Проектування в бетоні з тріщинами згідно Eurocode

Вже не перший рік нормативні документи України по будівництву гармонізуються із європейськими.

На разі, новий Eurocode 2, частина 4 (EN 1992-4) по проектуванню бетонних конструкцій вже опублікований у багатьох країнах ЄС. Очікується, що довгоочікуване запровадження стандарту, згідно з яким, моделювання анкерів у Європі переходить від інструкції (ETAG 001 Додаток C) до Eurocode, суттєво змінить підхід будівельної галузі до застосування анкерних опорних плит, що безсумнівно, ще більше спонукатиме інженерів-конструкторів із високою ретельністю підходити до підбору анкерів при внесенні їх в проекти, на який він і заслуговує.

Якщо ми аналізуємо надійність та безпеку кріпленням (анкерування) в бетоні, стан базового матеріалу в якому можуть утворюватись тріщини, відіграватиме велику роль. Відповідно до цього ми можемо зустріти два випадки (в пункті 4,5 щодо специфікації проекту та пункті 4,7 щодо визначення стану бетону) у новій частині Eurocode 2, де розглянуто дану тему (текст п. 4,5 та п. 4,7 із нормативного документу нижче):

де вказано, що - (1) Специфікація проекту зазвичай включає наступне.

a) Клас міцності бетону, який використовується в проекті, і аналіз того, чи бетон передбачається що буде із тріщинами (розтянутий) чи без тріщин (стиснутий). Якщо передбачається наявність бетону без тріщин, тоді потрібна перевірка.

де вказано, що - (1) В зоні елементів кріплення бетон може бути з тріщинами (розтянутий)  чи без тріщин (стиснутий).

Стан бетону та термін служби кріплення визначається проектувальником.

В даній статті ми поділимося деякими корисними ідеями про те, як визначається стан базового матеріалу, чому ви повинні бути дуже обережними, розглядаючи та приймаючи в проект бетон без тріщин, як легко виконати розрахунок при визначеній наявності тріщин і як вибрати правильні анкерні системи.

Основне запитання яке ми повинні задати собі, чи розглядати бетон із яким Ви працюєте, як бетон з тріщинами чи без тріщин під конструкцію анкерного кріплення?

EN 1992-4 містить таку формулу перевірки в пункті 4.4:

За даною залежністю напруження в бетоні, яке викликане зовнішніми навантаженнями, повинно бути в стані постійного стиску. Якщо розглядати стиснуту стіну із попередньо напруженою арматурою чи бетоном, тоді вся площа бетону буде попадати в зону чистого стиску, проте це необхідно ретельно перевірити, зазвичай детальним розрахунком. Крім того, відповідно до EN 1992-4 9.2.2, кріпильні елементи в сейсмічних умовах або під впливом вогню повинні мати європейську технічну документацію на продукцію для використання в бетоні з тріщинами. Використання основного базового матеріалу, як бетону без тріщин за будь-яких обставин є складним в питання підтвердження цього твердження, тому, щоб залишатися сумісним з Єврокодом, ми рекомендуємо завжди розглядати бетон з тріщинами для безпеки та надійності ваших конструкції при використанні анкерних кріплень.

Але чи насправді бетон з тріщинами такий важливий для анкерних кріплень?

Тріщини поширені в залізобетонних конструкціях, де практично всі залізобетонні елементи в тій чи іншій мірі вже на стадії виготовлення отримують мікротріщини, тому при врахуванні армування даний фактор розглядається постійно. Якщо ми подивимося більш детально, то зрозуміємо, що тріщина, що виникає в залізобетонній конструкції, швидше за все, перетинатиметься із нашим армуванням, яке включатиметься в роботу із розтягуючим (нормальним) зусиллям, коли з’явиться чи почне збільшуватись тріщина.

Тріщини є звичайним явищем і не впливають на несучу здатність бетонної балки до прикладання навантажень.

Анкери ж, як правило, можуть зміщуються, при виникненні тріщин чи їх розкритті, якщо вони не сертифіковані для даного стану базового матеріалу.

Відповідно до стандарту EN 1992-4, стійкість конуса бетону на 30% нижча у бетону з тріщин до ніж у бетону без тріщин (стиснутому). Що ще важливіше, поведінка анкерів може бути непередбачуваною, якщо ми використовуємо невідповідні чи не сертифіковані продукти кріплення: наприклад, хімічні анкерні кріплення можуть втратити стійкість по поверхні склеювання, а механічні анкери, призначені для бетону без тріщин, можуть почати зміщуватися навіть під дуже низькими навантаження на розтяг.

При застосуванні хімічного анкера, для прикладу тут ми використаємо модель HIT RE 500V4 та шпильку HAS-U, щеплення із базовим матеріалом при утворенні тріщин буде змінюватись, яка враховується на основі ETA-16/0143 (нормальному стані) та буде відрізнятись:

TRK, без тріщин =17МРа

TRK, з тріщинами =8МРа }52%

У варіанті анкерів з підрізом, при утворенні та розкритті тріщин, опорна площа буде зменшуватись.

У варіанті розпірних/клинових анкерів сила розпору/розклинення буде втрачатися, якщо анкер буде встановлений в зоні розтянутого бетону.

Як проектувати анкери в бетоні з тріщинами?

При використанні програмного забезпечення компанії HILTI, для врахування ефекту від роботи в розтянутому бетоні, Вам буде достатньо просто вибрати «Бетон з тріщинами (розтягута зона)» над міткою основного матеріалу (встановити галку), що допоможе вам врахувати властивості поведінки анкерних кріплень в даній зоні бетону (дивіться зображення нижче). PROFIS Engineering, автоматично відобразить лише ті анкери, які підходять для бетону з тріщинами, і врахує у вашому розрахунку вимоги до конструкції бетону з тріщинами.

Якщо ви раніше не користувалися PROFIS Engineering, тоді ми Вам це рекомендуємо, де Ви зможете побачити, як програмне забезпечення забезпечує точну перевірку всіх компонентів з’єднання відповідно до Єврокодів та інженерних принципів, поєднуючи положення щодо проектування анкерів із розрахунком на основі кінцевих елементів CBFEM для проектування опорної плити, зварних швів, ребер жорсткості, профілю та бетонної основи, а також навіть допоможе вам оцінити жорсткість опорної плити (гнучкість).

Який анкер використовувати?

При проектуванні в бетоні з тріщинами ми можемо залишатися сумісними з EN 1992-4, проте даний нормативний документ досить вимогливий до питання опору анкерних кріплень. Компанія HILTI пропонує широкий асортимент анкерів, які надзвичайно добре працюють в умовах бетону з тріщинами (наприклад, HST3, НST2, HUS3, HUS4, HSL4, HIT-HY 200-A, HIT-RE 500V4), базуючись як і на EN 1992-4 так і на ETAG. Як правило, ви можете легко це перевірити по документу ETA анкерної системи, чи підходить даний анкер для бетону з тріщинами.

Зверніть увагу, що в продуктовій лінійці компанії HILTI є досить значний перелік анкерів, які не рекомендовані до встановлення в розтянуту зону бетону. Дані анкери не матимуть документального підтвердження на таке застосування та звичайно при консультації із представниками нашої компанії, Ви зможете отримати роз’яснення по застосуванню відповідних моделей анкерів із врахуванням всіх вимог та застережень.

Якщо ж Ви розробляли з’єднання опорної плити згідно з методом розрахунку ETAG Додаток C і хочете дізнатися більше про основні зміни, внесені стандартом EN 1992-4, ми може підготувати коротку статтю по даному питанню.

Як і завжди, Ви можете звернутися до нас за підтримкою, просто залиште коментар, опублікуйте своє запитання по даній чи іншій темі або просто вдосконалюйте свої знання та навички на наших вебінарах чи тренінгах.

Щоб переглянути інші статті про PROFIS Engineering та багато іншого, будь ласка, переходьте інші на статті.