Tudásbázis

Horgonyok szabványellenőrzése (AISC)

Steel

Connection

AISC (USA)

Anchoring

CBFEM

Concrete block

Steel-to-concrete

Ez a cikk más nyelveken is elérhető:

Angol nyelvről mesterséges intelligencia fordította

A horgonyokban ébredő erők, beleértve a feszítő erőket is, végeselem-analízissel kerülnek meghatározásra, az ellenállások azonban az ACI 318-14, ACI 318-19 vagy ACI 318-25 szabvány előírásai szerint kerülnek ellenőrzésre, a kiválasztott szabványkiadástól függően.

Csak LRFD érhető el. A következő típusú horgonyzási rendszerek választhatók:

Helyszínen öntött
- Alátétlemezzel
- Kampós horgony
- Fejes csap
- Vasalás
Utólag beépített
- Menetes rúd

A horgonyrúdakat az AISC 360-10/16/22 – J9 és az ACI 318-14/19/25 – 17. fejezet szerint kell méretezni. A következő horgonycsavar-ellenállások kerülnek kiértékelésre a kiválasztott horgonyzási rendszertől függően:

A horgony acélellenállása húzásra ϕN_sa,
Beton kúptörési ellenállás húzásra ϕN_cbg,
Beton kihúzási ellenállás ϕN_p,
Beton oldallap-kifúvódási ellenállás ϕN_sb,
A horgony acélellenállása nyírásra ϕV_sa,
Beton kúptörési ellenállás nyírásra ϕV_cbg,
Beton kipörgetési ellenállás nyírásra ϕV_cp.

A felhasználónak meg kell adnia a beton állapotát (repedezett vagy nem repedezett – üzemi állapotban repedésmentes).

A húzásra terhelt horgonyok következő ellenőrzései nem kerülnek elvégzésre, és a vonatkozó Műszaki Termékleírás (az ACI 355.2 szerint elvégzett és kiértékelt vizsgálatok 5%-os fraktilisén alapuló) adatai alapján kell ellenőrizni:

Kötőelem kihúzásos tönkremenetele (utólag beépített mechanikus horgonyok esetén) – ACI 318-14 – 17.4.3 vagy ACI 318-19/25 – 17.6.3,
Ragasztott horgony tapadási ellenállása (utólag beépített ragasztott horgonyok esetén) – ACI 318-14 – 17.4.5 vagy ACI 318-19/25 – 17.6.5,
Beton hasadásos tönkremenetele beépítés során az ACI 355.2 követelményei szerint értékelendő.

A beton kifúvódásos tönkremenetele csak alátétlemezes horgonyok esetén kerül vizsgálatra.

A horgony acélellenállása húzásra

Horgonytípusok: Alátétlemezzel, Kampós horgony, Fejes csap, Menetes rúd:

A horgony acélellenállása húzásra az ACI 318-14 – 17.4.1 vagy ACI 318-19/25 – 17.6.1 szerint kerül meghatározásra:

ϕN_sa = ϕ A_se,N f_uta

ahol:

ϕ = 0,7 – húzásra terhelt horgonyok ellenállás-csökkentési tényezője az ACI 318-14 – 17.3.3 szerint, a tényező a Szabványbeállításokban szerkeszthető
A_se,N – húzási feszültségi keresztmetszet
f_uta – a horgonyacél előírt szakítószilárdsága, amely nem lehet nagyobb, mint 1,9 f_ya és 125 ksi

Horgonytípus: Vasalás:

A horgony acélellenállása húzásra az ACI 318-14/19/25 – 20.2.2 szerint kerül meghatározásra:

ϕN_sa = ϕ A_s f_y

ahol:

ϕ = 0,7 – húzásra terhelt horgonyok ellenállás-csökkentési tényezője az ACI 318-14 – 17.3.3 szerint, a tényező a Szabványbeállításokban szerkeszthető
A_s – húzási feszültségi keresztmetszet
f_y – a horgonyacél előírt folyáshatára

Beton kúptörési ellenállás

Minden horgonytípus:

A beton kúptörési ellenállás a Concrete Capacity Design (CCD) módszer szerint kerül méretezésre az ACI 318-14/19/25 – 17. fejezet alapján. A CCD módszerben a betonkúp kialakulási szöge megközelítőleg 34° (1:1,5 függőleges-vízszintes arány). Egyszerűsítésként az alaprajzban a kúp négyzet alakúnak tekintendő, nem kör alakúnak. A CCD módszerben a beton kúptörési feszültség a törési felület méretének növekedésével csökken. Következésképpen a CCD módszerben a kúptörési ellenállás növekedése az beágyazási mélység 1,5-ös hatványával arányos. Azok a horgonyok, amelyek betonkúpjai átfednek, horgonycsoportot alkotnak, amely közös betonkúpot hoz létre. Megjegyzendő, hogy a betonkapacitás-tervezéshez nem létezik egyenértékű ASD megoldás.

\[ \phi N_{cbg} = \phi \frac{A_{Nc}}{A_{Nco}} \psi_{ec,N} \psi_{ed,N} \psi_{c,N} \psi_{cp,N} N_b \]

ahol:

ϕ = 0,7 – húzásra terhelt horgonyok ellenállás-csökkentési tényezője az ACI 318-14 – 17.3.3 szerint, a tényező a Szabványbeállításokban szerkeszthető
A_Nc – közös betonkúpot alkotó horgonycsoport tényleges beton kúptörési kúpfelülete
A_Nco = 9 h_ef² – szélektől nem befolyásolt egyedi horgony beton kúptörési kúpfelülete
\( \psi_{ec,N} = \frac{1}{1+\frac{2 e'_N}{3 h_{ef}}} \) – húzásra excentrikusan terhelt horgonycsoportok módosítási tényezője; amennyiben két tengely körül is excentrikus terhelés áll fenn, a Ψ_ec,N módosítási tényezőt minden tengelyre külön-külön kell kiszámítani, és ezek szorzatát kell alkalmazni
\( \psi_{ed,N} = \min \left ( 0.7 + \frac{0.3 c_{a,min}}{1.5 h_{ef}}, 1 \right ) \) – széltávolságra vonatkozó módosítási tényező
c_a,min – a horgony és a szél közötti legkisebb távolság
Ψ_c,N – betonállapotra vonatkozó módosítási tényező; Ψ_c,N = 1 repedezett beton esetén, Ψ_c,N = 1,25 nem repedezett beton esetén
Ψ_cp,N = min (c_a,min / c_ac, 1) – hasadásra vonatkozó módosítási tényező olyan utólag beépített horgonyok esetén, amelyeket nem repedezett betonra terveztek hasadást szabályozó kiegészítő vasalás nélkül; Ψ_cp,N = 1 minden egyéb esetben
\( N_b = k_c \lambda_a \sqrt{f'_c} h_{ef}^{1.5} \) – egyedi horgony alapvető beton kúptörési ellenállása húzásra repedezett betonban; helyszínen öntött horgonyok esetén, ha 11 in. ≤ h_ef ≤ 25 in., akkor \( N_b = 16 \lambda_a \sqrt{f'_c} h_{ef}^{5/3} \)
k_c = 24 helyszínen öntött horgonyok esetén
h_ef – beágyazási mélység; az ACI 318-14 – 17.4.2.3 fejezet szerint a hatékony beágyazási mélység h_ef csökkentendő \( h_{ef} = \max \left ( \frac{c_{a,max}}{1.5}, \frac{s}{3} \right ) \) értékre, ha a horgonyok három vagy több széltől 1,5 h_ef-nél közelebb helyezkednek el
s – horgonyok közötti távolság
c_a,max – a horgony és a három közeli szél egyikétől mért legnagyobb távolság
λ_a = 1 – könnyűbetonra vonatkozó módosítási tényező
f'_c – beton nyomószilárdsága [psi]

Az ACI 318-14 – 17.4.2.8 szerint fejes horgonyok esetén az A_Nc vetített felület az alátétlemez hatékony kerülete alapján kerül meghatározásra, amely d_a + 2 t_wp vagy d_wp közül a kisebb értéke, ahol:

d_a – horgonyátmérő
d_wp – alátétlemez átmérője vagy élmérete
t_wp – alátétlemez vastagsága

Az ACI 318-14 szerint

A horgonycsoport ellenőrzése a húzásra terhelt, közös betonkúpot alkotó horgányokban ébredő húzóerők összegével szemben történik.

A húzásra terhelt, közös betonkúpot alkotó horgonycsoport beton kúptörési kúpfelülete, A_c,N, piros szaggatott vonallal jelölve látható.

Az ACI 318-14 – 17.4.2.9 szerint, ahol a horgonyvasalás a törési felület mindkét oldalán az ACI 318-14 – 25 szerint van lehorgonyozva, a horgonyvasalás feltételezhetően átveszi a húzóerőket, és a beton kúptörési ellenállás nem kerül kiértékelésre.

Beton kihúzási ellenállás

Alátétlemezes horgonycsavarok (fejes csavarok):

A fejes horgonycsavar beton kihúzási ellenállása az ACI 318-14 – 17.4.3 szerint kerül meghatározásra:

ϕN_pn = ϕΨ_c,P N_p

ahol:

ϕ = 0,7 – húzásra terhelt horgonyok ellenállás-csökkentési tényezője az ACI 318-14 – 17.3.3 szerint, a Szabványbeállításokban szerkeszthető
Ψ_c,P – betonállapotra vonatkozó módosítási tényező; Ψ_c,P = 1,0 repedezett beton esetén, Ψ_c,P = 1,4 nem repedezett beton esetén
N_P = 8 A_brg f'_c fejes horgony esetén
A_brg – a csap fejének vagy a horgonycsavar fejének támaszkodási felülete
f'_c – beton nyomószilárdsága

Kampós horgonycsavarok (J- vagy L-csavarok):

A kampós horgonycsavar beton kihúzási ellenállása az ACI 318-14 – 17.4.3 szerint kerül meghatározásra:

ϕN_pn = ϕΨ_c,P N_p

ahol:

ϕ = 0,7 – húzásra terhelt horgonyok ellenállás-csökkentési tényezője az ACI 318-14 – 17.3.3 szerint, a Szabványbeállításokban szerkeszthető
Ψ_c,P – betonállapotra vonatkozó módosítási tényező; Ψ_c,P = 1,0 repedezett beton esetén, Ψ_c,P = 1,4 nem repedezett beton esetén
N_P = 0,9 f'_c e_h d_a kampós horgonycsavar esetén
f'_c – beton nyomószilárdsága
e_h – a J- vagy L-csavar tengelyének belső felületétől a J- vagy L-csavar külső végéig mért távolság
d_a – horgonycsavar átmérője

A fejes vagy kampós horgonyoktól eltérő típusú horgonyok beton kihúzási ellenállása a szoftverben nem kerül kiértékelésre, azt a gyártónak kell megadnia.

Beton oldallap-kifúvódási ellenállás

A fejes horgony beton oldallap-kifúvódási ellenállása húzásra az ACI 318-14 – 17.4.4 szerint kerül meghatározásra:

\[ \phi N_{sb} = \phi 160 c_{a1} \sqrt{A_{brg}} \sqrt{f'_c} \]

A beton oldallap-kifúvódási ellenállást az alábbi csökkentési tényezők egyikével kell megszorozni:

\( \frac{1+\frac{c_{a2}}{c_{a1}}}{4} \le 1 \)
\( \frac{1+\frac{s}{6 c_{a1}}}{2} \le 1 \)

ahol:

ϕ = 0,7 – húzásra terhelt horgonyok ellenállás-csökkentési tényezője az ACI 318-14 – 17.3.3 szerint, a Szabványbeállításokban szerkeszthető
c_a1 – a horgony tengelyétől a szélig mért kisebb távolság
c_a2 – a horgony tengelyétől a szélig mért nagyobb távolság, merőlegesen c_a1-re
A_brg – a csap fejének vagy a horgonycsavar fejének támaszkodási felülete
f'_c – beton nyomószilárdsága
s – két szomszédos, egy szél közelében lévő horgony közötti távolság

Acélellenállás nyírásra

Az acélellenállás nyírásra az ACI 318-14 – 17.5.1 szerint kerül meghatározásra:

ϕV_sa = ϕ 0,6 A_se,V f_uta

ahol:

ϕ = 0,65 – nyírásra terhelt horgonyok ellenállás-csökkentési tényezője az ACI 318-14 – 17.3.3 szerint, a Szabványbeállításokban szerkeszthető
A_se,V – húzási feszültségi keresztmetszet
f_uta – a horgonyacél előírt szakítószilárdsága, amely nem lehet nagyobb, mint 1,9 f_ya és 125 ksi

Ha habarcságy van kiválasztva, a nyírási acélellenállás V_sa értékét 0,8-cal kell megszorozni (ACI 318-14 – 17.5.1.3).

A karhosszon ható nyírás, amely túlméretezett lyukakkal rendelkező talplemez esetén, valamint a talplemez tetejére a nyíróerő átadása céljából felszerelt alátétek vagy lemezek esetén lép fel, nem kerül figyelembevételre.

Horgony beton kúptörési ellenállása nyírásra

Egy horgony vagy horgonycsoport beton kúptörési ellenállása nyírásra az ACI 318-14 – 17.5.2 szerint kerül méretezésre.

\[ \phi V_{cbg} = \phi \frac{A_V}{A_{Vo}} \psi_{ec,V} \psi_{ed,V} \psi_{c,V} \psi_{h,V} \psi_{\alpha,V} V_b \]

ahol:

ϕ = 0,65 – nyírásra terhelt horgonyok ellenállás-csökkentési tényezője az ACI 318-14 – 17.3.3 szerint, a Szabványbeállításokban szerkeszthető
A_v – egy horgony vagy horgonycsoport vetített beton tönkremeneteli felülete
A_vo – egy horgony vetített beton tönkremeneteli felülete sarokhatás, horgonyköz vagy szerkezeti elem vastagsága által nem korlátozott esetben
\( \psi_{ec,V} = \frac{1}{1+\frac{2 e'_V}{3 c_{a1}}} \) – nyírásra excentrikusan terhelt horgonycsoportok módosítási tényezője
\( \psi_{ed,V} = 0.7 + 0.3 \frac{c_{a2}}{1.5 c_{a1}} \le 1.0 \) – széltávolság-hatásra vonatkozó módosítási tényező
Ψ_c,V – betonállapotra vonatkozó módosítási tényező; Ψ_c,V = 1,0 repedezett beton esetén, Ψ_c,V = 1,4 nem repedezett beton esetén
\( \psi_{h,V} = \sqrt{\frac{1.5 c_{a1}}{h_a}} \ge 1 \) – olyan betonszerkezeti elemben elhelyezett horgonyok módosítási tényezője, ahol h_a < 1,5 c_a1
\( \psi_{\alpha ,V} = \sqrt{\frac{1}{(\cos \alpha_V )^2 + (0.5 \sin \alpha_V)^2}} \) – a betonszéllel 90° − α_V szögben terhelt horgonyok módosítási tényezője; az ACI 318-14 – 17.5.2.1 csak diszkrét értékeket tartalmaz, az összefüggés a FIB bulletin 58 – Design of anchorages in concrete (2011) kiadványból származik
h_a – a tönkremeneteli felület magassága a beton oldalán
\( V_b = \min \left ( 7 \left ( \frac{l_e}{d_a} \right )^{0.2} \lambda_a \sqrt{d_a} \sqrt{f'_c} c_{a1}^{1.5}, 9 \lambda_a \sqrt{d_a} \sqrt{f'_c} c_{a1}^{1.5} \right ) \)
l_e = h_ef ≤ 8 d_a – a horgony teherhordó hossza nyírásra
d_a – horgonyátmérő
f'_c – beton nyomószilárdsága
c_a1 – széltávolság a terhelés irányában; a 17.5.2.4 pont szerint keskeny szerkezeti elem esetén, ahol c_2,max < 1,5 c₁ és egyben vékony is, h_a < 1,5 c₁, az előző összefüggésekben c₁ helyett c'₁ alkalmazandó; a csökkentett c'₁ = max (c_2,max / 1,5, h_a / 1,5, s_c,max / 3)
c_a2 – széltávolság a terhelésre merőleges irányban
c_2,max – legnagyobb széltávolság a terhelésre merőleges irányban
s_c,max – csoporton belüli horgonyok közötti legnagyobb, nyírás irányára merőleges horgányköz

Ha c_a2 ≤ 1,5 c_a1 és h_a ≤ 1,5 c_a1, akkor \( c_{a1}= \max \left ( \frac{c_{a2}}{1.5}, \frac{h_a}{1.5}, \frac{s}{3} \right ) \), ahol s a csoporton belüli horgányok közötti legnagyobb, nyírás irányára merőleges horgányköz.

Az ACI 318-14 – 17.5.2.9 szerint, ahol a horgonyvasalás a törési felület mindkét oldalán az ACI 318-14 – 25 szerint van lehorgonyozva, a horgonyvasalás feltételezhetően átveszi a nyíróerőket, és a beton kúptörési ellenállás nem kerül kiértékelésre.

Horgony beton kipörgetési ellenállása nyírásra

A beton kipörgetési ellenállás az ACI 318-14 – 17.5.3 szerint kerül méretezésre.

ϕV_cp = ϕk_cp N_cp

ahol:

ϕ = 0,65 – nyírásra terhelt horgonyok ellenállás-csökkentési tényezője az ACI 318-14 – 17.3.3 szerint, a Szabványbeállításokban szerkeszthető
k_cp = 1,0, ha h^ef < 2,5 in., k_cp = 2,0, ha h_ef ≥ 2,5 in
N_cp = N_cb (beton kúptörési ellenállás – minden horgony húzásra feltételezett) helyszínen öntött horgonyok esetén

Húzó- és nyíróerők kölcsönhatása

A húzó- és nyíróerők kölcsönhatása az ACI 318-14 – R17.6 szerint kerül ellenőrzésre.

\[ \left ( \frac{N_{ua}}{N_n} \right )^{\zeta} + \left ( \frac{V_{ua}}{V_n} \right )^{\zeta} \le 1.0 \]

ahol:

N_ua és V_ua – egy horgonyra ható méretezési erők
N_n és V_n – az összes megfelelő tönkremeneteli módból meghatározott legkisebb méretezési ellenállás
ς = 5 / 3

Emelt horgonyok

A rúdelemet az AISC 360-16 szerint kell méretezni. A nyíróerő kölcsönhatása elhanyagolható, mivel a talplemez alá anyát befogadó minimális horgonyhossz biztosítja, hogy a horgony hajlítás miatt tönkremegy, mielőtt a nyíróerő eléri a nyírási ellenállás felét, és a nyírási kölcsönhatás elhanyagolható (legfeljebb 7%). A hajlítónyomaték és a nyomó- vagy húzóerő kölcsönhatása konzervatívan lineárisnak tekintendő. A másodrendű hatások nem kerülnek figyelembevételre.

Nyírási ellenállás (AISC 360-16 – G):

\( V_n = \frac{0.6 A_V F_y}{\Omega_V} \) (ASD)

\( V_n = \phi_V 0.6 A_V F_y \) (LRFD)

A_V = 0,844 ∙ A_s – nyírási keresztmetszet
A_s – menetekkel csökkentett csavarkeresztmetszet
F_y – csavar folyáshatára
Ω_V – biztonsági tényező, ajánlott értéke 2
ϕ_V – ellenállási tényező, ajánlott értéke 0,75

Húzási ellenállás (AISC 360-16 – D2):

\( P_n = \frac{A_s F_y}{\Omega_t} \) (ASD)

\( P_n = \phi_t A_s F_y \) (LRFD)

Ω_t – biztonsági tényező, ajánlott értéke 2
ϕ_t – ellenállási tényező, ajánlott értéke 0,75

Nyomási ellenállás (AISC 360-16 – E3)

\( P_n = \frac{F_{cr} A_s}{\Omega_c} \) (ASD)

\( P_n = \phi_c F_{cr} A_s \) (LRFD)

\( F_{cr} = 0.658^{\frac{F_y}{F_e}} F_y \) ha \( \frac{L_c}{r} \le 4.74 \sqrt{\frac{E}{F_y}} \), \( F_{cr} = 0.877 F_e \) ha \( \frac{L_c}{r} > 4.74 \sqrt{\frac{E}{F_y}} \) – kritikus feszültség
\( F_e = \frac{\pi^2 E} {\left ( \frac{L_c}{r} \right) ^2} \) – rugalmas kihajlási feszültség
L_c = 2 ∙ l – kihajlási hossz
l – a csavarelem hossza, amely egyenlő a talplemez vastagságának felével + hézag + a csavar átmérőjének fele
\( r= \sqrt{\frac{I}{A_s}} \) – a horgonycsavar inerciasugara
\( I= \frac{\pi d_s^4}{64} \) – a csavar inercianyomatéka
Ω_c – biztonsági tényező, ajánlott értéke 2
ϕ_c – ellenállási tényező, ajánlott értéke 0,75

Hajlítási ellenállás (AISC 360-16 – F11):

\( M_n = \frac{Z F_y}{\Omega_b} \le \frac{1.6 S_x F_y}{\Omega_b} \) (ASD)

\( M_n = \phi_b Z F_y \le 1.6 \phi_b S_x F_y \) (ASD)

\( Z = \frac{d_s^3}{6} \) – a csavar képlékeny keresztmetszeti modulusa
\( S_x= \frac{2 I}{d_s} \) – a csavar rugalmas keresztmetszeti modulusa
Ω_c – biztonsági tényező, ajánlott értéke 2
ϕ_c – ellenállási tényező, ajánlott értéke 0,75

Lineáris kölcsönhatás:

\[ \frac{N}{P_n}+\frac{M}{M_n} \le 1 \]

N – a számított húzóerő (pozitív) vagy nyomóerő (negatív előjel)
P_n – a számított húzási (pozitív) vagy nyomási (negatív előjel) méretezési vagy megengedett ellenállás
M – a számított hajlítónyomaték
M_n – a méretezési vagy megengedett hajlítási ellenállás