Skutečné chování přípoje s lepenými kotvami

• Foto

OBLAST POUŽITÍ 
Lepené kotvy mají široké pásmo použití. Do betonového povrchu se vyvrtá o několik mm větší otvor (dáno typem kotvy a jejím průměrem). Poté se instaluje ampule s lepící hmotou nebo se otvor přímo vyplní lepící směsí a osadí se ocelová kotva (šroub) [1].

Doba tuhnutí zpravidla nepřesahuje 24 hodin. Po zatvrdnutí lze kotvu plně zatížit. Svým chováním potom připomíná předem zabetonované kotvy, je schopna přenášet do určité výše statická i dynamická zatížení v libovolném směru.

Lepící směs je zpravidla na bázi epoxidu, polyesteru, polyuretanu, vinylesteru nebo vinyluretanu [2]. Porušení jednotlivých lepených kotev může nastat různými způsoby, při
použití skupiny kotev dochází navíc často vytržení části betonu, společné pro více kotev.

METODICKÝ A KONCEPČNÍ PŘÍSTUP 
Únosnost a spolehlivost styčníku při použití dodatečně lepených kotev je dána několika faktory. Mezi nejdůležitější patří mechanické vlastnosti použitých materiálů, v našem případě oceli, betonu a lepící hmoty.

Důležitým úkolem při navrhování je určení všech způsobů porušení, které mohou reálně nastat [3].

Udávají se tyto způsoby porušení:

• Namáhání lepené kotvy osovou tahovou silou:
• Porušení kotevního šroubu – porušení oceli.
• Porušení na rozhraní materiálů – porušení vytažením kotevního šroubu.
• Porušení vytržením kužele betonu (resp. rozlomením betonu) – porušení betonu.

Namáhání kotvy smykovou silou:

• Porušení kotevního šroubu – porušení oceli v čistém smyku.
• Porušení kotevního šroubu – porušení oceli smykem za ohybu.
• Porušení betonu vypáčením.
• Porušení betonu selháním okraje.

Při zatěžování skupiny kotev však často dochází k vytržení větší části betonu společného pro všechny kotvy [4]. Realizovaný výzkum se zaměřuje na pozorování vlivu geometrie čelní desky na únosnost spoje.

EXPERIMENTY 
Do železobetonového sloupu o rozměrech 450 × 450 × 1 000 mm byly vyvrtány otvory o průměru d = 18 mm a délky 130 mm. Vyvrtané otvory byly vyfoukány tlakovým vzduchem, následně vyčištěny kartáčem přímo určeným k čištění vyvrtaných otvorů a poté byly otvory znovu vyfoukány. Vyčištěné otvory byly vyplněny do 2/3 hloubky lepící hmotou a byly osazeny kotvami. Při osazování kotev šroubováním do lepící hmoty, došlo k rovnoměrnému kontaktu ve všech závitech. Doba mezi osazením kotev a laboratorními zkouškami byla 4 dny, přičemž minimální doba tvrdnutí stanovená výrobcem pro dané podmínky byla méně než 24 hodin. Na ocelové kotvy byla osazena konzola tvořená profilem IPE180 délky 1,3 m s přivařenou čelní deskou tloušťky 25 mm. Každá konzola byla připevněna pomocí čtyř kotev dle schématu na obr. 1, obr. 2 a obr. 3. Volný konec konzoly je osazen speciální hlavicí, kterou se přenáší síly z lisu.

Ocelový IPE profil je z oceli S235. Beton je třídy C20/25, skutečné hodnoty pevnosti jsou stanovené experimenty. Jako lepící hmota je použit výrobek s označením HILTI HIT-RE 500, viz obr. 4. Kotevní šroub byl nahrazen pozinkovanou závitovou tyčí o průměru 16 mm se závitem po celé délce, třídy pevnosti 8.8.

POSTUP PRACÍ A METODIKA JEJICH PROVEDENÍ 
Zkušební těleso je instalováno do zkušební stolice, viz obr. 5, kde je shora zatěžováno konstantní vertikální silou o velikosti 70 kN pomocí hydraulického lisu, která simuluje zatížení osovou silou v reálné konstrukci. Zatěžování volného konce konzoly je vnášeno přes instalovanou hlavici, rameno síly je zvětšeno na 1,4 m. Zatížení působí vertikálně, podle obr. 1.

Na této zkušební sestavě je sledován zdvih volného konce konzoly, síla vnášená na volný konec konzoly, hodnota síly v hlavě sloupu, velikost sil v nejvíce namáhaných kotvách a odklon čelní desky při jejím spodním okraji, viz. obr. 6. Data byla snímána pomocí měřící ústředny HBM SPIDER 8. Pro vyvolání zatěžovacích sil byly použity dva hydraulické válce KGF U 25-150 o celkové zatížitelnosti 250 kN při zdvihu válce 150 mm. Vnesená síla byla měřena tenzometrickými siloměry CSP-M-25t-C3. Zdvih byl snímán potenciometrickým snímačem dráhy WA-100, viz obr, 7. Pro měření odklonu čelní desky bylo využito potenciometrického snímače dráhy WA-10. Síla na tažených kotvách K1 a K2 (obr. 9) byla sledována siloměrnými kruhy KMR 200, viz naměřené hodnoty sil na obr. 10.

Na obr. 6 je zobrazena zkušební sestava. Železobetonový sloup zatěžovaný přes roznášecí ocelovou desku hydraulickým lisem, osazení hlavice na volný konec konzoly k přenosu síly zajištěné pomocí dalšího lisu. Na obr. 7 můžeme vidět sledovaný přípoj ocelové konzoly k železobetonovému sloupu. Současně je na obrázku vidět osazení měřícího zařízení na snímání odklonu čelní desky od líce železobetonového sloupu.

VÝSLEDKY ŘEŠENÍ 
Na všech šesti zkoušených sloupech došlo k výrazným trhlinám vycházejících z nejvíce namáhaných kotev. Z důvodu rozmístění výztuže sloupu nedošlo k úplnému vytržení kužele betonu. Přesto došlo k vyčerpání únosnosti betonu, viz obr. 9 a obr. 10.

Na následujícím obrázku (obr. 11) je závislost ohybového momentu, který vznikl na ocelové konzole vlivem svislého zatížení působícího na jejím volném konci a natočení celé konzoly.

ZÁVĚR 
Primárním výstupem bylo získání představy o způsobech porušení a únosnostech tohoto kombinovaného šroubového spoje. Únosnost styčníku byla vyčerpána z důvodu porušení betonu. Vlivem symetricky zvolenému umístění styčníku na železobenový sloup (obr. 3) však nedošlo k vytržení kužele betonu. Tomu bylo zabráněno třmínkovou výztuží železobetonového sloupu. Únosnost styčníku byla přesto vyčerpána viz klesající větev grafu na obr. 11. Sílu v ocelových kotvách, viz obr. 10, lze považovat za mezní stav únosnosti zkoumaného přípoje. Po dosažení mezního stavu únosnosti bylo pokračováno se zdvihem hydraulického válce, přesto se vnášená síla ani síly v kotvách nezvětšovaly. Docházelo pouze k narůstajícímu zdvihu volného konce konzoly a odklonu čelní desky od líce sloupu. Připojená konzola zůstala i po odtížení a odstranění hydraulického lisu připojena k železobetonovému sloupu. Výsledky získané z experimentálního výzkumu jsou využívány taktéž k verifikaci numerických modelů, tedy k realizaci teoretické částí této fáze výzkumu.

V rámci realizovaného výzkumu se také uskuteční porovnání únosnosti kotvení realizovaném na železobetonovém sloupu a sloupu ocelobetonovém, tvořeném obetonovaným HEB profilem. Prezentované výsledky byly získány za podpory projektů GAČR 103/09/H085 a MP122S01001.

Materiál byl prezentován ve Sborníku Juniorstsav 2012.
Článek recenzoval doc. Ing. Miroslav Bajer, CSc.

LITERATURA: 
[1] Eligehausen R., Malée, R. and Silva, J. F.: Anchorage in Concrete Construction, Ernst & Sohn, GmbH, Berlin 2006, ISBN 3-433-01143-5
[2] Bajer, M., Řepa, Š., Barnat, J.: Steel bonded anchors analysis – Application of these anchor types in some concrete-steel. In Proceedings of 5th Eeuropen Conference on Steel and Composite Structures – Eurosteel 2008, Graz, 3. September 2008, Austria, page 435–440, ISBN 92-0147-000-90
[3] Barnat, J., Bajer, M.: Vliv kvality kontaktu na únosnost lepené ocelové kotvy zatížené tahem, sborník conference WTA CZ, Sanace a rekonstrukce staveb 2008, Vědeckotechnická společnost pro sanace staveb a péči o památky – WTA CZ, Duben 2008, Brno, strana 230–238, ISBN 978-80-02-01998-5
[4] ČSN EN 1993-1-8 Navrhování ocelových konstrukcí – Část 1.8 Navrhování styčníků
[5] http://www.hilti.cz/holcz/page/module/product/prca_productdetail.jsf?lang=cs&nodeId=-58841&selProdOid=1008855 

The Real Behaviour of Joint with Glued Anchors
The mutual joint of concrete slopes and steel beams is a frequently used detail in the building industry. The joint can be carried out in different ways, but the most frequent and easiest way is to use a front plank welded to steel bearer and which is imbedded anchors into the concrete. The geometry of front plank, placing of anchors and their numbers determine the load capacity and toughness of the joint. The embedded anchors have an advantage of easy installation. Today the glued anchors are used more and more frequently. Adhesive compositions of various bases are used to connect the steel anchor with the surrounding concrete.

Autoři

• Ing. Karásek Radek
• Prof. Ing. Bajer Miroslav CSc.