wymiarowanie szyn kotwiących 2 - j-p.pl · rodzaj uszkodzenia częściowy współczynnik...
TRANSCRIPT
WYMIAROWANIE SZYN KOTWIĄCYCH WYDANIE 111 JORDAHLampPFEIFER Technika Budowlana Sp z oo ul Wrocławska 68 55-330 Krępice kWrocławia tel 71 39 68 264 fax 71 39 68 105 e-mail biuroj-ppl wwwj-ppl ) VBBF ndash stowarzyszenie dla rozwoju technik zakotwienia zbrojenia i technik fasadowych
VBBF ndash )
SPIS TREŚCI
1 INFORMACJE OGOacuteLNE 1
2 KONCEPCJA BEZPIECZEŃSTWA2
21 BETON ZARYSOWANY I NIEZARYSOWANY 6
3 ODDZIAŁYWANIA7
31 OBCIĄŻENIA ROZCIĄGAJĄCE SZYNĘ 7
32 OBCIĄŻENIA POPRZECZNE DO SZYNY KOTWIĄCEJ9
33 OBCIĄŻENIA ZGINAJĄCE 9
34 ZBROJENIE KOTWIĄCE 9 341 Obciążenie rozciągające na szynie kotwiącej 9 342 Obciążenie poprzeczne do szyny kotwiącej 9
4 CHARAKTERYSTYCZNE NOŚNOŚCI SZYN KOTWIĄCYCH 10
41 OBCIĄŻENIE ROZCIĄGAJĄCE10 411 Informacje ogoacutelne 10 412 Układ zbrojenia kotwiącego 14 413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych 15 414 Wyciągnięcie 15 415 Wyrwanie stożka betonowego 15 416 Rozłupanie przekroju betonowego 19 417 Miejscowe wyłupanie betonu 21 418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego 23 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności 23
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE24 421 Informacje ogoacutelne 24 422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego 27 423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny 28 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia 29 425 Zniszczenie krawedzi betonowej 30 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego 34 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wylamania 34 428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg ETA ([11] [12]) 35
43 KOMBINACJA OBCIĄŻENIA ROZCIĄGAJĄCEGO I POPRZECZNEGO 38 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 38 432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym 39 433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16] 40
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 41
51 WŁASCIWOŚCI CHARAKTERYSTYCZNE Z APROBATY41
52 PRZYKŁAD 1 44
53 PRZYKŁAD 2 51
2
6 LITERATURA61
1
1 INFORMACJE OGOacuteLNE Wymiarowanie szyn kotwiących odbywało się jak dotąd na podstawie aprobat nadzoru budowlanego DIBt (Niemieckiego Instytutu Techniki Budowlanej) [1] [2] Aprobaty te zawierają tabele w ktoacuterych podane są wartości dopuszczalnych obciążeń (poroacutewnaj [1] [2]) Obciążenia te zostały wyprowadzone na podstawie wynikoacutew przeprowadzonych proacuteb w betonie niezarysowanym przy zastosowaniu globalnego wspoacutełczynnika bezpieczeństwa Zgodnie z aprobatami dopuszczalne obciążenia mogą być także zastosowane w betonie zarysowanym Aprobaty uwzględniają powstawanie zarysowań w betonie w sposoacuteb niedokładny ze względu na to że rysy w betonie redukują wartość obciążenia niszczącego (patrz [13]) Aprobaty te zalecają aby w przypadku wysokich obciążeń rozciągających zastosować zbrojenie kotwiące a w przypadku mocowania w pobliżu krawędzi elementu budowlanego zastosować otoczenie prętami prostymi oraz strzemionami w celu przyjęcia obciążenia poprzecznego W przyszłości wymiarowanie powinno odbywać się według CEN Technical Specifikation (Normatywna Specyfikacja Techniczna) (Prenorma) ([5] [6]) w połączeniu z europejskimi technicznymi aprobatami (ETA [11] [12]) Normatywna Specyfikacja Techniczna ([5] [6]) powstawała stopniowo i została także opublikowana w Niemczech Wymiarowanie odbywa się na podstawie koncepcji stosowania częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa Charakterystyczne nośności z reguły są obliczane za pomocą roacutewnań Przy określonych typach zniszczeń (np zniszczenie połączenia kotwy z profilem szyny lub lokalne odgięcie profilu szyny) tam gdzie obciążenie niszczące z wady nie może zostać obliczone z wystarczającą dokładnością przeprowadza się proacuteby [3] Nośności charakterystyczne wyprowadzone z wynikoacutew proacuteb oraz minimalne odległości krawędziowe i osiowe jak też minimalne grubości elementoacutew budowlanych są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) ([11][12]) Przy wymiarowaniu rozroacuteżnia się kierunki obciążeń oraz rodzaje uszkodzeń W dokumencie [6] są rozpatrywane następujące przypadki zastosowań
bull obciążenie w kierunku podłużnej osi szyny bull obciążenie związane ze zmęczeniem materiału bull obciążenia sejsmiczne
Przedstawiony poniżej model wymiarowania obowiązuje wyłącznie dla szyn kotwiących ktoacutere posiadają ważną europejską aprobatę techniczną ETA ([11] [12]) a tym samym spełniają niezbędne wymagania oraz warunki przeprowadzanych kontroli określonych w dokumencie CUAP [3] wspoacutelna wykładnia procedur oceny
2
2 KONCEPCJA BEZPIECZEŃSTWA Przy obliczeniu sprawdzającym wartość obliczeniowa efektu oddziaływania nie może przekroczyć wartości obliczeniowej nośności (roacutewnanie (21))
d dE Rle (21)
gdzie Ed = wartość obliczeniowa efektu oddziaływania Rd = wartości obliczeniowej nośności przeciw oddziaływaniu Wartość obliczeniowa efektu oddziaływania odpowiada obciążeniu oddziałującemu pomnożonemu o wartość częściowego wspoacutełczynnika bezpieczeństwa dla obciążenia (roacutewnanie (22)) Obowiązują wartości częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa według normy EN 1990 [4]
gt
= γ sdot + γ sdot + γ sdot ψ sdotsum sumd G k Q 1 k1 Q i 0i kii 1
E G Q Q (22)
γG = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla stałego efektu oddziaływania
(γG=135) γQ = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla zmiennego efektu oddziaływania
(γQ =150) Gk = charakterystyczna wartość oddziaływania stałego Qk1 = charakterystyczna wartość największego zmiennego oddziaływania Qki = charakterystyczna wartość dla dalszych oddziaływań zmiennych ψ0 = wspoacutełczynnik kombinacji dla oddziaływań rzadkich Roacutewnanie (22) obowiązuje dla obciążenia stałego oraz wielu zmiennych oddziaływań idących w tym samym kierunku co obciążenie stałe Dla innych kombinacji obciążeń patrz [4] Należy uwzględnić siły przekrojowe wynikające z odkształceń zamocowanego elementu budowlanego przez szynę kotwiącą Jako przynależny częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa zaleca się w dokumencie [5] zastosowanie wartości γ ind = 12 dla warunkoacutew betonu lub γ ind = 1 dla innych typoacutew zniszczeń Wartość obliczeniową nośności wylicza się z charakterystycznych nośności pod obciążeniem rozciągającym lub poprzecznym podzielonym przez częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa materiału (roacutewnanie (23)) Wartość ta zależy od rodzaju zniszczenia
3
M
kd
RR
γ=
(23)
gdzie Rk = charakterystyczna nośność γM = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa materiału Zalecane w [5] częściowe wspoacutełczynniki bezpieczeństwa dla pojedynczych typoacutew zniszczeń zostały zestawione w tabeli 21 (obciążenie rozciągające) i w tabeli 22 (obciążenie poprzeczne) Przydatność użytkowa jest sprawdzona jeśli wartość obliczeniowa oddziaływania nie przekracza wartości znamionowej właściwości elementu budowlanego (roacutewnanie (24))
d dE Cle (24)
gdzie Ed = wartość obliczeniowa efektu oddziaływania (np wartość obliczeniowa
przesunięcia kotwy) Cd = wartość znamionowa (np ograniczenie przesunięcia) Wartość obliczeniowa przesunięcia kotwy Ed jest podana dla określonego obciążenia przy kotwie NEk w danej aprobacie Obciążenie działające na szynę oblicza się na podstawie roacutewnania (22) gdzie γG = γQ = 10 oraz wspoacutełczynnika kombinacji ψ1 dla najczęstszego oddziaływania Obciążenia kotwy ustala się według podrozdziału 31 lub 32 Można także wyjść od zależności liniowej między przesunięciem Ed a obciążeniem kotwy Przy kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego należy nałożyć elementy rozciągające i poprzeczne przesunięć wektorowo Wartość znamionowa przesunięcia Cd powinna zostać ustalona przez projektanta przy czym należy uwzględnić dane warunki użytkowania Zalecana wartość wspoacutełczynnika bezpieczeństwa materiału w dokumencie [5] to γM = 1
4
Nr Rodzaj uszkodzeń Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa Roacutewnanie 1 Kotwa śruba uk
M syk
f12 14
fγ = sdot ge (25)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
γMsc = 18
3 Lokalne
odgięcie
ramion szyny
γMsl = 18
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
ukM s
yk
f12 14
fγ = sdot ge
(25)
5
Zniszczenia stali
Zgięcie szyny γMsflex = 115 6 Wyciągnięcie γMp = γMc 7
Wyrwanie stożka betonowego
γMc = γc sdot γinst
gdzie γc= 15 γinst= 10 (systemy z wysokim stopniem bezpieczeństwem montażu)
(26)
8 Rozłupanie γMsp = γMc 9 Miejscowe wyłupanie betonu γMcb = γMc 10 Zniszczenie dodatkowego
zbrojenia γMsre = 115
11 Zniszczenie zakotwienia dodatkowego zbrojenia
γMa = γc
Tabela 21 Częściowe wspoacutełczynniki bezpieczeństwa dla szyn kotwiących pod
obciążeniem rozciągającym według dokumentu [5]
5
Rodzaj uszkodzenia Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa
Roacutewnanie
1
Śruba hakowa lub śruba młotkowa i kotwa
fuumlr fuk le 800 Nmmsup2 und fykfuk le 08
ukM s
yk
f10 125
fγ = sdot ge
fuumlr fuk gt 800 Nmmsup2 oder fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
2
bez ramienia momentu
Lokalne odgięcie profilu szyny
γMsh = 18
3
Zniszczenie stali
z ramieniem momentu
Śruba hakowa lub śruba młotkowa
dla fuk le 800 Nmmsup2 oraz fykfuk le 08
γ = sdot geukMs
yk
f10 125f
dla fuk gt 800 Nmmsup2 lub fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
4 Wyłamanie betonu po stronie odwrotnej od obciążenia γMcp = γc 5 Zniszczenie krawędzi betonu γM = γc
6 Zniszczenie stali dodatkowego zbrojenia γMsre = 115
7 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania γMa = γc
Tabela 22 Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla szyn kotwiących pod
obciążeniem poprzecznym według [5] Dla obliczeń sprawdzających przydatności użytkowej obowiązuje wartość γM = 10 Przy szynach kotwiących można zastosować wspoacutełczynnik bezpieczeństwa montażu o wartości γinst= 10 jeżeli zostały spełnione następujące warunki Warunki te podane są w szczegoacutełowej instrukcji montażu producenta
1 Szyny kotwiące należy mocować do szalunku w taki sposoacuteb aby przy wbudowaniu zbrojenia oraz podczas układania i zagęszczania betonu nie doszło do ich poruszenia
2 Beton powinien zostać odpowiednio zagęszczony w szczegoacutelności w miejscu głowicy kotwy
3 Szyn kotwiących nie należy mocować poprzez wciskanie w beton Można je jednak umieścić w świeżym betonie poprzez wibrację (bezpośrednio po wlaniu) przy zachowaniu następujących warunkoacutew
bull długość szyny kotwiącej nie może przekraczać 1m aby zagwarantować że szyna osiądzie w betonie roacutewnomierne na całej długości bull należy bardzo starannie zagęścić beton w obszarze szyny kotwiącej aby uniknąć wolnych przestrzeni pod szyną ktoacutere mogą powstać w wyniku jej osiadania w betonie
6
bull po zamocowaniu szyn kotwiących i zagęszczeniu betonu nie należy więcej ruszać szyn
4 Prace związane z odpowiednim zamocowaniem szyn kotwiących muszą zostać wykonane przez wykwalifikowany personel w szczegoacutelności w przypadku zagęszczania wibracyjnego Ponadto prace te należy kontrolować
Podane w tabeli 21 oraz tabeli 22 wartości częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa są podane w aprobatach 21 Beton niezarysowany i zarysowany Szyny kotwiące mogą zostać zastosowane zaroacutewno w betonie niezarysowanym jak i zarysowanym Z reguły zakłada się wykonanie w betonie zarysowanym Przy ocenie czy mamy do czynienia z betonem zarysowanym czy nie należy wziąć pod uwagę wszystkie przypadki obciążenia w szczegoacutelności także naprężenie wywołane przez utwardzenie związane z temperaturą kurczeniem i osiadaniem podpoacuter W przypadkach szczegoacutelnych dla obliczeń można wyjść od betonu niezarysowanego jeżeli szyna kotwiąca wraz z całą głębokością zakotwienia w stanie użytkowym znajduje się w betonie niezarysowanym Obliczenie sprawdzające jest spełnione kiedy roacutewnanie (29) jest zachowane w każdym miejscu zamocowania na całej głębokości zakotwienia
+ leL R admσ σ σ (29)
gdzie σL = naprężenia w betonie ktoacutere są wywołane przez obciążenia zewnętrzne wraz
z obciążeniami wynikającymi z mocowania σR = naprężenia w betonie wywołane przez wewnętrzne deformacje (np kurczenie
betonu) lub przez deformacje działające z zewnątrz (np na skutek przesunięcia podpoacuter) lub wahań temperatury Jeżeli nie zostanie przeprowadzone dokładne obliczenie sprawdzające należy przyjąć σR = 3Nmm2
σadm = dopuszczalne naprężenie rozciągające Obliczenie naprężeń σL i σR przeprowadzone jest dla betonu niezarysowanego W przypadku elementoacutew budowlanych z dwuosiowym przejmowaniem obciążenia (np płyty ściany osłony) roacutewnanie (29) należy spełnić w obydwoacutech kierunkach Wartość σ adm jest podana w narodowych załącznikach dokumentu CEN Zalecana wartość dla σ adm = 0
7
Przy obliczeniach wartości naprężeń σL i σR należy wyjść od betonu niezarysowanego Jeżeli na szynę kotwiącą w stanie użytkowym oddziałuje miejscowo obciążenie rozciągające lub poprzeczne gt 60 kN należy zawsze wyjść od betonu zarysowanego
3 ODDZIAŁYWANIA Z wartości obliczeniowych oddziaływań wpływających na szynę kotwiącą oblicza się według roacutewnania (22) siły w kotwach momenty zginające szyn oraz siły rozciągające w ewentualnym zbrojeniu kotwiącym w sposoacuteb opisany poniżej 31 Obciążenia rozciągające szynę W przypadku szyn kotwiących z dwiema kotwami siły rozciągające kotwy można obliczyć w przybliżeniu jak dla belki podpartej przegubowo na dwoacutech podporach tzn nie trzeba uwzględniać częściowego zamocowania końcowego W przypadku zastosowania szyn kotwiących z więcej niż dwiema kotwami ustalenie wartości obliczeniowej obciążenia kotwy Na
Edi następuje według roacutewnania (31) Analizy przeprowadzonych niezbędnych proacuteb z szynami firm DKG i Halfen w dokumencie [9] i [10] pokazują że dla szyn kotwiących obydwu producentoacutew można zastosować model rozłożenia siły zgodnie z roacutewnaniem (31) także dla szyn kotwiących z dwiema kotwami
a Edi j EdN k A N= sdot sdot (31)
gdzie
aiEdN = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego kotwy i
j
1k
A=
sum (31a)
Ai = rzędne troacutejkąta o wysokości 1m na miejscu obciążenia NEd oraz najdłuższego boku 2li przy kotwie i
NEd = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego działającego na szynę kotwiącą według roacutewnania (22)
= sdot sdot ge005 05
i yl 13 I s s [mm]
(32)
n = liczba kotew przy szynie w obrębie najdłuższego boku li w stosunku do obydwu stron działającego obciążenia patrz rys 31
ly = moment bezwładności szyny [mm4] s = rozstaw kotew
8
2
l 125s 1A
l 6minus
= = a aEd1 Ed5N N 0= =
3
l 025s 5A
l 6minus
= = aEd2 Ed
1 2 1N N N
6 3 9= sdot sdot =
4
l 075s 1A
l 2minus
= = aEd3 Ed
5 2 5N N N
6 3 9= sdot sdot =
2 3 4
1 2k
A A A 3= =
+ + a
Ed4 Ed
1 2 1N N N
2 3 3= sdot sdot =
Rys 31 Przykład obliczenia siły rozciągającej kotwy na podstawie metody najdłuższego boku dla szyny kotwiącej z 5 kotwami Przyjęta długość boku wynosi li = 15
Moment bezwładności należy pobrać z dokumentu Europejskiej Aprobaty Technicznej (ETA) W przypadku wielu obciążeń rozciągających oddziaływujących na szynę kotwiącą wartości Na
Edi należy zsumować (superpozycja liniowa) W przypadku kiedy dokładne położenie działających obciążeń nie jest znane należy dla każdego rodzaju uszkodzenia przyjąć położenie najniekorzystniejsze (np obciążenie działające ponad kotwą w przypadku zniszczenia stali kotwy lub wyciągnięcia oraz obciążenie działające między kotwami w przypadku zniszczenia poprzez zginanie szyny
9
32 Obciążenia poprzeczne do szyny kotwiącej Obowiązuje podrozdział 31 W roacutewnaniu (31) należy jednak zastąpić NEd wartością VEd
Można przyjąć że obciążenie poprzeczne bez ramienia dźwigni działa na szynie kotwiącej jeśli element montażowy jest przyłożony bezpośrednio w stosunku do szyny kotwiącej lub betonu ewentualnie jeśli grubość istniejącej warstwy zaprawy wynosi 05d oraz średnica df otworu przejścia w elemencie montażowym nie przekracza wartości zgodnie z dokumentem [5] Jeżeli podane warunki nie zostaną zachowane należy przyjąć że obciążenie poprzeczne działa w odległości od szyny kotwiącej Moment zginający w śrubie zależy od tego czy element montażowy można przekręcić lub nie (patrz rys 49) 33 Obciążenie zginające Moment zginający w szynie może być obliczony w zależności od liczby kotew przy belce położonej przegubowo na dwoacutech podporach z rozpiętością odpowiadającą odstępowi między kotwami Ta zasada nie w pełni odpowiada rzeczywistej pracy ponieważ nieuwzględnione jest częściowe sprężenie występujące na końcoacutewkach szyny oraz tzw efekt liny przy szynach kotwiących z więcej niż dwoma kotwami Dla wyroacutewnania wprowadzono w ETA wielkości wyroacutewnujące momentoacutew zginających Są one większe od naprężeń powstałych od momentoacutew plastycznych Zostało to wprowadzone dla prostego wyznaczenia momentoacutew zginających 34 Zbrojenie kotwiące 341 Obciążenie rozciągające na szynie kotwiącej Wartość obliczeniowa siły rozciągającej NEdre zbrojenia kotwiącego kotwy i odpowiada wartości Na
Edi danej kotwy 342 Obciążenie poprzeczne do szyny kotwiącej Siła rozciągana w kotwie i w zbrojeniu kotwiącym NRdre wynika z roacutewnania (33) Jeżeli zbrojenie kotwiące nie jest ustawione w kierunku działającej siły poprzecznej to należy to uwzględnić przy wyliczaniu siły rozciągającej w zbrojeniu
10
sEdre Ed
eN V 1
z⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠
(33)
gdzie es = odległość pomiędzy obciążeniem poprzecznym a zbrojeniem kotwiącym z = wewnętrzne ramię dźwigni asymp 085 middot hlsquo asymp 085 middot (h ndash hch ndash 05 ds)
ef
1
2hh m in
2c
⎧le ⎨
⎩
Jeżeli kotwy będą obciążone roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi należy obliczyć roacutewnanie (33) z zastosowaniem obciążenia poprzecznego kotwy najbardziej obciążonej Vh
Ed Prowadzi to do wzoru Nh
EdRe
4 CHARAKTERYSTYCZNE NOŚNOŚCI SZYN KOTWIĄCYCH
41 Obciążenie rozciągające 411 Informacje ogoacutelne Występujące pod obciążeniem rozciągającym rodzaje zniszczeń pokazano na rys 41 Wymagane obliczenia sprawdzające dla wszystkich typoacutew uszkodzeń zostały zestawione w tabeli 41 W przypadku zastosowań bez zbrojenia kotwiącego należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 9 Przy zastosowaniu ze zbrojeniem kotwiącym należy wykazać wartości nośności zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 6 oraz od 8 do 11 Obliczenia sprawdzające pod kątem zniszczenia stożka betonowego są
11
zastępowane przez obliczenia sprawdzające zniszczenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie kotwy zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
12
Rys 41 Typy wad dla szyn kotwiących pod obciążeniem rozciągającym
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
SPIS TREŚCI
1 INFORMACJE OGOacuteLNE 1
2 KONCEPCJA BEZPIECZEŃSTWA2
21 BETON ZARYSOWANY I NIEZARYSOWANY 6
3 ODDZIAŁYWANIA7
31 OBCIĄŻENIA ROZCIĄGAJĄCE SZYNĘ 7
32 OBCIĄŻENIA POPRZECZNE DO SZYNY KOTWIĄCEJ9
33 OBCIĄŻENIA ZGINAJĄCE 9
34 ZBROJENIE KOTWIĄCE 9 341 Obciążenie rozciągające na szynie kotwiącej 9 342 Obciążenie poprzeczne do szyny kotwiącej 9
4 CHARAKTERYSTYCZNE NOŚNOŚCI SZYN KOTWIĄCYCH 10
41 OBCIĄŻENIE ROZCIĄGAJĄCE10 411 Informacje ogoacutelne 10 412 Układ zbrojenia kotwiącego 14 413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych 15 414 Wyciągnięcie 15 415 Wyrwanie stożka betonowego 15 416 Rozłupanie przekroju betonowego 19 417 Miejscowe wyłupanie betonu 21 418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego 23 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności 23
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE24 421 Informacje ogoacutelne 24 422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego 27 423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny 28 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia 29 425 Zniszczenie krawedzi betonowej 30 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego 34 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wylamania 34 428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg ETA ([11] [12]) 35
43 KOMBINACJA OBCIĄŻENIA ROZCIĄGAJĄCEGO I POPRZECZNEGO 38 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 38 432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym 39 433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16] 40
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 41
51 WŁASCIWOŚCI CHARAKTERYSTYCZNE Z APROBATY41
52 PRZYKŁAD 1 44
53 PRZYKŁAD 2 51
2
6 LITERATURA61
1
1 INFORMACJE OGOacuteLNE Wymiarowanie szyn kotwiących odbywało się jak dotąd na podstawie aprobat nadzoru budowlanego DIBt (Niemieckiego Instytutu Techniki Budowlanej) [1] [2] Aprobaty te zawierają tabele w ktoacuterych podane są wartości dopuszczalnych obciążeń (poroacutewnaj [1] [2]) Obciążenia te zostały wyprowadzone na podstawie wynikoacutew przeprowadzonych proacuteb w betonie niezarysowanym przy zastosowaniu globalnego wspoacutełczynnika bezpieczeństwa Zgodnie z aprobatami dopuszczalne obciążenia mogą być także zastosowane w betonie zarysowanym Aprobaty uwzględniają powstawanie zarysowań w betonie w sposoacuteb niedokładny ze względu na to że rysy w betonie redukują wartość obciążenia niszczącego (patrz [13]) Aprobaty te zalecają aby w przypadku wysokich obciążeń rozciągających zastosować zbrojenie kotwiące a w przypadku mocowania w pobliżu krawędzi elementu budowlanego zastosować otoczenie prętami prostymi oraz strzemionami w celu przyjęcia obciążenia poprzecznego W przyszłości wymiarowanie powinno odbywać się według CEN Technical Specifikation (Normatywna Specyfikacja Techniczna) (Prenorma) ([5] [6]) w połączeniu z europejskimi technicznymi aprobatami (ETA [11] [12]) Normatywna Specyfikacja Techniczna ([5] [6]) powstawała stopniowo i została także opublikowana w Niemczech Wymiarowanie odbywa się na podstawie koncepcji stosowania częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa Charakterystyczne nośności z reguły są obliczane za pomocą roacutewnań Przy określonych typach zniszczeń (np zniszczenie połączenia kotwy z profilem szyny lub lokalne odgięcie profilu szyny) tam gdzie obciążenie niszczące z wady nie może zostać obliczone z wystarczającą dokładnością przeprowadza się proacuteby [3] Nośności charakterystyczne wyprowadzone z wynikoacutew proacuteb oraz minimalne odległości krawędziowe i osiowe jak też minimalne grubości elementoacutew budowlanych są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) ([11][12]) Przy wymiarowaniu rozroacuteżnia się kierunki obciążeń oraz rodzaje uszkodzeń W dokumencie [6] są rozpatrywane następujące przypadki zastosowań
bull obciążenie w kierunku podłużnej osi szyny bull obciążenie związane ze zmęczeniem materiału bull obciążenia sejsmiczne
Przedstawiony poniżej model wymiarowania obowiązuje wyłącznie dla szyn kotwiących ktoacutere posiadają ważną europejską aprobatę techniczną ETA ([11] [12]) a tym samym spełniają niezbędne wymagania oraz warunki przeprowadzanych kontroli określonych w dokumencie CUAP [3] wspoacutelna wykładnia procedur oceny
2
2 KONCEPCJA BEZPIECZEŃSTWA Przy obliczeniu sprawdzającym wartość obliczeniowa efektu oddziaływania nie może przekroczyć wartości obliczeniowej nośności (roacutewnanie (21))
d dE Rle (21)
gdzie Ed = wartość obliczeniowa efektu oddziaływania Rd = wartości obliczeniowej nośności przeciw oddziaływaniu Wartość obliczeniowa efektu oddziaływania odpowiada obciążeniu oddziałującemu pomnożonemu o wartość częściowego wspoacutełczynnika bezpieczeństwa dla obciążenia (roacutewnanie (22)) Obowiązują wartości częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa według normy EN 1990 [4]
gt
= γ sdot + γ sdot + γ sdot ψ sdotsum sumd G k Q 1 k1 Q i 0i kii 1
E G Q Q (22)
γG = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla stałego efektu oddziaływania
(γG=135) γQ = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla zmiennego efektu oddziaływania
(γQ =150) Gk = charakterystyczna wartość oddziaływania stałego Qk1 = charakterystyczna wartość największego zmiennego oddziaływania Qki = charakterystyczna wartość dla dalszych oddziaływań zmiennych ψ0 = wspoacutełczynnik kombinacji dla oddziaływań rzadkich Roacutewnanie (22) obowiązuje dla obciążenia stałego oraz wielu zmiennych oddziaływań idących w tym samym kierunku co obciążenie stałe Dla innych kombinacji obciążeń patrz [4] Należy uwzględnić siły przekrojowe wynikające z odkształceń zamocowanego elementu budowlanego przez szynę kotwiącą Jako przynależny częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa zaleca się w dokumencie [5] zastosowanie wartości γ ind = 12 dla warunkoacutew betonu lub γ ind = 1 dla innych typoacutew zniszczeń Wartość obliczeniową nośności wylicza się z charakterystycznych nośności pod obciążeniem rozciągającym lub poprzecznym podzielonym przez częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa materiału (roacutewnanie (23)) Wartość ta zależy od rodzaju zniszczenia
3
M
kd
RR
γ=
(23)
gdzie Rk = charakterystyczna nośność γM = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa materiału Zalecane w [5] częściowe wspoacutełczynniki bezpieczeństwa dla pojedynczych typoacutew zniszczeń zostały zestawione w tabeli 21 (obciążenie rozciągające) i w tabeli 22 (obciążenie poprzeczne) Przydatność użytkowa jest sprawdzona jeśli wartość obliczeniowa oddziaływania nie przekracza wartości znamionowej właściwości elementu budowlanego (roacutewnanie (24))
d dE Cle (24)
gdzie Ed = wartość obliczeniowa efektu oddziaływania (np wartość obliczeniowa
przesunięcia kotwy) Cd = wartość znamionowa (np ograniczenie przesunięcia) Wartość obliczeniowa przesunięcia kotwy Ed jest podana dla określonego obciążenia przy kotwie NEk w danej aprobacie Obciążenie działające na szynę oblicza się na podstawie roacutewnania (22) gdzie γG = γQ = 10 oraz wspoacutełczynnika kombinacji ψ1 dla najczęstszego oddziaływania Obciążenia kotwy ustala się według podrozdziału 31 lub 32 Można także wyjść od zależności liniowej między przesunięciem Ed a obciążeniem kotwy Przy kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego należy nałożyć elementy rozciągające i poprzeczne przesunięć wektorowo Wartość znamionowa przesunięcia Cd powinna zostać ustalona przez projektanta przy czym należy uwzględnić dane warunki użytkowania Zalecana wartość wspoacutełczynnika bezpieczeństwa materiału w dokumencie [5] to γM = 1
4
Nr Rodzaj uszkodzeń Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa Roacutewnanie 1 Kotwa śruba uk
M syk
f12 14
fγ = sdot ge (25)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
γMsc = 18
3 Lokalne
odgięcie
ramion szyny
γMsl = 18
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
ukM s
yk
f12 14
fγ = sdot ge
(25)
5
Zniszczenia stali
Zgięcie szyny γMsflex = 115 6 Wyciągnięcie γMp = γMc 7
Wyrwanie stożka betonowego
γMc = γc sdot γinst
gdzie γc= 15 γinst= 10 (systemy z wysokim stopniem bezpieczeństwem montażu)
(26)
8 Rozłupanie γMsp = γMc 9 Miejscowe wyłupanie betonu γMcb = γMc 10 Zniszczenie dodatkowego
zbrojenia γMsre = 115
11 Zniszczenie zakotwienia dodatkowego zbrojenia
γMa = γc
Tabela 21 Częściowe wspoacutełczynniki bezpieczeństwa dla szyn kotwiących pod
obciążeniem rozciągającym według dokumentu [5]
5
Rodzaj uszkodzenia Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa
Roacutewnanie
1
Śruba hakowa lub śruba młotkowa i kotwa
fuumlr fuk le 800 Nmmsup2 und fykfuk le 08
ukM s
yk
f10 125
fγ = sdot ge
fuumlr fuk gt 800 Nmmsup2 oder fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
2
bez ramienia momentu
Lokalne odgięcie profilu szyny
γMsh = 18
3
Zniszczenie stali
z ramieniem momentu
Śruba hakowa lub śruba młotkowa
dla fuk le 800 Nmmsup2 oraz fykfuk le 08
γ = sdot geukMs
yk
f10 125f
dla fuk gt 800 Nmmsup2 lub fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
4 Wyłamanie betonu po stronie odwrotnej od obciążenia γMcp = γc 5 Zniszczenie krawędzi betonu γM = γc
6 Zniszczenie stali dodatkowego zbrojenia γMsre = 115
7 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania γMa = γc
Tabela 22 Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla szyn kotwiących pod
obciążeniem poprzecznym według [5] Dla obliczeń sprawdzających przydatności użytkowej obowiązuje wartość γM = 10 Przy szynach kotwiących można zastosować wspoacutełczynnik bezpieczeństwa montażu o wartości γinst= 10 jeżeli zostały spełnione następujące warunki Warunki te podane są w szczegoacutełowej instrukcji montażu producenta
1 Szyny kotwiące należy mocować do szalunku w taki sposoacuteb aby przy wbudowaniu zbrojenia oraz podczas układania i zagęszczania betonu nie doszło do ich poruszenia
2 Beton powinien zostać odpowiednio zagęszczony w szczegoacutelności w miejscu głowicy kotwy
3 Szyn kotwiących nie należy mocować poprzez wciskanie w beton Można je jednak umieścić w świeżym betonie poprzez wibrację (bezpośrednio po wlaniu) przy zachowaniu następujących warunkoacutew
bull długość szyny kotwiącej nie może przekraczać 1m aby zagwarantować że szyna osiądzie w betonie roacutewnomierne na całej długości bull należy bardzo starannie zagęścić beton w obszarze szyny kotwiącej aby uniknąć wolnych przestrzeni pod szyną ktoacutere mogą powstać w wyniku jej osiadania w betonie
6
bull po zamocowaniu szyn kotwiących i zagęszczeniu betonu nie należy więcej ruszać szyn
4 Prace związane z odpowiednim zamocowaniem szyn kotwiących muszą zostać wykonane przez wykwalifikowany personel w szczegoacutelności w przypadku zagęszczania wibracyjnego Ponadto prace te należy kontrolować
Podane w tabeli 21 oraz tabeli 22 wartości częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa są podane w aprobatach 21 Beton niezarysowany i zarysowany Szyny kotwiące mogą zostać zastosowane zaroacutewno w betonie niezarysowanym jak i zarysowanym Z reguły zakłada się wykonanie w betonie zarysowanym Przy ocenie czy mamy do czynienia z betonem zarysowanym czy nie należy wziąć pod uwagę wszystkie przypadki obciążenia w szczegoacutelności także naprężenie wywołane przez utwardzenie związane z temperaturą kurczeniem i osiadaniem podpoacuter W przypadkach szczegoacutelnych dla obliczeń można wyjść od betonu niezarysowanego jeżeli szyna kotwiąca wraz z całą głębokością zakotwienia w stanie użytkowym znajduje się w betonie niezarysowanym Obliczenie sprawdzające jest spełnione kiedy roacutewnanie (29) jest zachowane w każdym miejscu zamocowania na całej głębokości zakotwienia
+ leL R admσ σ σ (29)
gdzie σL = naprężenia w betonie ktoacutere są wywołane przez obciążenia zewnętrzne wraz
z obciążeniami wynikającymi z mocowania σR = naprężenia w betonie wywołane przez wewnętrzne deformacje (np kurczenie
betonu) lub przez deformacje działające z zewnątrz (np na skutek przesunięcia podpoacuter) lub wahań temperatury Jeżeli nie zostanie przeprowadzone dokładne obliczenie sprawdzające należy przyjąć σR = 3Nmm2
σadm = dopuszczalne naprężenie rozciągające Obliczenie naprężeń σL i σR przeprowadzone jest dla betonu niezarysowanego W przypadku elementoacutew budowlanych z dwuosiowym przejmowaniem obciążenia (np płyty ściany osłony) roacutewnanie (29) należy spełnić w obydwoacutech kierunkach Wartość σ adm jest podana w narodowych załącznikach dokumentu CEN Zalecana wartość dla σ adm = 0
7
Przy obliczeniach wartości naprężeń σL i σR należy wyjść od betonu niezarysowanego Jeżeli na szynę kotwiącą w stanie użytkowym oddziałuje miejscowo obciążenie rozciągające lub poprzeczne gt 60 kN należy zawsze wyjść od betonu zarysowanego
3 ODDZIAŁYWANIA Z wartości obliczeniowych oddziaływań wpływających na szynę kotwiącą oblicza się według roacutewnania (22) siły w kotwach momenty zginające szyn oraz siły rozciągające w ewentualnym zbrojeniu kotwiącym w sposoacuteb opisany poniżej 31 Obciążenia rozciągające szynę W przypadku szyn kotwiących z dwiema kotwami siły rozciągające kotwy można obliczyć w przybliżeniu jak dla belki podpartej przegubowo na dwoacutech podporach tzn nie trzeba uwzględniać częściowego zamocowania końcowego W przypadku zastosowania szyn kotwiących z więcej niż dwiema kotwami ustalenie wartości obliczeniowej obciążenia kotwy Na
Edi następuje według roacutewnania (31) Analizy przeprowadzonych niezbędnych proacuteb z szynami firm DKG i Halfen w dokumencie [9] i [10] pokazują że dla szyn kotwiących obydwu producentoacutew można zastosować model rozłożenia siły zgodnie z roacutewnaniem (31) także dla szyn kotwiących z dwiema kotwami
a Edi j EdN k A N= sdot sdot (31)
gdzie
aiEdN = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego kotwy i
j
1k
A=
sum (31a)
Ai = rzędne troacutejkąta o wysokości 1m na miejscu obciążenia NEd oraz najdłuższego boku 2li przy kotwie i
NEd = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego działającego na szynę kotwiącą według roacutewnania (22)
= sdot sdot ge005 05
i yl 13 I s s [mm]
(32)
n = liczba kotew przy szynie w obrębie najdłuższego boku li w stosunku do obydwu stron działającego obciążenia patrz rys 31
ly = moment bezwładności szyny [mm4] s = rozstaw kotew
8
2
l 125s 1A
l 6minus
= = a aEd1 Ed5N N 0= =
3
l 025s 5A
l 6minus
= = aEd2 Ed
1 2 1N N N
6 3 9= sdot sdot =
4
l 075s 1A
l 2minus
= = aEd3 Ed
5 2 5N N N
6 3 9= sdot sdot =
2 3 4
1 2k
A A A 3= =
+ + a
Ed4 Ed
1 2 1N N N
2 3 3= sdot sdot =
Rys 31 Przykład obliczenia siły rozciągającej kotwy na podstawie metody najdłuższego boku dla szyny kotwiącej z 5 kotwami Przyjęta długość boku wynosi li = 15
Moment bezwładności należy pobrać z dokumentu Europejskiej Aprobaty Technicznej (ETA) W przypadku wielu obciążeń rozciągających oddziaływujących na szynę kotwiącą wartości Na
Edi należy zsumować (superpozycja liniowa) W przypadku kiedy dokładne położenie działających obciążeń nie jest znane należy dla każdego rodzaju uszkodzenia przyjąć położenie najniekorzystniejsze (np obciążenie działające ponad kotwą w przypadku zniszczenia stali kotwy lub wyciągnięcia oraz obciążenie działające między kotwami w przypadku zniszczenia poprzez zginanie szyny
9
32 Obciążenia poprzeczne do szyny kotwiącej Obowiązuje podrozdział 31 W roacutewnaniu (31) należy jednak zastąpić NEd wartością VEd
Można przyjąć że obciążenie poprzeczne bez ramienia dźwigni działa na szynie kotwiącej jeśli element montażowy jest przyłożony bezpośrednio w stosunku do szyny kotwiącej lub betonu ewentualnie jeśli grubość istniejącej warstwy zaprawy wynosi 05d oraz średnica df otworu przejścia w elemencie montażowym nie przekracza wartości zgodnie z dokumentem [5] Jeżeli podane warunki nie zostaną zachowane należy przyjąć że obciążenie poprzeczne działa w odległości od szyny kotwiącej Moment zginający w śrubie zależy od tego czy element montażowy można przekręcić lub nie (patrz rys 49) 33 Obciążenie zginające Moment zginający w szynie może być obliczony w zależności od liczby kotew przy belce położonej przegubowo na dwoacutech podporach z rozpiętością odpowiadającą odstępowi między kotwami Ta zasada nie w pełni odpowiada rzeczywistej pracy ponieważ nieuwzględnione jest częściowe sprężenie występujące na końcoacutewkach szyny oraz tzw efekt liny przy szynach kotwiących z więcej niż dwoma kotwami Dla wyroacutewnania wprowadzono w ETA wielkości wyroacutewnujące momentoacutew zginających Są one większe od naprężeń powstałych od momentoacutew plastycznych Zostało to wprowadzone dla prostego wyznaczenia momentoacutew zginających 34 Zbrojenie kotwiące 341 Obciążenie rozciągające na szynie kotwiącej Wartość obliczeniowa siły rozciągającej NEdre zbrojenia kotwiącego kotwy i odpowiada wartości Na
Edi danej kotwy 342 Obciążenie poprzeczne do szyny kotwiącej Siła rozciągana w kotwie i w zbrojeniu kotwiącym NRdre wynika z roacutewnania (33) Jeżeli zbrojenie kotwiące nie jest ustawione w kierunku działającej siły poprzecznej to należy to uwzględnić przy wyliczaniu siły rozciągającej w zbrojeniu
10
sEdre Ed
eN V 1
z⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠
(33)
gdzie es = odległość pomiędzy obciążeniem poprzecznym a zbrojeniem kotwiącym z = wewnętrzne ramię dźwigni asymp 085 middot hlsquo asymp 085 middot (h ndash hch ndash 05 ds)
ef
1
2hh m in
2c
⎧le ⎨
⎩
Jeżeli kotwy będą obciążone roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi należy obliczyć roacutewnanie (33) z zastosowaniem obciążenia poprzecznego kotwy najbardziej obciążonej Vh
Ed Prowadzi to do wzoru Nh
EdRe
4 CHARAKTERYSTYCZNE NOŚNOŚCI SZYN KOTWIĄCYCH
41 Obciążenie rozciągające 411 Informacje ogoacutelne Występujące pod obciążeniem rozciągającym rodzaje zniszczeń pokazano na rys 41 Wymagane obliczenia sprawdzające dla wszystkich typoacutew uszkodzeń zostały zestawione w tabeli 41 W przypadku zastosowań bez zbrojenia kotwiącego należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 9 Przy zastosowaniu ze zbrojeniem kotwiącym należy wykazać wartości nośności zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 6 oraz od 8 do 11 Obliczenia sprawdzające pod kątem zniszczenia stożka betonowego są
11
zastępowane przez obliczenia sprawdzające zniszczenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie kotwy zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
12
Rys 41 Typy wad dla szyn kotwiących pod obciążeniem rozciągającym
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
2
6 LITERATURA61
1
1 INFORMACJE OGOacuteLNE Wymiarowanie szyn kotwiących odbywało się jak dotąd na podstawie aprobat nadzoru budowlanego DIBt (Niemieckiego Instytutu Techniki Budowlanej) [1] [2] Aprobaty te zawierają tabele w ktoacuterych podane są wartości dopuszczalnych obciążeń (poroacutewnaj [1] [2]) Obciążenia te zostały wyprowadzone na podstawie wynikoacutew przeprowadzonych proacuteb w betonie niezarysowanym przy zastosowaniu globalnego wspoacutełczynnika bezpieczeństwa Zgodnie z aprobatami dopuszczalne obciążenia mogą być także zastosowane w betonie zarysowanym Aprobaty uwzględniają powstawanie zarysowań w betonie w sposoacuteb niedokładny ze względu na to że rysy w betonie redukują wartość obciążenia niszczącego (patrz [13]) Aprobaty te zalecają aby w przypadku wysokich obciążeń rozciągających zastosować zbrojenie kotwiące a w przypadku mocowania w pobliżu krawędzi elementu budowlanego zastosować otoczenie prętami prostymi oraz strzemionami w celu przyjęcia obciążenia poprzecznego W przyszłości wymiarowanie powinno odbywać się według CEN Technical Specifikation (Normatywna Specyfikacja Techniczna) (Prenorma) ([5] [6]) w połączeniu z europejskimi technicznymi aprobatami (ETA [11] [12]) Normatywna Specyfikacja Techniczna ([5] [6]) powstawała stopniowo i została także opublikowana w Niemczech Wymiarowanie odbywa się na podstawie koncepcji stosowania częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa Charakterystyczne nośności z reguły są obliczane za pomocą roacutewnań Przy określonych typach zniszczeń (np zniszczenie połączenia kotwy z profilem szyny lub lokalne odgięcie profilu szyny) tam gdzie obciążenie niszczące z wady nie może zostać obliczone z wystarczającą dokładnością przeprowadza się proacuteby [3] Nośności charakterystyczne wyprowadzone z wynikoacutew proacuteb oraz minimalne odległości krawędziowe i osiowe jak też minimalne grubości elementoacutew budowlanych są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) ([11][12]) Przy wymiarowaniu rozroacuteżnia się kierunki obciążeń oraz rodzaje uszkodzeń W dokumencie [6] są rozpatrywane następujące przypadki zastosowań
bull obciążenie w kierunku podłużnej osi szyny bull obciążenie związane ze zmęczeniem materiału bull obciążenia sejsmiczne
Przedstawiony poniżej model wymiarowania obowiązuje wyłącznie dla szyn kotwiących ktoacutere posiadają ważną europejską aprobatę techniczną ETA ([11] [12]) a tym samym spełniają niezbędne wymagania oraz warunki przeprowadzanych kontroli określonych w dokumencie CUAP [3] wspoacutelna wykładnia procedur oceny
2
2 KONCEPCJA BEZPIECZEŃSTWA Przy obliczeniu sprawdzającym wartość obliczeniowa efektu oddziaływania nie może przekroczyć wartości obliczeniowej nośności (roacutewnanie (21))
d dE Rle (21)
gdzie Ed = wartość obliczeniowa efektu oddziaływania Rd = wartości obliczeniowej nośności przeciw oddziaływaniu Wartość obliczeniowa efektu oddziaływania odpowiada obciążeniu oddziałującemu pomnożonemu o wartość częściowego wspoacutełczynnika bezpieczeństwa dla obciążenia (roacutewnanie (22)) Obowiązują wartości częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa według normy EN 1990 [4]
gt
= γ sdot + γ sdot + γ sdot ψ sdotsum sumd G k Q 1 k1 Q i 0i kii 1
E G Q Q (22)
γG = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla stałego efektu oddziaływania
(γG=135) γQ = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla zmiennego efektu oddziaływania
(γQ =150) Gk = charakterystyczna wartość oddziaływania stałego Qk1 = charakterystyczna wartość największego zmiennego oddziaływania Qki = charakterystyczna wartość dla dalszych oddziaływań zmiennych ψ0 = wspoacutełczynnik kombinacji dla oddziaływań rzadkich Roacutewnanie (22) obowiązuje dla obciążenia stałego oraz wielu zmiennych oddziaływań idących w tym samym kierunku co obciążenie stałe Dla innych kombinacji obciążeń patrz [4] Należy uwzględnić siły przekrojowe wynikające z odkształceń zamocowanego elementu budowlanego przez szynę kotwiącą Jako przynależny częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa zaleca się w dokumencie [5] zastosowanie wartości γ ind = 12 dla warunkoacutew betonu lub γ ind = 1 dla innych typoacutew zniszczeń Wartość obliczeniową nośności wylicza się z charakterystycznych nośności pod obciążeniem rozciągającym lub poprzecznym podzielonym przez częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa materiału (roacutewnanie (23)) Wartość ta zależy od rodzaju zniszczenia
3
M
kd
RR
γ=
(23)
gdzie Rk = charakterystyczna nośność γM = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa materiału Zalecane w [5] częściowe wspoacutełczynniki bezpieczeństwa dla pojedynczych typoacutew zniszczeń zostały zestawione w tabeli 21 (obciążenie rozciągające) i w tabeli 22 (obciążenie poprzeczne) Przydatność użytkowa jest sprawdzona jeśli wartość obliczeniowa oddziaływania nie przekracza wartości znamionowej właściwości elementu budowlanego (roacutewnanie (24))
d dE Cle (24)
gdzie Ed = wartość obliczeniowa efektu oddziaływania (np wartość obliczeniowa
przesunięcia kotwy) Cd = wartość znamionowa (np ograniczenie przesunięcia) Wartość obliczeniowa przesunięcia kotwy Ed jest podana dla określonego obciążenia przy kotwie NEk w danej aprobacie Obciążenie działające na szynę oblicza się na podstawie roacutewnania (22) gdzie γG = γQ = 10 oraz wspoacutełczynnika kombinacji ψ1 dla najczęstszego oddziaływania Obciążenia kotwy ustala się według podrozdziału 31 lub 32 Można także wyjść od zależności liniowej między przesunięciem Ed a obciążeniem kotwy Przy kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego należy nałożyć elementy rozciągające i poprzeczne przesunięć wektorowo Wartość znamionowa przesunięcia Cd powinna zostać ustalona przez projektanta przy czym należy uwzględnić dane warunki użytkowania Zalecana wartość wspoacutełczynnika bezpieczeństwa materiału w dokumencie [5] to γM = 1
4
Nr Rodzaj uszkodzeń Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa Roacutewnanie 1 Kotwa śruba uk
M syk
f12 14
fγ = sdot ge (25)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
γMsc = 18
3 Lokalne
odgięcie
ramion szyny
γMsl = 18
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
ukM s
yk
f12 14
fγ = sdot ge
(25)
5
Zniszczenia stali
Zgięcie szyny γMsflex = 115 6 Wyciągnięcie γMp = γMc 7
Wyrwanie stożka betonowego
γMc = γc sdot γinst
gdzie γc= 15 γinst= 10 (systemy z wysokim stopniem bezpieczeństwem montażu)
(26)
8 Rozłupanie γMsp = γMc 9 Miejscowe wyłupanie betonu γMcb = γMc 10 Zniszczenie dodatkowego
zbrojenia γMsre = 115
11 Zniszczenie zakotwienia dodatkowego zbrojenia
γMa = γc
Tabela 21 Częściowe wspoacutełczynniki bezpieczeństwa dla szyn kotwiących pod
obciążeniem rozciągającym według dokumentu [5]
5
Rodzaj uszkodzenia Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa
Roacutewnanie
1
Śruba hakowa lub śruba młotkowa i kotwa
fuumlr fuk le 800 Nmmsup2 und fykfuk le 08
ukM s
yk
f10 125
fγ = sdot ge
fuumlr fuk gt 800 Nmmsup2 oder fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
2
bez ramienia momentu
Lokalne odgięcie profilu szyny
γMsh = 18
3
Zniszczenie stali
z ramieniem momentu
Śruba hakowa lub śruba młotkowa
dla fuk le 800 Nmmsup2 oraz fykfuk le 08
γ = sdot geukMs
yk
f10 125f
dla fuk gt 800 Nmmsup2 lub fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
4 Wyłamanie betonu po stronie odwrotnej od obciążenia γMcp = γc 5 Zniszczenie krawędzi betonu γM = γc
6 Zniszczenie stali dodatkowego zbrojenia γMsre = 115
7 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania γMa = γc
Tabela 22 Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla szyn kotwiących pod
obciążeniem poprzecznym według [5] Dla obliczeń sprawdzających przydatności użytkowej obowiązuje wartość γM = 10 Przy szynach kotwiących można zastosować wspoacutełczynnik bezpieczeństwa montażu o wartości γinst= 10 jeżeli zostały spełnione następujące warunki Warunki te podane są w szczegoacutełowej instrukcji montażu producenta
1 Szyny kotwiące należy mocować do szalunku w taki sposoacuteb aby przy wbudowaniu zbrojenia oraz podczas układania i zagęszczania betonu nie doszło do ich poruszenia
2 Beton powinien zostać odpowiednio zagęszczony w szczegoacutelności w miejscu głowicy kotwy
3 Szyn kotwiących nie należy mocować poprzez wciskanie w beton Można je jednak umieścić w świeżym betonie poprzez wibrację (bezpośrednio po wlaniu) przy zachowaniu następujących warunkoacutew
bull długość szyny kotwiącej nie może przekraczać 1m aby zagwarantować że szyna osiądzie w betonie roacutewnomierne na całej długości bull należy bardzo starannie zagęścić beton w obszarze szyny kotwiącej aby uniknąć wolnych przestrzeni pod szyną ktoacutere mogą powstać w wyniku jej osiadania w betonie
6
bull po zamocowaniu szyn kotwiących i zagęszczeniu betonu nie należy więcej ruszać szyn
4 Prace związane z odpowiednim zamocowaniem szyn kotwiących muszą zostać wykonane przez wykwalifikowany personel w szczegoacutelności w przypadku zagęszczania wibracyjnego Ponadto prace te należy kontrolować
Podane w tabeli 21 oraz tabeli 22 wartości częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa są podane w aprobatach 21 Beton niezarysowany i zarysowany Szyny kotwiące mogą zostać zastosowane zaroacutewno w betonie niezarysowanym jak i zarysowanym Z reguły zakłada się wykonanie w betonie zarysowanym Przy ocenie czy mamy do czynienia z betonem zarysowanym czy nie należy wziąć pod uwagę wszystkie przypadki obciążenia w szczegoacutelności także naprężenie wywołane przez utwardzenie związane z temperaturą kurczeniem i osiadaniem podpoacuter W przypadkach szczegoacutelnych dla obliczeń można wyjść od betonu niezarysowanego jeżeli szyna kotwiąca wraz z całą głębokością zakotwienia w stanie użytkowym znajduje się w betonie niezarysowanym Obliczenie sprawdzające jest spełnione kiedy roacutewnanie (29) jest zachowane w każdym miejscu zamocowania na całej głębokości zakotwienia
+ leL R admσ σ σ (29)
gdzie σL = naprężenia w betonie ktoacutere są wywołane przez obciążenia zewnętrzne wraz
z obciążeniami wynikającymi z mocowania σR = naprężenia w betonie wywołane przez wewnętrzne deformacje (np kurczenie
betonu) lub przez deformacje działające z zewnątrz (np na skutek przesunięcia podpoacuter) lub wahań temperatury Jeżeli nie zostanie przeprowadzone dokładne obliczenie sprawdzające należy przyjąć σR = 3Nmm2
σadm = dopuszczalne naprężenie rozciągające Obliczenie naprężeń σL i σR przeprowadzone jest dla betonu niezarysowanego W przypadku elementoacutew budowlanych z dwuosiowym przejmowaniem obciążenia (np płyty ściany osłony) roacutewnanie (29) należy spełnić w obydwoacutech kierunkach Wartość σ adm jest podana w narodowych załącznikach dokumentu CEN Zalecana wartość dla σ adm = 0
7
Przy obliczeniach wartości naprężeń σL i σR należy wyjść od betonu niezarysowanego Jeżeli na szynę kotwiącą w stanie użytkowym oddziałuje miejscowo obciążenie rozciągające lub poprzeczne gt 60 kN należy zawsze wyjść od betonu zarysowanego
3 ODDZIAŁYWANIA Z wartości obliczeniowych oddziaływań wpływających na szynę kotwiącą oblicza się według roacutewnania (22) siły w kotwach momenty zginające szyn oraz siły rozciągające w ewentualnym zbrojeniu kotwiącym w sposoacuteb opisany poniżej 31 Obciążenia rozciągające szynę W przypadku szyn kotwiących z dwiema kotwami siły rozciągające kotwy można obliczyć w przybliżeniu jak dla belki podpartej przegubowo na dwoacutech podporach tzn nie trzeba uwzględniać częściowego zamocowania końcowego W przypadku zastosowania szyn kotwiących z więcej niż dwiema kotwami ustalenie wartości obliczeniowej obciążenia kotwy Na
Edi następuje według roacutewnania (31) Analizy przeprowadzonych niezbędnych proacuteb z szynami firm DKG i Halfen w dokumencie [9] i [10] pokazują że dla szyn kotwiących obydwu producentoacutew można zastosować model rozłożenia siły zgodnie z roacutewnaniem (31) także dla szyn kotwiących z dwiema kotwami
a Edi j EdN k A N= sdot sdot (31)
gdzie
aiEdN = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego kotwy i
j
1k
A=
sum (31a)
Ai = rzędne troacutejkąta o wysokości 1m na miejscu obciążenia NEd oraz najdłuższego boku 2li przy kotwie i
NEd = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego działającego na szynę kotwiącą według roacutewnania (22)
= sdot sdot ge005 05
i yl 13 I s s [mm]
(32)
n = liczba kotew przy szynie w obrębie najdłuższego boku li w stosunku do obydwu stron działającego obciążenia patrz rys 31
ly = moment bezwładności szyny [mm4] s = rozstaw kotew
8
2
l 125s 1A
l 6minus
= = a aEd1 Ed5N N 0= =
3
l 025s 5A
l 6minus
= = aEd2 Ed
1 2 1N N N
6 3 9= sdot sdot =
4
l 075s 1A
l 2minus
= = aEd3 Ed
5 2 5N N N
6 3 9= sdot sdot =
2 3 4
1 2k
A A A 3= =
+ + a
Ed4 Ed
1 2 1N N N
2 3 3= sdot sdot =
Rys 31 Przykład obliczenia siły rozciągającej kotwy na podstawie metody najdłuższego boku dla szyny kotwiącej z 5 kotwami Przyjęta długość boku wynosi li = 15
Moment bezwładności należy pobrać z dokumentu Europejskiej Aprobaty Technicznej (ETA) W przypadku wielu obciążeń rozciągających oddziaływujących na szynę kotwiącą wartości Na
Edi należy zsumować (superpozycja liniowa) W przypadku kiedy dokładne położenie działających obciążeń nie jest znane należy dla każdego rodzaju uszkodzenia przyjąć położenie najniekorzystniejsze (np obciążenie działające ponad kotwą w przypadku zniszczenia stali kotwy lub wyciągnięcia oraz obciążenie działające między kotwami w przypadku zniszczenia poprzez zginanie szyny
9
32 Obciążenia poprzeczne do szyny kotwiącej Obowiązuje podrozdział 31 W roacutewnaniu (31) należy jednak zastąpić NEd wartością VEd
Można przyjąć że obciążenie poprzeczne bez ramienia dźwigni działa na szynie kotwiącej jeśli element montażowy jest przyłożony bezpośrednio w stosunku do szyny kotwiącej lub betonu ewentualnie jeśli grubość istniejącej warstwy zaprawy wynosi 05d oraz średnica df otworu przejścia w elemencie montażowym nie przekracza wartości zgodnie z dokumentem [5] Jeżeli podane warunki nie zostaną zachowane należy przyjąć że obciążenie poprzeczne działa w odległości od szyny kotwiącej Moment zginający w śrubie zależy od tego czy element montażowy można przekręcić lub nie (patrz rys 49) 33 Obciążenie zginające Moment zginający w szynie może być obliczony w zależności od liczby kotew przy belce położonej przegubowo na dwoacutech podporach z rozpiętością odpowiadającą odstępowi między kotwami Ta zasada nie w pełni odpowiada rzeczywistej pracy ponieważ nieuwzględnione jest częściowe sprężenie występujące na końcoacutewkach szyny oraz tzw efekt liny przy szynach kotwiących z więcej niż dwoma kotwami Dla wyroacutewnania wprowadzono w ETA wielkości wyroacutewnujące momentoacutew zginających Są one większe od naprężeń powstałych od momentoacutew plastycznych Zostało to wprowadzone dla prostego wyznaczenia momentoacutew zginających 34 Zbrojenie kotwiące 341 Obciążenie rozciągające na szynie kotwiącej Wartość obliczeniowa siły rozciągającej NEdre zbrojenia kotwiącego kotwy i odpowiada wartości Na
Edi danej kotwy 342 Obciążenie poprzeczne do szyny kotwiącej Siła rozciągana w kotwie i w zbrojeniu kotwiącym NRdre wynika z roacutewnania (33) Jeżeli zbrojenie kotwiące nie jest ustawione w kierunku działającej siły poprzecznej to należy to uwzględnić przy wyliczaniu siły rozciągającej w zbrojeniu
10
sEdre Ed
eN V 1
z⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠
(33)
gdzie es = odległość pomiędzy obciążeniem poprzecznym a zbrojeniem kotwiącym z = wewnętrzne ramię dźwigni asymp 085 middot hlsquo asymp 085 middot (h ndash hch ndash 05 ds)
ef
1
2hh m in
2c
⎧le ⎨
⎩
Jeżeli kotwy będą obciążone roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi należy obliczyć roacutewnanie (33) z zastosowaniem obciążenia poprzecznego kotwy najbardziej obciążonej Vh
Ed Prowadzi to do wzoru Nh
EdRe
4 CHARAKTERYSTYCZNE NOŚNOŚCI SZYN KOTWIĄCYCH
41 Obciążenie rozciągające 411 Informacje ogoacutelne Występujące pod obciążeniem rozciągającym rodzaje zniszczeń pokazano na rys 41 Wymagane obliczenia sprawdzające dla wszystkich typoacutew uszkodzeń zostały zestawione w tabeli 41 W przypadku zastosowań bez zbrojenia kotwiącego należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 9 Przy zastosowaniu ze zbrojeniem kotwiącym należy wykazać wartości nośności zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 6 oraz od 8 do 11 Obliczenia sprawdzające pod kątem zniszczenia stożka betonowego są
11
zastępowane przez obliczenia sprawdzające zniszczenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie kotwy zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
12
Rys 41 Typy wad dla szyn kotwiących pod obciążeniem rozciągającym
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
1
1 INFORMACJE OGOacuteLNE Wymiarowanie szyn kotwiących odbywało się jak dotąd na podstawie aprobat nadzoru budowlanego DIBt (Niemieckiego Instytutu Techniki Budowlanej) [1] [2] Aprobaty te zawierają tabele w ktoacuterych podane są wartości dopuszczalnych obciążeń (poroacutewnaj [1] [2]) Obciążenia te zostały wyprowadzone na podstawie wynikoacutew przeprowadzonych proacuteb w betonie niezarysowanym przy zastosowaniu globalnego wspoacutełczynnika bezpieczeństwa Zgodnie z aprobatami dopuszczalne obciążenia mogą być także zastosowane w betonie zarysowanym Aprobaty uwzględniają powstawanie zarysowań w betonie w sposoacuteb niedokładny ze względu na to że rysy w betonie redukują wartość obciążenia niszczącego (patrz [13]) Aprobaty te zalecają aby w przypadku wysokich obciążeń rozciągających zastosować zbrojenie kotwiące a w przypadku mocowania w pobliżu krawędzi elementu budowlanego zastosować otoczenie prętami prostymi oraz strzemionami w celu przyjęcia obciążenia poprzecznego W przyszłości wymiarowanie powinno odbywać się według CEN Technical Specifikation (Normatywna Specyfikacja Techniczna) (Prenorma) ([5] [6]) w połączeniu z europejskimi technicznymi aprobatami (ETA [11] [12]) Normatywna Specyfikacja Techniczna ([5] [6]) powstawała stopniowo i została także opublikowana w Niemczech Wymiarowanie odbywa się na podstawie koncepcji stosowania częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa Charakterystyczne nośności z reguły są obliczane za pomocą roacutewnań Przy określonych typach zniszczeń (np zniszczenie połączenia kotwy z profilem szyny lub lokalne odgięcie profilu szyny) tam gdzie obciążenie niszczące z wady nie może zostać obliczone z wystarczającą dokładnością przeprowadza się proacuteby [3] Nośności charakterystyczne wyprowadzone z wynikoacutew proacuteb oraz minimalne odległości krawędziowe i osiowe jak też minimalne grubości elementoacutew budowlanych są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) ([11][12]) Przy wymiarowaniu rozroacuteżnia się kierunki obciążeń oraz rodzaje uszkodzeń W dokumencie [6] są rozpatrywane następujące przypadki zastosowań
bull obciążenie w kierunku podłużnej osi szyny bull obciążenie związane ze zmęczeniem materiału bull obciążenia sejsmiczne
Przedstawiony poniżej model wymiarowania obowiązuje wyłącznie dla szyn kotwiących ktoacutere posiadają ważną europejską aprobatę techniczną ETA ([11] [12]) a tym samym spełniają niezbędne wymagania oraz warunki przeprowadzanych kontroli określonych w dokumencie CUAP [3] wspoacutelna wykładnia procedur oceny
2
2 KONCEPCJA BEZPIECZEŃSTWA Przy obliczeniu sprawdzającym wartość obliczeniowa efektu oddziaływania nie może przekroczyć wartości obliczeniowej nośności (roacutewnanie (21))
d dE Rle (21)
gdzie Ed = wartość obliczeniowa efektu oddziaływania Rd = wartości obliczeniowej nośności przeciw oddziaływaniu Wartość obliczeniowa efektu oddziaływania odpowiada obciążeniu oddziałującemu pomnożonemu o wartość częściowego wspoacutełczynnika bezpieczeństwa dla obciążenia (roacutewnanie (22)) Obowiązują wartości częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa według normy EN 1990 [4]
gt
= γ sdot + γ sdot + γ sdot ψ sdotsum sumd G k Q 1 k1 Q i 0i kii 1
E G Q Q (22)
γG = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla stałego efektu oddziaływania
(γG=135) γQ = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla zmiennego efektu oddziaływania
(γQ =150) Gk = charakterystyczna wartość oddziaływania stałego Qk1 = charakterystyczna wartość największego zmiennego oddziaływania Qki = charakterystyczna wartość dla dalszych oddziaływań zmiennych ψ0 = wspoacutełczynnik kombinacji dla oddziaływań rzadkich Roacutewnanie (22) obowiązuje dla obciążenia stałego oraz wielu zmiennych oddziaływań idących w tym samym kierunku co obciążenie stałe Dla innych kombinacji obciążeń patrz [4] Należy uwzględnić siły przekrojowe wynikające z odkształceń zamocowanego elementu budowlanego przez szynę kotwiącą Jako przynależny częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa zaleca się w dokumencie [5] zastosowanie wartości γ ind = 12 dla warunkoacutew betonu lub γ ind = 1 dla innych typoacutew zniszczeń Wartość obliczeniową nośności wylicza się z charakterystycznych nośności pod obciążeniem rozciągającym lub poprzecznym podzielonym przez częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa materiału (roacutewnanie (23)) Wartość ta zależy od rodzaju zniszczenia
3
M
kd
RR
γ=
(23)
gdzie Rk = charakterystyczna nośność γM = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa materiału Zalecane w [5] częściowe wspoacutełczynniki bezpieczeństwa dla pojedynczych typoacutew zniszczeń zostały zestawione w tabeli 21 (obciążenie rozciągające) i w tabeli 22 (obciążenie poprzeczne) Przydatność użytkowa jest sprawdzona jeśli wartość obliczeniowa oddziaływania nie przekracza wartości znamionowej właściwości elementu budowlanego (roacutewnanie (24))
d dE Cle (24)
gdzie Ed = wartość obliczeniowa efektu oddziaływania (np wartość obliczeniowa
przesunięcia kotwy) Cd = wartość znamionowa (np ograniczenie przesunięcia) Wartość obliczeniowa przesunięcia kotwy Ed jest podana dla określonego obciążenia przy kotwie NEk w danej aprobacie Obciążenie działające na szynę oblicza się na podstawie roacutewnania (22) gdzie γG = γQ = 10 oraz wspoacutełczynnika kombinacji ψ1 dla najczęstszego oddziaływania Obciążenia kotwy ustala się według podrozdziału 31 lub 32 Można także wyjść od zależności liniowej między przesunięciem Ed a obciążeniem kotwy Przy kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego należy nałożyć elementy rozciągające i poprzeczne przesunięć wektorowo Wartość znamionowa przesunięcia Cd powinna zostać ustalona przez projektanta przy czym należy uwzględnić dane warunki użytkowania Zalecana wartość wspoacutełczynnika bezpieczeństwa materiału w dokumencie [5] to γM = 1
4
Nr Rodzaj uszkodzeń Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa Roacutewnanie 1 Kotwa śruba uk
M syk
f12 14
fγ = sdot ge (25)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
γMsc = 18
3 Lokalne
odgięcie
ramion szyny
γMsl = 18
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
ukM s
yk
f12 14
fγ = sdot ge
(25)
5
Zniszczenia stali
Zgięcie szyny γMsflex = 115 6 Wyciągnięcie γMp = γMc 7
Wyrwanie stożka betonowego
γMc = γc sdot γinst
gdzie γc= 15 γinst= 10 (systemy z wysokim stopniem bezpieczeństwem montażu)
(26)
8 Rozłupanie γMsp = γMc 9 Miejscowe wyłupanie betonu γMcb = γMc 10 Zniszczenie dodatkowego
zbrojenia γMsre = 115
11 Zniszczenie zakotwienia dodatkowego zbrojenia
γMa = γc
Tabela 21 Częściowe wspoacutełczynniki bezpieczeństwa dla szyn kotwiących pod
obciążeniem rozciągającym według dokumentu [5]
5
Rodzaj uszkodzenia Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa
Roacutewnanie
1
Śruba hakowa lub śruba młotkowa i kotwa
fuumlr fuk le 800 Nmmsup2 und fykfuk le 08
ukM s
yk
f10 125
fγ = sdot ge
fuumlr fuk gt 800 Nmmsup2 oder fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
2
bez ramienia momentu
Lokalne odgięcie profilu szyny
γMsh = 18
3
Zniszczenie stali
z ramieniem momentu
Śruba hakowa lub śruba młotkowa
dla fuk le 800 Nmmsup2 oraz fykfuk le 08
γ = sdot geukMs
yk
f10 125f
dla fuk gt 800 Nmmsup2 lub fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
4 Wyłamanie betonu po stronie odwrotnej od obciążenia γMcp = γc 5 Zniszczenie krawędzi betonu γM = γc
6 Zniszczenie stali dodatkowego zbrojenia γMsre = 115
7 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania γMa = γc
Tabela 22 Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla szyn kotwiących pod
obciążeniem poprzecznym według [5] Dla obliczeń sprawdzających przydatności użytkowej obowiązuje wartość γM = 10 Przy szynach kotwiących można zastosować wspoacutełczynnik bezpieczeństwa montażu o wartości γinst= 10 jeżeli zostały spełnione następujące warunki Warunki te podane są w szczegoacutełowej instrukcji montażu producenta
1 Szyny kotwiące należy mocować do szalunku w taki sposoacuteb aby przy wbudowaniu zbrojenia oraz podczas układania i zagęszczania betonu nie doszło do ich poruszenia
2 Beton powinien zostać odpowiednio zagęszczony w szczegoacutelności w miejscu głowicy kotwy
3 Szyn kotwiących nie należy mocować poprzez wciskanie w beton Można je jednak umieścić w świeżym betonie poprzez wibrację (bezpośrednio po wlaniu) przy zachowaniu następujących warunkoacutew
bull długość szyny kotwiącej nie może przekraczać 1m aby zagwarantować że szyna osiądzie w betonie roacutewnomierne na całej długości bull należy bardzo starannie zagęścić beton w obszarze szyny kotwiącej aby uniknąć wolnych przestrzeni pod szyną ktoacutere mogą powstać w wyniku jej osiadania w betonie
6
bull po zamocowaniu szyn kotwiących i zagęszczeniu betonu nie należy więcej ruszać szyn
4 Prace związane z odpowiednim zamocowaniem szyn kotwiących muszą zostać wykonane przez wykwalifikowany personel w szczegoacutelności w przypadku zagęszczania wibracyjnego Ponadto prace te należy kontrolować
Podane w tabeli 21 oraz tabeli 22 wartości częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa są podane w aprobatach 21 Beton niezarysowany i zarysowany Szyny kotwiące mogą zostać zastosowane zaroacutewno w betonie niezarysowanym jak i zarysowanym Z reguły zakłada się wykonanie w betonie zarysowanym Przy ocenie czy mamy do czynienia z betonem zarysowanym czy nie należy wziąć pod uwagę wszystkie przypadki obciążenia w szczegoacutelności także naprężenie wywołane przez utwardzenie związane z temperaturą kurczeniem i osiadaniem podpoacuter W przypadkach szczegoacutelnych dla obliczeń można wyjść od betonu niezarysowanego jeżeli szyna kotwiąca wraz z całą głębokością zakotwienia w stanie użytkowym znajduje się w betonie niezarysowanym Obliczenie sprawdzające jest spełnione kiedy roacutewnanie (29) jest zachowane w każdym miejscu zamocowania na całej głębokości zakotwienia
+ leL R admσ σ σ (29)
gdzie σL = naprężenia w betonie ktoacutere są wywołane przez obciążenia zewnętrzne wraz
z obciążeniami wynikającymi z mocowania σR = naprężenia w betonie wywołane przez wewnętrzne deformacje (np kurczenie
betonu) lub przez deformacje działające z zewnątrz (np na skutek przesunięcia podpoacuter) lub wahań temperatury Jeżeli nie zostanie przeprowadzone dokładne obliczenie sprawdzające należy przyjąć σR = 3Nmm2
σadm = dopuszczalne naprężenie rozciągające Obliczenie naprężeń σL i σR przeprowadzone jest dla betonu niezarysowanego W przypadku elementoacutew budowlanych z dwuosiowym przejmowaniem obciążenia (np płyty ściany osłony) roacutewnanie (29) należy spełnić w obydwoacutech kierunkach Wartość σ adm jest podana w narodowych załącznikach dokumentu CEN Zalecana wartość dla σ adm = 0
7
Przy obliczeniach wartości naprężeń σL i σR należy wyjść od betonu niezarysowanego Jeżeli na szynę kotwiącą w stanie użytkowym oddziałuje miejscowo obciążenie rozciągające lub poprzeczne gt 60 kN należy zawsze wyjść od betonu zarysowanego
3 ODDZIAŁYWANIA Z wartości obliczeniowych oddziaływań wpływających na szynę kotwiącą oblicza się według roacutewnania (22) siły w kotwach momenty zginające szyn oraz siły rozciągające w ewentualnym zbrojeniu kotwiącym w sposoacuteb opisany poniżej 31 Obciążenia rozciągające szynę W przypadku szyn kotwiących z dwiema kotwami siły rozciągające kotwy można obliczyć w przybliżeniu jak dla belki podpartej przegubowo na dwoacutech podporach tzn nie trzeba uwzględniać częściowego zamocowania końcowego W przypadku zastosowania szyn kotwiących z więcej niż dwiema kotwami ustalenie wartości obliczeniowej obciążenia kotwy Na
Edi następuje według roacutewnania (31) Analizy przeprowadzonych niezbędnych proacuteb z szynami firm DKG i Halfen w dokumencie [9] i [10] pokazują że dla szyn kotwiących obydwu producentoacutew można zastosować model rozłożenia siły zgodnie z roacutewnaniem (31) także dla szyn kotwiących z dwiema kotwami
a Edi j EdN k A N= sdot sdot (31)
gdzie
aiEdN = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego kotwy i
j
1k
A=
sum (31a)
Ai = rzędne troacutejkąta o wysokości 1m na miejscu obciążenia NEd oraz najdłuższego boku 2li przy kotwie i
NEd = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego działającego na szynę kotwiącą według roacutewnania (22)
= sdot sdot ge005 05
i yl 13 I s s [mm]
(32)
n = liczba kotew przy szynie w obrębie najdłuższego boku li w stosunku do obydwu stron działającego obciążenia patrz rys 31
ly = moment bezwładności szyny [mm4] s = rozstaw kotew
8
2
l 125s 1A
l 6minus
= = a aEd1 Ed5N N 0= =
3
l 025s 5A
l 6minus
= = aEd2 Ed
1 2 1N N N
6 3 9= sdot sdot =
4
l 075s 1A
l 2minus
= = aEd3 Ed
5 2 5N N N
6 3 9= sdot sdot =
2 3 4
1 2k
A A A 3= =
+ + a
Ed4 Ed
1 2 1N N N
2 3 3= sdot sdot =
Rys 31 Przykład obliczenia siły rozciągającej kotwy na podstawie metody najdłuższego boku dla szyny kotwiącej z 5 kotwami Przyjęta długość boku wynosi li = 15
Moment bezwładności należy pobrać z dokumentu Europejskiej Aprobaty Technicznej (ETA) W przypadku wielu obciążeń rozciągających oddziaływujących na szynę kotwiącą wartości Na
Edi należy zsumować (superpozycja liniowa) W przypadku kiedy dokładne położenie działających obciążeń nie jest znane należy dla każdego rodzaju uszkodzenia przyjąć położenie najniekorzystniejsze (np obciążenie działające ponad kotwą w przypadku zniszczenia stali kotwy lub wyciągnięcia oraz obciążenie działające między kotwami w przypadku zniszczenia poprzez zginanie szyny
9
32 Obciążenia poprzeczne do szyny kotwiącej Obowiązuje podrozdział 31 W roacutewnaniu (31) należy jednak zastąpić NEd wartością VEd
Można przyjąć że obciążenie poprzeczne bez ramienia dźwigni działa na szynie kotwiącej jeśli element montażowy jest przyłożony bezpośrednio w stosunku do szyny kotwiącej lub betonu ewentualnie jeśli grubość istniejącej warstwy zaprawy wynosi 05d oraz średnica df otworu przejścia w elemencie montażowym nie przekracza wartości zgodnie z dokumentem [5] Jeżeli podane warunki nie zostaną zachowane należy przyjąć że obciążenie poprzeczne działa w odległości od szyny kotwiącej Moment zginający w śrubie zależy od tego czy element montażowy można przekręcić lub nie (patrz rys 49) 33 Obciążenie zginające Moment zginający w szynie może być obliczony w zależności od liczby kotew przy belce położonej przegubowo na dwoacutech podporach z rozpiętością odpowiadającą odstępowi między kotwami Ta zasada nie w pełni odpowiada rzeczywistej pracy ponieważ nieuwzględnione jest częściowe sprężenie występujące na końcoacutewkach szyny oraz tzw efekt liny przy szynach kotwiących z więcej niż dwoma kotwami Dla wyroacutewnania wprowadzono w ETA wielkości wyroacutewnujące momentoacutew zginających Są one większe od naprężeń powstałych od momentoacutew plastycznych Zostało to wprowadzone dla prostego wyznaczenia momentoacutew zginających 34 Zbrojenie kotwiące 341 Obciążenie rozciągające na szynie kotwiącej Wartość obliczeniowa siły rozciągającej NEdre zbrojenia kotwiącego kotwy i odpowiada wartości Na
Edi danej kotwy 342 Obciążenie poprzeczne do szyny kotwiącej Siła rozciągana w kotwie i w zbrojeniu kotwiącym NRdre wynika z roacutewnania (33) Jeżeli zbrojenie kotwiące nie jest ustawione w kierunku działającej siły poprzecznej to należy to uwzględnić przy wyliczaniu siły rozciągającej w zbrojeniu
10
sEdre Ed
eN V 1
z⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠
(33)
gdzie es = odległość pomiędzy obciążeniem poprzecznym a zbrojeniem kotwiącym z = wewnętrzne ramię dźwigni asymp 085 middot hlsquo asymp 085 middot (h ndash hch ndash 05 ds)
ef
1
2hh m in
2c
⎧le ⎨
⎩
Jeżeli kotwy będą obciążone roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi należy obliczyć roacutewnanie (33) z zastosowaniem obciążenia poprzecznego kotwy najbardziej obciążonej Vh
Ed Prowadzi to do wzoru Nh
EdRe
4 CHARAKTERYSTYCZNE NOŚNOŚCI SZYN KOTWIĄCYCH
41 Obciążenie rozciągające 411 Informacje ogoacutelne Występujące pod obciążeniem rozciągającym rodzaje zniszczeń pokazano na rys 41 Wymagane obliczenia sprawdzające dla wszystkich typoacutew uszkodzeń zostały zestawione w tabeli 41 W przypadku zastosowań bez zbrojenia kotwiącego należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 9 Przy zastosowaniu ze zbrojeniem kotwiącym należy wykazać wartości nośności zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 6 oraz od 8 do 11 Obliczenia sprawdzające pod kątem zniszczenia stożka betonowego są
11
zastępowane przez obliczenia sprawdzające zniszczenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie kotwy zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
12
Rys 41 Typy wad dla szyn kotwiących pod obciążeniem rozciągającym
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
2
2 KONCEPCJA BEZPIECZEŃSTWA Przy obliczeniu sprawdzającym wartość obliczeniowa efektu oddziaływania nie może przekroczyć wartości obliczeniowej nośności (roacutewnanie (21))
d dE Rle (21)
gdzie Ed = wartość obliczeniowa efektu oddziaływania Rd = wartości obliczeniowej nośności przeciw oddziaływaniu Wartość obliczeniowa efektu oddziaływania odpowiada obciążeniu oddziałującemu pomnożonemu o wartość częściowego wspoacutełczynnika bezpieczeństwa dla obciążenia (roacutewnanie (22)) Obowiązują wartości częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa według normy EN 1990 [4]
gt
= γ sdot + γ sdot + γ sdot ψ sdotsum sumd G k Q 1 k1 Q i 0i kii 1
E G Q Q (22)
γG = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla stałego efektu oddziaływania
(γG=135) γQ = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla zmiennego efektu oddziaływania
(γQ =150) Gk = charakterystyczna wartość oddziaływania stałego Qk1 = charakterystyczna wartość największego zmiennego oddziaływania Qki = charakterystyczna wartość dla dalszych oddziaływań zmiennych ψ0 = wspoacutełczynnik kombinacji dla oddziaływań rzadkich Roacutewnanie (22) obowiązuje dla obciążenia stałego oraz wielu zmiennych oddziaływań idących w tym samym kierunku co obciążenie stałe Dla innych kombinacji obciążeń patrz [4] Należy uwzględnić siły przekrojowe wynikające z odkształceń zamocowanego elementu budowlanego przez szynę kotwiącą Jako przynależny częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa zaleca się w dokumencie [5] zastosowanie wartości γ ind = 12 dla warunkoacutew betonu lub γ ind = 1 dla innych typoacutew zniszczeń Wartość obliczeniową nośności wylicza się z charakterystycznych nośności pod obciążeniem rozciągającym lub poprzecznym podzielonym przez częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa materiału (roacutewnanie (23)) Wartość ta zależy od rodzaju zniszczenia
3
M
kd
RR
γ=
(23)
gdzie Rk = charakterystyczna nośność γM = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa materiału Zalecane w [5] częściowe wspoacutełczynniki bezpieczeństwa dla pojedynczych typoacutew zniszczeń zostały zestawione w tabeli 21 (obciążenie rozciągające) i w tabeli 22 (obciążenie poprzeczne) Przydatność użytkowa jest sprawdzona jeśli wartość obliczeniowa oddziaływania nie przekracza wartości znamionowej właściwości elementu budowlanego (roacutewnanie (24))
d dE Cle (24)
gdzie Ed = wartość obliczeniowa efektu oddziaływania (np wartość obliczeniowa
przesunięcia kotwy) Cd = wartość znamionowa (np ograniczenie przesunięcia) Wartość obliczeniowa przesunięcia kotwy Ed jest podana dla określonego obciążenia przy kotwie NEk w danej aprobacie Obciążenie działające na szynę oblicza się na podstawie roacutewnania (22) gdzie γG = γQ = 10 oraz wspoacutełczynnika kombinacji ψ1 dla najczęstszego oddziaływania Obciążenia kotwy ustala się według podrozdziału 31 lub 32 Można także wyjść od zależności liniowej między przesunięciem Ed a obciążeniem kotwy Przy kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego należy nałożyć elementy rozciągające i poprzeczne przesunięć wektorowo Wartość znamionowa przesunięcia Cd powinna zostać ustalona przez projektanta przy czym należy uwzględnić dane warunki użytkowania Zalecana wartość wspoacutełczynnika bezpieczeństwa materiału w dokumencie [5] to γM = 1
4
Nr Rodzaj uszkodzeń Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa Roacutewnanie 1 Kotwa śruba uk
M syk
f12 14
fγ = sdot ge (25)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
γMsc = 18
3 Lokalne
odgięcie
ramion szyny
γMsl = 18
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
ukM s
yk
f12 14
fγ = sdot ge
(25)
5
Zniszczenia stali
Zgięcie szyny γMsflex = 115 6 Wyciągnięcie γMp = γMc 7
Wyrwanie stożka betonowego
γMc = γc sdot γinst
gdzie γc= 15 γinst= 10 (systemy z wysokim stopniem bezpieczeństwem montażu)
(26)
8 Rozłupanie γMsp = γMc 9 Miejscowe wyłupanie betonu γMcb = γMc 10 Zniszczenie dodatkowego
zbrojenia γMsre = 115
11 Zniszczenie zakotwienia dodatkowego zbrojenia
γMa = γc
Tabela 21 Częściowe wspoacutełczynniki bezpieczeństwa dla szyn kotwiących pod
obciążeniem rozciągającym według dokumentu [5]
5
Rodzaj uszkodzenia Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa
Roacutewnanie
1
Śruba hakowa lub śruba młotkowa i kotwa
fuumlr fuk le 800 Nmmsup2 und fykfuk le 08
ukM s
yk
f10 125
fγ = sdot ge
fuumlr fuk gt 800 Nmmsup2 oder fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
2
bez ramienia momentu
Lokalne odgięcie profilu szyny
γMsh = 18
3
Zniszczenie stali
z ramieniem momentu
Śruba hakowa lub śruba młotkowa
dla fuk le 800 Nmmsup2 oraz fykfuk le 08
γ = sdot geukMs
yk
f10 125f
dla fuk gt 800 Nmmsup2 lub fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
4 Wyłamanie betonu po stronie odwrotnej od obciążenia γMcp = γc 5 Zniszczenie krawędzi betonu γM = γc
6 Zniszczenie stali dodatkowego zbrojenia γMsre = 115
7 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania γMa = γc
Tabela 22 Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla szyn kotwiących pod
obciążeniem poprzecznym według [5] Dla obliczeń sprawdzających przydatności użytkowej obowiązuje wartość γM = 10 Przy szynach kotwiących można zastosować wspoacutełczynnik bezpieczeństwa montażu o wartości γinst= 10 jeżeli zostały spełnione następujące warunki Warunki te podane są w szczegoacutełowej instrukcji montażu producenta
1 Szyny kotwiące należy mocować do szalunku w taki sposoacuteb aby przy wbudowaniu zbrojenia oraz podczas układania i zagęszczania betonu nie doszło do ich poruszenia
2 Beton powinien zostać odpowiednio zagęszczony w szczegoacutelności w miejscu głowicy kotwy
3 Szyn kotwiących nie należy mocować poprzez wciskanie w beton Można je jednak umieścić w świeżym betonie poprzez wibrację (bezpośrednio po wlaniu) przy zachowaniu następujących warunkoacutew
bull długość szyny kotwiącej nie może przekraczać 1m aby zagwarantować że szyna osiądzie w betonie roacutewnomierne na całej długości bull należy bardzo starannie zagęścić beton w obszarze szyny kotwiącej aby uniknąć wolnych przestrzeni pod szyną ktoacutere mogą powstać w wyniku jej osiadania w betonie
6
bull po zamocowaniu szyn kotwiących i zagęszczeniu betonu nie należy więcej ruszać szyn
4 Prace związane z odpowiednim zamocowaniem szyn kotwiących muszą zostać wykonane przez wykwalifikowany personel w szczegoacutelności w przypadku zagęszczania wibracyjnego Ponadto prace te należy kontrolować
Podane w tabeli 21 oraz tabeli 22 wartości częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa są podane w aprobatach 21 Beton niezarysowany i zarysowany Szyny kotwiące mogą zostać zastosowane zaroacutewno w betonie niezarysowanym jak i zarysowanym Z reguły zakłada się wykonanie w betonie zarysowanym Przy ocenie czy mamy do czynienia z betonem zarysowanym czy nie należy wziąć pod uwagę wszystkie przypadki obciążenia w szczegoacutelności także naprężenie wywołane przez utwardzenie związane z temperaturą kurczeniem i osiadaniem podpoacuter W przypadkach szczegoacutelnych dla obliczeń można wyjść od betonu niezarysowanego jeżeli szyna kotwiąca wraz z całą głębokością zakotwienia w stanie użytkowym znajduje się w betonie niezarysowanym Obliczenie sprawdzające jest spełnione kiedy roacutewnanie (29) jest zachowane w każdym miejscu zamocowania na całej głębokości zakotwienia
+ leL R admσ σ σ (29)
gdzie σL = naprężenia w betonie ktoacutere są wywołane przez obciążenia zewnętrzne wraz
z obciążeniami wynikającymi z mocowania σR = naprężenia w betonie wywołane przez wewnętrzne deformacje (np kurczenie
betonu) lub przez deformacje działające z zewnątrz (np na skutek przesunięcia podpoacuter) lub wahań temperatury Jeżeli nie zostanie przeprowadzone dokładne obliczenie sprawdzające należy przyjąć σR = 3Nmm2
σadm = dopuszczalne naprężenie rozciągające Obliczenie naprężeń σL i σR przeprowadzone jest dla betonu niezarysowanego W przypadku elementoacutew budowlanych z dwuosiowym przejmowaniem obciążenia (np płyty ściany osłony) roacutewnanie (29) należy spełnić w obydwoacutech kierunkach Wartość σ adm jest podana w narodowych załącznikach dokumentu CEN Zalecana wartość dla σ adm = 0
7
Przy obliczeniach wartości naprężeń σL i σR należy wyjść od betonu niezarysowanego Jeżeli na szynę kotwiącą w stanie użytkowym oddziałuje miejscowo obciążenie rozciągające lub poprzeczne gt 60 kN należy zawsze wyjść od betonu zarysowanego
3 ODDZIAŁYWANIA Z wartości obliczeniowych oddziaływań wpływających na szynę kotwiącą oblicza się według roacutewnania (22) siły w kotwach momenty zginające szyn oraz siły rozciągające w ewentualnym zbrojeniu kotwiącym w sposoacuteb opisany poniżej 31 Obciążenia rozciągające szynę W przypadku szyn kotwiących z dwiema kotwami siły rozciągające kotwy można obliczyć w przybliżeniu jak dla belki podpartej przegubowo na dwoacutech podporach tzn nie trzeba uwzględniać częściowego zamocowania końcowego W przypadku zastosowania szyn kotwiących z więcej niż dwiema kotwami ustalenie wartości obliczeniowej obciążenia kotwy Na
Edi następuje według roacutewnania (31) Analizy przeprowadzonych niezbędnych proacuteb z szynami firm DKG i Halfen w dokumencie [9] i [10] pokazują że dla szyn kotwiących obydwu producentoacutew można zastosować model rozłożenia siły zgodnie z roacutewnaniem (31) także dla szyn kotwiących z dwiema kotwami
a Edi j EdN k A N= sdot sdot (31)
gdzie
aiEdN = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego kotwy i
j
1k
A=
sum (31a)
Ai = rzędne troacutejkąta o wysokości 1m na miejscu obciążenia NEd oraz najdłuższego boku 2li przy kotwie i
NEd = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego działającego na szynę kotwiącą według roacutewnania (22)
= sdot sdot ge005 05
i yl 13 I s s [mm]
(32)
n = liczba kotew przy szynie w obrębie najdłuższego boku li w stosunku do obydwu stron działającego obciążenia patrz rys 31
ly = moment bezwładności szyny [mm4] s = rozstaw kotew
8
2
l 125s 1A
l 6minus
= = a aEd1 Ed5N N 0= =
3
l 025s 5A
l 6minus
= = aEd2 Ed
1 2 1N N N
6 3 9= sdot sdot =
4
l 075s 1A
l 2minus
= = aEd3 Ed
5 2 5N N N
6 3 9= sdot sdot =
2 3 4
1 2k
A A A 3= =
+ + a
Ed4 Ed
1 2 1N N N
2 3 3= sdot sdot =
Rys 31 Przykład obliczenia siły rozciągającej kotwy na podstawie metody najdłuższego boku dla szyny kotwiącej z 5 kotwami Przyjęta długość boku wynosi li = 15
Moment bezwładności należy pobrać z dokumentu Europejskiej Aprobaty Technicznej (ETA) W przypadku wielu obciążeń rozciągających oddziaływujących na szynę kotwiącą wartości Na
Edi należy zsumować (superpozycja liniowa) W przypadku kiedy dokładne położenie działających obciążeń nie jest znane należy dla każdego rodzaju uszkodzenia przyjąć położenie najniekorzystniejsze (np obciążenie działające ponad kotwą w przypadku zniszczenia stali kotwy lub wyciągnięcia oraz obciążenie działające między kotwami w przypadku zniszczenia poprzez zginanie szyny
9
32 Obciążenia poprzeczne do szyny kotwiącej Obowiązuje podrozdział 31 W roacutewnaniu (31) należy jednak zastąpić NEd wartością VEd
Można przyjąć że obciążenie poprzeczne bez ramienia dźwigni działa na szynie kotwiącej jeśli element montażowy jest przyłożony bezpośrednio w stosunku do szyny kotwiącej lub betonu ewentualnie jeśli grubość istniejącej warstwy zaprawy wynosi 05d oraz średnica df otworu przejścia w elemencie montażowym nie przekracza wartości zgodnie z dokumentem [5] Jeżeli podane warunki nie zostaną zachowane należy przyjąć że obciążenie poprzeczne działa w odległości od szyny kotwiącej Moment zginający w śrubie zależy od tego czy element montażowy można przekręcić lub nie (patrz rys 49) 33 Obciążenie zginające Moment zginający w szynie może być obliczony w zależności od liczby kotew przy belce położonej przegubowo na dwoacutech podporach z rozpiętością odpowiadającą odstępowi między kotwami Ta zasada nie w pełni odpowiada rzeczywistej pracy ponieważ nieuwzględnione jest częściowe sprężenie występujące na końcoacutewkach szyny oraz tzw efekt liny przy szynach kotwiących z więcej niż dwoma kotwami Dla wyroacutewnania wprowadzono w ETA wielkości wyroacutewnujące momentoacutew zginających Są one większe od naprężeń powstałych od momentoacutew plastycznych Zostało to wprowadzone dla prostego wyznaczenia momentoacutew zginających 34 Zbrojenie kotwiące 341 Obciążenie rozciągające na szynie kotwiącej Wartość obliczeniowa siły rozciągającej NEdre zbrojenia kotwiącego kotwy i odpowiada wartości Na
Edi danej kotwy 342 Obciążenie poprzeczne do szyny kotwiącej Siła rozciągana w kotwie i w zbrojeniu kotwiącym NRdre wynika z roacutewnania (33) Jeżeli zbrojenie kotwiące nie jest ustawione w kierunku działającej siły poprzecznej to należy to uwzględnić przy wyliczaniu siły rozciągającej w zbrojeniu
10
sEdre Ed
eN V 1
z⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠
(33)
gdzie es = odległość pomiędzy obciążeniem poprzecznym a zbrojeniem kotwiącym z = wewnętrzne ramię dźwigni asymp 085 middot hlsquo asymp 085 middot (h ndash hch ndash 05 ds)
ef
1
2hh m in
2c
⎧le ⎨
⎩
Jeżeli kotwy będą obciążone roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi należy obliczyć roacutewnanie (33) z zastosowaniem obciążenia poprzecznego kotwy najbardziej obciążonej Vh
Ed Prowadzi to do wzoru Nh
EdRe
4 CHARAKTERYSTYCZNE NOŚNOŚCI SZYN KOTWIĄCYCH
41 Obciążenie rozciągające 411 Informacje ogoacutelne Występujące pod obciążeniem rozciągającym rodzaje zniszczeń pokazano na rys 41 Wymagane obliczenia sprawdzające dla wszystkich typoacutew uszkodzeń zostały zestawione w tabeli 41 W przypadku zastosowań bez zbrojenia kotwiącego należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 9 Przy zastosowaniu ze zbrojeniem kotwiącym należy wykazać wartości nośności zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 6 oraz od 8 do 11 Obliczenia sprawdzające pod kątem zniszczenia stożka betonowego są
11
zastępowane przez obliczenia sprawdzające zniszczenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie kotwy zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
12
Rys 41 Typy wad dla szyn kotwiących pod obciążeniem rozciągającym
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
3
M
kd
RR
γ=
(23)
gdzie Rk = charakterystyczna nośność γM = częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa materiału Zalecane w [5] częściowe wspoacutełczynniki bezpieczeństwa dla pojedynczych typoacutew zniszczeń zostały zestawione w tabeli 21 (obciążenie rozciągające) i w tabeli 22 (obciążenie poprzeczne) Przydatność użytkowa jest sprawdzona jeśli wartość obliczeniowa oddziaływania nie przekracza wartości znamionowej właściwości elementu budowlanego (roacutewnanie (24))
d dE Cle (24)
gdzie Ed = wartość obliczeniowa efektu oddziaływania (np wartość obliczeniowa
przesunięcia kotwy) Cd = wartość znamionowa (np ograniczenie przesunięcia) Wartość obliczeniowa przesunięcia kotwy Ed jest podana dla określonego obciążenia przy kotwie NEk w danej aprobacie Obciążenie działające na szynę oblicza się na podstawie roacutewnania (22) gdzie γG = γQ = 10 oraz wspoacutełczynnika kombinacji ψ1 dla najczęstszego oddziaływania Obciążenia kotwy ustala się według podrozdziału 31 lub 32 Można także wyjść od zależności liniowej między przesunięciem Ed a obciążeniem kotwy Przy kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego należy nałożyć elementy rozciągające i poprzeczne przesunięć wektorowo Wartość znamionowa przesunięcia Cd powinna zostać ustalona przez projektanta przy czym należy uwzględnić dane warunki użytkowania Zalecana wartość wspoacutełczynnika bezpieczeństwa materiału w dokumencie [5] to γM = 1
4
Nr Rodzaj uszkodzeń Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa Roacutewnanie 1 Kotwa śruba uk
M syk
f12 14
fγ = sdot ge (25)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
γMsc = 18
3 Lokalne
odgięcie
ramion szyny
γMsl = 18
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
ukM s
yk
f12 14
fγ = sdot ge
(25)
5
Zniszczenia stali
Zgięcie szyny γMsflex = 115 6 Wyciągnięcie γMp = γMc 7
Wyrwanie stożka betonowego
γMc = γc sdot γinst
gdzie γc= 15 γinst= 10 (systemy z wysokim stopniem bezpieczeństwem montażu)
(26)
8 Rozłupanie γMsp = γMc 9 Miejscowe wyłupanie betonu γMcb = γMc 10 Zniszczenie dodatkowego
zbrojenia γMsre = 115
11 Zniszczenie zakotwienia dodatkowego zbrojenia
γMa = γc
Tabela 21 Częściowe wspoacutełczynniki bezpieczeństwa dla szyn kotwiących pod
obciążeniem rozciągającym według dokumentu [5]
5
Rodzaj uszkodzenia Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa
Roacutewnanie
1
Śruba hakowa lub śruba młotkowa i kotwa
fuumlr fuk le 800 Nmmsup2 und fykfuk le 08
ukM s
yk
f10 125
fγ = sdot ge
fuumlr fuk gt 800 Nmmsup2 oder fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
2
bez ramienia momentu
Lokalne odgięcie profilu szyny
γMsh = 18
3
Zniszczenie stali
z ramieniem momentu
Śruba hakowa lub śruba młotkowa
dla fuk le 800 Nmmsup2 oraz fykfuk le 08
γ = sdot geukMs
yk
f10 125f
dla fuk gt 800 Nmmsup2 lub fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
4 Wyłamanie betonu po stronie odwrotnej od obciążenia γMcp = γc 5 Zniszczenie krawędzi betonu γM = γc
6 Zniszczenie stali dodatkowego zbrojenia γMsre = 115
7 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania γMa = γc
Tabela 22 Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla szyn kotwiących pod
obciążeniem poprzecznym według [5] Dla obliczeń sprawdzających przydatności użytkowej obowiązuje wartość γM = 10 Przy szynach kotwiących można zastosować wspoacutełczynnik bezpieczeństwa montażu o wartości γinst= 10 jeżeli zostały spełnione następujące warunki Warunki te podane są w szczegoacutełowej instrukcji montażu producenta
1 Szyny kotwiące należy mocować do szalunku w taki sposoacuteb aby przy wbudowaniu zbrojenia oraz podczas układania i zagęszczania betonu nie doszło do ich poruszenia
2 Beton powinien zostać odpowiednio zagęszczony w szczegoacutelności w miejscu głowicy kotwy
3 Szyn kotwiących nie należy mocować poprzez wciskanie w beton Można je jednak umieścić w świeżym betonie poprzez wibrację (bezpośrednio po wlaniu) przy zachowaniu następujących warunkoacutew
bull długość szyny kotwiącej nie może przekraczać 1m aby zagwarantować że szyna osiądzie w betonie roacutewnomierne na całej długości bull należy bardzo starannie zagęścić beton w obszarze szyny kotwiącej aby uniknąć wolnych przestrzeni pod szyną ktoacutere mogą powstać w wyniku jej osiadania w betonie
6
bull po zamocowaniu szyn kotwiących i zagęszczeniu betonu nie należy więcej ruszać szyn
4 Prace związane z odpowiednim zamocowaniem szyn kotwiących muszą zostać wykonane przez wykwalifikowany personel w szczegoacutelności w przypadku zagęszczania wibracyjnego Ponadto prace te należy kontrolować
Podane w tabeli 21 oraz tabeli 22 wartości częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa są podane w aprobatach 21 Beton niezarysowany i zarysowany Szyny kotwiące mogą zostać zastosowane zaroacutewno w betonie niezarysowanym jak i zarysowanym Z reguły zakłada się wykonanie w betonie zarysowanym Przy ocenie czy mamy do czynienia z betonem zarysowanym czy nie należy wziąć pod uwagę wszystkie przypadki obciążenia w szczegoacutelności także naprężenie wywołane przez utwardzenie związane z temperaturą kurczeniem i osiadaniem podpoacuter W przypadkach szczegoacutelnych dla obliczeń można wyjść od betonu niezarysowanego jeżeli szyna kotwiąca wraz z całą głębokością zakotwienia w stanie użytkowym znajduje się w betonie niezarysowanym Obliczenie sprawdzające jest spełnione kiedy roacutewnanie (29) jest zachowane w każdym miejscu zamocowania na całej głębokości zakotwienia
+ leL R admσ σ σ (29)
gdzie σL = naprężenia w betonie ktoacutere są wywołane przez obciążenia zewnętrzne wraz
z obciążeniami wynikającymi z mocowania σR = naprężenia w betonie wywołane przez wewnętrzne deformacje (np kurczenie
betonu) lub przez deformacje działające z zewnątrz (np na skutek przesunięcia podpoacuter) lub wahań temperatury Jeżeli nie zostanie przeprowadzone dokładne obliczenie sprawdzające należy przyjąć σR = 3Nmm2
σadm = dopuszczalne naprężenie rozciągające Obliczenie naprężeń σL i σR przeprowadzone jest dla betonu niezarysowanego W przypadku elementoacutew budowlanych z dwuosiowym przejmowaniem obciążenia (np płyty ściany osłony) roacutewnanie (29) należy spełnić w obydwoacutech kierunkach Wartość σ adm jest podana w narodowych załącznikach dokumentu CEN Zalecana wartość dla σ adm = 0
7
Przy obliczeniach wartości naprężeń σL i σR należy wyjść od betonu niezarysowanego Jeżeli na szynę kotwiącą w stanie użytkowym oddziałuje miejscowo obciążenie rozciągające lub poprzeczne gt 60 kN należy zawsze wyjść od betonu zarysowanego
3 ODDZIAŁYWANIA Z wartości obliczeniowych oddziaływań wpływających na szynę kotwiącą oblicza się według roacutewnania (22) siły w kotwach momenty zginające szyn oraz siły rozciągające w ewentualnym zbrojeniu kotwiącym w sposoacuteb opisany poniżej 31 Obciążenia rozciągające szynę W przypadku szyn kotwiących z dwiema kotwami siły rozciągające kotwy można obliczyć w przybliżeniu jak dla belki podpartej przegubowo na dwoacutech podporach tzn nie trzeba uwzględniać częściowego zamocowania końcowego W przypadku zastosowania szyn kotwiących z więcej niż dwiema kotwami ustalenie wartości obliczeniowej obciążenia kotwy Na
Edi następuje według roacutewnania (31) Analizy przeprowadzonych niezbędnych proacuteb z szynami firm DKG i Halfen w dokumencie [9] i [10] pokazują że dla szyn kotwiących obydwu producentoacutew można zastosować model rozłożenia siły zgodnie z roacutewnaniem (31) także dla szyn kotwiących z dwiema kotwami
a Edi j EdN k A N= sdot sdot (31)
gdzie
aiEdN = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego kotwy i
j
1k
A=
sum (31a)
Ai = rzędne troacutejkąta o wysokości 1m na miejscu obciążenia NEd oraz najdłuższego boku 2li przy kotwie i
NEd = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego działającego na szynę kotwiącą według roacutewnania (22)
= sdot sdot ge005 05
i yl 13 I s s [mm]
(32)
n = liczba kotew przy szynie w obrębie najdłuższego boku li w stosunku do obydwu stron działającego obciążenia patrz rys 31
ly = moment bezwładności szyny [mm4] s = rozstaw kotew
8
2
l 125s 1A
l 6minus
= = a aEd1 Ed5N N 0= =
3
l 025s 5A
l 6minus
= = aEd2 Ed
1 2 1N N N
6 3 9= sdot sdot =
4
l 075s 1A
l 2minus
= = aEd3 Ed
5 2 5N N N
6 3 9= sdot sdot =
2 3 4
1 2k
A A A 3= =
+ + a
Ed4 Ed
1 2 1N N N
2 3 3= sdot sdot =
Rys 31 Przykład obliczenia siły rozciągającej kotwy na podstawie metody najdłuższego boku dla szyny kotwiącej z 5 kotwami Przyjęta długość boku wynosi li = 15
Moment bezwładności należy pobrać z dokumentu Europejskiej Aprobaty Technicznej (ETA) W przypadku wielu obciążeń rozciągających oddziaływujących na szynę kotwiącą wartości Na
Edi należy zsumować (superpozycja liniowa) W przypadku kiedy dokładne położenie działających obciążeń nie jest znane należy dla każdego rodzaju uszkodzenia przyjąć położenie najniekorzystniejsze (np obciążenie działające ponad kotwą w przypadku zniszczenia stali kotwy lub wyciągnięcia oraz obciążenie działające między kotwami w przypadku zniszczenia poprzez zginanie szyny
9
32 Obciążenia poprzeczne do szyny kotwiącej Obowiązuje podrozdział 31 W roacutewnaniu (31) należy jednak zastąpić NEd wartością VEd
Można przyjąć że obciążenie poprzeczne bez ramienia dźwigni działa na szynie kotwiącej jeśli element montażowy jest przyłożony bezpośrednio w stosunku do szyny kotwiącej lub betonu ewentualnie jeśli grubość istniejącej warstwy zaprawy wynosi 05d oraz średnica df otworu przejścia w elemencie montażowym nie przekracza wartości zgodnie z dokumentem [5] Jeżeli podane warunki nie zostaną zachowane należy przyjąć że obciążenie poprzeczne działa w odległości od szyny kotwiącej Moment zginający w śrubie zależy od tego czy element montażowy można przekręcić lub nie (patrz rys 49) 33 Obciążenie zginające Moment zginający w szynie może być obliczony w zależności od liczby kotew przy belce położonej przegubowo na dwoacutech podporach z rozpiętością odpowiadającą odstępowi między kotwami Ta zasada nie w pełni odpowiada rzeczywistej pracy ponieważ nieuwzględnione jest częściowe sprężenie występujące na końcoacutewkach szyny oraz tzw efekt liny przy szynach kotwiących z więcej niż dwoma kotwami Dla wyroacutewnania wprowadzono w ETA wielkości wyroacutewnujące momentoacutew zginających Są one większe od naprężeń powstałych od momentoacutew plastycznych Zostało to wprowadzone dla prostego wyznaczenia momentoacutew zginających 34 Zbrojenie kotwiące 341 Obciążenie rozciągające na szynie kotwiącej Wartość obliczeniowa siły rozciągającej NEdre zbrojenia kotwiącego kotwy i odpowiada wartości Na
Edi danej kotwy 342 Obciążenie poprzeczne do szyny kotwiącej Siła rozciągana w kotwie i w zbrojeniu kotwiącym NRdre wynika z roacutewnania (33) Jeżeli zbrojenie kotwiące nie jest ustawione w kierunku działającej siły poprzecznej to należy to uwzględnić przy wyliczaniu siły rozciągającej w zbrojeniu
10
sEdre Ed
eN V 1
z⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠
(33)
gdzie es = odległość pomiędzy obciążeniem poprzecznym a zbrojeniem kotwiącym z = wewnętrzne ramię dźwigni asymp 085 middot hlsquo asymp 085 middot (h ndash hch ndash 05 ds)
ef
1
2hh m in
2c
⎧le ⎨
⎩
Jeżeli kotwy będą obciążone roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi należy obliczyć roacutewnanie (33) z zastosowaniem obciążenia poprzecznego kotwy najbardziej obciążonej Vh
Ed Prowadzi to do wzoru Nh
EdRe
4 CHARAKTERYSTYCZNE NOŚNOŚCI SZYN KOTWIĄCYCH
41 Obciążenie rozciągające 411 Informacje ogoacutelne Występujące pod obciążeniem rozciągającym rodzaje zniszczeń pokazano na rys 41 Wymagane obliczenia sprawdzające dla wszystkich typoacutew uszkodzeń zostały zestawione w tabeli 41 W przypadku zastosowań bez zbrojenia kotwiącego należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 9 Przy zastosowaniu ze zbrojeniem kotwiącym należy wykazać wartości nośności zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 6 oraz od 8 do 11 Obliczenia sprawdzające pod kątem zniszczenia stożka betonowego są
11
zastępowane przez obliczenia sprawdzające zniszczenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie kotwy zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
12
Rys 41 Typy wad dla szyn kotwiących pod obciążeniem rozciągającym
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
4
Nr Rodzaj uszkodzeń Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa Roacutewnanie 1 Kotwa śruba uk
M syk
f12 14
fγ = sdot ge (25)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
γMsc = 18
3 Lokalne
odgięcie
ramion szyny
γMsl = 18
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
ukM s
yk
f12 14
fγ = sdot ge
(25)
5
Zniszczenia stali
Zgięcie szyny γMsflex = 115 6 Wyciągnięcie γMp = γMc 7
Wyrwanie stożka betonowego
γMc = γc sdot γinst
gdzie γc= 15 γinst= 10 (systemy z wysokim stopniem bezpieczeństwem montażu)
(26)
8 Rozłupanie γMsp = γMc 9 Miejscowe wyłupanie betonu γMcb = γMc 10 Zniszczenie dodatkowego
zbrojenia γMsre = 115
11 Zniszczenie zakotwienia dodatkowego zbrojenia
γMa = γc
Tabela 21 Częściowe wspoacutełczynniki bezpieczeństwa dla szyn kotwiących pod
obciążeniem rozciągającym według dokumentu [5]
5
Rodzaj uszkodzenia Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa
Roacutewnanie
1
Śruba hakowa lub śruba młotkowa i kotwa
fuumlr fuk le 800 Nmmsup2 und fykfuk le 08
ukM s
yk
f10 125
fγ = sdot ge
fuumlr fuk gt 800 Nmmsup2 oder fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
2
bez ramienia momentu
Lokalne odgięcie profilu szyny
γMsh = 18
3
Zniszczenie stali
z ramieniem momentu
Śruba hakowa lub śruba młotkowa
dla fuk le 800 Nmmsup2 oraz fykfuk le 08
γ = sdot geukMs
yk
f10 125f
dla fuk gt 800 Nmmsup2 lub fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
4 Wyłamanie betonu po stronie odwrotnej od obciążenia γMcp = γc 5 Zniszczenie krawędzi betonu γM = γc
6 Zniszczenie stali dodatkowego zbrojenia γMsre = 115
7 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania γMa = γc
Tabela 22 Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla szyn kotwiących pod
obciążeniem poprzecznym według [5] Dla obliczeń sprawdzających przydatności użytkowej obowiązuje wartość γM = 10 Przy szynach kotwiących można zastosować wspoacutełczynnik bezpieczeństwa montażu o wartości γinst= 10 jeżeli zostały spełnione następujące warunki Warunki te podane są w szczegoacutełowej instrukcji montażu producenta
1 Szyny kotwiące należy mocować do szalunku w taki sposoacuteb aby przy wbudowaniu zbrojenia oraz podczas układania i zagęszczania betonu nie doszło do ich poruszenia
2 Beton powinien zostać odpowiednio zagęszczony w szczegoacutelności w miejscu głowicy kotwy
3 Szyn kotwiących nie należy mocować poprzez wciskanie w beton Można je jednak umieścić w świeżym betonie poprzez wibrację (bezpośrednio po wlaniu) przy zachowaniu następujących warunkoacutew
bull długość szyny kotwiącej nie może przekraczać 1m aby zagwarantować że szyna osiądzie w betonie roacutewnomierne na całej długości bull należy bardzo starannie zagęścić beton w obszarze szyny kotwiącej aby uniknąć wolnych przestrzeni pod szyną ktoacutere mogą powstać w wyniku jej osiadania w betonie
6
bull po zamocowaniu szyn kotwiących i zagęszczeniu betonu nie należy więcej ruszać szyn
4 Prace związane z odpowiednim zamocowaniem szyn kotwiących muszą zostać wykonane przez wykwalifikowany personel w szczegoacutelności w przypadku zagęszczania wibracyjnego Ponadto prace te należy kontrolować
Podane w tabeli 21 oraz tabeli 22 wartości częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa są podane w aprobatach 21 Beton niezarysowany i zarysowany Szyny kotwiące mogą zostać zastosowane zaroacutewno w betonie niezarysowanym jak i zarysowanym Z reguły zakłada się wykonanie w betonie zarysowanym Przy ocenie czy mamy do czynienia z betonem zarysowanym czy nie należy wziąć pod uwagę wszystkie przypadki obciążenia w szczegoacutelności także naprężenie wywołane przez utwardzenie związane z temperaturą kurczeniem i osiadaniem podpoacuter W przypadkach szczegoacutelnych dla obliczeń można wyjść od betonu niezarysowanego jeżeli szyna kotwiąca wraz z całą głębokością zakotwienia w stanie użytkowym znajduje się w betonie niezarysowanym Obliczenie sprawdzające jest spełnione kiedy roacutewnanie (29) jest zachowane w każdym miejscu zamocowania na całej głębokości zakotwienia
+ leL R admσ σ σ (29)
gdzie σL = naprężenia w betonie ktoacutere są wywołane przez obciążenia zewnętrzne wraz
z obciążeniami wynikającymi z mocowania σR = naprężenia w betonie wywołane przez wewnętrzne deformacje (np kurczenie
betonu) lub przez deformacje działające z zewnątrz (np na skutek przesunięcia podpoacuter) lub wahań temperatury Jeżeli nie zostanie przeprowadzone dokładne obliczenie sprawdzające należy przyjąć σR = 3Nmm2
σadm = dopuszczalne naprężenie rozciągające Obliczenie naprężeń σL i σR przeprowadzone jest dla betonu niezarysowanego W przypadku elementoacutew budowlanych z dwuosiowym przejmowaniem obciążenia (np płyty ściany osłony) roacutewnanie (29) należy spełnić w obydwoacutech kierunkach Wartość σ adm jest podana w narodowych załącznikach dokumentu CEN Zalecana wartość dla σ adm = 0
7
Przy obliczeniach wartości naprężeń σL i σR należy wyjść od betonu niezarysowanego Jeżeli na szynę kotwiącą w stanie użytkowym oddziałuje miejscowo obciążenie rozciągające lub poprzeczne gt 60 kN należy zawsze wyjść od betonu zarysowanego
3 ODDZIAŁYWANIA Z wartości obliczeniowych oddziaływań wpływających na szynę kotwiącą oblicza się według roacutewnania (22) siły w kotwach momenty zginające szyn oraz siły rozciągające w ewentualnym zbrojeniu kotwiącym w sposoacuteb opisany poniżej 31 Obciążenia rozciągające szynę W przypadku szyn kotwiących z dwiema kotwami siły rozciągające kotwy można obliczyć w przybliżeniu jak dla belki podpartej przegubowo na dwoacutech podporach tzn nie trzeba uwzględniać częściowego zamocowania końcowego W przypadku zastosowania szyn kotwiących z więcej niż dwiema kotwami ustalenie wartości obliczeniowej obciążenia kotwy Na
Edi następuje według roacutewnania (31) Analizy przeprowadzonych niezbędnych proacuteb z szynami firm DKG i Halfen w dokumencie [9] i [10] pokazują że dla szyn kotwiących obydwu producentoacutew można zastosować model rozłożenia siły zgodnie z roacutewnaniem (31) także dla szyn kotwiących z dwiema kotwami
a Edi j EdN k A N= sdot sdot (31)
gdzie
aiEdN = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego kotwy i
j
1k
A=
sum (31a)
Ai = rzędne troacutejkąta o wysokości 1m na miejscu obciążenia NEd oraz najdłuższego boku 2li przy kotwie i
NEd = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego działającego na szynę kotwiącą według roacutewnania (22)
= sdot sdot ge005 05
i yl 13 I s s [mm]
(32)
n = liczba kotew przy szynie w obrębie najdłuższego boku li w stosunku do obydwu stron działającego obciążenia patrz rys 31
ly = moment bezwładności szyny [mm4] s = rozstaw kotew
8
2
l 125s 1A
l 6minus
= = a aEd1 Ed5N N 0= =
3
l 025s 5A
l 6minus
= = aEd2 Ed
1 2 1N N N
6 3 9= sdot sdot =
4
l 075s 1A
l 2minus
= = aEd3 Ed
5 2 5N N N
6 3 9= sdot sdot =
2 3 4
1 2k
A A A 3= =
+ + a
Ed4 Ed
1 2 1N N N
2 3 3= sdot sdot =
Rys 31 Przykład obliczenia siły rozciągającej kotwy na podstawie metody najdłuższego boku dla szyny kotwiącej z 5 kotwami Przyjęta długość boku wynosi li = 15
Moment bezwładności należy pobrać z dokumentu Europejskiej Aprobaty Technicznej (ETA) W przypadku wielu obciążeń rozciągających oddziaływujących na szynę kotwiącą wartości Na
Edi należy zsumować (superpozycja liniowa) W przypadku kiedy dokładne położenie działających obciążeń nie jest znane należy dla każdego rodzaju uszkodzenia przyjąć położenie najniekorzystniejsze (np obciążenie działające ponad kotwą w przypadku zniszczenia stali kotwy lub wyciągnięcia oraz obciążenie działające między kotwami w przypadku zniszczenia poprzez zginanie szyny
9
32 Obciążenia poprzeczne do szyny kotwiącej Obowiązuje podrozdział 31 W roacutewnaniu (31) należy jednak zastąpić NEd wartością VEd
Można przyjąć że obciążenie poprzeczne bez ramienia dźwigni działa na szynie kotwiącej jeśli element montażowy jest przyłożony bezpośrednio w stosunku do szyny kotwiącej lub betonu ewentualnie jeśli grubość istniejącej warstwy zaprawy wynosi 05d oraz średnica df otworu przejścia w elemencie montażowym nie przekracza wartości zgodnie z dokumentem [5] Jeżeli podane warunki nie zostaną zachowane należy przyjąć że obciążenie poprzeczne działa w odległości od szyny kotwiącej Moment zginający w śrubie zależy od tego czy element montażowy można przekręcić lub nie (patrz rys 49) 33 Obciążenie zginające Moment zginający w szynie może być obliczony w zależności od liczby kotew przy belce położonej przegubowo na dwoacutech podporach z rozpiętością odpowiadającą odstępowi między kotwami Ta zasada nie w pełni odpowiada rzeczywistej pracy ponieważ nieuwzględnione jest częściowe sprężenie występujące na końcoacutewkach szyny oraz tzw efekt liny przy szynach kotwiących z więcej niż dwoma kotwami Dla wyroacutewnania wprowadzono w ETA wielkości wyroacutewnujące momentoacutew zginających Są one większe od naprężeń powstałych od momentoacutew plastycznych Zostało to wprowadzone dla prostego wyznaczenia momentoacutew zginających 34 Zbrojenie kotwiące 341 Obciążenie rozciągające na szynie kotwiącej Wartość obliczeniowa siły rozciągającej NEdre zbrojenia kotwiącego kotwy i odpowiada wartości Na
Edi danej kotwy 342 Obciążenie poprzeczne do szyny kotwiącej Siła rozciągana w kotwie i w zbrojeniu kotwiącym NRdre wynika z roacutewnania (33) Jeżeli zbrojenie kotwiące nie jest ustawione w kierunku działającej siły poprzecznej to należy to uwzględnić przy wyliczaniu siły rozciągającej w zbrojeniu
10
sEdre Ed
eN V 1
z⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠
(33)
gdzie es = odległość pomiędzy obciążeniem poprzecznym a zbrojeniem kotwiącym z = wewnętrzne ramię dźwigni asymp 085 middot hlsquo asymp 085 middot (h ndash hch ndash 05 ds)
ef
1
2hh m in
2c
⎧le ⎨
⎩
Jeżeli kotwy będą obciążone roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi należy obliczyć roacutewnanie (33) z zastosowaniem obciążenia poprzecznego kotwy najbardziej obciążonej Vh
Ed Prowadzi to do wzoru Nh
EdRe
4 CHARAKTERYSTYCZNE NOŚNOŚCI SZYN KOTWIĄCYCH
41 Obciążenie rozciągające 411 Informacje ogoacutelne Występujące pod obciążeniem rozciągającym rodzaje zniszczeń pokazano na rys 41 Wymagane obliczenia sprawdzające dla wszystkich typoacutew uszkodzeń zostały zestawione w tabeli 41 W przypadku zastosowań bez zbrojenia kotwiącego należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 9 Przy zastosowaniu ze zbrojeniem kotwiącym należy wykazać wartości nośności zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 6 oraz od 8 do 11 Obliczenia sprawdzające pod kątem zniszczenia stożka betonowego są
11
zastępowane przez obliczenia sprawdzające zniszczenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie kotwy zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
12
Rys 41 Typy wad dla szyn kotwiących pod obciążeniem rozciągającym
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
5
Rodzaj uszkodzenia Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa
Roacutewnanie
1
Śruba hakowa lub śruba młotkowa i kotwa
fuumlr fuk le 800 Nmmsup2 und fykfuk le 08
ukM s
yk
f10 125
fγ = sdot ge
fuumlr fuk gt 800 Nmmsup2 oder fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
2
bez ramienia momentu
Lokalne odgięcie profilu szyny
γMsh = 18
3
Zniszczenie stali
z ramieniem momentu
Śruba hakowa lub śruba młotkowa
dla fuk le 800 Nmmsup2 oraz fykfuk le 08
γ = sdot geukMs
yk
f10 125f
dla fuk gt 800 Nmmsup2 lub fykfuk gt 08
γMs = 15
(27) (28)
4 Wyłamanie betonu po stronie odwrotnej od obciążenia γMcp = γc 5 Zniszczenie krawędzi betonu γM = γc
6 Zniszczenie stali dodatkowego zbrojenia γMsre = 115
7 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania γMa = γc
Tabela 22 Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla szyn kotwiących pod
obciążeniem poprzecznym według [5] Dla obliczeń sprawdzających przydatności użytkowej obowiązuje wartość γM = 10 Przy szynach kotwiących można zastosować wspoacutełczynnik bezpieczeństwa montażu o wartości γinst= 10 jeżeli zostały spełnione następujące warunki Warunki te podane są w szczegoacutełowej instrukcji montażu producenta
1 Szyny kotwiące należy mocować do szalunku w taki sposoacuteb aby przy wbudowaniu zbrojenia oraz podczas układania i zagęszczania betonu nie doszło do ich poruszenia
2 Beton powinien zostać odpowiednio zagęszczony w szczegoacutelności w miejscu głowicy kotwy
3 Szyn kotwiących nie należy mocować poprzez wciskanie w beton Można je jednak umieścić w świeżym betonie poprzez wibrację (bezpośrednio po wlaniu) przy zachowaniu następujących warunkoacutew
bull długość szyny kotwiącej nie może przekraczać 1m aby zagwarantować że szyna osiądzie w betonie roacutewnomierne na całej długości bull należy bardzo starannie zagęścić beton w obszarze szyny kotwiącej aby uniknąć wolnych przestrzeni pod szyną ktoacutere mogą powstać w wyniku jej osiadania w betonie
6
bull po zamocowaniu szyn kotwiących i zagęszczeniu betonu nie należy więcej ruszać szyn
4 Prace związane z odpowiednim zamocowaniem szyn kotwiących muszą zostać wykonane przez wykwalifikowany personel w szczegoacutelności w przypadku zagęszczania wibracyjnego Ponadto prace te należy kontrolować
Podane w tabeli 21 oraz tabeli 22 wartości częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa są podane w aprobatach 21 Beton niezarysowany i zarysowany Szyny kotwiące mogą zostać zastosowane zaroacutewno w betonie niezarysowanym jak i zarysowanym Z reguły zakłada się wykonanie w betonie zarysowanym Przy ocenie czy mamy do czynienia z betonem zarysowanym czy nie należy wziąć pod uwagę wszystkie przypadki obciążenia w szczegoacutelności także naprężenie wywołane przez utwardzenie związane z temperaturą kurczeniem i osiadaniem podpoacuter W przypadkach szczegoacutelnych dla obliczeń można wyjść od betonu niezarysowanego jeżeli szyna kotwiąca wraz z całą głębokością zakotwienia w stanie użytkowym znajduje się w betonie niezarysowanym Obliczenie sprawdzające jest spełnione kiedy roacutewnanie (29) jest zachowane w każdym miejscu zamocowania na całej głębokości zakotwienia
+ leL R admσ σ σ (29)
gdzie σL = naprężenia w betonie ktoacutere są wywołane przez obciążenia zewnętrzne wraz
z obciążeniami wynikającymi z mocowania σR = naprężenia w betonie wywołane przez wewnętrzne deformacje (np kurczenie
betonu) lub przez deformacje działające z zewnątrz (np na skutek przesunięcia podpoacuter) lub wahań temperatury Jeżeli nie zostanie przeprowadzone dokładne obliczenie sprawdzające należy przyjąć σR = 3Nmm2
σadm = dopuszczalne naprężenie rozciągające Obliczenie naprężeń σL i σR przeprowadzone jest dla betonu niezarysowanego W przypadku elementoacutew budowlanych z dwuosiowym przejmowaniem obciążenia (np płyty ściany osłony) roacutewnanie (29) należy spełnić w obydwoacutech kierunkach Wartość σ adm jest podana w narodowych załącznikach dokumentu CEN Zalecana wartość dla σ adm = 0
7
Przy obliczeniach wartości naprężeń σL i σR należy wyjść od betonu niezarysowanego Jeżeli na szynę kotwiącą w stanie użytkowym oddziałuje miejscowo obciążenie rozciągające lub poprzeczne gt 60 kN należy zawsze wyjść od betonu zarysowanego
3 ODDZIAŁYWANIA Z wartości obliczeniowych oddziaływań wpływających na szynę kotwiącą oblicza się według roacutewnania (22) siły w kotwach momenty zginające szyn oraz siły rozciągające w ewentualnym zbrojeniu kotwiącym w sposoacuteb opisany poniżej 31 Obciążenia rozciągające szynę W przypadku szyn kotwiących z dwiema kotwami siły rozciągające kotwy można obliczyć w przybliżeniu jak dla belki podpartej przegubowo na dwoacutech podporach tzn nie trzeba uwzględniać częściowego zamocowania końcowego W przypadku zastosowania szyn kotwiących z więcej niż dwiema kotwami ustalenie wartości obliczeniowej obciążenia kotwy Na
Edi następuje według roacutewnania (31) Analizy przeprowadzonych niezbędnych proacuteb z szynami firm DKG i Halfen w dokumencie [9] i [10] pokazują że dla szyn kotwiących obydwu producentoacutew można zastosować model rozłożenia siły zgodnie z roacutewnaniem (31) także dla szyn kotwiących z dwiema kotwami
a Edi j EdN k A N= sdot sdot (31)
gdzie
aiEdN = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego kotwy i
j
1k
A=
sum (31a)
Ai = rzędne troacutejkąta o wysokości 1m na miejscu obciążenia NEd oraz najdłuższego boku 2li przy kotwie i
NEd = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego działającego na szynę kotwiącą według roacutewnania (22)
= sdot sdot ge005 05
i yl 13 I s s [mm]
(32)
n = liczba kotew przy szynie w obrębie najdłuższego boku li w stosunku do obydwu stron działającego obciążenia patrz rys 31
ly = moment bezwładności szyny [mm4] s = rozstaw kotew
8
2
l 125s 1A
l 6minus
= = a aEd1 Ed5N N 0= =
3
l 025s 5A
l 6minus
= = aEd2 Ed
1 2 1N N N
6 3 9= sdot sdot =
4
l 075s 1A
l 2minus
= = aEd3 Ed
5 2 5N N N
6 3 9= sdot sdot =
2 3 4
1 2k
A A A 3= =
+ + a
Ed4 Ed
1 2 1N N N
2 3 3= sdot sdot =
Rys 31 Przykład obliczenia siły rozciągającej kotwy na podstawie metody najdłuższego boku dla szyny kotwiącej z 5 kotwami Przyjęta długość boku wynosi li = 15
Moment bezwładności należy pobrać z dokumentu Europejskiej Aprobaty Technicznej (ETA) W przypadku wielu obciążeń rozciągających oddziaływujących na szynę kotwiącą wartości Na
Edi należy zsumować (superpozycja liniowa) W przypadku kiedy dokładne położenie działających obciążeń nie jest znane należy dla każdego rodzaju uszkodzenia przyjąć położenie najniekorzystniejsze (np obciążenie działające ponad kotwą w przypadku zniszczenia stali kotwy lub wyciągnięcia oraz obciążenie działające między kotwami w przypadku zniszczenia poprzez zginanie szyny
9
32 Obciążenia poprzeczne do szyny kotwiącej Obowiązuje podrozdział 31 W roacutewnaniu (31) należy jednak zastąpić NEd wartością VEd
Można przyjąć że obciążenie poprzeczne bez ramienia dźwigni działa na szynie kotwiącej jeśli element montażowy jest przyłożony bezpośrednio w stosunku do szyny kotwiącej lub betonu ewentualnie jeśli grubość istniejącej warstwy zaprawy wynosi 05d oraz średnica df otworu przejścia w elemencie montażowym nie przekracza wartości zgodnie z dokumentem [5] Jeżeli podane warunki nie zostaną zachowane należy przyjąć że obciążenie poprzeczne działa w odległości od szyny kotwiącej Moment zginający w śrubie zależy od tego czy element montażowy można przekręcić lub nie (patrz rys 49) 33 Obciążenie zginające Moment zginający w szynie może być obliczony w zależności od liczby kotew przy belce położonej przegubowo na dwoacutech podporach z rozpiętością odpowiadającą odstępowi między kotwami Ta zasada nie w pełni odpowiada rzeczywistej pracy ponieważ nieuwzględnione jest częściowe sprężenie występujące na końcoacutewkach szyny oraz tzw efekt liny przy szynach kotwiących z więcej niż dwoma kotwami Dla wyroacutewnania wprowadzono w ETA wielkości wyroacutewnujące momentoacutew zginających Są one większe od naprężeń powstałych od momentoacutew plastycznych Zostało to wprowadzone dla prostego wyznaczenia momentoacutew zginających 34 Zbrojenie kotwiące 341 Obciążenie rozciągające na szynie kotwiącej Wartość obliczeniowa siły rozciągającej NEdre zbrojenia kotwiącego kotwy i odpowiada wartości Na
Edi danej kotwy 342 Obciążenie poprzeczne do szyny kotwiącej Siła rozciągana w kotwie i w zbrojeniu kotwiącym NRdre wynika z roacutewnania (33) Jeżeli zbrojenie kotwiące nie jest ustawione w kierunku działającej siły poprzecznej to należy to uwzględnić przy wyliczaniu siły rozciągającej w zbrojeniu
10
sEdre Ed
eN V 1
z⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠
(33)
gdzie es = odległość pomiędzy obciążeniem poprzecznym a zbrojeniem kotwiącym z = wewnętrzne ramię dźwigni asymp 085 middot hlsquo asymp 085 middot (h ndash hch ndash 05 ds)
ef
1
2hh m in
2c
⎧le ⎨
⎩
Jeżeli kotwy będą obciążone roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi należy obliczyć roacutewnanie (33) z zastosowaniem obciążenia poprzecznego kotwy najbardziej obciążonej Vh
Ed Prowadzi to do wzoru Nh
EdRe
4 CHARAKTERYSTYCZNE NOŚNOŚCI SZYN KOTWIĄCYCH
41 Obciążenie rozciągające 411 Informacje ogoacutelne Występujące pod obciążeniem rozciągającym rodzaje zniszczeń pokazano na rys 41 Wymagane obliczenia sprawdzające dla wszystkich typoacutew uszkodzeń zostały zestawione w tabeli 41 W przypadku zastosowań bez zbrojenia kotwiącego należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 9 Przy zastosowaniu ze zbrojeniem kotwiącym należy wykazać wartości nośności zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 6 oraz od 8 do 11 Obliczenia sprawdzające pod kątem zniszczenia stożka betonowego są
11
zastępowane przez obliczenia sprawdzające zniszczenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie kotwy zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
12
Rys 41 Typy wad dla szyn kotwiących pod obciążeniem rozciągającym
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
6
bull po zamocowaniu szyn kotwiących i zagęszczeniu betonu nie należy więcej ruszać szyn
4 Prace związane z odpowiednim zamocowaniem szyn kotwiących muszą zostać wykonane przez wykwalifikowany personel w szczegoacutelności w przypadku zagęszczania wibracyjnego Ponadto prace te należy kontrolować
Podane w tabeli 21 oraz tabeli 22 wartości częściowych wspoacutełczynnikoacutew bezpieczeństwa są podane w aprobatach 21 Beton niezarysowany i zarysowany Szyny kotwiące mogą zostać zastosowane zaroacutewno w betonie niezarysowanym jak i zarysowanym Z reguły zakłada się wykonanie w betonie zarysowanym Przy ocenie czy mamy do czynienia z betonem zarysowanym czy nie należy wziąć pod uwagę wszystkie przypadki obciążenia w szczegoacutelności także naprężenie wywołane przez utwardzenie związane z temperaturą kurczeniem i osiadaniem podpoacuter W przypadkach szczegoacutelnych dla obliczeń można wyjść od betonu niezarysowanego jeżeli szyna kotwiąca wraz z całą głębokością zakotwienia w stanie użytkowym znajduje się w betonie niezarysowanym Obliczenie sprawdzające jest spełnione kiedy roacutewnanie (29) jest zachowane w każdym miejscu zamocowania na całej głębokości zakotwienia
+ leL R admσ σ σ (29)
gdzie σL = naprężenia w betonie ktoacutere są wywołane przez obciążenia zewnętrzne wraz
z obciążeniami wynikającymi z mocowania σR = naprężenia w betonie wywołane przez wewnętrzne deformacje (np kurczenie
betonu) lub przez deformacje działające z zewnątrz (np na skutek przesunięcia podpoacuter) lub wahań temperatury Jeżeli nie zostanie przeprowadzone dokładne obliczenie sprawdzające należy przyjąć σR = 3Nmm2
σadm = dopuszczalne naprężenie rozciągające Obliczenie naprężeń σL i σR przeprowadzone jest dla betonu niezarysowanego W przypadku elementoacutew budowlanych z dwuosiowym przejmowaniem obciążenia (np płyty ściany osłony) roacutewnanie (29) należy spełnić w obydwoacutech kierunkach Wartość σ adm jest podana w narodowych załącznikach dokumentu CEN Zalecana wartość dla σ adm = 0
7
Przy obliczeniach wartości naprężeń σL i σR należy wyjść od betonu niezarysowanego Jeżeli na szynę kotwiącą w stanie użytkowym oddziałuje miejscowo obciążenie rozciągające lub poprzeczne gt 60 kN należy zawsze wyjść od betonu zarysowanego
3 ODDZIAŁYWANIA Z wartości obliczeniowych oddziaływań wpływających na szynę kotwiącą oblicza się według roacutewnania (22) siły w kotwach momenty zginające szyn oraz siły rozciągające w ewentualnym zbrojeniu kotwiącym w sposoacuteb opisany poniżej 31 Obciążenia rozciągające szynę W przypadku szyn kotwiących z dwiema kotwami siły rozciągające kotwy można obliczyć w przybliżeniu jak dla belki podpartej przegubowo na dwoacutech podporach tzn nie trzeba uwzględniać częściowego zamocowania końcowego W przypadku zastosowania szyn kotwiących z więcej niż dwiema kotwami ustalenie wartości obliczeniowej obciążenia kotwy Na
Edi następuje według roacutewnania (31) Analizy przeprowadzonych niezbędnych proacuteb z szynami firm DKG i Halfen w dokumencie [9] i [10] pokazują że dla szyn kotwiących obydwu producentoacutew można zastosować model rozłożenia siły zgodnie z roacutewnaniem (31) także dla szyn kotwiących z dwiema kotwami
a Edi j EdN k A N= sdot sdot (31)
gdzie
aiEdN = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego kotwy i
j
1k
A=
sum (31a)
Ai = rzędne troacutejkąta o wysokości 1m na miejscu obciążenia NEd oraz najdłuższego boku 2li przy kotwie i
NEd = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego działającego na szynę kotwiącą według roacutewnania (22)
= sdot sdot ge005 05
i yl 13 I s s [mm]
(32)
n = liczba kotew przy szynie w obrębie najdłuższego boku li w stosunku do obydwu stron działającego obciążenia patrz rys 31
ly = moment bezwładności szyny [mm4] s = rozstaw kotew
8
2
l 125s 1A
l 6minus
= = a aEd1 Ed5N N 0= =
3
l 025s 5A
l 6minus
= = aEd2 Ed
1 2 1N N N
6 3 9= sdot sdot =
4
l 075s 1A
l 2minus
= = aEd3 Ed
5 2 5N N N
6 3 9= sdot sdot =
2 3 4
1 2k
A A A 3= =
+ + a
Ed4 Ed
1 2 1N N N
2 3 3= sdot sdot =
Rys 31 Przykład obliczenia siły rozciągającej kotwy na podstawie metody najdłuższego boku dla szyny kotwiącej z 5 kotwami Przyjęta długość boku wynosi li = 15
Moment bezwładności należy pobrać z dokumentu Europejskiej Aprobaty Technicznej (ETA) W przypadku wielu obciążeń rozciągających oddziaływujących na szynę kotwiącą wartości Na
Edi należy zsumować (superpozycja liniowa) W przypadku kiedy dokładne położenie działających obciążeń nie jest znane należy dla każdego rodzaju uszkodzenia przyjąć położenie najniekorzystniejsze (np obciążenie działające ponad kotwą w przypadku zniszczenia stali kotwy lub wyciągnięcia oraz obciążenie działające między kotwami w przypadku zniszczenia poprzez zginanie szyny
9
32 Obciążenia poprzeczne do szyny kotwiącej Obowiązuje podrozdział 31 W roacutewnaniu (31) należy jednak zastąpić NEd wartością VEd
Można przyjąć że obciążenie poprzeczne bez ramienia dźwigni działa na szynie kotwiącej jeśli element montażowy jest przyłożony bezpośrednio w stosunku do szyny kotwiącej lub betonu ewentualnie jeśli grubość istniejącej warstwy zaprawy wynosi 05d oraz średnica df otworu przejścia w elemencie montażowym nie przekracza wartości zgodnie z dokumentem [5] Jeżeli podane warunki nie zostaną zachowane należy przyjąć że obciążenie poprzeczne działa w odległości od szyny kotwiącej Moment zginający w śrubie zależy od tego czy element montażowy można przekręcić lub nie (patrz rys 49) 33 Obciążenie zginające Moment zginający w szynie może być obliczony w zależności od liczby kotew przy belce położonej przegubowo na dwoacutech podporach z rozpiętością odpowiadającą odstępowi między kotwami Ta zasada nie w pełni odpowiada rzeczywistej pracy ponieważ nieuwzględnione jest częściowe sprężenie występujące na końcoacutewkach szyny oraz tzw efekt liny przy szynach kotwiących z więcej niż dwoma kotwami Dla wyroacutewnania wprowadzono w ETA wielkości wyroacutewnujące momentoacutew zginających Są one większe od naprężeń powstałych od momentoacutew plastycznych Zostało to wprowadzone dla prostego wyznaczenia momentoacutew zginających 34 Zbrojenie kotwiące 341 Obciążenie rozciągające na szynie kotwiącej Wartość obliczeniowa siły rozciągającej NEdre zbrojenia kotwiącego kotwy i odpowiada wartości Na
Edi danej kotwy 342 Obciążenie poprzeczne do szyny kotwiącej Siła rozciągana w kotwie i w zbrojeniu kotwiącym NRdre wynika z roacutewnania (33) Jeżeli zbrojenie kotwiące nie jest ustawione w kierunku działającej siły poprzecznej to należy to uwzględnić przy wyliczaniu siły rozciągającej w zbrojeniu
10
sEdre Ed
eN V 1
z⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠
(33)
gdzie es = odległość pomiędzy obciążeniem poprzecznym a zbrojeniem kotwiącym z = wewnętrzne ramię dźwigni asymp 085 middot hlsquo asymp 085 middot (h ndash hch ndash 05 ds)
ef
1
2hh m in
2c
⎧le ⎨
⎩
Jeżeli kotwy będą obciążone roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi należy obliczyć roacutewnanie (33) z zastosowaniem obciążenia poprzecznego kotwy najbardziej obciążonej Vh
Ed Prowadzi to do wzoru Nh
EdRe
4 CHARAKTERYSTYCZNE NOŚNOŚCI SZYN KOTWIĄCYCH
41 Obciążenie rozciągające 411 Informacje ogoacutelne Występujące pod obciążeniem rozciągającym rodzaje zniszczeń pokazano na rys 41 Wymagane obliczenia sprawdzające dla wszystkich typoacutew uszkodzeń zostały zestawione w tabeli 41 W przypadku zastosowań bez zbrojenia kotwiącego należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 9 Przy zastosowaniu ze zbrojeniem kotwiącym należy wykazać wartości nośności zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 6 oraz od 8 do 11 Obliczenia sprawdzające pod kątem zniszczenia stożka betonowego są
11
zastępowane przez obliczenia sprawdzające zniszczenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie kotwy zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
12
Rys 41 Typy wad dla szyn kotwiących pod obciążeniem rozciągającym
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
7
Przy obliczeniach wartości naprężeń σL i σR należy wyjść od betonu niezarysowanego Jeżeli na szynę kotwiącą w stanie użytkowym oddziałuje miejscowo obciążenie rozciągające lub poprzeczne gt 60 kN należy zawsze wyjść od betonu zarysowanego
3 ODDZIAŁYWANIA Z wartości obliczeniowych oddziaływań wpływających na szynę kotwiącą oblicza się według roacutewnania (22) siły w kotwach momenty zginające szyn oraz siły rozciągające w ewentualnym zbrojeniu kotwiącym w sposoacuteb opisany poniżej 31 Obciążenia rozciągające szynę W przypadku szyn kotwiących z dwiema kotwami siły rozciągające kotwy można obliczyć w przybliżeniu jak dla belki podpartej przegubowo na dwoacutech podporach tzn nie trzeba uwzględniać częściowego zamocowania końcowego W przypadku zastosowania szyn kotwiących z więcej niż dwiema kotwami ustalenie wartości obliczeniowej obciążenia kotwy Na
Edi następuje według roacutewnania (31) Analizy przeprowadzonych niezbędnych proacuteb z szynami firm DKG i Halfen w dokumencie [9] i [10] pokazują że dla szyn kotwiących obydwu producentoacutew można zastosować model rozłożenia siły zgodnie z roacutewnaniem (31) także dla szyn kotwiących z dwiema kotwami
a Edi j EdN k A N= sdot sdot (31)
gdzie
aiEdN = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego kotwy i
j
1k
A=
sum (31a)
Ai = rzędne troacutejkąta o wysokości 1m na miejscu obciążenia NEd oraz najdłuższego boku 2li przy kotwie i
NEd = wartość obliczeniowa obciążenia rozciągającego działającego na szynę kotwiącą według roacutewnania (22)
= sdot sdot ge005 05
i yl 13 I s s [mm]
(32)
n = liczba kotew przy szynie w obrębie najdłuższego boku li w stosunku do obydwu stron działającego obciążenia patrz rys 31
ly = moment bezwładności szyny [mm4] s = rozstaw kotew
8
2
l 125s 1A
l 6minus
= = a aEd1 Ed5N N 0= =
3
l 025s 5A
l 6minus
= = aEd2 Ed
1 2 1N N N
6 3 9= sdot sdot =
4
l 075s 1A
l 2minus
= = aEd3 Ed
5 2 5N N N
6 3 9= sdot sdot =
2 3 4
1 2k
A A A 3= =
+ + a
Ed4 Ed
1 2 1N N N
2 3 3= sdot sdot =
Rys 31 Przykład obliczenia siły rozciągającej kotwy na podstawie metody najdłuższego boku dla szyny kotwiącej z 5 kotwami Przyjęta długość boku wynosi li = 15
Moment bezwładności należy pobrać z dokumentu Europejskiej Aprobaty Technicznej (ETA) W przypadku wielu obciążeń rozciągających oddziaływujących na szynę kotwiącą wartości Na
Edi należy zsumować (superpozycja liniowa) W przypadku kiedy dokładne położenie działających obciążeń nie jest znane należy dla każdego rodzaju uszkodzenia przyjąć położenie najniekorzystniejsze (np obciążenie działające ponad kotwą w przypadku zniszczenia stali kotwy lub wyciągnięcia oraz obciążenie działające między kotwami w przypadku zniszczenia poprzez zginanie szyny
9
32 Obciążenia poprzeczne do szyny kotwiącej Obowiązuje podrozdział 31 W roacutewnaniu (31) należy jednak zastąpić NEd wartością VEd
Można przyjąć że obciążenie poprzeczne bez ramienia dźwigni działa na szynie kotwiącej jeśli element montażowy jest przyłożony bezpośrednio w stosunku do szyny kotwiącej lub betonu ewentualnie jeśli grubość istniejącej warstwy zaprawy wynosi 05d oraz średnica df otworu przejścia w elemencie montażowym nie przekracza wartości zgodnie z dokumentem [5] Jeżeli podane warunki nie zostaną zachowane należy przyjąć że obciążenie poprzeczne działa w odległości od szyny kotwiącej Moment zginający w śrubie zależy od tego czy element montażowy można przekręcić lub nie (patrz rys 49) 33 Obciążenie zginające Moment zginający w szynie może być obliczony w zależności od liczby kotew przy belce położonej przegubowo na dwoacutech podporach z rozpiętością odpowiadającą odstępowi między kotwami Ta zasada nie w pełni odpowiada rzeczywistej pracy ponieważ nieuwzględnione jest częściowe sprężenie występujące na końcoacutewkach szyny oraz tzw efekt liny przy szynach kotwiących z więcej niż dwoma kotwami Dla wyroacutewnania wprowadzono w ETA wielkości wyroacutewnujące momentoacutew zginających Są one większe od naprężeń powstałych od momentoacutew plastycznych Zostało to wprowadzone dla prostego wyznaczenia momentoacutew zginających 34 Zbrojenie kotwiące 341 Obciążenie rozciągające na szynie kotwiącej Wartość obliczeniowa siły rozciągającej NEdre zbrojenia kotwiącego kotwy i odpowiada wartości Na
Edi danej kotwy 342 Obciążenie poprzeczne do szyny kotwiącej Siła rozciągana w kotwie i w zbrojeniu kotwiącym NRdre wynika z roacutewnania (33) Jeżeli zbrojenie kotwiące nie jest ustawione w kierunku działającej siły poprzecznej to należy to uwzględnić przy wyliczaniu siły rozciągającej w zbrojeniu
10
sEdre Ed
eN V 1
z⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠
(33)
gdzie es = odległość pomiędzy obciążeniem poprzecznym a zbrojeniem kotwiącym z = wewnętrzne ramię dźwigni asymp 085 middot hlsquo asymp 085 middot (h ndash hch ndash 05 ds)
ef
1
2hh m in
2c
⎧le ⎨
⎩
Jeżeli kotwy będą obciążone roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi należy obliczyć roacutewnanie (33) z zastosowaniem obciążenia poprzecznego kotwy najbardziej obciążonej Vh
Ed Prowadzi to do wzoru Nh
EdRe
4 CHARAKTERYSTYCZNE NOŚNOŚCI SZYN KOTWIĄCYCH
41 Obciążenie rozciągające 411 Informacje ogoacutelne Występujące pod obciążeniem rozciągającym rodzaje zniszczeń pokazano na rys 41 Wymagane obliczenia sprawdzające dla wszystkich typoacutew uszkodzeń zostały zestawione w tabeli 41 W przypadku zastosowań bez zbrojenia kotwiącego należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 9 Przy zastosowaniu ze zbrojeniem kotwiącym należy wykazać wartości nośności zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 6 oraz od 8 do 11 Obliczenia sprawdzające pod kątem zniszczenia stożka betonowego są
11
zastępowane przez obliczenia sprawdzające zniszczenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie kotwy zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
12
Rys 41 Typy wad dla szyn kotwiących pod obciążeniem rozciągającym
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
8
2
l 125s 1A
l 6minus
= = a aEd1 Ed5N N 0= =
3
l 025s 5A
l 6minus
= = aEd2 Ed
1 2 1N N N
6 3 9= sdot sdot =
4
l 075s 1A
l 2minus
= = aEd3 Ed
5 2 5N N N
6 3 9= sdot sdot =
2 3 4
1 2k
A A A 3= =
+ + a
Ed4 Ed
1 2 1N N N
2 3 3= sdot sdot =
Rys 31 Przykład obliczenia siły rozciągającej kotwy na podstawie metody najdłuższego boku dla szyny kotwiącej z 5 kotwami Przyjęta długość boku wynosi li = 15
Moment bezwładności należy pobrać z dokumentu Europejskiej Aprobaty Technicznej (ETA) W przypadku wielu obciążeń rozciągających oddziaływujących na szynę kotwiącą wartości Na
Edi należy zsumować (superpozycja liniowa) W przypadku kiedy dokładne położenie działających obciążeń nie jest znane należy dla każdego rodzaju uszkodzenia przyjąć położenie najniekorzystniejsze (np obciążenie działające ponad kotwą w przypadku zniszczenia stali kotwy lub wyciągnięcia oraz obciążenie działające między kotwami w przypadku zniszczenia poprzez zginanie szyny
9
32 Obciążenia poprzeczne do szyny kotwiącej Obowiązuje podrozdział 31 W roacutewnaniu (31) należy jednak zastąpić NEd wartością VEd
Można przyjąć że obciążenie poprzeczne bez ramienia dźwigni działa na szynie kotwiącej jeśli element montażowy jest przyłożony bezpośrednio w stosunku do szyny kotwiącej lub betonu ewentualnie jeśli grubość istniejącej warstwy zaprawy wynosi 05d oraz średnica df otworu przejścia w elemencie montażowym nie przekracza wartości zgodnie z dokumentem [5] Jeżeli podane warunki nie zostaną zachowane należy przyjąć że obciążenie poprzeczne działa w odległości od szyny kotwiącej Moment zginający w śrubie zależy od tego czy element montażowy można przekręcić lub nie (patrz rys 49) 33 Obciążenie zginające Moment zginający w szynie może być obliczony w zależności od liczby kotew przy belce położonej przegubowo na dwoacutech podporach z rozpiętością odpowiadającą odstępowi między kotwami Ta zasada nie w pełni odpowiada rzeczywistej pracy ponieważ nieuwzględnione jest częściowe sprężenie występujące na końcoacutewkach szyny oraz tzw efekt liny przy szynach kotwiących z więcej niż dwoma kotwami Dla wyroacutewnania wprowadzono w ETA wielkości wyroacutewnujące momentoacutew zginających Są one większe od naprężeń powstałych od momentoacutew plastycznych Zostało to wprowadzone dla prostego wyznaczenia momentoacutew zginających 34 Zbrojenie kotwiące 341 Obciążenie rozciągające na szynie kotwiącej Wartość obliczeniowa siły rozciągającej NEdre zbrojenia kotwiącego kotwy i odpowiada wartości Na
Edi danej kotwy 342 Obciążenie poprzeczne do szyny kotwiącej Siła rozciągana w kotwie i w zbrojeniu kotwiącym NRdre wynika z roacutewnania (33) Jeżeli zbrojenie kotwiące nie jest ustawione w kierunku działającej siły poprzecznej to należy to uwzględnić przy wyliczaniu siły rozciągającej w zbrojeniu
10
sEdre Ed
eN V 1
z⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠
(33)
gdzie es = odległość pomiędzy obciążeniem poprzecznym a zbrojeniem kotwiącym z = wewnętrzne ramię dźwigni asymp 085 middot hlsquo asymp 085 middot (h ndash hch ndash 05 ds)
ef
1
2hh m in
2c
⎧le ⎨
⎩
Jeżeli kotwy będą obciążone roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi należy obliczyć roacutewnanie (33) z zastosowaniem obciążenia poprzecznego kotwy najbardziej obciążonej Vh
Ed Prowadzi to do wzoru Nh
EdRe
4 CHARAKTERYSTYCZNE NOŚNOŚCI SZYN KOTWIĄCYCH
41 Obciążenie rozciągające 411 Informacje ogoacutelne Występujące pod obciążeniem rozciągającym rodzaje zniszczeń pokazano na rys 41 Wymagane obliczenia sprawdzające dla wszystkich typoacutew uszkodzeń zostały zestawione w tabeli 41 W przypadku zastosowań bez zbrojenia kotwiącego należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 9 Przy zastosowaniu ze zbrojeniem kotwiącym należy wykazać wartości nośności zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 6 oraz od 8 do 11 Obliczenia sprawdzające pod kątem zniszczenia stożka betonowego są
11
zastępowane przez obliczenia sprawdzające zniszczenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie kotwy zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
12
Rys 41 Typy wad dla szyn kotwiących pod obciążeniem rozciągającym
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
9
32 Obciążenia poprzeczne do szyny kotwiącej Obowiązuje podrozdział 31 W roacutewnaniu (31) należy jednak zastąpić NEd wartością VEd
Można przyjąć że obciążenie poprzeczne bez ramienia dźwigni działa na szynie kotwiącej jeśli element montażowy jest przyłożony bezpośrednio w stosunku do szyny kotwiącej lub betonu ewentualnie jeśli grubość istniejącej warstwy zaprawy wynosi 05d oraz średnica df otworu przejścia w elemencie montażowym nie przekracza wartości zgodnie z dokumentem [5] Jeżeli podane warunki nie zostaną zachowane należy przyjąć że obciążenie poprzeczne działa w odległości od szyny kotwiącej Moment zginający w śrubie zależy od tego czy element montażowy można przekręcić lub nie (patrz rys 49) 33 Obciążenie zginające Moment zginający w szynie może być obliczony w zależności od liczby kotew przy belce położonej przegubowo na dwoacutech podporach z rozpiętością odpowiadającą odstępowi między kotwami Ta zasada nie w pełni odpowiada rzeczywistej pracy ponieważ nieuwzględnione jest częściowe sprężenie występujące na końcoacutewkach szyny oraz tzw efekt liny przy szynach kotwiących z więcej niż dwoma kotwami Dla wyroacutewnania wprowadzono w ETA wielkości wyroacutewnujące momentoacutew zginających Są one większe od naprężeń powstałych od momentoacutew plastycznych Zostało to wprowadzone dla prostego wyznaczenia momentoacutew zginających 34 Zbrojenie kotwiące 341 Obciążenie rozciągające na szynie kotwiącej Wartość obliczeniowa siły rozciągającej NEdre zbrojenia kotwiącego kotwy i odpowiada wartości Na
Edi danej kotwy 342 Obciążenie poprzeczne do szyny kotwiącej Siła rozciągana w kotwie i w zbrojeniu kotwiącym NRdre wynika z roacutewnania (33) Jeżeli zbrojenie kotwiące nie jest ustawione w kierunku działającej siły poprzecznej to należy to uwzględnić przy wyliczaniu siły rozciągającej w zbrojeniu
10
sEdre Ed
eN V 1
z⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠
(33)
gdzie es = odległość pomiędzy obciążeniem poprzecznym a zbrojeniem kotwiącym z = wewnętrzne ramię dźwigni asymp 085 middot hlsquo asymp 085 middot (h ndash hch ndash 05 ds)
ef
1
2hh m in
2c
⎧le ⎨
⎩
Jeżeli kotwy będą obciążone roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi należy obliczyć roacutewnanie (33) z zastosowaniem obciążenia poprzecznego kotwy najbardziej obciążonej Vh
Ed Prowadzi to do wzoru Nh
EdRe
4 CHARAKTERYSTYCZNE NOŚNOŚCI SZYN KOTWIĄCYCH
41 Obciążenie rozciągające 411 Informacje ogoacutelne Występujące pod obciążeniem rozciągającym rodzaje zniszczeń pokazano na rys 41 Wymagane obliczenia sprawdzające dla wszystkich typoacutew uszkodzeń zostały zestawione w tabeli 41 W przypadku zastosowań bez zbrojenia kotwiącego należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 9 Przy zastosowaniu ze zbrojeniem kotwiącym należy wykazać wartości nośności zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 6 oraz od 8 do 11 Obliczenia sprawdzające pod kątem zniszczenia stożka betonowego są
11
zastępowane przez obliczenia sprawdzające zniszczenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie kotwy zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
12
Rys 41 Typy wad dla szyn kotwiących pod obciążeniem rozciągającym
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
10
sEdre Ed
eN V 1
z⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠
(33)
gdzie es = odległość pomiędzy obciążeniem poprzecznym a zbrojeniem kotwiącym z = wewnętrzne ramię dźwigni asymp 085 middot hlsquo asymp 085 middot (h ndash hch ndash 05 ds)
ef
1
2hh m in
2c
⎧le ⎨
⎩
Jeżeli kotwy będą obciążone roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi należy obliczyć roacutewnanie (33) z zastosowaniem obciążenia poprzecznego kotwy najbardziej obciążonej Vh
Ed Prowadzi to do wzoru Nh
EdRe
4 CHARAKTERYSTYCZNE NOŚNOŚCI SZYN KOTWIĄCYCH
41 Obciążenie rozciągające 411 Informacje ogoacutelne Występujące pod obciążeniem rozciągającym rodzaje zniszczeń pokazano na rys 41 Wymagane obliczenia sprawdzające dla wszystkich typoacutew uszkodzeń zostały zestawione w tabeli 41 W przypadku zastosowań bez zbrojenia kotwiącego należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 9 Przy zastosowaniu ze zbrojeniem kotwiącym należy wykazać wartości nośności zgodnie z tabelą 41 wiersze od 1 do 6 oraz od 8 do 11 Obliczenia sprawdzające pod kątem zniszczenia stożka betonowego są
11
zastępowane przez obliczenia sprawdzające zniszczenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie kotwy zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
12
Rys 41 Typy wad dla szyn kotwiących pod obciążeniem rozciągającym
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
11
zastępowane przez obliczenia sprawdzające zniszczenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie kotwy zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
12
Rys 41 Typy wad dla szyn kotwiących pod obciążeniem rozciągającym
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
12
Rys 41 Typy wad dla szyn kotwiących pod obciążeniem rozciągającym
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
13
Rodzaj uszkodzenia Szyna Niekorzystna kotwa lub śruba 1
Kotwa
aMs
asRkasRd
aEd
NNN
γ=le b)
2 Połączenie pomiędzy kotwą a szyną
cMs
csRkcsRd
aEd
NNN
γ=le b)
3 Lokalne odgięcie ramion szyny
l
ll
Ms
sRksRdEd
NNN
γ=le
4 Śruba hakowa lub śruba młotkowa
Ms
ssRkssRdEd
NNN
γ=le b)
5
Zniszczenie stali
Zginanie szyny Rksflex
Ed RdsflexM sflex
MM Mle =
γ
6 Wyciągnięcie
Rkpa
RdpEdM c
NN Nle =
γ b)
7 Wyrwanie stożka betonowego
Rkca
RdcEdM c
NN Nle =
γ c)
8 Rozłupanie
Rkspa
RdspEdM c
NN Nle =
γ c)
9 Miejscowe wyłupanie betonua)
Rkcba
RdcbEdM c
NN Nle =
γ c)
10 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego
reMs
reRkreRd
aEd
NNN
γ=le b)
11 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności
Rkaa
RdaEdM c
NN Nle =
γ b)
a) nie wymagane przy kotwach z odległością krawędziową c gt 05hef b) kotwa lub śruba o największym obciążeniu c) właściwa może być także wartość kotwy najniżej obciążonej jeżeli nośność jest niska z uwagi na
odległości krawędziowe i odległości kotwy Tab 41 Konieczne obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem
rozciągającym
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
14
412 Układ zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Na
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa nośności wyrwania stożka z betonu NRdc siła rozciągająca kotwy może zostać przyjęta przez dodatkowe zbrojenie kotwiące Zbrojenie należy ocenić jako skuteczne tylko woacutewczas kiedy są spełnione następujące wymagania (por rys 42)
a) Zbrojenie kotwiące wszystkich kotew musi składać się ze strzemion oraz pętli wykazywać tą samą średnicę powinno zostać wykonane z żebrowanej stali zbrojeniowej (fykle 500 Nmm2) o średnicy dsle16 mm oraz średnicę gięcia prętoacutew należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7]
b) Zbrojenie kotwiące należy ułożyć możliwie blisko przy kotwie Zbrojenie to powinno obejmować na ile jest to możliwe zbrojenie powierzchniowe Jako skuteczne można ocenić tylko pręty zbrojeniowe ułożone w odległości le 075 hef
od kotwy c) Minimalna długość zakotwienia w przyjętym stożku wyłamania to minl1= 4ds (przy
hakach lub hakach pod kątem) lub min l1= ds 10 (proste pręty lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych)
d) Zakotwienie zbrojenia kotwiącego poza stożkiem wyłamania betonu należy wykonać przy zastosowaniu długości zakotwienia lbd zgodnego z dokumentem[7]
e) Siły rozszczepiające z działania kratownicy muszą zostać przejęte przez zbrojenie powierzchniowe ktoacutere ogranicza szerokość pęknięć do dopuszczalnej wartości
Rys 41 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym składającym się ze strzemion na
krawędzi elementu budowlanego W przypadku szyn kotwiących położonych roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego lub w wąskim elemencie budowlanym należy ułożyć strzemiona kotwiące pionowo do podłużnej osi szyny (por rysunek 42)
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
15
413 Zawodność stali kotew szyny kotwiącej śrub hakowych lub młotkowych Charakterystyczne nośności NRksa (wyrwanie kotwy) NRksc (uszkodzenie połączenia między szyną a kotwą) NRksl (lokalne odgięcie profilu szyny) NRkss (zniszczenie śruby) oraz MRksflex (zniszczenie poprzez zginanie profilu szyny) zostały podane w europejskiej aprobacie technicznej ETA 414 Wyciągnięcie Charakterystyczna nośność dla wyciągnięcia została podana w dokumencie ETA Jest ona ograniczona poprzez nacisk betonu do głoacutewki kotwy
Rkp h ckcube ucrNN 6 A f= sdot sdot sdot ψ (41)
gdzie Ah = powierzchnia wprowadzania obciążenia do głowicy kotwy
= ( )2 2hd d
4π
minus tylko dla okrągłych głowic kotwy
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian o długościach krawędzi 150 mm)
ψucrN = 10 beton zarysowany = 14 beton niezarysowany 415 Wyrwanie stożka betonowego Charakterystyczna wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym przy wyrwaniu stożka betonowego wynika z roacutewnania (42) Przy mocowaniach w betonie niezarysowanym charakterystyczna wartość nośności może zostać pomnożona o wspoacutełczynnik ψucrN = 14 NRkc = 0
Rkc sN eN cN reN ucrNN sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ [N] (42)
gdzie 0
cRkN = 51efcubeckch hf58 sdotsdotαsdot [N] (43)
fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie ( sześcian z krawędzią
o długości 150 mm) [Nmm2] αch = czynnik do uwzględnienia wpływu szyny na obciążenie wynikające
z wyłamania betonu
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
16
= 015
efh10
180⎛ ⎞ le⎜ ⎟⎝ ⎠
(44)
αsN = wpływ sąsiednich kotew na obciążenie wyrwania stożka betonowego
= 15
ni i
i1 crN 0
1
s N1 1
s N=
⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdotsum ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
(45)
gdzie si = odległość przedmiotowej kotwy od kotew sąsiednich le scrN
scrN = efef ef
h2 28 13 h 3 h
180⎛ ⎞sdot minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(46)
NSdi = wartość obliczeniowa siły rozciągającej kotwy i NSd0 = wartość obliczeniowa siły rozciągającej przedmiotowej kotwy n = liczba kotew w obrębie odcinka ScrN ktoacutere wpływają na wyrwanie stożka
betonowego kotwy 0
Rys 42 Przykłady szyn kotwiących z roacuteżnymi obciążeniami rozciągającymi na
pojedyncze kotwy αeN = czynnik do uwzględnienia wpływu krawędzi elementu budowlanego (c1 lt ccrN)
= 05
1
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(47)
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
17
c1 = odległość od krawędzi brzegu kotwy (patrz rys 44) ccrN = charakterystyczna odległość od krawędzi
= efcrN ef ef
h05 s 28 13 h 15 h
180⎛ ⎞sdot = minus sdot sdot ge sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
(48)
Rys 43 Szyna kotwiąca przy krawędzi elementu budowlanego (a)) lub przy wąskim
elemencie budowlanym (b)) αcN = Faktor czynnik do uwzględnienia wpływu narożnika elementu budowlanego
(c2lt ccrN)
= 05
2
crN
c1
c⎛ ⎞
le⎜ ⎟⎝ ⎠
(49)
c2 = odległość od narożnika przedmiotowej kotwy (patrz rys 45)
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
18
Rys 44 Szyna kotwiąca w narożniku elementu budowlanego a) kotwa 1 do obliczenia b) kotwa 2 do obliczenia c) kotwa 2 do obliczenia d) kotwa 1 do obliczenia Czynnik ψreN uwzględnia wpływ gęstości zbrojenia dla głębokości zakotwienia heflt 100 mm
efreN
h05 1
200ψ = + le (410)
gdzie hef jest w mm Czynnik ψreN może w następujących przypadkach wynosić ψreN = 10
bull zbrojenie (niezależne od średnicy) należy ułożyć w odległości ge 150 mm
bull zbrojenie ze średnicą ds le 10 mm należy ułożyć w odległości ge 100 mm
ψucrN = czynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej w betonie zarysowanym
lub niezarysowanym
ψucrN = 10 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie zarysowanym (411) = 14 przy położeniu szyny kotwiącej w betonie niezarysowanym W przypadku kiedy na kotwę mają wpływ dwie odległości narożnika musi zostać obliczony czynnik α cN dla obydwu odległości narożnika a wynik należy zastosować w roacutewnaniu (42) Przy zastosowaniach z szynami kotwiącymi o głębokości zakotwienia hefge 180 mm ktoacutere wpływają na krawędź (c1ltccrN) oraz dwa narożniki elementu budowlanego (c2ltccrN) dla przedmiotowej kotwy (przykład patrz c) o odległości krawędziowej cltccrN obliczenie zgodnie z roacutewnaniem (42) prowadzi do wynikoacutew znajdujących się po bezpiecznej stronie
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
19
Dokładniejsze wyniki osiągane są kiedy dla głębokości zakotwienia hef w roacutewnaniu (42a) oraz w roacutewnaniach do obliczenia αsN αeN oraz αcN stosowana jest wartość hef zgodnie z roacutewnaniem (412)
m ax m axef ef ef
crN crN
c sh m ax h h
c s⎛ ⎞
= sdot sdot sdot⎜ ⎟⎝ ⎠
ge 180 mm (412)
gdzie cmax = maksymalna odległość krawędzi szyny kotwiącej do krawędzi elementu
budowlanego lub narożnika elementu budowlanego le ccrN = 05 scrN według roacutewnania (46) smax = największa odległość osiowa kotwy mierzona od środka kotwy le scrN według roacutewnania (46) Te obliczenia sprawdzające można opuścić w przypadku przedmiotowych szyn firmy Jordahl ponieważ obecnie oferuje się tylko szyny o wartości hefle 179 mm 416 Rozłupanie przekroju betonowego 4161 ROZŁUPANIE PRZY MONTAŻU Rozłupanie szczelin podczas montażu śrub hakowych lub młotkowych można uniknąć dzięki zachowaniu najmniejszych odległości krawędziowych i osiowych oraz najmniejszej grubości elementu budowlanego łącznie z zachowaniem wymogoacutew dotyczących zbrojenia krawędziowego Najmniejsze wartości wymiarowania oraz wymogi dotyczące zbrojenia krawędziowego są podane w europejskich aprobatach technicznych (ETA) (por [11[ [12])
4162 ROZŁUPANIE PRZEKROJU BETONOWEGO NA SKUTEK DZIAŁANIA
OBCIĄŻENIA Sprawdzenia dotyczące rozłupania nie są konieczne jeżeli nie są wymagane one w europejskich aprobatach technicznych (por [11] [12]) lub jeśli są przynajmniej spełnione poniższe warunki
a) odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi przy szynie kotwiącej z jednym elementem mocującym cge 10cCrsp a przy szynach kotwiących z dwiema
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
20
kotwami lub więcej cge 12ccrsp Charakterystyczna odległość krawędziowa Ccrsp obowiązuje dla najmniejszej grubości elementu budowlanego Wartość ta jest podana w aprobacie
b) charakterystyczna wartość nośności dla wyłamania stożka betonowego lokalnego wyłamania betonu oraz wyciagnięcia jest ustalana przy przyjęciu betonu zarysowanego oraz istniejącego zbrojenia ktoacutere przejmie siłę w szczelinie oraz ogranicza szerokość zarysowania do wk le 03 mm
W przypadku kiedy obliczenie sprawdzające rozłupanie jest konieczne i wyżej wymienione warunki w punktach a) i b) nie zostały spełnione ustala się charakterystyczną wartość nośności kotwy szyny kotwiącej według roacutewnania (413)
0Rksp Rkc sN eN cN reN ucrN hspN N= sdot α sdot α sdot α sdot ψ sdot ψ sdot ψ [N] (413)
gdzie
Rkp0Rkc 0
Rkc
NN m in
N
⎧⎪= ⎨⎪⎩
NRkp według roacutewnania (41)
0cRkN αsN αeN αcN ψreN ψucrN według podrozdziału 415 Jednak wartości CcrN oraz
scrN są do zastąpienia przez wartości Ccrsp oraz scrsp Wartości te obowiązują dla jednej grubości elementu budowlanego hmin i są podane w aprobatach Czynnik ψhsp uwzględnia wpływ rzeczywistej istniejącej grubości elementu budowlanego h na nośność względem rodzaju zniszczenia przekroju betonowego ψhsp = czynnik uwzględniający istniejącą grubość elementu budowlanego dla siły
powodującej rozłupanie
23 23
ef
m in m in
2hhh h
⎛ ⎞ ⎛ ⎞= le⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ [-] (414)
gdzie hmin = minimalna grubość elementu budowlanego według aprobaty
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
21
Dla szyn kotwiących z większą ilością odległości do krawędzi elementu budowlanego (np w narożu elementu należy zastosować najmniejszą wartość odległości od krawędzi c według roacutewnania (414) W przypadku kiedy odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu jest mniejsza od wartości ccrsp należy zaplanować zbrojenie podłużne wzdłuż krawędzi elementu budowlanego 417 Miejscowe wyłupanie betonu Obliczenia sprawdzające względem zniszczeń dotyczących miejscowego wyłupania betonu należy wykonać jeżeli odległość krawędziowa pomiędzy szyną kotwiącą a krawędzią elementu budowlanego wynosi cle 05hef Przy szynach firmy Jordahl minimalne odległości krawędziowe zostały w taki sposoacuteb wybrane że obliczenia sprawdzające dotyczące lokalnego wyłupania betonu nie są konieczne (por [11][12]) Jeżeli zajdzie konieczność przeprowadzenia obliczeń sprawdzających dla miejscowego wyłamania betonu charakterystyczną wartość nośności kotwy w betonie zarysowanym należy ustalić według roacutewnania (415) Przy szynach kotwiących ktoacutere ułożone są pionowo do krawędzi elementu budowlanego oraz obciążone są roacutewnomiernie konieczne jest obliczenie sprawdzające tylko dla kotwy ktoacutera jest wbudowana bezpośrednio przy krawędzi
0Rkcb Rkcb sNb gNb cNb hNb ucrNN N= sdot α sdot ψ sdot α sdot α sdot ψ [N] (415)
gdzie
0cbRkN = charakterystyczna nośność pojedynczej kotwy przy krawędzi elementu
budowlanego z dużą odległością do sąsiedniej kotwy w betonie zarysowanym = cubeckh1 fAc8 sdotsdotsdot [N] (416) Ah = powierzchnia wprowadzenia obciążenia do kotwy [mmsup2]
= ( )22h dd
4minussdot
π dla powierzchni wprowadzenia obciążenia w formie
koła (417) [mmsup2] (417)
c1 = odległość krawędziowa szyny kotwiącej [mm] αsNb = czynnik do uwzględnienia wpływu sąsiednich kotew Ustala się go na podstawie
roacutewnania (45) jednakże dla charakterystycznych odległości osiowych stosuje się wartość ScrNb zamiast ScrN
scrNb = charakterystyczna odległość osiowa przy miejscowym wyłamaniu betonu = 4 c1 (418)
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
22
αcNb = czynnik do uwzględnienia wpływu naroża elementu budowlanego
= 1cc
50
Nbcr
2 le⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ [-] (419)
c2 = odległość naroża przedmiotowej kotwy (patrz rys 45) ccrNb = 05 middot scrNb (420) W przypadku kiedy na kotwę będą miały wpływ dwa naroża elementu budowlanego ustala się faktor αcNb dla obydwu odległości krawędziowych c21 oraz c22 a wynik czynnikoacutew αcNb należy zastosować w roacutewnaniu (415) ψgNb = czynnik do uwzględnienia wpływu powierzchni wprowadzenia obciążenia sąsiednich kotew
= ( ) 1
1
sn 1 n 1
4 c+ minus sdot ge
sdot dla s1 le 4c1 (421)
n = liczba kotew pod rozciąganiem roacutewnolegle do krawędzi αhNb = czynnik do uwzględnienia grubości elementu budowlanego jeśli odległość
głowicy skierowanej do goacuternej lub dolnej krawędzi jest lt 2 c1 (patrz rys 46)
= 1c4
fc2c4
fh
1
1
1
ef le+
le+
[-] (422)
f = odległość pomiędzy głoacutewką kotwy (miejsce wprowadzenia obciążenia) a spodem elementu budowlanego (patrz rys 46)
ψucrN = patrz roacutewnanie (411)
Rys 46 Szyna kotwiąca w narożu cienkiego elementu budowlanego
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
23
418 Zniszczenie dodatkowego zbrojenia kotwiącego Charakterystyczna wartość nośności zbrojenia kotwiącego NRksre kotwy wynosi NRkre = n middot As middot fyk [N] (423) gdzie n = liczba ramion zbrojenia kotwiącego dla jednej kotwy w stożku wyłamania As = przekroacutej poprzeczny ramienia zbrojenia kotwiącego fyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia kotwiącego le 500 Nmm2 419 Zniszczenie zbrojenia kotwiącego poprzez utratę przyczepności Charakterystyczną nośność zbrojenia kotwiącego przy zniszczeniu poprzez utratę przyczepności należy obliczyć według roacutewnania (424)
1 s bdRda
n
l d fN
sdot π sdot sdot= sum α
(424)
gdzie n = liczba ramion zbrojenia dodatkowego ktoacutere działa na kotwę l1 = długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania
ge lbmin (patrz rys 42) lbmin = minimalna długość zakotwienia = 4ds (hak lub hak pod kątem)
= 10 ds zakotwienie za pomocą prostych prętoacutew z lub bez przyspawanych prętoacutew poprzecznych
ds = średnica zbrojenia kotwiącego fbd = obliczeniowa przyczepność pręta do betonu eg normy EN 1992-1-1 = fbk γc fbk = charakterystyczna wartość przyczepności pręta do betonu zgodnie z EN 1992-
1-1 [7] z uwzględnieniem otuliny betonowej zbrojenia kotwiącego α = czynnik wpływu zgodnie z EN 1992-1-1 = 07 dla prętoacutew zbrojeniowych zakończonych hakiem
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
24
42 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE 421 Informacje ogoacutelne
W tym rozdziale zostaną opisane tylko obciążenia poprzeczne oddziałujące prostopadle do osi szyny Rodzaje uszkodzeń pojawiające się pod obciążeniem poprzecznym pokazano na rysunku 45 Wymagane obliczenia sprawdzające pod obciążeniem poprzecznym zestawiono w tabeli 42 Dla zastosowań bez zbrojeń kotwiących należy wykonać obliczenia sprawdzające zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 5 Przy zastosowaniach ze zbrojeniami kotwiącymi nośność należy sprawdzić zgodnie z tabelą 42 wiersze 1 do 4 oraz wiersze 6 do 7 oznacza to że tak jak przy obciążeniu rozciągającym obliczenia sprawdzające w stosunku do pęknięcia krawędzi betonu są zastępowane przez obliczenia sprawdzające w stosunku do uszkodzenia zbrojenia kotwiącego Przyjmuje się przy tym że całe obciążenie poprzeczne zostanie przyjęte przez zbrojenie kotwiące
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
25
Rys 45 Rodzaje wad szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
26
Rodzaj uszkodzenia Szyna Kotwa niekorzystna lub
śruba specjalna
1 Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
2 Kotwa 1)
RksaEd Rdsa
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksa = NRksa
3 Kotwaszyna 1)
RkscEd Rdsc
M s
VV Vle =
γ a
mit VRksc = NRksc
4
Obciążenie poprzeczne
bez momentu
Odgięcie ramion profilu szyny
RkslEd Rdsl
M sl
VV Vle =
γ a
5
Zniszczenie stali
Obciążenie poprzeczne
z momentem
Śruba hakowa lub młotkowa
RksEd Rdss
M s
VV Vle =
γ a
6 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia
RkcpaEd Rdcp
M c
VV Vle =
γ b
7 Zniszczenie krawędzi betonowej Rkca
Ed RdcM c
VV Vle =
γ b
8 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Rkre
Edre RdreM sre
NN Nle =
γ a
9 Zniszczenie przyczepności prętoacutew kotwiących do betonu
le = Rk aEd re Rd a
M c
NN N γ a
a kotwa lub śruba specjalna o największym obciążeniu b obciążenie działające na kotwę należy rozpatrywać przy określeniu kotwy niekorzystnej
w połączeniu z odległościami krawędziowymi i osiowymi 1) Obliczenie sprawdzające wiersz 2 i 3 nie jest jeszcze częścią CENTS w przyszłości zostanie do niego włączone Tab 42 Wymagane obliczenia sprawdzające dla szyn kotwiących pod obciążeniem poprzecznym Definicja kotwy niekorzystnej jest taka jak przy obciążeniu rozciągającym (por rozdział 411)
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
27
422 Wymiarowanie zbrojenia kotwiącego Jeżeli oddziaływanie Va
Edi przypadające na kotwę jest większe niż wartość obliczeniowa dla zniszczenia krawędzi betonu obciążenie poprzeczne kotwy może zostać przyjęte przez zbrojenie kotwiące ktoacutere należy zwymiarować dla całego obciążenia poprzecznego Zbrojenie musi składać się z żebrowanej stali zbrojeniowej (ds le 16 mm fyk le Nmm2) i do wszystkich kotew należy zastosować tę samą średnicę pręta Średnicę gięcia należy dobrać zgodnie z normą EN 1992-1-1 [7] Zbrojenie kotwiące jest skuteczne tylko woacutewczas kiedy spełnia ono następujące wymagania (por rysunek 48)
a) odległość stali zbrojenia od kotwy musi wynosić le 075 c1 b) długość zakotwienia zbrojenia kotwiącego w stożku wyłamania krawędzi
betonu musi wynosić przynajmniej min l1 = 10ds pręty zbrojeniowe proste z lub bez przyspawanych prętoacutew
poprzecznych = 4ds pręty zbrojeniowe gięte (haki lub pętle)
c) wzdłuż krawędzi elementu budowlanego musi być zbrojenie podłużne w celu przyjęcia rozciągania osiowego wynikającego z konstrukcji kratowej (rysunek 48) W celu uproszczenia można przyjąć kąt zastrzału 45o
Rys 46 Zbrojenie powierzchniowe do przenoszenia obciążeń poprzecznych
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
28
423 Zniszczenie stali śruby hakowej lub młotkowej oraz lokalne odgięcie profilu szyny
4231 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE BEZ MOMENTU Wartości nośności charakterystycznych dla uszkodzeń stali śruby hakowej lub młotkowej (VRkss) stali kotwy (VRksa) oraz dla uszkodzeń w wyniku lokalnego odgięcia profilu szyny (VRksl) są podane w odpowiedniej Europejskiej Aprobacie Technicznej 4232 OBCIĄŻENIE POPRZECZNE Z MOMENTEM Nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku zniszczenia stali wynika z roacutewnania (425)
M RksRks
MV
l
α sdot=
(425)
gdzie αM = wspoacutełczynnik do uwzględnienia stopnia utwierdzenia (zamocowania) elementu montażowego = 10 brak utwierdzenia możliwy obroacutet elementu montażowego (patrz rys 49a)
= 20 pełne utwierdzenia obroacutet elementu montażowego nie jest możliwy (patrz rys 49 b)
l = ramię momentu (patrz rys 49) MRKs = nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej w przypadku
zniszczenia przy zginaniu
= ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minussdot
sRd
Ed0sRk N
N1M
[Nm] (426)
0sRkM = wartość podstawowa charakterystycznej nośności na zginanie śruby
hakowej lub młotkowej
NRds = Rkx
M s
N
γ (427)
NRks = nośność charakterystyczna śruby przy obciążeniu rozciągającym γMs = wspoacutełczynnik bezpieczeństwa dla materiału Wartości M0
RkS NRks oraz γMs są podane w aprobacie
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
29
Jeżeli przyjmiemy że elementu montażowego nie da się przekręcić moment utwierdzenia MEd = VEdI2 musi być przyjęty i prowadzony dalej przez element montażowy Jeżeli obciążenie poprzeczne działa z momentem nośność charakterystyczna śruby hakowej lub młotkowej jest z reguły mniejsza niż wartość dla uszkodzenia lokalnego odgięcia profilu szyny Stąd obliczenia sprawdzające nie są wymagane
Rys 47 Szyna kotwiąca przy ktoacuterej obciążenie poprzeczne działa z momentem a) element montażowy z możliwością obrotu b) element montażowy bez możliwości obrotu 424 Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia Nośność charakterystyczna wynika z roacutewnania (428)
Rkcp 5 RkcV k N= sdot [Nm] (428)
gdzie k5 = wspoacutełczynnik podany w danej aprobacie Wynosi z reguły = 10 dla hef lt 60 mm = 20 dla hef ge 60 mm W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążeń poprzecznych wspoacutełczynnik k5 należy w roacutewnaniu (428) pomnożyć o wspoacutełczynnik 075 NRkc = Nośność charakterystyczna kotwy przy obciążeniu rozciągającym dla
uszkodzenia wyrwania stożka betonowego zgodnie z rozdziałem 415 Dla kotwy najbardziej obciążonej na ścinanie trzeba wykonać obliczenia sprawdzające
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
30
425 Zniszczenie krawędzi betonowej Obliczenie sprawdzające dla zniszczenia krawędzi betonowej można pominąć jeśli odległość krawędziowa we wszystkich kierunkach wynosi c ge 10hef oraz c ge 60d Decyduje mniejsza wartość Nośność charakterystyczna kotwy w betonie zarysowanym wynika z roacutewnania (429)
0sV cV hV 90 V reVRkc RkcV V deg= sdot α sdot α sdot α sdot α sdot ψ [N] (429)
gdzie
511cubeckp
0cRk cfV sdotsdotα= [N] (430)
gdzie αp = wspoacutełczynnik produktu [N05mm] Jest on podany w danej aprobacie = 25 (wartość orientacyjna) fckcube = wartość nominalna wytrzymałości betonu na ściskanie (sześcian
o długościach krawędzi 150mm) Zasięg oddziaływania kotew sąsiednich na zniszczenie krawędzi betonu uwzględnione jest poprzez wspoacutełczynnik αsV zgodnie z roacutewnaniem
sV 15n
i i
i1 crV 0
1
s V1 1
s V=
α =⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
sum
(431)
gdzie (patrz rys 48) si = odległość między kotwą przedmiotową oraz kotwami sąsiednimi le ScrV le scrV
crv 1 chs 4 c 2 b= sdot + sdot (432) bch = szerokość szyny kotwiącej Vi = obciążenie poprzeczne kotwy oddziałującej V0 = obciążenie poprzeczne kotwy przedmiotowej n = liczba kotew znajdujących się w odległości ScrV po obydwu stronach przedmiotowej kotwy
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
31
Rys 48 Przykład szyny kotwiącej z roacuteżnymi obciążeniami poprzecznymi działającymi
na kotwę Wpływ narożnika elementu budowlanego jest uwzględniony przez wspoacutełczynnik αcV
052
cVcrV
c1
c⎛ ⎞
α = le⎜ ⎟⎝ ⎠
(433)
gdzie
crV 1 chcrVc 05 s 2 c b= sdot = sdot + (434)
Jeżeli na kotwę oddziałują dwa narożniki (patrz rysunek 411b) wspoacutełczynnik αcV należy obliczyć zgodnie z roacutewnaniem (433) dla każdego narożnika a wynik zastosować w roacutewnaniu (429)
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
32
Rys 49 Przykład szyny kotwiącej z kotwami na ktoacutere a) oddziałuje jeden narożnik b) oddziałują dwa narożniki Kotwę przedmiotową oznaczono numerem 2 Wpływ jednej grubości elementu budowlanego h lt hcrV uwzględniono we wspoacutełczynniku αhV
23
hVcrV
h 1h
⎛ ⎞α = le⎜ ⎟
⎝ ⎠ (435)
gdzie
1 chcrVh 2 c 2 h= sdot + sdot patrz rys410
(436)
hch = wysokość szyny
Rys 410 Przykład szyny kotwiącej pod wpływem grubości elementu budowlanego
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
33
Wspoacutełczynnik α90degV uwzględnia oddziaływanie obciążenia poprzecznego działającego roacutewnolegle do krawędzi elementu budowlanego
90 V 25degα = (437)
Rys 411 Szyna kotwiąca pod obciążaniem roacutewnoległym do krawędzi brzegu elementu
budowlanego Wspoacutełczynnik ѰreV uwzględnia stan betonu (zarysowany czy niezarysowany) ewentualnie rodzaj zbrojenia ψreV = wspoacutełczynnik do uwzględnienia położenia szyny kotwiącej oraz konstrukcyjnego zbrojenia kotwiącego = 10 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym bez zbrojenia krawędziowego i bez strzemion = 12 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym prostym (ge Oslash 12 mm) oraz wysokością szyny kotwiącej hch ge 40 mm = 14 szyna kotwiąca w betonie zarysowanym ze zbrojeniem krawędziowym
oraz strzemionami o małej odległości osiowej oraz o zbrojeniu o małych oczkach (a le 100 mm i a le 2 c1) lub szyna kotwiąca w betonie niezarysowanym
W przypadku szyn kotwiących w cienkich elementach budowlanych (patrz rysunek 414) gdzie C2max le CcrV (CcrV = 2 c1+bch) oraz h lt hcrV (hcrV = 2 c1 + 2hch) obliczenie nośności charakterystycznej według roacutewnania (429) prowadzi do wynikoacutew leżących po bezpiecznej stronie Dokładne wyniki otrzymuje się gdy w roacutewnaniu (429) odległość krawędziowa c1 o wartości c1 jest ograniczana zgodnie z roacutewnaniem (438)
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
34
))h2h(50)bc(50max(c chchmax21 minussdotminussdot= [mm] (438)
gdzie c2max = największa z odległości krawędziowych c21 oraz c22 roacutewnolegle do kierunku obciążenia Wartość c1 należy zastosować w roacutewnaniach (430) (432) oraz (436)
Rys 412 Przykład szyny kotwiącej przy ktoacuterej na obciążenie zniszczenia krawędzi betonowej oddziałują dwie krawędzie roacutewnoległe do obciążenia poprzecznego oraz grubość elementu budowlanego 426 Zniszczenie stali zbrojenia kotwiącego Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia stali następuje zgodnie z roacutewnaniem (423) 427 Zniszczenie przyczepności zbrojenia kotwiącego stożka wyłamania Nośność charakterystyczna zbrojenia kotwiącego w przypadku zniszczenia spowodowanego wyrwaniem z elementu wyłamania wynika z roacutewnania (424) W przypadku zbrojenia kotwiącego ze spawanych siatek zbrojeniowych z dospawanymi prętami poprzecznymi w elemencie wyłamania wspoacutełczynnik ten wynosi tak jak w przypadku hakoacutew α = 07 W przypadku zbrojenia kotwiącego z prętoacutew prostych należy przyjąć α = 10
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
35
428 Alternatywne możliwości obliczenia sprawdzającego zbrojenie kotwiące wg europejskiej aprobaty technicznej ETA ([11] [12])
Obliczenie sprawdzające obciążenie poprzeczne ze zbrojeniem dodatkowym może zostać wykonane zgodnie z dokumentami [11] lub [12] odpowiednio do rozdziałoacutew 426 oraz 427 lub też odpowiednio do poniższych informacji Podejścia według rozdziałoacutew 426 oraz 427 są tradycyjne i ewidentnie dostarczają wyniki mogące zostać uznane za pewne Wyniki bliskie prawdopodobieństwu osiąga się stosując model wg Schmidta realizowany już w europejskiej aprobacie technicznej ETA ([11] [12]) dla szyn firmy Jordahl Obliczenie nośności charakterystycznej zbrojenia kotwiącego przedstawiono poniżej
Rys 413 Obliczenie sprawdzające szyny kotwiącej dla obciążenia poprzecznego ze
zbrojeniem (kierunek obciążenia prostopadły do krawędzi elementu budowlanego) zgodnie z [11] [12]
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
36
Ed Rdre Rkre MV V V le = γ
(439)
( )aEd Ed EdV m ax V V=
(440)
Rkre RkcreV V x= (441)
gdzie
Rkcre Rkchook Rkcbond Rkcrem ax s ykm n
V V V V A f+
= + le le sdotsum (442)
01 01m nck ck
Rkchook 1 3 4 s yk 2 3 4 s ykj1 j1
f fV A f A f
30 30= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot + ψ sdot ψ sdot ψ sdot sdot sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠sum sum
(443)
( )m n
Rkcbond s j bkj1
V d l f+
=
= π sdot sdot sdotsum (444)
-012Rkcrem ax 1 RkcV 42 c V= sdot sdot (445)
0Rkc Rkc sV cV hVV V= sdot α sdot α sdot α (446)
( )1 c ch s
1 c
s
150m m50m m a
c c 07b 4d 035
c c
⎧⎪⎪le le ⎨ minus + minus⎪⎪ minus⎩
(447)
s6mm d 20mmle le (448)
ψ1 = wspoacutełczynnik skuteczności = 067 dla strzemion bezpośrednio obok obciążenia poprzecznego 1
bull dla strzemion pod obciążeniem poprzecznym 3 bull dla strzemiona między 2 obciążeniami poprzecznymi działającymi na szynę
kotwiącą (odległość obciążeń le scrV zgodnie z roacutewnaniem (432) 2 ψ2 = wspoacutełczynnik skuteczności = 011 dla dalszych strzemion w stożku wyłamania 4 (oznaczenie patrz rys 414 oraz 415)
( )23
3 sL sd dψ = (patrz rys 413) (449) 02504
j4
1 s
l 10c d
⎛ ⎞⎛ ⎞ψ = sdot ⎜ ⎟⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
(450)
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
37
ds = średnica strzemiona [mm] dsL = średnica pręta zbrojenia krawędziowego [mm] l4 = długość zakotwienia strzemiona w stożku wyłamania [mm]
= ( )1 c j chc c 07 e bminus minus sdot minus [mm] dla strzemion krzyżujących się z przyjętym
uszkodzeniem = 1 cc cminus [mm] c1 - c2 [mm] dla strzemion bezpośrednio pod obciążeniem lub dla strzemion krzyżujących się z przyjętym uszkodzeniem pod kątem prostym s4 dge sdot c1 = odległość krawędziowa [mm] cc = otulina [mm] ej = odległość strzemiona od punktu przyłożenia obciążenia [mm] bch = szerokość profilu [mm] (zgodnie z tab 2) As = przekroacutej ramienia strzemiona [mm2] ƒyk = charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia [Nmm2] ƒck = charakterystyczna wytrzymałość na ściskanie (obliczona na kostkach o długości bokoacutew 150 mm) [Nmm2] ƒbk = charakterystyczna wytrzymałość na przyczepność [Nmm2) m = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z
n = liczba strzemion w przyjętym stożku wyrwania z α = odległość strzemiona x = se z 1+ [ ]minus (451)
czynnik do uwzględnienia ekscentryczności między zbrojeniem a przyłożeniem obciążenia es = odległość między zbrojeniem a siłą poprzeczną działającą na szynę z = 085d [mm] wewnętrzne ramię momentu elementu budowlanego d = ( )ef 1m in 2h 2c
0RkcV = zgodnie z roacutewnaniem (430) aEdV = wartość obliczeniowa zadziałania działająca na kotew twojej szyny
kotwiącej patrz [5] rozdział 322
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
38
Rys 414 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla jednego obciążenia Rys 415 Wspoacutełczynniki skuteczności Ѱ1
oraz Ѱ2 dla dwoacutech obciążeń
43 Kombinacja obciążenia rozciągającego i poprzecznego 431 Szyny kotwiące bez zbrojenia kotwiącego 4311 ZNISZCZENIE STALI POD OBCIĄŻENIEM ROZCIĄGAJĄCYM
I ŚCINAJĄCYM W przypadku kombinacji obciążenia rozciągającego i poprzecznego szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego oraz zniszczenia stali w obydwu kierunkach musi zostać spełnione roacutewnanie interakcyjne (452) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew uszkodzeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
2 2N Vszlig szlig 1+ le (452)
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
4312 INNE ISTOTNE RODZAJE ZNISZCZEŃ W przypadku roacuteżnych rodzajoacutew uszkodzeń pod obciążeniem rozciągającym i poprzecznym musi być spełnione jedno z poniższych roacutewnań (453) lub (454)
N Vszlig szlig 12+ le (453)
15 15N Vszlig szlig 1+ le
(454)
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
39
gdzie
N Ed Rdszlig N N 1= le
V Ed Rdszlig V V 1= le
432 Szyny kotwiące ze zbrojeniem kotwiącym W przypadku szyn kotwiących ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego i rozciągającego należy się kierować rozdziałem 421 W przypadku szyn kotwiących na krawędzi elementu budowlanego ze zbrojeniem kotwiącym do przyjęcia obciążenia poprzecznego należy się kierować rozdziałem roacutewnaniem (455) (interakcja linearna) Dla poszczegoacutelnych rodzajoacutew zniszczeń należy tu zastosować zawsze największą wartość βN oraz βV
N V 10β + β le (455)
Rys 416 Diagram interakcji dla kombinacji obciążenia poprzecznego i rozciągającego
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
40
433 Nowe podejście odnośnie szyn kotwiących bez zbrojenia kotwiącego ndash zgodnie z fib Design Guide [16]
Roacutewnania (452) (453) oraz (454) dają z reguły tradycyjne rozwiązania ponieważ łączą roacuteżne rodzaje uszkodzeń z wynikającymi z nich naprężeniami ktoacutere poza tym występują roacutewnież w innych miejscach Dokładne wyniki można osiągnąć kiedy roacutewnania (452) (zniszczenie stali) oraz (454) (zniszczenie betonu) zostaną uwzględnione oddzielnie Rysunek 419 przedstawia przykładowo to postępowanie Szara powierzchnia na rysunku 419 pokazuje roacuteżnicę do podejścia według roacutewnania (454)
Rys 417 Poroacutewnanie roacutewnań interakcyjnych (452) oraz (453) z roacutewnaniem interakcyjnym (454)
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
41
5 PRZYKŁAD WYMIAROWANIA 51 Właściwości charakterystyczne z Aprobaty
Szyna kotwiąca Wymiary [mm]
JTA K 2815
JTA K 3817
JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
bch 2800 3800 3950 4900 5250 5450 7200 4000 5000 5350 7200 hch 1525 1750 2300 3000 3350 4200 4850 2500 3000 3300 4900
Nośność charakterystyczna - śruby M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M27 M30 γMs
NRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 200 VRks [kN] 48 88 139 202 377 588 847 1102 1346 167 46 M0
Rks
[Nm] 63 150 299 524 1332 2596 4490 6658 8996 167 NRks [kN] 161 293 464 674 1256 1960 2824 3672 4488 150 VRks [kN] 80 146 232 337 628 980 1412 1836 2244 125 88 M0
Rks
[Nm] 122 300 598 1048 2664 5193 8980 13315 17992 125 NRks [kN] 101 183 290 422 785 1225 1765 2295 2805 286 VRks [kN] 60 110 174 253 471 735 1059 1377 1683 238
A4 -50 M0
Rks
[Nm] 76 187 374 655 1665 3245 5613 8322 11245 238 NRks [kN] 141 256 406 590 1099 1715 2471 3213 3927 187 VRks [kN] 84 154 244 354 659 1029 1483 1928 2356 156 A4
-70 M0Rks
[Nm] 107 262 523 917 2331 4544 7858 11651 15743 156
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
42
Profile gorącowalcowane
Profile JTA W 4022
JTA W 5030
JTA W 5334
JTA W 5542
JTA W 7248
Śruby M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M10 - M24
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 19703 51904 93262 187464 349721 Iy stal nierdzewna [mm4] 19759 51904 93262 - 349721
NRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 sslb [mm] 65 81 88 109 129 NRksl [kN] 20 31 55 80 100 γMsl 18 VRksc [kN] 20 31 55 80 100 γMsca 18 VRksl [kN] 26 403 715 104 130 γMsl 18 MRksflex stal zwykła [Nm] 1076 2038 3373 6447 8593 MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 1080 2081 3445 - 8775
γMsflex 115
NRkp w C1215 [kN] 108 159 297 384 509 ψc (fckcube15) γMp 15 αch 088 091 098 100 100 hef [mm] 79 94 155 175 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 30 35 35 35 40 Beton zarysowany
proste pręty zbrojeniowe
35 41 41 41 47
Strzemiona 40 47 47 47 53 αhV (hhcrV)23
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
43
Profile zimnogięte
Profile JTA K 2815
JTA K 3817
JTA K 4025
JTA K 5030
JTA K 5334
JTA K 7248
Śruby M6 ndash M12
M10 - M16
M10 - M16
M10 - M20
M10 - M20
M20 - M30
Iy stal zwykła [mm4] 4060 8547 20570 41827 72079 293579 Iy stal nierdzewna
[mm4] 4060 8547 19097 41827 72079 293579
NRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 sslb [mm] 42 52 65 81 88 129 NRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 VRksc [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsca 18 VRksl [kN] 9 18 20 31 55 100 γMsl 18 MRksflex stal zwykła
[Nm] 317 580 1099 1673 2984 8617
MRksflex stal nierdzewna
[Nm] 324 593 1071 1708 2984 8617
γMsflex 115
NRkp w C1215
[kN] 67 147 108 159 297 509
ψc (fckcube15) γMp 15 αch 081 088 088 091 098 100 hef [mm] 45 76 79 94 155 179 γMc 15 k5 20 αpmiddotψreV 25 30 30 35 35 40 Beton zarysowany proste pręty zbrojeniowe
30 35 35 41 41 47
Strzemiona 35 40 40 47 47 53 αhV (hhcrV)23
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
44
52 Przykład 1
Profil 4025 L = 150 mm 2 okrągłe kotwy Rozstaw kotew s = 100 mm 1 śruba M12 46 Beton C3037 zarysowany Grubość elementu h = 150 mm Odległość krawędziowa c1 = 75 mm Odległość krawędziowa c2 = 200 mm NEd = 500 kN VEd = 550 kN
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
45
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik bezpieczeństwa
Iy = 20570 mm 4 NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRkss = 3370 kN γMss = 200 MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 NRkp = 108 247 = 2668 kN γMc = 150 hef = 79 mm αch = 088 scrN = 352 mm ccrN = 176 mm VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRksl = 2000 kN γMsl = 180 αp = 300 bch = 4000 mm hch = 2500 mm
1 Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) li = 13Iy005s05 = 132057000510005 = 214 mm (roacutewnanie 32) Miejsce obciążenia śruba jest umieszczona dokładnie nad pierwszą kotwą
Kotwa 1 Kotwa 2 11 Odległość siły od kotwy [mm] 0 100 12 Arsquoi = (li-s)li (214-0)214 = 1000 (214-100)214 = 0533 13 k = 1ΣArsquoi 1(100+0533) = 0652 14 Na
Ed = kArsquoiNEd 06521000500 = 326 06520533500 = 174 Analogicznie dla ścinania
VaEd [kN]
359 191
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
46
2 Sprawdzenie Rozciąganie 1) Zerwanie stali kotwy (nie decyduje ETA załącznik 11) 2) Połączenie kotwa-szyna
NRksc = 2000 kN γMsc = 180 NRdsc = 1111 kN gt 326 kN
βN = 3261111 = 029
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
NRksl = 2000 kN γMsl = 180 NRdsl = 1111 gt 500 kN
βN = 5001111 = 045
4) Zniszczenie śrub NRkss = 3370 kN γMss = 200 NRdss = 1685 kN gt 500 kN
βN = 5001685 = 030
5) Zginanie szyny Decyduje miejsce obciążenia w środku pomiędzy kotwami
MEd = 14 middot (500 kNmiddot 10 cm) = 125 kNcm
MRksflex = 1099 kNcm γMsflex = 115 MRdsflex = 9557 kNcm
βN = 12509557 = 013
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie
Nośność na wyciągnięcie zgodnie z ETA NRkp = 2668 kN γMc = 15 NRdp = 1778 kN gt 326 kN
βN = 3261778 = 018
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
47
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego
NRkc = N0Rkc middotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
Głebokość zakotwienia hef = 79 mm Wspoacutełczynnik αch = 088 Wartość podstawowa N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot088middot 37 middot7915 = 3194 kN
(roacutewnanie 43) Wpływ sąsiednich kotew charakterystyczny rozstaw scrN = 352 mm
607
32617415
35210011
1
aEd1NaEd2N15
Ncrs2s
11
1α Ns =
sdot⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ minus+
=
sdot⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛minus+
= (roacutewnanie 45)
Wpływ odległości od krawędzi Charakterystyczna odległość od krawędzi ccrN = 176 mm rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 75 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (75176)05 = 065 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 200 mm gt ccrN
αcN = 100 (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia ψreN = 100 (założono że pręty zbrojeniowe są w rozstawie większym niż ge 150 mm) (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 100 (roacutewnanie 411)
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
48
NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN
NRkc = 3209 kNmiddot076middot065middot100middot100middot100 = 1578 kN γMc = 15 NRdc = 1052 kN gt 326 kN
βN = 3261052 = 031
8) Rozłupanie podczas montażu i pod obciążeniem
Sprawdzenie nie jest konieczne 9) Lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne Sila ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 2020 kN γMs = 167 VRdss = 1210 kN gt 550 kN
βV = 5501210
= 045
2) Zniszczenie stali kotwy
VRksa = NRksa (nie decyduje ETA załącznik 11) 3) Zniszczenie połączenia pomiędzy kotwą a profilem szyny
VRksc = 2000 kN γMsc = 180 VRdsc = 1111 kN gt 359 kN
βV = 3591111
= 032
4) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 2000 kN γMsl = 180 VRdsl = 1111 kN gt 550 kN
βV = 5501111
= 050
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
49
5) Zniszczenie poprzez odszczepienie stożka betonowego (zniszczenie krawiędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia)
VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428)
VRkcp = 2middot1578 = 3156 kN γMc = 15 VRdcp = 2104 kN gt 359 kN
βV = 3592104
= 017
6) Zniszczenie krawędzi betonowej
beton zarysowany bez dodatkowego dozbrojenia VRkc = V0
RkcmiddotαsVmiddotαcVmiddotαhVmiddotψreV (roacutewnanie 429)
αp reVsdotψ = 300
V0Rkc reVsdotψ = αp reVsdotψ ckcubefsdot sdotc1
15 = 30middot 37 middot7515 = 1185 kN
(roacutewnanie 430)
Wpływ kotew sąsiednich Charakterystyczny rozstaw kotew scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot75+2middot40 = 380 mm (roacutewnanie 432)
sV 15 15
aEd22
crV aEd1
1 1075
100 191Vs 1 11 1 380 359s V
α = = =⎛ ⎞⎛ ⎞ + minus sdot⎜ ⎟+ minus sdot⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
(roacutewnanie 431)
Wpływ odległości od krawędzi ccrV = 2middotc1 + bch = 2middot75+40 = 190 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 200 mm gt ccrV αcV = 100 (roacutewnanie 433) Wpływ grubości elementu hcrV = 2middotc1 + 2middothch = 2middot75+2middot23 = 196 mm (roacutewnanie 436) αhV = (hhcrV)23 = (150196)23 = 084 (roacutewnanie 435)
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
50
Warunek ze względu na beton ψreV = 100 VRkc = 1185 kNmiddot075middot10middot084middot10 = 747 kN γMc = 15 VRdc = 498 kN gt 359 kN
βV = 359498
= 072
Kombinacja siły rozciągającej i ścinającej (interakcja)
1) Zniszczenie śrub βN = 030 βV = 045
βN
2+βV2 = 0302+0452 = 029 lt1 (roacutewnanie 452)
2) Zniszczenie szyny (lokalne zniszczenie) βN = 045 βV = 050
βN
2+βV2 = 0452+0502 = 045 lt1 (roacutewnanie 452)
3) Zniszczenie kotew (kotwa 1) βN = 029 βV = 032
βN
2+βV2 = 0292+0322 = 019 lt1
4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi) βN = 031 βV = 072
βN
15 + βV
15 = 03115+07215 = 078 lt1 (roacutewnanie 454)
Warunki spełnione
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
51
53 Przykład 2 Profil goracowalcowany 5030 L = 350 mm 3 okrągłe kotwy Długość zakończenia x = 25 mm Rozstaw kotew s = 150 mm
2 śruby M16 46 rozstaw śrub 150 mm NEd = 32 kN VEd = 83 kN Beton C2530 zarysowany Grubość elementu h = 200 mm Odległość krawędziowa c1 = 150 mm Odległość krawędziowa c2 = 225+25 = 250 mm
225
150 150
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
52
Wartości wg ETA
Wartości charakterystyczne Częściowy wspoacutełczynnik
bezpieczeństwa bch = 49 mm hch = 30 mm Iy = 51904 mm4 NRksa = - γMs = - NRksc = 310 kN γMsca = 18 NRksl = 310 kN γMsl = 18 sslb = 81 mm MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 NRkss = 628 kN γMs = 20 NRkp = 20211 = 422 kN γMc = 15 αch = 091 hef = 94 mm scrN = 399 mm ccrN = 199 mm VRksl = 403 kN γMsl = 18 k5 = 20 αp = 35 VRkss = 377 kN γMs = 167
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
53
Rozkład sił Obciążenia kotew wg metody wpływu obciążenia (najdłuższego boku) Aby uzyskać decydujące obciążenie muszą zostać obliczone dwie pozycje rozmieszczenia sił w danych kotwach dla sprawdzenia ich zniszczenia li = 13Iy005s05 = 135190400515005 = 274 mm (roacutewnanie 32) Pozycja obciążenia 1 Obie śruby są położone dokładnie nad pierwszą i druga kotwą Jest to pozycja śruby odpowiednio 25 mm i 175 mm od krawędzi szyny kotwiącej
250
150
150 150
150
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
54
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (25mm od krawędzi) 0 150 300
12 Arsquoi = 1-sli 1 1-150274
= 0453 0
13 k = 1ΣArsquoi 1
100+0453+0 = 0688
14 NaEd = kArsquoiNEd
0688132 = 220
0688045332 = 100
0
21 Odległość obciążenia (175mm od krawędzi) 150 0 150
22 Arsquoi = 1-sli 1-150274
= 0453 1
1-150274 = 0453
23 k = 1ΣArsquoi 1
0453+1+0453 = 0525
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0525045332 = 076
0525132 = 168
0525045332 = 076
3 Wyniki obciążeń kotew NaEd
(linia 14+24) [kN] 220+076
= 296 100+168
= 268 0+076 = 076
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 769 694 197
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
55
Pozycja obciążenia 2 Śruby są umieszczone symetrycznie w odniesieniu do środkowej kotwy Jest to pozycja śruby odpowiednio 100 mm i 250 mm od krawędzi szyny kotwiącej
Kotwa 1 Kotwa 2 Kotwa 3
11 Odległość obciążenia (100mm od krawędzi) 75 75 225
12 Arsquoi = (li-s)li 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
1-225274 = 0178
13 k = 1ΣArsquoi 1
0726+0726+0178 = 0613
14 NaEd = kArsquoiNEd
0613072632 = 142
0613072632 = 142
0613017832 = 035
21 Odległość obciążenia (250mm od krawędzi) 225 75 75
22 Arsquoi = 1-sli 1-225274
= 0178 1-75274 = 0726
1-75274 = 0726
23 k = 1ΣArsquoi 1
0178+0726+0726 = 0613
24 NaEd = kArsquoiNEd [kN]
0613017832 = 035
0613072632 = 142
0613072632 = 142
3 Wyniki obciążenia kotew Na
Ed (linia 14+24) [kN] 142+035
= 178 142+142
= 285 035+142
= 178
Analogicznie dla ścinania Va
Ed [kN] 461 739 461
Pozycja obciążenia 2 jest decydująca dla warunku zniszczenia bdquozginanie szynyldquo
MEd = NEdmiddots4 = 32middot150
4 = 120 Nm
250
150
150 150
150
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
56
Sprawdzenie Siła rozciągająca 1) Zniszczenie kotwy
nie decyduje ETA załącznik 11)
2) Połączenie pomiędzy kotwą i szyną (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRksc = 310 kN γMsc = 18 NRdsc = 172 kN gt 296 kN
βN = 296172 = 0170
3) Lokalne odgięcie ramion szyny
rozstaw śrub 150 mm gt sslb = 81 mm istniejący rozstaw śrub nie wymaga redukcji nośności NRksl = 310 kN γMsl = 18 NRdsl = 172 kN gt 32 kN
βN = 32172 = 0186
4) Zniszczenie śruby
NRkss = 628 kN γMs = 200 NRdss = 314 kN gt 32 kN
βN = 32314 = 0102
5) Zniszczenie przez zginanie szyny kotwiącej
MRksflex = 2038 Nm γMsflex = 115 MRdsflex = 1772 Nm gt 120 Nm
6) Zniszczenie przez wyciągnięcie (kotwa 1 pozycja obciążenia 1) NRkp = 422 kN γMc = 15 NRdp = 281 kN gt 296 kN
βN = 296281 = 0105
7) Zniszczenie przez wyrwanie stożka betonowego (kotwa 2 pozycja
obciążenia 2) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN (roacutewnanie 42)
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
57
Wartość podstawowa Głębokość zakotwienia hef = 94 mm Wspoacutełczynnik αch = 091 N0
Rkc = 85middotαchmiddot fckcube middothef15 = 85middot091middot3005middot9415 = 386 kN (roacutewnanie 43)
Wpływ kotew sąsiadujących charakterystyczny rozstaw scrN = 399 mm
αsN = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crN Ed1 crN Ed1
1
N Ns s1 1 1
s N s N
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 268 150 0761 1 1
399 296 399 296⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0677 (roacutewnanie 45)
Wpływ odległosci od krawędzi charakterystyczne odległości od krawędzi ccrN = 199 mm Rzeczywista odległość od krawędzi c1 = 150 mm lt ccrN αeN = (c1ccrN)05 = (150200)05 = 0867 lt1 (roacutewnanie 47) Wpływ naroża elementu rzeczywista odległość od krawędzi c2 = 250 mm gt ccrN (roacutewnanie 49) Wpływ gęstości zbrojenia Założono że rzeczywisty rozstaw prętoacutew zbrojeniowych będzie le150mm ψreN = 05+hef200 = 05+94200 = 097 lt1 (roacutewnanie 410) Warunek ze względu na beton ψucrN = 1 (roacutewnanie 411) NRkc = N0
RkcmiddotαsNmiddotαeNmiddotαcNmiddotψreNmiddotψucrN NRkc = 386middot0677middot0867middot10middot097middot10 = 2200 kN γMc = 15 NRdc = 1467 kN gt 296 kN
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
58
βN = 2961467 = 0202
8) Zniszczenie przez rozłupanie
Sprawdzenie nie jest konieczne
9) Zniszczenie poprzez lokalne wyłupanie Sprawdzenie nie jest konieczne
Siła ścinająca 1) Zniszczenie śruby
VRkss = 377 kN γMs = 167 VRdss = 226 kN gt 83 kN
βN = 83226 = 0367
2) Lokalne odgięcie ramion szyny
VRksl = 403 kN γMsl = 18 VRdsl = 224 kN gt 83 kN
βV = 83224 = 0371
3) Połączenie kotwa ndash szyna (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)To sprawdzenie nie
jest jeszcze zawarte w ECNTS ale zostanie zamieszczone w przyszłości W związku z tym zakłada się że NRksc = VRksc VRksc = 310 kN γMsc = 18 VRdsc = 172 kN gt 769 kN
βV = 769172 = 0447
4) Zniszczenie krawędzi betonowej po stronie odwrotnej do obciążenia (kotwa 2
pozycja obciążenia 2) VRkcp = k5middotNRkc (roacutewnanie 428) k5 = 20 VRkcp = 2 middot2013 = 4026 kN γMc = 15 VRdcp = 2684 kN gt 739 kN
βV = 7392684 = 0275
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
59
5) Zniszczenie krawędzi elementu betonowego (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV (roacutewnanie 429)
Wartość podstawowa baton zarysowany nie uwzględnione zbrojenie krawędziowe αpmiddotψreV = 35 V0
RkcmiddotψreV = αpmiddotψreV middot fckcube middotc115 = 35middot fckcube middot15015 = 3522 kN
Wpływ kotew sąsiednich charakterystyczny rozstaw scrV = 4middotc1 + 2middotbch = 4middot150+2middot49 = 698 mm (roacutewnanie 432)
αsV = 15 15a aEd2 Ed32 3a a
crV Ed1 crV Ed1
1
V Vs s1 1 1
s V s V
⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
=
15 15
1
150 694 300 1971 1 1
698 769 698 769⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ minus sdot + minus sdot⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
= 0575 (roacutewnanie 431)
Wpływ naroża charakterystyczna odległość krawędziowa ccrV = 2middotc2 + bch = 2middot150+49 = 349 mm (roacutewnanie 434) rzeczywista odległość krawędziowa c2 = 250 mm lt ccrV αcV = (c2ccrV)05 = (250349)05 = 0846 (roacutewnanie 433)
Wpływ grubości elementu charakterystyczna grubość elementu hcrV = 2middotc2 + 2middothch = 2middot150+2middot30 = 360 mm (roacutewnanie 436) rzeczywista grubość elementu h = 200 mm lt hcrV αhV = (hhcrV)23 = (200360)23 = 0676 (roacutewnanie 435)
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
60
VRkc = V0RkcmiddotψreV middotαsVmiddotαcVmiddotαhV
VRkc = 3522middot0575middot0846middot0676middot10 = 1158 kN γMc = 15 VRdc = 772 kN gt 769 kN
βV = 769772 = 0996
Kombinacje siły rozciągającej i ścinającej (interakcja) 1) Zniszczenie śrub
βN = 0102 βV = 0367 βN
2 + βV
2 = 01022+03672 = 0145 lt 1 (roacutewnanie 452) 2) Zniszczenie końcoacutewek profilu szyny
βN = 0186 βV = 0371 βN
2 + βV
2 = 01862+03712 = 0172 lt 1 (roacutewnanie 452) 3) Zniszczenie kotwy szyny (kotwa 1 pozycja obciążenia 1)
βN = 0186 βV = 0447 βN
2 + βV
2 = 01862+04472 = 0172 lt 1 4) Zniszczenie betonu (wyrwanie stożka betonowego ndash zniszczenie krawędzi)
βN = 0202
βV = 0996 = N V
12β + β
= 0202+099612 = 0998 lt 1 (roacutewnanie 453)
Warunki spełnione
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
61
6 LITERATURA [1] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-34 vom
02082007 fuumlr Halfen - Ankerschienen HTA [2] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Berlin (DIBt) Zulassung Z-214-151 vom
22012008 fuumlr Jordahl- Ankerschienen Typ JTA und JTA-R [3] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Common Understanding Procedure (CUAP)
for Anchor Channels Berlin Juni 2004 [4] European Organization for Standardization (CEN) EN 1990 2002 Basis of
structural design Bruumlssel 2002 [5] DIN SPEC 1021-4-1 (DIN CENTS 1992-4-1) Bemessung der Verankerung
von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-1 Allgemeines (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-1 2009)
[6] DIN SPEC 1021-4-3 (DIN CENTS 1992-4-3) Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton ndash Teil 4-3 Ankerschienen (Deutsche Fassung DIN CENTS 1992-4-3 2009)
[7] European Organisation for Standardisation (CEN) EN 1992-1-1 2005 Design of Concrete Structures Part 1 General Rules and Rules for Buildings Bruumlssel 2005
[8] Kaiserliches Patentamt Patentschrift Nr 292751 fuumlr Anders Jordahl Aufnahme von Befestigungsbolzen fuumlr Lagerboumlcke und dgl Berlin 1916
[9] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_4 (Rev 3) vom 02092009 fuumlr Jordahl Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[10] Deutsches Institut fuumlr Bautechnik Evaluation Report Nr 06_14_1 vom 02092009 fuumlr Halfen Ankerschienen zur Verankerung in Beton in Uumlbereinstimmung mit der CUAP
[11] European Technical Approval ETA-090338 vom 15022010 fuumlr Jordahl-Ankerschiene JTA
[12] European Technical Approval ETA-090339 vom 15022010 fuumlr Halfen-Ankerschiene HTA
[13] Eligehausen R Malleacutee R Silva J Anchorage in Concrete Construction Ernst amp Sohn Berlin 2006
[14] Eligehausen R Asmus J Lotze D Potthoff M Ankerschienen In BetonKalender 2007 Ernst amp Sohn Berlin 2007
[15] Schmid K Tragverhalten und Bemessung von Befestigungen am Bauteilrand mit Ruumlckhaumlngebewehrung unter Querlasten senkrecht zum Rand Dissertation Institut fuumlr Werkstoffe im Bauwesen Universitaumlt Stuttgart 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010
62
[16] fib - feacutedeacuteration international du beacuteton Design of fastenings in concrete ndash Design Guide ndash Parts 1 to 5 Lausanne Draft June 2010