Analýza vlivu kvality kontaktu na únosnost lepené kotvy zatížené tahem

Prezentovaný výzkum byl zaměřen na sledování jednoho z hlavních parametrů ovlivňujících výslednou únosnost lepených kotev. Provedené experimenty ověřují hodnotu průměrného mezního napětí na kontaktu lepidlo-beton. Hodnota tohoto napětí přímo ovlivňuje způsob porušování kotevního styčníku, který je tvořen tímto typem kotev. Experimenty byly provedeny na dvou obdobných typech lepidel a pro srovnání byly také provedeny ekvivalentní zkoušky s předem zabetonovanými šrouby. Získané hodnoty soudržností slouží především k verifikaci sestavovaných numerických modelů. Prokázalo se, že výsledná hodnota mezního průměrného napětí na sledovaném kontaktu při porušení je srovnatelná pro lepené šrouby i předem zabetonované. Průběh zkoušky, tedy chování kontaktu je ovšem rozdílný.

ÚNOSNOST LEPENÉ KOTVY VE VZTAHU KE KVALITĚ KONTAKTU
Kontakt mezi kotevním šroubem a základním materiálem, kterým bývá nejčastěji beton, může být tvořen maltovinnou směsí, nebo častěji lepidlem na bázi pryskyřic. V souvislosti s použitým spojovacím kotevním materiálem jsou voleny též průměry vrtaných otvorů. Tloušťka vrstvy lepidel a tmelů se pohybuje kolem 1 mm, u maltovinných zálivek může být tato vrstva silnější. V závislosti na mechanických vlastnostech konkrétního lepidla dochází k poruše spoje buď na kontaktu ocelového kotevního šroubu s lepidlem, nebo na kontaktu lepidla a betonu. Při dnešních kvalitách tmelů a lepidel bývá porucha na kontaktu lepidla a betonu častější. Závislost mezi kvalitou kontaktu a výsledné mezní únosnosti bývá popisována především hodnotou průměrného mezního napětí na jednom z kontaktů. Některé výsledky obdobných experimentů a závěry z nich již byly ve světě publikovány. V literatuře lze nalézt publikované vztahy vyjadřující tuto závislost. Pro sadu experimentů s kotvami M8 až M30 kotvenými pomocí nenasycené polyesterové pryskyřice podle autorů Eligehausen, Mallé, Rehm, (1984) je uveden v [1] vztah popisující mezní únosnost porušení kotev v závislosti na kotevní hloubce jako (1):

kde h_ef  je kotevní hloubka a f_cc,200  je krychelná pevnost betonu určená na tělesech o straně délky 200 mm.
Podle publikovaných výsledků experimentů [1] je tento vztah platný pro kotevní hloubky rovnající se devítinásobku průměru kotevního šroubu, což bývá nejběžnější kotevní délka doporučovaná výrobci.
Při kotevních délkách do devítinásobku průměru kotevního šroubu se na vlastním porušení mnohem více projevuje vlastní pevnost betonu. Kotevní hloubka 9d tak odpovídá v současnosti dosahované kvalitě spojení na kontaktech. Při větších kotevních hloubkách pak již výrazně neroste únosnost kotvy, což je právě způsobeno pevnostními charakteristikami vlastních lepidel a tmelů a dosažením mezního napětí na kontaktu.
Zavedení mezního napětí na kontaktu do vztahu pro únosnost kotev s větší kotevní délkou může být např. podle (Cook, 1993) [1]. Pro únosnost při kotevních hloubkách menších než hloubka h_c podle (2) se použije vztah (1) a pro větší kotevní hloubky pak vztah (3):

kde  je průměrné mezní smykové napětí na kontaktu (podle vztahu na kontaktu kotevního šroubu a lepidla), f_c  je krychelná pevnost betonu a d je průměr kotevního šroubu: 

Pro kotevní hloubky v rozmezí ,průměry , a kontaktní plochy  je pak podle autorů Cook, Kunz, Fuchs, Konz, (1998) dostatečně přesný vztah (4):
 

Uvedené závislosti jsou porovnány s výsledky experimentů provedených na Ústavu kovových a dřevěných konstrukcí VUT v Brně (graf 6).

Obr. 1 – Schéma experimentu

Celý článek včetně všech grafů a vzorců naleznete v ČB. příloze časopisu Konstrukce 2/2008. Možnost předplatného ZDE.

Autoři

• Ing. Barnat Jan
• Prof. Ing. Bajer Miroslav CSc.