Podstawowym wymaganiem zastosowania obowiązujących przepisów projektowych w przypadku łączników zakotwionych w betonie EC2, Część 4 stanowi założenie sztywności na zginanie płyty kotwiącej w przypadku wyznaczania naprężeń działających na łączniki zgodnie z teorią sprężystości. Nie są dostępne żadne zasady określające, kiedy płyta kotwiąca jest traktowana jako wystarczająco odporna na zginanie. Weryfikacja tego założenia na końcowym etapie projektu jest zwykle pomijana lub wykonywana manualnie z użyciem bardzo złożonych obliczeń.
 
Czas czytania około 10 minut
 
Obecny problem
Założenie, że płyta kotwiąca nie odkształca się pod wpływem zjawisk wyznaczonych zgodnie z teorią sprężystości nie zawsze jest prawdziwe dla płyt kotwiących o grubościach powszechnie stosowanych w zastosowaniach praktycznych. Dlatego też zakłada się, że dla płyty kotwiącej sztywnej na zginanie, wynikowe siły ściskające w betonie działające na zewnętrzną krawędź płyty kotwiącej powodują powstanie ramienia dźwigni sił wewnętrznych z (rys. 1a).
Jeśli przeciwnie do założenia płyta kotwiąca jest sprężysta, w zależności od sztywności powoduje to ograniczenie ramienia dźwigni sił wewnętrznych i tym samym zwiększenie obciążeń działających na łączniki. W skrajnych przypadkach, może wystąpić złącze płyty kotwiącej na krawędzi dospawanej sekcji, które będzie miało charakter plastyczny (rys. 1b). W tym przypadku, wynikowe siły ściskające w betonie przemieszczają się w kierunku krawędzi profilu. W przypadku utworzenia złącza o charakterze plastycznym w płycie kotwiącej po stronie ciągnionej połączenia, narożniki płyty mogą opierać się o beton w przypadku znacznego odkształcenia płyty kotwiącej, powodując powstawanie sił, które mogą prowadzić do zwiększenia sił rozciągających w łącznikach. Siły te mogą występować również w większych występach płyt kotwiących, w płytach kotwiących o niewielkiej sztywności na zginanie oraz w przypadku dominujących obciążeń rozciągających (rys. 1b). Znaczne odkształcenia obciążonych płyt kotwiących mogą tym samym eliminować zjawisko rozkładu obciążenia przez płytę kotwiącą, powodując istotne przeciążenia i przedwczesne zniszczenie łącznika w grupie. 
 

Na rys. 1a (po lewo) przedstawiono ogólne założenie sztywności płyty kotwiącej,

natomiast na rys. 1b po prawej przedstawiono wpływ ograniczonego ramienia dźwigni ze względu na elastyczność płyty kotwiącej.

 
 
Rozwiązanie z pomocą profesjonalistów - oprogramowanie Profis Engineering
W celu oceny faktycznej sztywności płyty kotwiącej, stosowanych łączników, jak również złączy spawanych i mocowań, wymagane jest realistyczne założenie zachowania odkształceniowego poszczególnych elementów i tym samym uwzględnienie warunków równowagi i kompatybilności. Jest to możliwe w oprogramowaniu Hiltidesign Profis Engineering Suite na podstawie analizy modelu elementów skończonych opartego na komponentach (CBFEM). Rozwiązanie to łączy metodę komponentów powszechnie stosowaną w konstrukcjach stalowych z zaawansowaną metodą elementów skończonych oraz zapewnia precyzyjną weryfikację wszystkich komponentów połączenia. Punkt bazowy/punkt połączenia jest podzielony na poszczególne komponenty. Poszczególne komponenty są opisane przez realistyczne założenia dotyczące zachowania naprężeniowego lub krzywych naprężenia, tym samym, zachowanie całego układu może być opisane z użyciem realistycznych założeń i rozkładu sił. W oprogramowaniu, komponenty uwzględniane dla całego punktu bazowego stanowią profil, elementy usztywniające (jeśli dotyczy), płytę kotwiącą, spoiny, łączniki i beton.
Płyta kotwiąca, profil spawany i elementy usztywniające wokół spoin są opisane z uwzględnieniem właściwości materiału według EN 1993-1-1 [1] i EN 1993-1-5 [2], modelowane zgodnie z metodą elementów skończonych oraz zasadą utwardzania sprężysto-plastycznego (spoiny) lub liniowego utwardzania sprężysto-plastycznego (profil, elementy usztywniające i płyta kotwiąca). Reakcja betonu jest wyznaczana na podstawie właściwości betonu według EN 1992-1-1 [3], gdzie sztywność sprężyny jest oparta na modelu Winklera-Pasternaka. Zachowanie naprężeniowe dybli, które ma istotny wpływ na wielkość sił nośnych została wyznaczona przez uwzględnienie sprężenia, materiału dybla i współczynnika tarcia w ramach projektu badawczego Hilti. Wykazano, że uzyskane sztywności kotew są częściowo odchylone od wartości podanych w aprobatach. Może to być spowodowane tym, że wartości przesunięcia łączników opublikowane w odpowiedniej dokumentacji/ocenach technicznych zostały wyznaczone w innych warunkach (maksymalne wartości przesunięcia), niż wymagane do wyznaczenia sztywności łącznika dla projektu płyty kotwiącej (minimalne wartości przesunięcia).
 
Wniosek
Ponieważ faktyczna sztywność płyty kotwiącej nie została wcześniej sprawdzona, jest to realizowane na końcowym etapie obliczeń w oprogramowaniu HiltiProfis Engineering Suitedesign. W tym procesie, obciążenia działające na kotwy obliczane zgodnie z teorią sprężystości, przy założeniu sztywnej płyty kotwiącej są porównywane z obciążeniami kotwy uwzględniającymi faktyczną sztywność. Poprzez porównanie obciążeń działających na kotwę uwzględniających obie metody, rozbieżność pomiędzy teorią (sztywna płyta kotwiąca) a praktyką może być wyznaczona z użyciem oprogramowania, patrz rys. 2.
 
 
 

Rys. 2: Porównanie obciążeń działających na kotwę z uwzględnieniem sztywności płyt kotwiącej w oprogramowaniu projektowym Hilti Profis Engineering Suite

Podobał Ci się ten artykuł?
Oceń go dając kciuk w górę. Ułatwi to nam wybór kolejnych tematów. 

Wybrane odnośniki:
Kontakt z Hilti
Rozwiązanie Hilti w zakresie montażu zbrojenia uzupełniającego
Oprogramowanie do projektowania PROFIS Engineering
Katalog produktów
Podręcznik techniki kotwienia
WEBINAR Hilti - Projektowanie płyty podstawy
Biblioteka BIM/CAD
Kontakt z Hilti
_________________________________________________________________________________________________________________________
[1] EN 1993-1-1: Projektowanie konstrukcji stalowych - Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków; wersja w języku niemieckim EN 1993-1-1:2005 + AC:2009
[2] EN 1993-1-5: Projektowanie konstrukcji stalowych - Część 1-5: Blachownice; wersja w języku niemieckim EN 1993-5:2007 + AC:2009
[3] EN 1992-1-1: Projektowanie konstrukcji z betonu - Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków; wersja w języku niemieckim EN 1992-1-1:2004 + AC:2010