiálové vlastnosti Realistická odezva - modelování Mezní stav použitelnosti Mezní stav únosnosti

hustota pravděpodobnosti

Návrh konstrukce: Dílčí součinitele bezpečnosti Globální součinitele bezpečnosti Pravděpodobnostní přístup návrhová

5% (normová)

střední

Beton C25/30, válcová tlaková pevnost střední charakteristická - 5% (95%) kvantil návrhová (dílčí součinitel bezpečnosti, liší se pro prostý a vyztužený) V. Červenka, R. Pukl: AKTUÁLNÍ TRENDY V OBLASTI MODELOVÁNÍ 5

33 MPa 25 MPa 14-17 MPa


Modelování Vystižení skutečného chování konstrukce, materiálu • • • • • • •

Porušování – trhliny v betonu Nelineární materiálové zákony (konstitutivní vztahy) Střední hodnoty, degradace Konzistentní model (pevnosti, modul pružnosti, lomová energie, duktilita) Další vlivy – soudržnost výzuže s betonem, smršťování betonu, … MKP – objemové prvky (plošné ve 2D) Zatížení – mechanické vnější, objemové – smršťování, teplota, požár, geometrická nelinearita (stabilita), …

Zohlednění prostředí – pružiny, zemina/hornina – objemové prvky Rozdíly v přístupu, rezerva bezpečnosti – beton, geotechnika • Vstupní parametry



Nelineární materiálové modely pro beton heterogenní materiál cementový tmel, písek, kamenivo, voda, vzduchové póry výztuž – soudržnost, koncentrace napětí v kotevní oblasti, … silně nelineární odezva již při provozním zatížení mikrotrhliny, smršťovací trhliny kvazi-křehký materiál vliv velikosti (size effect) – křehkost (duktilita) a nominální pevnost závisí na velikosti (rozměrech) vzorku (konstrukce) normy – zjednodušení – lineární odezva pro omezená namáhání, geotechnické výpočty: definitivní betonové ostění – ideálně tuhé, ideálně pružné simulace skutečného chování: nelineární konstitutivní vztahy (modely) pro realistický popis chování betonu v tahu – trhliny v tlaku – drcení betonu, vliv sevření, změna objemu V. Červenka, R. Pukl: AKTUÁLNÍ TRENDY V OBLASTI MODELOVÁNÍ 7


Beton v tahu: mechanika kontinua poškození (damage) rezetřené trhliny (smeared cracks) nelineární lomová mechanika lomová energie (fracture energy) metoda pásu trhlin objektivita v rámci MKP pokles napětí po vzniku trhlin tahové změkčení (softening) hlavní parametry: modul pružnosti, tahová pevnost, lomová energie, funkce změkčení V. Červenka, R. Pukl: AKTUÁLNÍ TRENDY V OBLASTI MODELOVÁNÍ 8


Beton v tlaku: speciální teorie plasticity (Menetrey-Willam) rozetřené poškození metoda pásu podrcení - objektivita vliv sevření nárůst tlakové pevnosti při příčném tlaku hlavní materiálové parametry: tlaková pevnost parametry duktility (plastické poměrné přetvoření při dosažení pevnosti, mezní tlakové přetvoření) počáteční modul pružnosti



Modelování Vystižení skutečného chování konstrukce, materiálu •

5.657E-02 6.300E-02 7.350E-02 8.400E-02 9.450E-02 1.050E-01 1.155E-01 1.260E-01 1.365E-01 1.470E-01 1.575E-01 1.680E-01 1.718E-01

Deterministické modelování – je realistické ?

Stochastické modelování: • Nejistoty vstupních veličin, nehomogenita • Náhodné rozdělení materiálových vlastností • Beton, geotechnické prostředí • • •

Kombinace s nelineární analýzou MKP Speciální statistické metody (Monte Carlo, LHS) Přímé vyhodnocení pravděpodobnosti poruchy – spolehlivost konstrukce • Výpočetně náročné



Materiálové vlastnosti Realistická odezva - modelování Mezní stav použitelnosti Mezní stav únosnosti

hustota pravděpodobnosti

Návrh konstrukce: Dílčí součinitele bezpečnosti Pravděpodobnostní přístup Globální součinitele bezpečnosti návrhová

5% (normová)

střední

Beton C25/30, válcová tlaková pevnost střední charakteristická - 5% (95%) kvantil návrhová (dílčí součinitel bezpečnosti, liší se pro prostý a vyztužený) V. Červenka, R. Pukl: AKTUÁLNÍ TRENDY V OBLASTI MODELOVÁNÍ 11

33 MPa 25 MPa 14-17 MPa


Navrhování s podporou nelineárního modelování Použití dílčích součinitelů bezpečnosti – normy (vstupy) – odezva není realistická Posouzení globální odolnosti celé konstrukce: • globální součinitel bezpečnosti (výsledky) Modelová norma 2010: • Navrhování na základě nelineární simulace • Navrhování na základě experimentu Formáty posouzení bezpečnosti: • Metoda dílčích součinitelů • Metoda globální odolnosti • Plně pravděpodobnostní metoda



Oblasti využití modelování betonových podzemních konstrukcí Ověření skutečného chování konstrukce (návrhu, očekávaných, možných účinků) • porušení, příčiny vzniku poruch • bezpečnost konstrukce, očekávaný vývoj Netradiční zatížení • změna objemu okolní horniny, … • smršťování betonu, teplota, požár, ... • časový vývoj, degradace, … Netradiční stavební materiály, postupy – chybí normy – navrhování a posouzení konstrukce • prostý beton, drátkobeton/vláknobeton, keramika, vysokopevnostní beton, … Interakce konstrukce s prostředím Ověření chování konstrukčních dílců (segmenty) + experiment V. Červenka, R. Pukl: AKTUÁLNÍ TRENDY V OBLASTI MODELOVÁNÍ 13


Příklady využití modelování betonových podzemních konstrukcí • • • • • • • • •

Strahovský tunel Nové spojení Prackovice Rozšíření pražského metra Národní muzeum Pražské stoky Červený kút Jánovce-Jablonov Ejpovice

• • • • •

Adler Belchen Maastunel Leonberg Brenner basis tunel V. Červenka, R. Pukl: AKTUÁLNÍ TRENDY V OBLASTI MODELOVÁNÍ 14


Aktuální trendy v oblasti modelování

Děkuji za pozornost www.cervenka.cz

[email protected]



Aktuální trendy v oblasti modelování

Recommend Documents