POŁĄ ŁĄCZENIA KONSTRUKCJI STALOWYCH Z BETONOWYMI. Marian Bober

Transkrypt

1 POŁĄ ŁĄCZEI KOSTRUKCJI STLOWYCH Z BETOOWYMI Marian Bober

2

3

4

5

6 Klasyfikacja połączeń Połą łączenia mechaniczne Kotwa o stopniu rozprężenia regulowanym momentem dokręcającym. Rozprężenie uzyskiwane jest przez przyłożenie momentu dokręcającego do śruby albo nakrętki, co powoduje wciąganie stożka do tulejki. Połą łączenia wklejane Systemy zamocowań chemicznych (adhezyjnych) Kotwa = pręt + żywica syntetyczna. Połączenie: jedno pomiędzy elementem łączącym a żywicą, drugie pomiędzy żywicą a materiałem podłoża.

7 = 65,2 k displacement displacement normal force normal force

8 Wprowadzenie Wklejanie prętów do betonu istniejącej konstrukcji znajduje coraz szersze zastosowanie przy przebudowie, wzmacnianiu i scalaniu konstrukcji. Pręty wklejane do betonu mogą pełnić rolę kotew chemicznych jak również zbrojenia konstrukcyjnego. Technika wklejania prętów jest stosowana najczęściej do łączenia istniejących konstrukcji z nową. Stan wiedzy i możliwości techniczne pozwalają obecnie na wykonanie połączenia istniejącego betonu z nowym w taki sposób, że nośność połączenia odpowiada nośności elementu monolitycznego.

9 Praca elementu wklejonego l bd Siła a z pręta przekazywana jest bezpośrednio na beton. Zniszczenie następuje najczęściej ciej przez zerwanie pręta lub wyrwanie stożka betonu w części ci przypowierzchniowej i wyrwanie pręta z żywicy lub pręta z żywicą z betonu. ośność ść pręta zależy y od klasy betonu, głębokości g zakotwienia, rozstawu wklejanych prętów w oraz ich odległości od krawędzi elementu.

10 Praca elementu wklejonego l wklejania l Siła a z pręta przekazywana jest na istniejące zbrojenie przez beton. Przy odpowiednim zbrojeniu istniejącym odległość pręta wklejanego od krawędzi nie jest już tak istotna jak w elementach niezbrojonych.

11 Zastosowania Przedłużanie płyt p i belek stropowych

12 Zastosowania Przedłużanie płyt p i belek stropowych

13 Przesklepianie otworów Zastosowania

14 Zakotwienie nowych słups upów Zastosowania

15 Stosowane materiały Pręty stalowe, żebrowane, dużej ciągliwości, Pręty gwintowane kl. min 5.8, Zaprawa klejowa żywiczna (epoksydowa, epoksydowo-akrylowa), cementowa lub cementowo-żywiczna, Sprzęt potrzebny do wykonania połączenia taki jak wyciory, kompresory (pompki), pistolety dozujące.

16 Wymiarowanie jako kotwa Obliczenia nośności kotew prowadzi się zgodnie z: Ogólnymi zasadami zawartymi w EC2 Wytycznymi do Europejskich probat Technicznych zatytułowanymi Kotwy metalowe do zastosowania w betonie ETG 1-1 do 6 oraz załącznik C. Obecnie rozszerzone o Technical Raport

17 Przebieg wymaganych obliczeń Start Rozciąganie Ścinanie Stal Beton Stal Beton Stożek betonu Wyciągnię cie czyste ścinanie zginanie zniszczeni e krawędzi Rozwarstwienie Podważenie Obliczenie najmniejszej nośności Kombinacja obciążeń Obliczenie najmniejszej nośności

18 Zniszczenie stali: 1.1. Rozciąganie Charakterystyczna nośność stali: Rk,s = S f uk S... f uk... przekrój obciążony wytrzymałość stali na rozciąganie Obliczeniowa nośność stali przy rozciąganiu: Rd, s = γ Rk, s Ms γ Ms... częściowy wsp. bezpieczeństwa dla stali

19 Zniszczenie betonu: 1.2. Wyciąganie Rk,p... γ Mp... charakt. nośność przy wyciąganiu (zawarta w danych technicznych lub aprobacie) część. wsp. bezp. dla wyciągania (zawarty w danych technicznych lub aprobacie) Obliczeniowa nośność przy wyciąganiu: Rd, p = γ Rk, p Mp

20 Zniszczenie betonu: 1.3. Rozwarstwienie Ten sposób zniszczenia zazwyczaj nie występuje, gdy minimalna odległość od krawędzi, rozstaw i grubość elementu (c min, s min, h min ) są zachowane. c min, s min, h min są podane w aprobacie technicznej. Pęknięcie elementu betonowego

21 Zniszczenie betonu: 1.4. Wyrwanie stożka betonu Charakterystyczna nośność betonu dla grupy kotew: Rk,c c, = Rk,c c, Ψ s, Ψ ec, Ψ re, Ψ ucr, Obliczeniowa wartość nośności betonu : Rd, c = γ Rk, c Mc γ Mc... częściowy wsp. bezp. dla wyrwania stożka betonu

22 Zniszczenie betonu: 1.4. Wyrwanie stożka betonu Rk,c = Rk,c c, c, s, ec, re, ucr, Charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy: (bez wpływu odległ. od krawędzi i rozstawu w spękanym betonie) rzut powierzchni zniszczenia Rk,c = 7. 2 f ck,cube15 h 1. 5 ef f ck,cube15...wytrzymałość betonu na ściskanie mierzona na sześcianie o boku 15 mm h ef Wymagana powierzchnia zniszczenia: 1.5h ef c, = ccr, = 9 hef wyznaczona na podstawie doświadczeń

23 Zniszczenie betonu: 1.4. Wyrwanie stożka betonu Wpływ rozstawu: Rk,c = Rk,c c, c, s, ec, re, ucr, h ef 1.5h ef s 1.5h ef (odległość krytyczna s cr, =2*c cr, ) Dostępna powierzchnia zniszczenia: c, = (c + s + c ) 2 c cr, cr, cr,

24 Zniszczenie betonu: 1.4. Wyrwanie stożka betonu Rk,c = Rk,c c, c, s, ec, re, ucr, Wpływ krawędzi rzut powierzchni zniszczenia Dostępna powierzchnia zniszczenia c, = (c + c ) 2 c cr, cr, h ef Zaburzenie rozkładu naprężeń w betonie c 1.5h ef Ψ s, = c c cr,

25 Zniszczenie betonu: 1.4. Wyrwanie stożka betonu Rk,c = Rk,c c, c, s, ec, re, ucr, Wpływ mimośrodowego obciążenia: e =2 c cr, Ψ ec, = e / s cr, 1

26 Zniszczenie betonu: 1.4. Wyrwanie stożka betonu Rk,c = Rk,c c, c, s, ec, re, ucr, Wpływ zbrojenia: (współczynnik łuszczenia powłokowego) Ψ re, = hef dla rozstawu prętów < 15mm lub prętów o średnicy 1mm, w rozstawie < 1mm Ψre, = 1. dla rozstawu prętów 15mm lub prętów o średnicy 1mm, w rozstawie 1mm

27 Zniszczenie betonu: 1.4. Wyrwanie stożka betonu Rk,c = Rk,c c, c, s, ec, re, ucr, Wpływ stanu pracy konstrukcji betonowej: (strefa nie spękana lub spękana) Uwaga: Podstawą do określenia Rk,c był beton spękany!!! Ψ ucr, = Ψucr, = dla zakotwień w strefie rozciąganej betonu dla zakotwień w strefie ściskanej betonu

28 ośność ze względu na siłę wyciągającą: = min{ ; ; } Rd Rd, s Rd, p Rd, c ośność ze względu na stal ośność ze względu na beton

29 Zniszczenie stali: 2.1. Czyste ścinanie Charakterystyczna nośność stali: Rk,s =. 5 S f uk S... f uk... pracujący przekrój poprzeczny charakterystyczna wytrzymałość stali Obliczeniowa nośność stali przy czystym ścinaniu: Rd, s = γ Rk, s Ms γ Ms... częściowy wsp. bezpieczeństwa dla stali

30 Zniszczenie stali: 2.2. Zginanie kotwy (zamocowanie z dystansem) Charakterystyczna nośność przy ścinaniu: Rk,sm = α M M l Rk,s gdzie: M = 1. 5 W f Rk,s el yk W el... moduł elastyczności przekroju f yk... charakt. granica plastyczności stali Obliczeniowa nośność stali przy zginaniu: Rd, sm = γ Rk, sm Ms γ Ms... częściowy wsp. bezpieczeństwa dla stali

31 Zniszczenie stali: 2.2. Zginanie kotwy (zamocowanie z dystansem) l = e 1 α M = 2. l = e +. 5 d 1 α M = 1.

32 Zniszczenie betonu: 2.3. Zniszczenie betonu przez podważenie Charakterystyczna nośność betonu ze względu na podważanie: Rk,cp = k Rk,c stożek betonu k=1 for h ef < 6 mm k=2 for h ef 6 mm wytrzymałość kotew Rk,c Obliczeniowa wartość tej nośności: Rd, cp = γ Rk, cp Mc γ Mc... częściowy wsp. bezpieczeństwa dla zniszczenia betonu

33 Zniszczenie betonu: 2.4. Zniszczenie krawędzi betonu Charakterystyczna nośność krawędziowa betonu dla grupy kotew: Rk,c c, = Rk,c h, s, ec, β, c, Ψ ucr, Obliczeniowa wartość nośności betonu: Rd, c = γ Rk, c Mc γ Mc... częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla zniszczenia betonu

34 Zniszczenie betonu: 2.4. Zniszczenie krawędzi betonu Rk,c c, = Rk,c h, s, ec, β, c, ucr, Charakterystyczna nośność krawędziowa betonu dla pojedynczej kotwy: (bez uwzględniania drugiej krawędzi i wpływu rozstawu kotew, w spękanym betonie) c 1 Rk,c =. 45 d l f d. 2 f ck,cube c c 1 f ck,cube... wytrzymałość betonu na ściskanie mierzona na próbkach sześciennych o boku 15mm rzut powierzchni zniszczenia 3c 1 Wymagana powierzchnia zniszczenia: c, v = 4. 5 c 2 1

35 Zniszczenie betonu: 2.4. Zniszczenie krawędzi betonu Wpływ rozstawu kotew: Rk,c c, = Rk,c h, s, ec, β, c, ucr, c 1 1.5c 1 Dostępna powierzchnia zniszczenia: c, = ( 1. 5c c 1 + s c1 ) c 1 s 1.5c 1

36 Zniszczenie betonu: 2.4. Zniszczenie krawędzi betonu Rk,c c, = Rk,c h, s, ec, β, c, ucr, Wpływ dodatkowych krawędzi: c 1 Dostępna powierzchnia zniszczenia: 1.5c 1 c, = ( 1. 5c c 1 + c2 ) 1. 5 Zaburzenie rozkładu naprężeń w betonie: 1 1.5c 1 Ψ s, =. 7 + c c c2

37 Zniszczenie betonu: 2.4. Zniszczenie krawędzi betonu Wpływ grubości elementu betonowego: c, Rk,c = Rk,c h, s, ec, β, c, ucr, c 1 Dostępna powierzchnia zniszczenia: 1.5c 1 c, = ( 1. 5c1 + c2 ) h Współczynnik kompensacji: 1.5c 1 h Ψ h, 1. 5c = h 1 1/ 3

38 Zniszczenie betonu: 2.4. Zniszczenie krawędzi betonu Wpływ mimośrodu obciążenia ścinającego: c, Rk,c = Rk,c h, s, ec, β, c, ucr, c 1 e 1.5c 1 Ψ ec, = e 3c 1 1.5c 1 s 1.5c 1

39 Zniszczenie betonu: 2.4. Zniszczenie krawędzi betonu Rk,c c, = Rk,c h, s, ec, β, c, ucr, Wpływ kierunku obciążenia ścinającego: β Ψ β, = 1. Ψ 1, = β cos( β) +. 5 sin( β) Ψ β, = 2. for β 55 for 9 β 18 dla 55 < β 9

40 Zniszczenie betonu: 2.4. Zniszczenie krawędzi betonu Rk,c c, = Rk,c h, s, ec, β, c, ucr, Wpływ stanu pracy konstrukcji betonowej: (strefa nie spękana lub spękana) Uwaga: Podstawą do określenia Rk,c był beton spękany!!! Ψ ucr, = Ψ ucr, = Ψ ucr, = dla zakotwień w strefie rozciąganej betonu dla zakotwień w strefie rozciąganej betonu, z prostym zbrojeniem przykrawędziowym dla zakotwień w strefie ściskanej betonu

41 Końcowa nośność na ścinanie: = min{ ; ; ; } Rd Rd, sm Rd, s Rd, c Rd, cp ośność ze względu na stal ośność ze względu na beton

42 Traktowanie obciążeń złożonych: β F Sd Rd 1,2 1,,2 Sd Rd Sd Rd Sd Rd 1. 1.,2 1, 1,2 Sd Rd α + Sd Rd α 1 Sd Rd + Sd Rd 1.2 α = 2. dla zniszczenia stali α = 1.5 dla innych modeli zniszczenia

43 Wymiarowanie jako zbrojenie W EC-2 2 podano informacje na temat: Podstawowej lb,rqd i obliczeniowej lbd długości zakotwienia EC-2 nie zajmuje się szczegółowo problemem zakotwień EOT: Technical Raport 23. ssessment of post-installed rebar connections.

44 Wymiarowanie jako zbrojenie Decydującą rolę w przenoszeniu obciążeń mają siły przyczepności pomiędzy prętami zbrojeniowymi a żywicą oraz żywicą a betonem, jak również wytrzymałościowe charakterystyki stali zbrojeniowej. Dlatego istotną kwestią jest, aby żywica posiadała przyczepność na poziomie betonu lub większą. Z tego powodu, aby dana żywica została dopuszczona do zastosowania w omawianych rodzajach aplikacji, musi ona zostać przetestowana zgodnie z raportem TR23 w celu uzyskania probaty Technicznej. Raport obejmuje zakotwienia zaprojektowane zgodnie z Europejską ormą Eurokod 2

45 Wymiarowanie jako zbrojenie

46 Wymiarowanie jako zbrojenie Testy, które obejmują m.in. badania przyczepności w betonie C2/25 oraz C5/6, bezpieczeństwo instalacji w podłożu suchym oraz mokrym, zachowanie pod obciążeniem stałym, funkcjonowanie w warunkach zamrażania/odmrażania, instalacji na maksymalną głębokość, prawidłową iniekcję żywicy oraz inne, mają za zadanie wykazać, iż pręty wklejane zachowują się tak jak pręty zabetonowane porównywalnie przekazywane są siły oraz porównywalne jest zachowanie siła - przemieszczenie.

47 Wymiarowanie jako zbrojenie Odzwierciedlone jest to poprzez uzyskanie przez żywicę odpowiednich wartości naprężenia przyczepności fbd, w porównaniu do sił przyczepności betonu prętów zabetonowanych. Wartości przyczepności jakie musi uzyskać żywica, aby połączenie było porównywalne do prętów zabetonowanych, dla połączenia zaprojektowanego zgodnie z Eurokod 2, dla różnych klas betonu, przedstawia wykres schodkowy

48 Dziękuję za uwagę