KONSTRUKCE Media, s. r. o.Com4In Group
ISSN 1803-8433
English - Google Translate Česky - Překladač Google French - Google Translate Italian - Google Translate German - Google Translate Polish - Google Translate Spanish - Google Translate Swedish - Google Translate   |   Přihlásit se   
Nacházíte se:  Úvod    Projektování    Kotvení sloupu zabetonovanou deskou

Kotvení sloupu zabetonovanou deskou

Publikováno: 10.5.2012
Rubrika: Projektování

Kotvení ocelových a ocelobetonových sloupů k základům je jedním z nejméně studovaných konstrukčních prvku v evropském i celosvětovém měřítku. V porovnání se styčníky nosníků na sloupy a nosníky, kde je k dispozici databáze s tisíci experimentů, je jich u patek popsána jen asi dvě stě. Tradiční pružné návrhové modely pro kotvení patní deskou vedly na tlusté patní desky, viz (Melchers, 1992). Evropský návrhový model v ČSN EN 1993-1-8:2005 vychází z výminky rovnováhy při plastickém rozdělení, viz (Wald a kol., 2008), pevnosti betonu v koncentrovaném tlaku při podrcení ve styčníku, pružném omezení deformace patní desky na betonovém základu a umožňuje určit ohybovou tuhost styčníku. Další výzkum v kotvení sloupů byl zaměřen na sloupy z uzavřených profilů, viz např. (Wald F. a kol., 2000) a (Horová a kol., 2011) a na návrh nových montážně úsporných řešení. Samostatně se řeší problematika kotevních šroubů, která je v evropské metodice popsána stanovením parametrů výrobků pomocí jejich zkoušením ETAG 001 a pomocí poznatků o jejich modelování, viz např. (Eligehausen, 2006) a (Karmazínová 2006).

V letech 2007 – 2011 bylo v rámci evropského projektu RFSR-CT-2007-00.051 InFaSo pod vedením prof. Ulrike Kuhlmanové z Ústavu navrhování konstrukcí na Univerzitě Stuttgartu, viz (Kuhlmann, et al 2011), navrženo pro přípoj ocelového nosníku na sloup/stěnu a pro kotvení sloupu k základovému betonovému bloku konstrukční řešení pomocí zabetonované  otevní desky s trny, viz obr. 1.

Kolegové ze Stuttgartu a Coimbry, viz (Henriques et al, 2011), se při práci na projektu orientovali na přípoj nosníku na betonový sloup/stěnu a návrh únosnosti kotevních prostředků v  betonu vyztuženého třmínky. Pracovníci z ČVUT v Praze se zaměřili na návrh patek. Kotvení desky do betonu se řeší dlouhými trny s hlavou, kterých se využívá ve spřažených ocelobetonových konstrukcích mostů. Navržené řešení využívá možných tolerancí při osazení kotevní desky, na kterou jsou po jejím zaměření do soustavy sloupu navařeny podle šablony závitové trny. Na závitové trny je osazen sloup, který je vybaven běžnou patní deskou s nadměrnými otvory pro kotevní šrouby – závitové trny. Tolerance v náklonu desky jsou při montáži vyrovnány podložkami a po montáži zálivkou. Konstrukční bylo a je v naší a celosvětové praxi dosud navrhováno na základě interních podnikových experimentů a zkušeností projektantů. Pro návrh metodou komponent podle EN 1993-1-8:2005 byl připraven model, který využívá analytický popis dvou komponent: vytržení závitového trnu z kotevní desky a kotevní deska v tahu.

EXPERIMENTY
Chování patky sloupu bylo experimentálně ověřeno na vzorcích upravených podle obr. 2. Celkem bylo zkoušeno šestnáct zkušebních vzorků, které zahrnuly meze předpokládaných/přípustných geometrických nepřesností při montáži, viz obr. 3.

Při zkoušce, viz obr. 4, se měnilo zatížení zkušebních vzorků, tloušťka podlití a historie zatížení. Vzorky byly namáhány osovou, převážně tahovou, silou s excentricitou a smykovou silou s excentricitou. Devět patek bylo zatěžováno monotónně a sedm cyklicky. Cyklické zatěžování simulovalo namáhání při zemětřesení. Z experimentů byla vyhodnocena únosnost, tuhost a rotační kapacita vzorků, viz tabulka 1.

Tvar porušení vzorků odpovídal předpokladům modelů. Vzorky první skupiny S1 se porušily vytažením trnu z betonu. U vzorků skupin S2 a S3 se plastifikovala místně podepřená kotevní deska. Na zkušebních vzorcích byly měřeny deformace patní desky osmi průhyboměry. Kalibrované podložky s tenzometry umožnily vyhodnotit síly v závitových trnech. Lankovým průhyboměrem byla měřena změna velikosti ramene působící síly během experimentu, viz obr. 5. U vybraných vzorků byla měřena poměrná deformace horního povrchu místně podepřené kotevní desky pomocí nálepkových tenzometrů. Zatěžování vzorků bylo řízeno deformací. Vyvozená síla byla měřena siloměrem vloženým mezi zatěžovací válec a zkušební vzorek. Fotogrammetrické vyhodnocení deformací patních desek poskytlo trojrozměrný model zkušebního vzorku pro danou úroveň namáhání.

Tabulka 1 – Parametry a výsledky zkoušek

Vzorek Tloušťka podlití t [mm] Historie namáhání Excentricita síly [mm] Mezní natočení [rad] Síla [kN]
1-S1-30-T 30 tah 1 000 0,060 84
2-S1-30-CTT 30 cyklický tah/tlak 667 0,025 120
3-S1-30-CTT 30 cyklický tah/tlak 667 0,048 150
4-S2-0-TT 0 tah 500 0,170 85
5-S3-0-TT 0 tah 500 0,180 86
6-S1-30-TS 30 smyk 550 0,045 160
7-S2-5-TT 5 tah 350 0,200 105
8-S2-30-CT 30 tah 500 0,190 93
9-S2-30-CTT 30 cyklický tah/tlak 500 0,050 110
10-S2-30-S 30 smyk 550 0,083 100
11-S2-30-CS 30 cyklický smyk 550 0,056 80
12-S3-30-SS 30 smyk 550 0,087 90
13-S3-30-CS 30 cyklický smyk 550 0,075 75
14-S1-30-CS 30 cyklický smyk 550 0,036 140
15-S3-30-CTT 30 cyklický tah/tlak 600 0,070 100
16-S1-5-T 5 tah 750 0,120 105

NÁVRHOVÝ MODEL
Styčníky, přípoje nosníku na sloup a nosník a kotvení patní deskou, se analytickými modely navrhují metodou komponent, viz (Wald a kol, 2008). Předpověď chování, tj. tuhost, únosnost a deformační kapacita, základních komponent je popsána v normě ČSN EN 1993-1-8:2005. Analytické modely některých dalších komponent lze nalézt v literatuře. U kotvení sloupu předem zabetonovanou deskou bylo třeba dále popsat komponentu vytržení vyztuženého kužele betonu a komponentu patní deska s trny. Komponenta vyztuženého kužele betonu byla předmětem práce na TU ve Stuttgartu. Pro vytvoření analytického modelu bylo chování komponenty patní deska s trny analyzováno metodou konečných prvků programem ANSYS 11. Model desky je vytvořen z elementů SHELL181. Pružné podloží bylo simulováno prvky COMBIN39, které podpírají každý uzel desky. Deska je dále držena kloubovými podporami v místě spojovacích trnů. Klouby přenáší tah i smyk a zajišťují prostorovou stabilitu desky. Deska je namáhána osamělými silami v místě trnů se závitem. Materiál se uvažuje s bilineárním pracovním diagramem s vyznačenou mezí kluzu a neomezenou tažností. Obr. 8 ukazuje plastickou deformaci ocelové desky na betonovém podkladě, která je zachycena obr. 3. Je zde patrná plastifikace tlačené oblasti v okolí spojovacích trnů a tažené u závitových trnů. Tenká deska se poruší protlačením trnů. Studie citlivosti numerickou analýzou umožnila ověřit hranice přesnosti analytického modelu komponenty patní deska s trny.

Komponenta vytržení trnu z kotevní desky při zkouškách rozhodovala o únosnosti styčníku. Pro určení únosnosti lze využít mezní únosnost prvku ve smyku

kde plocha ve smyku Av, která je dána tloušťkou desky t a účinnou šířkou desky. Fu je mez pevnosti desky a γM0 dílčí součinitel pro materiál.

Účinnou šířku lze uvažovat jako součet poloviny obvodu oblouku o poloměru trnu dst a tloušťky svaru a:

Popis chování komponenty kotevní deska v tahu je založen na vláknovém působení plechu při jeho velkých deformacích. Kotevní desku lze v pružném stavu modelovat jako náhradním T profil v ohybu a závitový trn v tahu. Po vytvoření plastických kloubů v náhradním T profilu se kotevní deska mezi klouby, tj. mezi trny, deformuje tahem. Předpokládá se, že vodorovná vzdálenost trnů se nemění. Kotevní trny se deformují samostatně. Deformace komponenty od protažení kotevní desky umožní svislou deformaci v místě působení tahové síly, tj. závitového trnu, viz obr. 9.

Návrhový model pro předpověď chování navrženého spoje v kombinaci ohybu s tahem je zobrazen na obr. 10.

V tabulce 2 jsou uvedeny poměry únosností a tuhostí přípoje ve dvou částech křivky síla a deformace pro přípoje typu S2 a S3. První část udává přesnost předpovědi do počátku plastifikace kotevní desky a ve druhá popisuje přesnost modelu po plastifikaci. Porovnání předpovědi chování přípoje s výsledky experimentu č. 10-S2-30-S je zobrazeno na obr. 11.

Tabulka 2 – Porovnání analytického předpovědního modelu s výsledky experimentů
Experiment Poměr únosností model/experiment Poměr tuhostí model/experiment
Plastifikace Únosnost Počáteční tuhost Tečná tuhost
6-S1-30-TS 0,96 0,99 0,70 0,63
7-S2-5-TT* 0,62 N/A 0,72 0,81
9-S2-30-CTT 0,92 0,96 0,61 0,65
10-S2-30-S 0,92 0,90 0,73 0,66
12-S3-30-SS* 0,99 N/A 0,84 N/A
14-S1-30-CS* 0,99 N/A 0,68 N/A
15-S3-30-CTT 0,77 1,00 0,64 0,66
Poznámka: *Při experimentu nebylo dosaženo celkové únosnosti.

SHRNUTÍ
V rámci projektu byl připraven nový typ kotvení sloupu do betonového základu pomocí zabetonované kotevní desky s kotevními trny a závitovými trny přivařenými na montáži. Pro návrh přípoje byl vytvořen analytický model metodou komponent, který využívá poznatků současné návrhové normy. Pro model byly připraveny dvě nové komponenty, vytržení trnu z kotevní desky a kotevní deska v tahu.

Příprava příspěvku byla podpořena grantem ČVUT SGS 10/237/OHK1/3T/11.

ZDROJE INFORMACÍ:

  • ČSN EN 1993-1-8: 2005, Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí, Část 1-8, Navrhování styčníků, ČNI 2005
  • Eligehausen R., Mallée R., Silva J. F., Anchorage in Concrete Construction, Ernst and Sohn Verlag, Darmstadt, 2006, ISBN 978-433-01143-0
  • ETAG 001, Guideline for european technical approval of metal anchors, for use in concrete, Části 1 až 5 , Brusel, 2002
  • Henriques J., Ozbolt A., Kuhlmann U. a kol, Behaviour of steel-to-concrete joints – moment resisting joint of a composite beam to reinforced concrete wall, Steel Construction. 2011, vol. 4, č. 3, v. 161–165. ISSN 1867-0520
  • Horová K., Wald F., Sokol Z., Design of Circular Hollow Section Base Plates In: Eurosteel 2011 6th European Conference on Steel and Composite Structures. Brussels: ECCS European Convention for Constructional Steelwork, 2011, vol. 1, p. 249–254 ISBN 978-92-9147-103-4
  • Karmazínová M., K problémům metodiky navrhování a experimentálního ověřování ocelových rozpěrných kotev, habilitační práce, Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, 2006, 154 s.
  • Kuhlmann U. a kol., INFASO, Final report, RFSR-CT-2007-00051, Stuttgart, 2011, 126 s.
  • Melchers, R. E., Column-base response under applied moment, J. Construct. Steel Research, č. 23, 1992, s. 127–143
  • Wald F., Bouguin V., Sokol Z., Muzeau J. P., Component Method for Base Plate of RHS, Proceedings of the Conference Connections in Steel Structures IV: Steel Connections in the New Millenium, October 22–25, Roanoke 2000, s. IV/8- IV/816
  • Wald F., Sokol Z., Steenhouis M. and Jaspart, J.P., Component Method for Steel Column Bases, Heron. 2008, vol. 53, č. 1/2, s. 3–20, ISSN 0046-7316

Anchoring of Column by Slab Embedded in Concrete
The work summarizes the results of the European project, which was focused on the design of anchoring of column by slab embedded in concrete. It is anchored to the foundation of concrete with long spikes with a head. The screw-plug gauges are welded onto it and it is then fitted with the column on site. Height tolerances are compensated with grout. Structural design is based on proven practices of anchored structures. The new design model was prepared using a component according to EN 1993-1-8:2005, which uses an analytical description of two components: the removal of screw-plug gauge from the anchor plate and anchor plate in tension.

Bookmark
Ohodnoďte článek:

Fotogalerie
Obr. 1 – Schéma navrženého kotvení sloupu s předem zabetonovanou kotevní deskou a patní deskouObr. 2 – Uspořádání zkoušky patky sloupu, vzorek S1Obr. 3 – Uvažované tolerance v místním podepření patní a čelní deskyObr. 4 – Zkušební vzorek 12-S3-30-SS před zkouškouObr. 5 – Zkušební vzorek 12-S3-30-SS po zkoušceObr. 6 – Deformace patní desky vzorku 12-S3-30-SSObr. 7 – Závislost natočení ve styčníku na ohybovém momentu u zkoušek 1-S1-30-T, 4-S2-0-TT a 5-S3-0-TTObr. 8 – Deformovaný tvar patní desky v tahu při vizualizaci výsledků programem ANSYS 11 pro vzorky č. 6-S1-30-TS; 9-S2-30-CTT a 10-S2-30-S 6.Obr. 9 – Model komponenty ocelová deska v tahuObr. 10 – Popis komponent pro stanovení tuhosti a únosnosti styčníkuObr. 11 – Porovnání předpovědního modelu a výsledku experimentu na závislosti moment – natočení, zkouška č. 10-S2-30-S

NEJčtenější souvisejicí články (v posledních 30-ti dnech)

Vystužovanie stĺpov a stien monolitických železobetónových nosných konštrukcií staviebVystužovanie stĺpov a stien monolitických železobetónových nosných konštrukcií stavieb (236x)
Monolitické železobetónové nosné konštrukcie stavieb majú veľa výhod. Vyžaduje sa však pri ich navrhovaní dodržiavať nie...
Numerický model Z vaznic za požáruNumerický model Z vaznic za požáru (110x)
Při návrhu ocelových za studena tvarovaných prvků v konstrukci je často důležité zohlednit jejich únosnost při požáru. P...
Nová digitální mapa zatížení sněhem na zemiNová digitální mapa zatížení sněhem na zemi (73x)
Digitální mapa zatížení sněhem na zemi je výstupem řešení projektu GA Č R 103/08/0589 Pravděpodobnostní aplikace ge...

NEJlépe hodnocené související články

„Pilotní projekt nasazení BIM naplno poukázal nutnost komplexní změny přístupu všech na staveništi. BIM prostě není jen 3D model…,“„Pilotní projekt nasazení BIM naplno poukázal nutnost komplexní změny přístupu všech na staveništi. BIM prostě není jen 3D model…,“ (5 b.)
uvedl v rozhovoru pro časopis KONSTRUKCE vedoucí oddělení rozvoje Statutárního města Třinec Ing. Daniel Martynek....
Od určité výšky haly byla z důvodu urychlení výstavby uplatněna ocelová konstrukceOd určité výšky haly byla z důvodu urychlení výstavby uplatněna ocelová konstrukce (5 b.)
Společnost Fatra v červnu dokončila výstavbu Nové válcovny za 1,4 miliardy korun, silně pokročila v oblasti montáže výro...
Rozšírenie výrobného areálu ZKW SLOVAKIA KRUŠOVCERozšírenie výrobného areálu ZKW SLOVAKIA KRUŠOVCE (5 b.)
STAT‑KON úspešne dokončil projekt rozšírenia výstavby – expanzia závodu ZKW Krušovce s náročným technologickovýrobným pr...

NEJdiskutovanější související články

Trimaran – komerční a kongresové centrum v Praze na PankráciTrimaran – komerční a kongresové centrum v Praze na Pankráci (1x)
Předmětem článku je projekt, výroba, montáž a předpínání ocelové superkonstrukce nového objektu Trimaran v Praze na Pank...
Normalizace v oboru ocelových konstrukcí (1x)
Tento příspěvek navazuje na informaci o současném stavu a výhledech technické normalizace z minulé konference [1]....
Výpočetní modely styčníků ocelových konstrukcíVýpočetní modely styčníků ocelových konstrukcí (1x)
Při návrhu ocelové konstrukce využije statik nejčastěji prutové prvky, ale na konstrukci je řada míst, kde prutová teori...

Server Vodohospodářské stavby

Rekonstrukce Vodního díla Nechranice

Rekonstrukce Vodního díla Nechranice