Tudásbázis

Nyíróerő átadása talplemezben súrlódással és horgonyokkal

Steel

Anchoring

Connection

EN (Eurocode)

Concrete block

Ez a cikk a következő nyelveken is elérhető

Angol nyelvről mesterséges intelligencia fordította

Feltételezzék-e a mérnökök a nyíróerő átadását egy oszloptalpban súrlódással, vagy sem? Mindig számíthatnak-e erre a horgonyzás tervezésekor? Mik a szabványi előírások a nyírás horgonyok és súrlódás közötti elosztására vonatkozóan?

Egyes esetekben a nyíróerő átadható súrlódással a talplemez és a betonalap között habarccsal vagy anélkül. Ez a cikk az európai szabványokra összpontosítva tárgyalja a tervezési irányelvek ajánlásait és fejleményeit. Az IDEA StatiCa horgonyzástervezésének általános bevezetéséhez olvassa el a blogot: Biztonságos és pontos horgonyzástervezés.

Mit mond az EN 1993-1-8:2005?

Az acél kapcsolatok tervezésére vonatkozó Eurocode a 6.2.2 szakaszban kimondja, hogy a nyíróerő elosztható a horgonyok és a súrlódás között. Más szóval, a nyírási ellenállás a súrlódási ellenállás és az összes horgony nyírási ellenállásának összege (6.3 egyenlet):

\[F_{v,Rd} = F_{f,Rd}+nF_{vb,Rd}\]

ahol:

\(F_{f,Rd} = C_{f,d} N_{c,Ed}\) – súrlódási ellenállás a (6.1) egyenlet szerint
- \( C_{f,d} = 0.2 \) – súrlódási együttható a talplemez és a habarcsréteg között homok-cement habarcs esetén
- \(N_{c,Ed}\) – az oszlopban ébredő normál nyomóerő méretezési értéke; a minimális értéket kell alkalmazni, és azt a teherkombinációt, amelyben a maximális nyírás és a minimális nyomóerő együtt hat. Az alsó részleges biztonsági tényezőket (pl. \(\gamma_{G,inf}=1.0\)) kell alkalmazni a nyomóerőt növelő teherhatásra, jellemzően az önsúlyra.
\(n\) – a talplemezben lévő horgonycsavarok száma
\(F_{vb,Rd} = \min \{F_{1,vb,Rd}, F_{2,vb,Rd} \}\) – a horgonycsavarok tervezési nyírási ellenállása
- \(F_{1,vb,Rd} = \frac{\alpha_v f_{ub} A}{\gamma_{M2}}\) – a horgonycsavar tervezési nyírási ellenállása a 3.6.1 szakasz szerint
  - \(\alpha_v = 0.6 \) a 4.6, 5.6 és 8.8 osztályokhoz
  - \(\alpha_v = 0.5 \) a 4.8, 5.8, 6.8 és 10.9 osztályokhoz
  - \(f_{ub}\) – a horgonycsavar szakítószilárdsága
  - \(A = A_s\) – ahol a nyírási sík a horgonycsavar menetes részén halad át
    - \(A_s\) – a horgonycsavar húzási feszültségi keresztmetszete
  - \(A = A_g\) – ahol a nyírási sík nem halad át a horgonycsavar menetes részén
    - \(A_g\) – a menettel nem rendelkező horgonycsavar szár bruttó keresztmetszete
  - \(\gamma_{M2} = 1.25 \) – részleges biztonsági tényező csavarokhoz (2.1 táblázat)
- \(F_{2,vb,Rd} = \frac{\alpha_b f_{ub} A_s}{\gamma_{M2}} \) – (6.2) egyenlet
  - \(\alpha_b = 0.44-0.0003 f_{yb}\)
  - \(f_{yb}\) – a horgonycsavar folyáshatára, ahol 235 MPa \(\le f_{yb} \le\) 640 MPa

Ezek az előírások a hollandiai Delft-i Műszaki Egyetem Stevin laboratóriumának kutatásaiból származnak, amelyek összefoglalása megtalálható a Heron Journal egyik cikkében.

Megjegyzendő, hogy a habarccsal rögzített talplemezzel ellátott horgonyzás nyírási ellenállása jóval nagyobb, mint az EN 1992-4:2018 szerinti érték, mivel nagyobb alakváltozások megengedettek, és másodrendű húzóerők ébrednek a nyírásnak kitett horgonyokban.

Szintén megjegyzendő, hogy az alapozási betonblokk ellenállása nincs figyelembe véve. Feltételezik, hogy annak ellenállását máshol ellenőrzik az EN 1992 szerint. A szabadon álló horgonyok esetén eltérő megközelítés kerül leírásra ebben a cikkben.

Fib Bulletin 58: Horgonyzások tervezése betonban (2011) előírás

A nemzetközi fib Bulletin 58 a 4.2 fejezetben foglalkozik a súrlódás hatásával. Kimondja, hogy nemcsak nyomóerő, hanem hajlítónyomaték esetén is kialakul súrlódás a talplemezben. Azonban megállapítja, hogy:

Főszabályként a súrlódási ellenállást figyelmen kívül kell hagyni, ha:

a habarcsréteg vastagsága meghaladja a horgonyátmérő felét
a horgonyzási kapacitást szélközeli feltétel szabályozza
a horgonyzás földrengési terhek felvételére szolgál

A beton szélső tönkremenetelét a teljes nyíróerőre kell ellenőrizni, nem csak a horgonyokra ható, súrlódással csökkentett nyíróerőre.

Az EN 1993-1-8 szerinti \(C_{f,d}\)-vel összehasonlítható súrlódási együttható \(\mu / \gamma_{Mf} = 0.4/1.5 = 0.267\).

Az EN 1992-4: 2018 rendelkezése

A horgonyzástervezésre vonatkozó Eurocode igen ellentmondásos, mivel sok olyan tervezés, amely korábban az összes ellenőrzésen átment a hagyományos módszerekkel, hirtelen megbukott. Az Eurocode elsősorban rövid horgonyokkal rendelkező horgonyzásokhoz alkalmas, ahol az eredmények jelentősen eltérnek, amit a nagy részleges biztonsági tényezők tükröznek. Ez látható például ebben a 1 722 tesztet tartalmazó cikkben.

A 6.1 (2) szakaszban kimondja, hogy:

Amikor hajlítónyomaték és/vagy nyomóerő hat egy rögzítőelemre, amely betonnal vagy habarccsal érintkezik, súrlódási erő alakul ki. Ha nyíróerő is hat a rögzítőelemre, ez a súrlódás csökkenti a kötőelemen ébredő nyíróerőt. Azonban ebben az EN szabványban a súrlódási erőket a rögzítések tervezésénél figyelmen kívül hagyják.

Tehát nem tiltja kifejezetten a súrlódás hozzájárulásának alkalmazását, csupán egyáltalán nem veszi figyelembe.

FprEN 1993-1-8:2023

Az acél kapcsolatok tervezésére vonatkozó Eurocode végleges tervezete szigorúan megkülönbözteti a horgonyokat:

Acél és beton közötti kötőelemek – rövid horgonyok
Horgonycsavarok – hagyományos hosszú horgonyok

Feltételezik, hogy horgonycsavarok esetén az acél tönkremenetel az irányadó. A nyírási ellenállás a D.3.1.4 szakaszban szerepel, és ismét lehetővé teszi a súrlódás és a horgonycsavarok tervezési ellenállásának összegzését. Megjegyzendő, hogy az acél és beton közötti kötőelemekről (rövid horgonyok, ahol a beton vagy a kihúzódási tönkremenetel lehet irányadó) nem tesz említést.

\[ F_{v,Rd} = F_{f,Rd} + n F_{vb,Rd} \]

ahol:

\(F_{f,Rd} = C_{f,d} N_{c,Ed}\) – súrlódási ellenállás a (6.1) egyenlet szerint
- \( C_{f,d} = 0.3 \) – súrlódási együttható a talplemez és a habarcsréteg között homok-cement habarcs esetén
- \(N_{c,Ed}\) – az oszlopban ébredő normál nyomóerő méretezési értéke
\(n\) – a talplemezben lévő horgonycsavarok száma
\(F_{vb,Rd} = \frac{\alpha_{bc} f_{ub} A_s}{\gamma_{M2}} \) – a horgonycsavarok tervezési nyírási ellenállása
- \(\alpha_{bc} = 0.44-0.0003 f_{yb}\)
  - \(f_{yb}\) – a horgonycsavar folyáshatára, ahol 235 MPa \(\le f_{yb} \le\) 640 MPa
- \(f_{ub}\) – a horgonycsavar szakítószilárdsága
- \(A_s\) – a horgonycsavar húzási feszültségi keresztmetszete
- \(\gamma_{M2} = 1.25 \) – részleges biztonsági tényező csavarokhoz (2.1 táblázat)

Megjegyzendő, hogy a súrlódási együttható \(C_{f,d}\) értéke most 0,3-ra növekedett. Ennek oka lehet a habarcs általánosan jobb minősége. Emellett az \(F_{1,vb,Rd}\), amely valószínűleg soha nem volt irányadó, eltávolításra került.

A betonban bekövetkező tönkremeneteli módok tervezési ellenállásait az EN 1992-4 szerint kell ellenőrizni, és azok nem lehetnek irányadók. A betonblokkban lévő horgonyokkülönböző tönkremeneteli módjait és szabványellenőrzéseit ebben a cikkben soroljuk fel.

Gyakorlat

A gyakorlatban a súrlódási ellenállás és a horgonyok nyírási ellenállásának összegzése a nyírási ellenálláshoz igen ritkán alkalmazott.

Helyszínen beépített horgonyok esetén a talplemezek furattolerancia értékei jellemzően nagyok, pl. +/-30 mm, ami azt jelenti, hogy szélsőséges esetben a talplemez 60 mm-t mozdulhat el, mielőtt a furat ellentétes oldalának ütközne. Lehetnek szabványos furatokkal rendelkező alátétlemezek a talplemezhez hegesztve, de ebben az esetben a horgony inkább hajlításnak van kitéve, mint nyírásnak, és ellenállása kicsi. Ennek eredményeként a nyírást jellemzően csak súrlódással vagy nyírófog útján adják át.

Az utólag beépített horgonyok esetén a talplemezben szabványos furatok lehetnek (és ha nyírás felvételére szánják őket, mindenképpen ilyeneknek kell lenniük – EN 1992-4 – 6.2.2.1). Ezeknél azonban a súrlódás hozzájárulását jellemzően elhanyagolják.

Összefoglalás

A szabványok fejlődnek, és a tervezési útmutatók olyan megoldás felé konvergálnak, amelyben a kampóval vagy alátétlemezzel végződő hagyományos hosszú horgonycsavarok esetén megengedett a súrlódás előnyének kihasználása az acél talplemez és a betonalapozás vagy habarcs között, az alábbi feltételek teljesülése esetén:

Az acél tönkremeneteli mód az irányadó
Nem lesz földrengési terhelés
A habarcsréteg vékony

Ne alkalmazza a súrlódás hozzájárulását, különösen az alábbi esetekben:

ahol a beton szélső kiszakadás az irányadó
földrengési terhelés esetén

Rövid horgonyok esetén, amelyek jellemzően utólag beépítettek és most az acél és beton közötti kötőelemek kifejezéssel vannak meghatározva, a súrlódás hozzájárulását el kell hanyagolni.

A gyakorlatban a súrlódás és a horgonyok nyírási ellenállásának kombinációja ritkán alkalmazott.

Az IDEA StatiCa-ban nincs lehetőség a nyíróerő átadásának kiválasztására súrlódás és horgonyok nyírásának kombinációján keresztül. Ha a felhasználó ezt a lehetőséget kívánja alkalmazni a későbbi kézi számításokban, az összes fent említett feltételnek teljesülnie kell.

A nyíróerő átadási módjairól súrlódással, horgonyokkal és nyírófog útján bővebben ebbena cikkben olvashat. Az IDEA StatiCa Connection lehetővé teszi a nyíróerő átadását teljes egészében horgonyokon vagy súrlódáson keresztül.