Účinky nárazu na ŽB

Statika 2012
Vyšetřování železobetonových
prvků na účinky nárazu a
výbuchu
Petr Štemberk
Katedra betonových a zděných konstrukcí
Fakulta stavební
ČVUT v Praze
Úvod
www.nemetschek-engineering.com
1
Statika 2012
Úvod
Ing. Milan Bruncvík
Ing. Karel Mareš
Účinky výbuchu na ŽB
www.nemetschek-engineering.com
2
Statika 2012
Účinky výbuchu na ŽB
Účinky výbuchu na ŽB
www.nemetschek-engineering.com
3
Statika 2012
Účinky výbuchu na ŽB
Účinky výbuchu na ŽB
Auditorio de Tenerife
www.nemetschek-engineering.com
4
Statika 2012
Účinky výbuchu na ŽB
Model
Účinky výbuchu na ŽB
Model
www.nemetschek-engineering.com
5
Statika 2012
Účinky výbuchu na ŽB
Zatížení od výbuchu - návrhové excelové tabulky
Účinky výbuchu na ŽB
Odstranění podpory
www.nemetschek-engineering.com
6
Statika 2012
Účinky výbuchu na ŽB
Další scénáře
Účinky výbuchu na ŽB
Boční výbuch
www.nemetschek-engineering.com
7
Statika 2012
Účinky výbuchu na ŽB
Boční výbuch
Účinky výbuchu na ŽB
Boční výbuch
• Zatížená plocha 27x32m
• Zatížení:
– dole
150kN/m2
– nahoře 80kN/m2
• Výbušnina C4
– 16 kg
15m
– 54 kg
25m
– 312 kg
50m
www.nemetschek-engineering.com
8
Statika 2012
Účinky výbuchu na ŽB
Čelní výbuch
Účinky výbuchu na ŽB
Čelní výbuch
www.nemetschek-engineering.com
9
Statika 2012
Účinky výbuchu na ŽB
Čelní výbuch
• Zatížená plocha 23x48m
• Zatížení:
– dole
300kN/m2
– nahoře 100kN/m2
• Výbušnina C4
– 31 kg
15m
– 119 kg
25m
– 753 kg
50m
Účinky výbuchu na ŽB
Kontaktní výbuch
www.nemetschek-engineering.com
10
Statika 2012
Účinky výbuchu na ŽB
Kontaktní výbuch
Účinky výbuchu na ŽB
Kontaktní výbuch
• Zatížení:
– Síla = 2056 kN
• Výbušnina C4
– Síla = 2 kg
Celkem 2 x 8 = 16 kg
(na obou stranách)
www.nemetschek-engineering.com
11
Statika 2012
Účinky nárazu na ŽB
Účinky nárazu na ŽB
Motivace
www.nemetschek-engineering.com
12
Statika 2012
Účinky nárazu na ŽB
Účinky nárazu na ŽB
• 2008 Ford Focus
1 4 t; v0 = 56 km/h
1,4
www.nemetschek-engineering.com
• MCI 102EL3 Motorcoach 20 t; v0 = 48 km/h
20 t; v
48 km/h
13
Statika 2012
Účinky nárazu na ŽB
• 2008 Ford Focus
1,4 t; v0 = 56 km/h
 čas: 80 ms
 maximální síla: 470 kN
 deformace - část B: 700 mm
Účinky nárazu na ŽB
• MCI 102EL3 Motorcoach
20 t; v0 = 48 km/h
 čas: 150 ms
 maximální síla: 1950 kN
 deformatce - část B: 1200 mm
www.nemetschek-engineering.com
14
Statika 2012
Účinky nárazu na ŽB
800
• Analýza pomocí Scia Engineer
600
F [kN]
• Nelineární chování betonových
k t k í
konstrukcí
400
200
0
0
0,25
0,5
0,75
1
Deformace [mm]
– 2D analýza
– nelinearita je třeba řešit jinak
• Step-by-step
p y p analýza:
ý
– zatěžovací krok100 kN
– ručně vývoj trhlin
– modul pružnosti aktualizován v
každém kroku podle pracovního
diagramu
Účinky nárazu na ŽB
• Ocel:
www.nemetschek-engineering.com
• Beton:
15
Statika 2012
Účinky nárazu na ŽB
• Model:
– beton:
– ocel:
plošné 50x50 mm
pruty
Účinky nárazu na ŽB
• Při dosažení pevnosti betonu v tahu
– je vytvořena trhlina
– výpočet šířky trhliny: wk  sr   sm
– tuhost aktualizována, aby napětí se rovnalo tahové pevnosti
www.nemetschek-engineering.com
16
Statika 2012
Účinky nárazu na ŽB
• Ocel dosáhne fyd
– aktualizován modul pružnosti
– kontrola napětí v oceli
Upravený modul pružnosti
• Beton dosáhne fc
– aktualizován modul pružnosti
– kontrola napětí v oceli
Účinky nárazu na ŽB
• Pohybová rovnice:
  Ku  0
Mu
www.nemetschek-engineering.com
17
Statika 2012
Účinky nárazu na ŽB
N = 3,4 MN
f
ŽB sloup 400x1000 mm
výška 5,1 m
N = 3400 kN
Účinky nárazu na ŽB
• MCI coach
• Rozdělení sílyy
– max. síla 2000 kN
6
• Kolaps budovy při
1200 kN
– beton je rozdrcen v patě
sloupu
– max. deformace 3 mm
– síla snížena o 3,6 %
www.nemetschek-engineering.com
18
Statika 2012
Účinky nárazu na ŽB
• Statická síla uvedena v Eurokódu:
• Maximální
M i ál í síly
íl získané
í k é z analýzy:
lý
druh vozidla
coach
passenger car
weight
m [kg]
20000
1400
velocity
v [km/h]
48
56
force
F0 [kN]
1950
470
• Velikosti sil jsou srovnatelné
Závěr
Tyto studentské aplikace se zaměřovaly na kombinování
inženýrských dovedností při definování zatížení v
extrémních případech s využitím inženýrského softwaru
SCIA.
SCIA
www.nemetschek-engineering.com
19
Statika 2012
Děkuji za pozornost
www.nemetschek-engineering.com
20