Este placa de bază suficient de rigidă?

De ce sunt dispozitivele de fixare atât de importante?

Dispozitivele de fixare joacă un rol crucial în integritatea și siguranța elementelor structurale și nestructurale. De aceea au fost elaborate standarde dedicate, precum EN1992-4. Acestea abordează provocările îmbinărilor oțel-beton și oferă o metodă de calcul fiabilă care asigură transmiterea în siguranță a încărcărilor între elementele de oțel și cele de beton. EN1992-4 acoperă diverse tipuri de dispozitive de fixare (dispozitive de fixare cu cap turnate în beton, dispozitive de fixare mecanice și cu adeziv post-instalate), precum și diferite categorii de acțiuni.

Proiectarea dispozitivelor de fixare utilizate în beton

Proiectarea dispozitivelor de fixare în beton, conform EN1992-4, pentru încărcări statice/cvasistatic implică multiple verificări conform codului:

Fig. 1  Verificări conform codului pentru dispozitivele de fixare la întindere

Fig. 2 Verificări conform codului pentru dispozitivele de fixare la forfecare

Fig. 3 Verificări conform codului pentru interacțiunea dintre încărcările de întindere și forfecare

Procesul de proiectare, astfel cum este descris în standard (Fig.  1 - Fig.  3), necesită o abordare detaliată pentru a se asigura că toate verificările relevante conform codului sunt satisfăcute. Fiecare tip de dispozitiv de fixare necesită considerații specifice. De exemplu, ancorele mecanice se bazează pe blocaj mecanic, în timp ce ancorele cu adeziv depind de proprietățile adezive ale materialului de legătură. Procesul de proiectare trebuie să țină cont de aceste diferențe pentru a asigura o îmbinare fiabilă.

Să analizăm mai îndeaproape una dintre aceste verificări conform codului. Vom lua ca exemplu rezistența caracteristică a dispozitivului de fixare sau a unui grup de dispozitive de fixare în cazul cedării prin con de beton (Fig.  4), care ilustrează cât de sofisticat este modelul de calcul:

Fig.  4 Rezistența caracteristică a dispozitivului de fixare sau a unui grup de dispozitive de fixare în cazul cedării prin con de beton

În ecuație sunt incluși patru factori pentru a ține cont de efecte precum exfolierea stratului de acoperire, perturbarea distribuției tensiunilor, prezența armăturii suplimentare și altele. Aceasta relevă că nu numai proprietățile materialelor de construcție (oțel, beton), ci și alți factori, precum geometria blocului de beton, grila de ancore, adâncimea de încastrare, armătura suplimentară etc., influențează rezistența finală, respectiv modul de cedare determinant pentru combinația de încărcări dată. Aceasta demonstrează că proiectarea îmbinărilor oțel-beton poate fi destul de laborioasă și complexă atunci când se realizează manual, deoarece implică numeroase calcule și iterații pentru optimizarea proiectului.

IDEA StatiCa Connection permite utilizatorului să proiecteze îmbinări oțel-beton folosind dispozitive de fixare mecanice post-instalate sau ancore turnate în beton cu plăci tip șaibă. În funcție de tipul de ancoră, există numeroase verificări conform codului care trebuie calculate. Majoritatea verificărilor conform codului enumerate în Fig.  1 - Fig.  3 sunt calculate în IDEA StatiCa Connection pe baza datelor introduse de utilizator și a parametrilor indicați în standard. Unele dintre acestea nu sunt furnizate, deoarece necesită factori specifici produsului, care se bazează pe teste efectuate utilizând o configurație standardizată și evaluate conform specificațiilor tehnice armonizate aplicabile. Acești factori pot fi găsiți în agremente tehnice precum Evaluarea Tehnică Europeană (ETA). Pe lângă factorii necesari pentru calculul rezistenței de calcul, în agrement sunt incluse și alte caracteristici importante, precum distanța minimă față de margine c_min, distanța minimă între ancore s_min, înălțimea minimă a blocului de beton h_min, factori de siguranță și altele. Informațiile despre verificările conform codului care nu sunt furnizate sunt descrise în fila de rezultate, după cum se arată în Fig.  5.

Fig.  5 Listă de verificări conform codului care necesită caracteristici specifice produsului

Rigiditatea plăcii de bază din oțel

Pe lângă lista verificărilor conform codului necesare, standardul specifică reguli suplimentare care trebuie respectate. Printre acestea se numără regulile pentru determinarea forțelor care acționează asupra dispozitivelor de fixare. Atunci când un moment încovoietor și/sau o forță de întindere acționează asupra unui element de fixare, similar cu o îmbinare oțel-oțel, pot apărea efecte de pârghie. Aceste forțe trebuie luate în considerare la proiectarea plăcii de bază, deoarece vor conduce la forțe de întindere mai mari în ancore. Această cerință este descrisă în Clauza 6.1 (4) și ilustrată în Fig. 6.1 b din EN1992-4:

Fig.  6 Clauza 6.1 (4) din EN1992-4

Fig.  7 Amplificarea forțelor de întindere care acționează asupra unui dispozitiv de fixare datorită efectului de pârghie C_pr

Codul oferă îndrumări privind calculul forțelor de întindere de calcul care acționează asupra unui dispozitiv de fixare, cu condiția ca elementul de fixare să fie suficient de rigid, ceea ce înseamnă că ipoteza distribuției liniare a deformațiilor este valabilă (ca în teoria grinzilor). Cu toate acestea, dacă cerințele din Clauza 6.2.1 nu sunt îndeplinite, se ia în considerare comportamentul elastic la deformare al plăcii de bază din oțel. Acest efect este luat în considerare în IDEA StatiCa Connection, deoarece calculul prin metoda CBFEM permite captarea comportamentului la încovoiere al plăcii de bază, inclusiv rigiditatea profilului atașat, a sudurilor și a pernei de fundație (modelată utilizând modelul Winkler de teren elastic). În secțiunea următoare, vom analiza mai îndeaproape influența grosimii plăcii asupra forțelor de întindere rezultante în ancore, a tensiunilor echivalente în stâlp și a tensiunilor de compresiune în blocul de beton.

Câteva exemple în IDEA StatiCa

Să analizăm câteva exemple pe care le-am pregătit folosind IDEA StatiCa

Aici, configurația ancorelor (două rânduri cu trei ancore), adâncimea de încastrare, dimensiunile blocului de beton, precum și proprietățile materialelor, rămân aceleași pentru ambele cazuri investigate. Ceea ce va fi ajustat este grosimea plăcii de bază (10, 20 și 30 mm) și efectele de încărcare aplicate – pentru cazul nr. 1, aceasta este o forță de întindere unde N = 100 kN, iar pentru cazul nr. 2, aceasta este o forță de compresiune unde N = -100 kN. Aceste ipoteze ne vor permite să verificăm cu ușurință influența parametrilor asupra rezultatelor, respectiv forțele axiale ale dispozitivelor de fixare, tensiunea echivalentă în stâlp și tensiunea de compresiune în beton. Modelul este prezentat în Fig. 8 de mai jos.

Fig.  8 Model în IDEA StatiCa Connection

Să începem cu cazul nr. 1, iată rezultatele pentru exemplele investigate:

Fig.  9 Cazul nr. 1, grosimea plăcii de bază = 10 mm, tensiuni echivalente

Fig.  10 Cazul nr. 1, grosimea plăcii de bază = 10 mm, forțe de întindere în ancore

Fig.  11 Cazul nr. 1, grosimea plăcii de bază = 20 mm, tensiuni echivalente

Fig.  12 Cazul nr. 1, grosimea plăcii de bază = 20 mm, forțe de întindere în ancore

Fig.  13 Cazul nr. 1, grosimea plăcii de bază = 30 mm, tensiuni echivalente

Fig.  14 Cazul nr. 1, grosimea plăcii de bază = 30 mm, forțe de întindere în ancore

Tab. 1 Rezumat al rezultatelor pentru cazul nr. 1 (N = 100 kN)

După cum era de așteptat, prin creșterea grosimii plăcii, efectele de pârghie scad; la t_fix = 30 mm, nu mai există efecte de pârghie, iar încărcarea este distribuită uniform între toate ancorele din grup. Comparând forțele pentru ancorele cele mai solicitate din grup, există o diferență de 67% între o placă de bază elastică (t_fix = 10 mm, N_Ed,1 = 27,9 kN) și o placă de bază rigidă (t_fix = 30 mm, N_Ed,1 = 16,7 kN). Luarea în considerare a comportamentului la încovoiere al plăcii de bază din oțel afectează, de asemenea, distribuția tensiunilor în plăcile atașate, precum și în sudurile care conectează elementele. Aceasta arată cât de importantă este verificarea rigidității plăcii de bază în procesul de proiectare.

Rezultatele pentru cazul nr. 2 arată influența grosimii plăcii asupra distribuției tensiunii de compresiune în beton:

Cazul nr. 2, grosimea plăcii de bază = 10 mm, tensiuni echivalente, tensiune în beton

Fig.  16 Cazul nr. 2, grosimea plăcii de bază = 20 mm, tensiuni echivalente, tensiune în beton

Fig.  17 Cazul nr. 2, grosimea plăcii de bază = 30 mm, tensiuni echivalente, tensiune în beton

Tab. 2 Rezumat al rezultatelor pentru cazul nr. 2 (N = -100 kN)

Se poate observa că odată cu creșterea grosimii, tensiunea este distribuită mai uniform, ceea ce reduce tensiunea maximă de compresiune în beton.

Concluzii

Cu IDEA StatiCa Connection, utilizatorul poate modela cu precizie comportamentul la încovoiere al plăcii de bază din oțel și poate verifica impactul acestuia asupra îmbinării modelate. Software-ul utilizează metoda CBFEM pentru a simula deformarea plăcii de bază sub efectele de încărcare date. Aceasta permite inginerilor să vizualizeze distribuția forțelor și să identifice potențiale probleme legate de comportamentul elastic al plăcii de bază din oțel, sau să confirme corectitudinea ipotezei distribuției liniare a deformațiilor prevăzute în EN1992-4. Aceasta reprezintă o parte esențială a procesului de proiectare a îmbinărilor oțel-beton, deoarece chiar și plăcile de bază relativ groase pot să nu îndeplinească cerințele unei plăci de bază rigide, iar omiterea acestei verificări poate conduce la subestimarea forțelor de întindere în ancore, după cum se arată în exemplele de mai sus.

…încă un lucru

În cea mai recentă versiune a software-ului nostru, Versiunea 24.0, a fost implementată o versiune beta a unei legături directe între IDEA StatiCa Connection și Detail. Aceasta permite verificarea fundațiilor din beton armat (SLU) utilizând Detail 3D (bazat pe metoda CSFM). În centrul nostru de suport, puteți găsi un tutorial pas cu pas despre cum să schimbați datele între ambele programe, precum și cum să rulați calculul în aplicația Detail.

Fig. 18 Legătură BIM între IDEA StatiCa Connection și Detail (versiune beta)

Resurse suplimentare

Puteți citi mai multe despre acest subiect aici:

Verificarea conform codului a ancorelor (EN)

Import ancorare din Connection în Detail (BETA)

IDEA StatiCa Detail – Proiectarea structurală a discontinuităților 3D din beton | IDEA StatiCa

Dacă doriți să citiți mai multe despre cea mai recentă versiune, consultați notele de lansare pentru toate detaliile. 

Vizionați înregistrarea webinarului

Acest webinar de succes, cu peste 1.500 de participanți înregistrați, oferă o analiză mai aprofundată a subiectului. Citind această postare de blog, puteți accesa înregistrarea webinarului și explora tehnici și practici avansate.
Nu ratați această oportunitate și verificați-o!