Nová generace SW na statiku prefabrikátů

Předností prefabrikovaných prvků je jejich přesná dílenská výroba a efektivní montáž nosné konstrukce. Nová generace statického softwaru RIBtec FERMO reaguje na rostoucí nároky na kvalitu, rychlost a hospodárný návrh konstrukčních prvků a významně zkracuje proces jejich optimalizace. Obsažené výpočty a návrhy pokrývají celou historii životnosti prvku – od jeho dílenské výroby, přes transport, montáž, případnou dobetonávku a užívání objektu. Komfortní zpracování projektů a vyhodnocení výsledků podporuje moderní, konfigurovatelné grafické prostředí. Vedle standardních norem řady ČSN EN usnadňují spolupráci na zahraničních zakázkách další obsažené národní normy EN a přepínání jazyků (CZ, UK, DE).

Nové RIBtec FERMO generačně střídá dva starší programy RIB – RIBtec RTfermo a abacus FETT a komplexně řeší grafické zadání betonového prvku, včetně jeho zatížení, vyztužení a předpětí, lineární a nelineární výpočty FEM vnitřních účinků a deformací, kombinace, časově závislou redistribuci napětí. Dále pak kompletní návrhy a posudky prvku na MSÚ, MSP a MS únavy se zohledněním časových vlivů dotvarování, smršťování a relaxace. Dokumentace zadání a výsledky se zobrazují v moderním, strukturovaném protokolu; vše s vizuální kontrolou a jasnou odezvou.

Řešené typy úloh

Typicky se jedná např. o řešení následujících úloh:

• Kompletní statika prefabrikovaných nosníků, deskových panelů a filigránů a mostních trámů s převládajícím ohybovým namáháním.
• Optimalizace poměru vyztužení betonářskou a předpjatou výztuží.
• Návrhy a posudky na MSÚ, MSP a MS únavy pro celou historii výroby a užívání, včetně návrhů ozubů, příčných prostupů a kotevních oblastí.
• Běžné ŽB prefabrikáty, předpjaté prefabrikáty ve výrobně a/nebo dodatečně na stavbě, popř. kombinace obou předpětí.
• Posouzení stability na klopení velmi štíhlých, imperfektních nosníků nelineárním výpočtem ve 3D.

Ergonomické prostředí obsluhy

Grafické prostředí je konfigurovatelné, s možností využití víceobrazovkového režimu. Přehlednou a rychlou obsluhu podporuje rozsah nabízených funkcí pouze v kontextu zvoleného základního typu úlohy, jako např. s nebo bez dobetonávky apod. Nové projekty lze snadno vytvářet v dialogu Pomocníka zadání, nebo výběrem některé z dodávaných, popř. vytvořených vlastních šablon projektů, nebo změnou parametrů starších projektů. Úpravy řešeného prvku, časové změny ve statickém systému, jeho zatížení, vyztužení měkkou a předpjatou výztuží aj. se zobrazují okamžitě.

Geometrie řešených prvků a časová osa

Principiálním statickým schématem je prostý nosník s konzolami nebo deskový panel, namáhaný na rovinný ohyb s normálovou silou a kroucením. Parametrická schémata průřezů a jejich uspořádaní v podélném směru prefabrikátu umožňují řešení všech stavebně běžných případů:

• obdélníkový / deskový průřez, průvlak „T“ s horní nebo dolní stojinou a průřez „I“ s náběhy pásnic a stojiny a průřez „V“;
• spřažené průřezy z odlišných betonů a časem aktivace;
• nesymetrické průřezy, např. „L“;
• trámy s konstantním průřezem, pultové nosníky;
• symetrické a asymetrické sedlové vazníky;
• nosníky s náběhy a se skokovými změnami v průřezu (např. zesílení u podpor);
• oslabení průřezů ozuby u podpor a příčnými prostupy stojinou;
• deskové panely, filigrány;
• změny polohy podpor: výroba, transport, montáž s excentricitou a úhlem závěsů, pomocné stojky pro dobetonávku, provozní stav.

Časová osa vyplývá implicitně ze skladby průřezů, aktivních typů statických schémat, zatížení a předpětí. Každý čas změny je současně začátkem nového intervalu dotvarování.

Materiály, zatížení, návrhové kombinace

Databanka materiálů obsahuje všechny běžné a vysokopevnostní betony, betonářské výztuže a vybrané vysokopevnostní a nekovové výztuže. Formou databanky jsou rovněž k dispozici parametry obvyklých předpínacích systémů. Individuální úpravy a zadání vlastních materiálů jsou možné.

Zejména u předpjatých prvků je důležitým parametrem tlaková pevnost betonu v okamžiku jeho vyjmutí z formy. Normy EN uvádějí výpočetní vztah pro časový náběh pevnosti v intervalu 0 až 28 dnů. Zrání betonu se ve výrobnách technologickými postupy výrazně urychluje. Z těchto důvodů program FERMO alternativně umožnuje přímé zadání změřených časových hodnot tlakové pevnosti betonu, namísto jejich zadání formou „fiktivních časů“.

Zatížení vlastní tíhou lze generovat automaticky. Možné je zadání všech běžných typů osamělých a spojitých zatížení, včetně teplotních a poklesů podpor. Předdefinovány jsou všechny druhy stálých a proměnných zatěžovacích stavů s příslušnými kombinačními součiniteli dle nastavené národní normy, což zaručuje plně automatizované a kompletní sestavení a výpočet všech potřebných obálek min/max návrhových kombinaci pro navazující návrhy a posouzení.

FERMO je vybaveno, stejně jako ostatní příbuzné programy RIBtec, centrálním nástrojem datového přenosu zatížení (reakcí) ve stykových uzlech řešené nosné konstrukce.

Uspořádání výztuže

Uspořádání měkké výztuže se výškově polohuje vzhledem k referenčním hranám obrysu průřezu (horní / dolní hrana pásnice, resp. stojiny). Hlavní ohybová výztuž se zadává u pozemních staveb počtem profilů a jejich vzájemnou roztečí (např. 2D14 s roztečí e = 100 mm), resp. u staveb mostů v [cm²/m] podél referenční hrany. Průběh výztuže může být vícevrstvý a odstupňovaný v podélném směru.

Předpjatá výztuž ve formě je popsána parametry výrobce lan (z databanky), vlastní matrice lan pak vzájemnou roztečí a výškou dílčích vrstev, zpravidla určovanou od dolní hrany průřezu. Hladinu předpětí určuje max. napětí předpínací stolice Sigp,max a případné separace zvolených lan.

Parametry výrobců předpínacích systémů s dodatečnou soudržností, in suitu, jsou opět obsaženy v databance. Podélný průběh vrstvy kabelů popisují její referenční výškové body prokládané, dle dalších volitelných podmínek, přímými a křivočarými úseky. Předepisují se podmínky předpínání (dosažení předpínací síly v kN nebo v % dov. napětí, pokluz, popuštění, dopnutí atd.).

Předpětí ve formě a na stavbě lze vzájemně a s časovým odstupem kombinovat.

Protokol výpočtu obsahuje průběhy předpínacích sil od jednotlivých vrstev, celkové účinky předpětí a popř. průběhy okamžitých ztrát.

Režimy výpočtu

Program rozlišuje trvalou, mimořádnou nebo seizmickou návrhovou situaci a 2 základní výpočetní režimy.

• Návrhový režim: program automaticky navyšuje počáteční, uživatelem zadanou horní a dolní měkkou výztuž tak, aby výsledné plochy nutné výztuže vyhověly všem zvoleným návrhovým parametrům na MSÚ, MSP a MS únavy.
• Režim přepočtu (sanace): zadaná podélná, třmínková a předpjatá výztuž se nenavyšuje a program stanovuje k jednotlivým mezním stavům stupně využití, které mohou dosahovat popř. hodnot > 100 %, tj. posudek nevyhovuje.
  V režimu Přepočet lze zohlednit degradaci materiálů a stupeň poškození prvku.

Před vlastním výpočtem návrhů a posudků železobetonu a / nebo předpjatého betonu lze zvolit jejich rozsah, který se následně spočte a vyhodnotí v jednom programovém běhu. Výpočet pokrývá celou časovou osu, tedy všechna statická schémata, stupně předpětí, se zohledněním redistribuce namáhání vlivem dotvarování, smršťování a relaxace, vzniku trhlin a dalších uživatelských voleb stran vyhlazení ohybových momentů, konstrukčních zásad aj.

Hlavním nástrojem na okamžité zhodnocení kvality a další optimalizaci návrhu je diagram vykrytí tahových sil betonářskou a předpjatou výztuží.

Řešené návrhy a posudky

Mezní stavy únosnosti (MSÚ)

FERMO řeší na MSÚ následující návrhy a posudky betonu a předpjatého betonu:

• únosnost na rovinný ohyb s normálovou silou;
• únosnost na posouvající sílu, popř. v deformovaném stavu;
• návrh dodatečných třmínků v oblasti vrcholu sedlových vazníků;
• únosnost oblasti styku stojina-pásnice;
• únosnost smykové spáry;
• únosnost na kroucení, popř. v deformovaném stavu a včetně interakce s posouvající silou;
• návrhy oblastí D příhradovými analogiemi: příčné prostupy, ozuby, výztuž na štěpení;
• posouzení kotevní oblasti předpínacích lan ve formě;

Posudek stability na klopení (MSÚ)

Prefabrikáty pozemních staveb se často navrhují s velmi vysokou štíhlostí. Posouzení jejich bezpečnosti vůči příčnému vybočení během předpínání, transportu, montáže a užívání je proto obvykle rozhodujícím návrhovým kritériem. Zjednodušené metody posouzení klopení jsou velmi konzervativní a neumožňují hospodárný návrh dle očekávání zadavatele stavby.

Vyhovující stabilitu na klopení posuzuje FERMO iterativním, vysoce nelineárním výpočtem maximálního únosného zatížení. Automatizovaný výpočetní model FEM přitom zohledňuje počáteční kritický imperfektní tvar, teorii II. řádu, nelineární chování betonu vlivem efektivních ohybových, tahových a torzních tuhostí vyztuženého průřezu s jeho možným porušením trhlinami. Současně se uvažuje s oslabením průřezů v oblastech příčných prostupů, spolupůsobením betonu mezi trhlinami, excentricitami podpor a montážních závěsů a účinky dotvarování a smršťování.

Nelineární výpočet stability na klopení probíhá v jednom programovém běhu pro všechna aktivní statická schémata a aktivní sady Základních kombinací. Dokumentuje se kombinace s nejnižším zjištěným stupněm bezpečnosti.

Mezní stavy použitelnosti (MSP)

Při návrhu a výrobě betonových prefabrikátů zaujímají návrhy a posouzení na MSP významnou roli. FERMO poskytuje, opět přes všechna statická schémata na časové ose se zohledněním předpětí, časově závislé pevnosti betonu, druhu kameniva a cementu následující výsledky:

• nutná povrchová výztuž a výztuž na celistvost;
• posudek tlakových napětí betonu;
• posudek napětí betonářské a předpjaté výztuže;
• nutná výztuž na zamezení vzniku širokých trhlin;
• šířka stabilních trhlin a nutná výztuž na její omezení;
• posouzení dekomprese;
• omezení průhybů pro stav bez trhlin a pro stav s možným vznikem trhlin a zohledněním dotvarování, smršťování a relaxace.

Tabelární požární odolnost (PO)

• PO se posuzuje tabelární metodou dle příslušné EN pro staticky určité, ohybově namáhané prvky. Možná je volba rozhodujícího návrhového účinku mezi kvazistálou nebo častou kombinací.

Mezní stavy únavy (MS únavy)

MS únavy jsou významné při cyklických změnách napětí, ke kterým dochází např. u mostních trámů nebo parkovacích domů. FERMO řeší tyto návrhy a posudky:

• posouzení únavy předpjaté výztuže a návrh nutné betonářské výztuže;
• posouzení únavy tlačených betonových diagonál na posouvající sílu;
• únava třmínkové výztuže na posouvající sílu;
• únava spřahovací výztuže ve smykové spáře.

Konfigurovatelný protokol výsledků

Protokol zadání a kontrolovatelné výsledky statických výpočtů, návrhů a posudků se zobrazují formou grafických schémat, průběhů a tabulek v textovém procesoru. Hierarchická struktura kapitol umožňuje výběr šablony obsahu, resp. individuální konfiguraci obsahu a rychlé přesuny na sledované výsledky. Volby individuálního obsahu zůstávají zachovány pro opakované výpočty.

Export protokolu do formátů DOCX, PDF a XPS, včetně jeho hierarchické struktury, efektivně podporuje jeho integraci do digitální statiky celého projektu. Navíc lze obsah každé tabulky výsledků filtrovat pomocí logických operátorů a exportovat do formátu XLSX.

Závěr

Obsluha prostředí programu FERMO je plně intuitivní. Srozumitelnost používaných pojmů usnadňuje jejich shoda s normovým značením a okamžitá, kontextová nápověda s odkazy na příslušné články norem. Součástí instalace FERMO jsou kompletní české uživatelské příručky ve formátu PDF: Úvod – s detailním popisem řešení konkrétního případu; Teorie – s podrobným popisem aplikovaných metod.