Prof. Zdeněk P. Bažant v komisích ACI (American Concrete Institute) celých 35 let neúnavně vysvětloval a prosazoval nutnost zavést do normových předpisů pro výpočet smykového porušení nosníků a propíchnutí desek faktor vlivu velikosti konstrukce, který odvodil na základě lomové mechaniky již v roce 1984 [1] a v témže roce navrhl jeho zahrnutí do normy [2] (spoluautorem byl jeho student Jin-Keun Kim). Komisi ACI nakonec přesvědčil a v červnu 2019 byl jeho faktor velikosti zaveden do normy ACI Standard 318. Smyková pevnost betonu v nosnících a deskách, včetně pevnosti vypočtené modelem příhradoviny (strut-and-tie model), musí nyní být upravena Bažantovým faktorem velikosti, tj. smyková pevnost zjištěná klasickým mezním výpočtem musí být od nynějška přenásobena faktorem velikosti:
λs =√C/(1 + d/d0)
(pokud < 1; d = velikost konstrukce, C = 2, d0 = 0,254 m).
Zavedení faktoru velikosti vyžadovalo mnohé hlubší teoretické studie, rozsáhlé počítačové modelování, pravděpodobnostní výpočty porušení a ověření mnohých výsledků experimentů, včetně statistické analýzy souboru rozsáhlé databáze obsahující cca 800 výsledků nekoordinovaných zkoušek z celého světa.
Dlouhou dobu byl prof. Bažant v ACI osamělým zastáncem tohoto postupu a až v posledních několika letech se v komisích ACI jako rozhodující projevila podpora jeho bývalých studentů (Jial-Liang Le, Mija Hubler, Qiang Yu a Christian Hoover) a mladších spolupracovníků (Gianluca Cusatis a Christian Carloni – nynější a předešlí předsedové ACI komise 446 pro lomovou mechaniku), jakož i řady mladších vlivných členů komisí ACI (D. Sanders, A. Belarbi, G. Klein, D. Darwin, D. Kuchma, L. Novak, R. Frosch, T. Hsu, A. Cladera, H.-G. Park a další).
Před rokem 1984 byl jediným známým faktorem vlivu velikosti na křehké porušení vztah Weibullův, založený na statistice náhodné pevnosti materiálu. Prof. Bažant však ukázal, že Weibullův faktor velikosti neplatí pro železobeton, protože velké trhliny rostou stabilně před dosažením maximálního zatížení (či únosnosti). Obecně dokázal, že jeho energeticky zdůvodněný faktor velikosti platí nejen pro železobeton, ale také pro všechny kvazi-křehké materiály, zahrnující též vláknobeton, houževnaté keramiky, horniny, tuhé zeminy, kosti, zubní výplně, tuhé pěny, mořský led, dřevo ad., jakož i všechny křehké materiály v mikrometrové úrovni.
Přijetím Bažantova faktoru velikosti se ACI stává první betonářskou společností, která přijímá do normy lomovou mechaniku kvazi-křehkých materiálů jako základ výpočtu pevnosti pro křehká (tj. neplastická) porušení. Tento významný pokrok zvýší bezpečnost velkých betonových konstrukcí a nepřímo i ekonomii a trvanlivost a omezí tvorbu trhlin, které zkracují životnost. Historicky docházelo ke kolapsu velkých betonových konstrukcí s frekvencí cca 1 z tisíce, což je rozhodně nepřijatelné. Nová norma ACI by měla zajistit pravděpodobnost porušení menší než 1 z milionu, což je maximum obecně přijatelné pro všechny inženýrské konstrukce, jako jsou letadla, mosty, mikroelektronika ad.
Dlouhodobé obtíže se zaváděním nových poznatků do norem ukazují i na problémy s výchovou stavebních inženýrů. Proč se zpřesnění normy protáhlo na 35 let? Vysvětlení je jednoduché – vzdělání stavebních inženýrů obecně nezahrnuje lomovou mechaniku, s výjimkou doktorandského studia na několika univerzitách. Lomovou mechaniku je však třeba vyučovat, alespoň elementárně, již v základním inženýrském studiu současně s výukou nauky o pevnosti. Northwestern University, kde se kvazi-křehká lomová mechanika zrodila a vyvíjela během posledních 30 let, je v tomto ohledu příkladem.
zdroj: tisková zpráva Stavební fakulty Northwestern University
Literatura:
[1] BAŽANT, Z. P. Size effect in blunt fracture: Concrete, rock, metal. Journal of Engineering Mechanics ASCE. 1984, Vol. 110, Issue 4, pp. 518 – 535.
[2] BAŽANT, Z. P., KIM, J.-K. Size effect in shear failure of longitudinally reinforced beams. American Concrete Institute Journal. 1984, Vol. 81, pp. 456 – 468