PRZYCZEPNOŚĆ BETONU DO STALI

Przyczepność jest podstawowym czynnikiem warunkującym współpracę betonu i stali.

W ujęciu ogólnym przyczepność rozumie się jako opór na powierzchni styku obu materiałow, jaki stawia zabetonowany pręt przy próbie jego wyciągania.

Mechanizm przyczepności jest skomplikowany i zależy od wielu czynników, z których głównymi są:

− tarcie stali o beton spowodowane efektem skurczu

betonu, który zaciska się wokół zbrojenia,

− opór betonu na skutek nierówności występujących na

powierzchni zbrojenia (pręty żebrowane wykazują

przyczepność około 1,5 raza większą niż pręty gładkie),

− chemiczne związanie się obu materiałów.

Siły przyczepności zależą także od:

− klasy betonu (im wyższa, tym przyczepność lepsza),

− wieku betonu (wzrost przyczepności z upływem czasu),

− sposobu zagęszczania (wibrowanie zwiększa

przyczepność),

− stanu powierzchni zbrojenia (zatłuszczenie, brud, silna

rdza są niekorzystne).

Podstawowa długość zakotwienia

Zabetonowany pręt zbrojeniowy poddany rozciąganiu musi być odpowiednio zakotwiony, aby przenieść występujące w nim naprężenia rozciągające.

Siła wyrywająca = pole przekroju pręta x naprężenie σ_sd

w wyciąganym pręcie

Siła przyczepności = powierzchnia kontaktu x naprężenie

przyczepności f_bd

= (l_b,rqd π φ)f_bd

Z warunku równowagi sił

= (l_b,rqd π φ)f_bd

po przekształceniach otrzymujemy

Długość l_b,rqd zwiększa się ze wzrostem średnicy pręta i naprężeń σ_sd w zbrojeniu.

Norma zaznacza, że σ_sd jest naprężeniem obliczeniowym w miejscu, od którego odmierza się długość zakotwienia.

Maksymalna wartość σ_sd = f_yd może być w wielu przypadkach obniżona.

Zaleca się określanie rzeczywistych naprężeń w zbrojeniu występujących w rozpatrywanym przekroju elementu.

Np. naprężenie w zbrojeniu o przekroju A_S doprowadzonym do skrajnej podpory gdzie M = 0 wynosi:

Siła ΔF_td jest zazwyczaj niewielka, zbrojenie A_s na podporze

może być większe niż to wynika z warunków normowych.

Wtedy otrzymujemy σ_sd < f_yd co korzystnie zmniejsza podstawową długość zakotwienia l_b,rqd.

Graniczne naprężenie przyczepności f_bd wyznacza się ze wzoru

f_bd = 2,25 η₁ η₂ f_ctd

w którym:

η₁ - współczynnik zależny od jakości warunków

przyczepności i pozycji pręta w czasie betonowania

η₁ = 1,0 gdy warunki są „dobre”

η₁ = 0,7 we wszystkich innych przypadkach

η₂ - zależy od średnicy pręta

η₂ = 1,0 dla φ ≤ 32 mm

η₂ = (32 - φ)/100 dla φ > 32 mm

Obliczeniowa długość zakotwienia

wyznaczana jest ze wzoru:

l_bd = α₁ α₂ α₃ α₄ α₅ l_b,rqd lecz nie mniej niż l_b,min

gdzie:

α₁ - zależy od kształtu pręta (przy właściwej otulinie),

α₂ - zależy od najmniejszego otulenia betonem,

α₃ - zależy od wpływu zbrojenia poprzecznego,

α₄ - uwzględnia wpływ prętów poprzecznych,

przyspojonych na długości l_bd,

α₅ - uwzględnia wpływ nacisku poprzecznego.

Wartości powyższych współczynników podane są w normie EC2 w tab. 8.2.

Iloczyn α₂ α₃ α₅ powinien spełniać nierówność:

α₂ α₃ α₅ ≥ 0,7

Minimalna długość zakotwienia

wyznaczana jest następująco:

- przy kotwieniu prętów rozciąganych

l_b,min = max(0,3l_b,rqd; 10φ; 100 mm)

- przy kotwieniu prętów ściskanych

l_b,min = max(0,6l_b,rqd; 10φ; 100 mm)

PRZYKŁAD

Obliczenie długości zakotwienia dla następujących danych:

- beton klasy C30/37, f_cd = 30/1,4 = 21,4 MPa

f_ctd = 2,0/1,4 = 1,43 MPa

- stal klasy C B500SP, f_yd = 500/1,15 = 435 MPa

- średnica prętów φ 20

-dobre warunki przyczepności.

Podstawowa długość zakotwienia

f_bd = 2,25 η₁ η₂ f_ctd

η₁ = 1,0 gdy warunki są „dobre”

η₁ = 0,7 we wszystkich innych przypadkach

η₂ = 1,0 dla φ ≤ 32 mm

f_bd = 2,25 ⋅ 1,0 ⋅ 1,0 ⋅ 1,43 = 3,22 MPa

σ_sd = f_yd = 435 MPa

Przyjęto maksymalną wartość σ_sd = f_yd.

(W wielu przypadkach dokładne obliczenia obniżają wartość naprężeń σ_sd. Znając siłę rozciągająca F oraz pole przekroju zbrojenia A_s określamy σ_sd = F/A_s < f_yd.)

33φ = 675 mm

Obliczeniowa długość zakotwienia

l_bd = α₁ α₂ α₃ α₄ α₅ l_b,rqd lecz nie mniej niż l_b,min

Dla prętów rozciąganych i prostych można w wielu przypadkach przyjąć współczynniki α₁ ÷ α₅ jako równe 0,7.

Przy kotwieniu prętów rozciąganych

l_b,min = max(0,3l_b,rqd; 10φ; 100 mm)

l_b,min = max(0,3l_b,rqd = 0,3 ⋅ 33φ = 9,9φ = 198 mm;

10φ = 10 ⋅ 20 = 200 mm; 100 mm)

Ostatecznie:

l_bd = 0,7 l_b,rqd = 0,7⋅ 33φ = 23φ = 460 mm > 200 mm

Kotwienie strzemion i zbrojenia na ścinanie

jest określone zasadami podanymi w normie EC2.

Strzemiona powinny być zakończone hakami półokrągłymi lub prostymi albo poprzez przyspojone pręty poprzeczne.

Wewnątrz haka lub zagięcia umieszcza się pręt zbrojenia podłużnego (patrz rys. 8.5).

Łączenie prętów zbrojeniowych

może być wykonane:

1. na zakład jako połączenie prętów prostych lub prętów zakończonych hakami,

2. połączenie spajanie,

3. połączenie mechaniczne.

Łączenie na zakład należy wykonywać w miejscach poza obszarami dużych naprężeń zgodnie z wytycznymi podanymi na rys. 8.7 z uwzględnieniem przesunięć względem siebie kolejnych prętów.

Obliczeniową długość zakładu określa się w zależności od podstawowej długości zakotwienia l_b,rqd ze wzoru:

l₀ = α₁ α₂ α₃ α₅ α₆ l_b,rqd lecz nie mniej niż l_0,min

współczynniki α₁, α₂, α₃, i α₅ można wziąć z tabl. 8.2

przy czym ρ_l oznacza procentowy udział zbrojenia łączonego na zakłady (w stosunku do całego pola zbrojenia) w obszarze środkowym o długości 1,3 l₀

l_0,min = max(0,3 α₆ l_b,rqd; 15φ ; 200 mm)

---