BŪVKONSTRUKCIJAS.LV

EN 1992-1-1 un ACI 308M-08 doto dzelzsbetona caurspiešanas metodiku salīdzinājums

27.05.2013

2012. gadā Ieva Radziņa izstrādāja pētījumu bakalaura darba ietvaros – „Dažādos būvnormatīvos doto dzelzsbetona caurspiešanas metodiku salīdzinājums” (darba vadītājs Normunds Tirāns).

Salīdzinātas tika EN 1992-1-1 un ACI 318M-08 (kā arī LBN 203-97, bet par to šajā ziņojumā neiedziļināsimies).

Vēlamies akcentēt galveno, kas varētu būt interesanti praktizējošiem būvkonstrukciju projektētājiem.

Aprēķina metodikas

EN 1992-1-1 būvnormatīva metodika, atšķirībā no ACI 318M-08, caurspiešanas pretestības, bez bīdi uzņemošā stiegrojuma, aprēķinā ņem vērā pārseguma stiegrojuma daudzumu uz apskatāmā šķērsgriezuma laukumu, kā arī pārseguma plātnes izmēra efektu, ko ievērtē izmantojot koeficientu. Izmantojot formulu EN 1992-1-1 (6.47) iespējams gadījums, kad pārseguma plātnē neievietojot stiegrojumu, šķērsgriezuma pretestība pret caurspiešanu samazinās līdz nullei, tāpēc normatīvs definē minimālo šķērsgriezuma pretestību, ievērtējot tikai pārseguma plātnes izmēra efektu un izmantotā betona stiprības klasi. 

Gadījumā, kad ir nepieciešams bīdi uzņemošais stiegrojums, aprēķina pretestība sastāv gan no pretestības bez stiegrojuma pret caurspiešanu, gan no bīdes stiegrojuma pretestības. Šajā kopdarbībā pretestību betonam bez šķērsstiegrojuma caurspiešanai samazina par 25%. Samazināšana ir iekļauta aprēķinā, lai precīzāk aprakstītu betona un stiegrojuma kopdarbību, kad caurspiešanas konuss vertikāli pārvietojas un tikai tad bīdes stiegrojums var ieslēgties darbā. Aprēķinot - šķērsgriezuma pretestību, kas ir pastiprināts ar bīdes stiegrojumu, tiek izmantota stiegrojuma pret caurspiešanu efektīvā aprēķina stiprība, kura ievērtē ierobežoto enkurošanās garumu bīdes stiegrojumam.

Arī Amerikas ACI 318M-08 caurspiešanas aprēķinu aplūko pēc tradicionālās pieejas vispirms apskatot šķērsgriezumu bez caurspiešanas bīdes stiegrojuma un ja tas nepieciešams, tad ar šo stiegrojumu. Kopumā aprēķina metodika ir līdzīga.

Īpatnības

Kontroles perimetra noteikšana pēc EN 1992-1-1

EN 1992-1-1 būvnormatīva metodikā par kontroles caurspiešanas perimetra aprēķināšanas pamatu pieņemts P. E. Regan secinājums, ka pēc sabrukuma jeb caurspiešanas, no pārseguma plātnes izspiedušais konuss ir nošķēlies apmēram 30o leņķī.  Šī iemesla dēļ par kontroles perimetru tiek pieņemts minimālais perimetrs 2d attālumā no kolonnas malas. Kontroles perimetrs ir jāsamazina, ja attālumā <6d ir atvērumi pārseguma plātnē.

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/1.png

1.att. Galvenais kontroles perimetrs atbilstoši EN 1992-1-1

Kontroles perimetra noteikšana pēc ACI-308M-08

Kontroles perimetra aprēķināšanai, ACI 318M-08 būvnormatīvos ir vienkāršoti Johannes Moe izstrādātie secinājumi par bīdes spriegumiem pie kolonnas, kā rezultātā kritiskais šķēlums noteikts minimālais perimetrs, kas nav tuvāk par d/2 no kolonnas malas. Lai gan pēc definīcijas, perimetra stūriem jābūt noapaļotiem, būvnormatīvā pieņemts, ka taisnstūra kolonnām kritiskais šķēlums ir taisnstūra. Atšķirībā no EN 1992-1-1 atvērumi plātnē ir jāsāk ņemt vērā, ja to attālums no kolonnas vienāds ar 10h, kur h - pārseguma biezums.

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/2.png

2. att. Kritiskā šķēluma varianti pēc ACI 318M-08

Atšķirībā no ACI 318M-08 EN 1992-1-1 precizē ārējo efektīvo kontroles perimetru ar šķērsspēku uzņemošu stiegrojumu pastiprinātām plātnēm. Atkarībā no šķērsstiegrojuma izvietošanas iezīmējas divi gadījumi, kas parādīti 3.attēlā. Ja starp šķērsstiegrojumu radiālais solis nav lielāks par 2d, tad ārējais kontroles perimetrs būs līdzīgs kā attēla a) gadījuma. Ja šķērsstiegrojums tiek izvietots paralēli kolonnas skaldnēm - četros virzienos, tad aprēķinā jālieto efektīvais ārējais kontroles perimetrs, kas savukārt būs līdzīgs attēla b) gadījumam.

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/3.png

 

a) Ārējais kontroles perimetrs         b) Efektīvais ārējais kontroles perimetrs

3.att. Ārējais kontroles perimetrs

EN 1992-1-1 nosaka, ka attālumi starp šķērsstiegrojumu nedrīkst pārsniegt 2d attālumu.
Atšķirībā no EN 1992-1-1 ACI 318M-08 neparedz ierobežojumus ārējā efektīvā kontroles perimetra noteikšanai, skatīt 4.attēlu.

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/4.png

4.att. Šķērsstiegrojuma izvietojuma nosacījumi un ārējais kritiskais šķēlums saskaņā ar ACI-308M-08

(Jāpiezīmē, ka tas ļauj par pastiprinājumiem uz caurspiešanu atbilstoši ACI 318M-08 plaši izmantot velmētās tērauda sijas vai to atgriezumus.)

Vēl jāatzīmē, ka FIB Model Code 2010 paredz ārējā efektīvā kontroles perimetra ierobežošanu ne tikai ar šķērsspēku uzņemošu stiegrojumu pastiprinātām plātnēm, bet arī pārsegumiem bez šķērsspēku uzņemošā stiegrojuma – tikai ar betonu caurspiešanas spriegumus uzņemošām plātnēm.

Gan EN 1992-1-1, gan arī ACI 318M-08 paredz palielināt caurspiešanas spriegumu, ņemot vērā kolonnas novietojumu plānā, lieces momenta ietekmi savienojuma vietā, kā arī kontroles perimetra konfigurāciju.

EN 1992-1-1 to paredz ievērtēt ar koeficientu β, kam tiek dotas dažādas formulas, atkarībā no iepriekš minētajiem parametriem. Konstrukcijām, kurām sāniskā stabilitāte nav atkarīga no momentu pārneses starp pārseguma plātnēm un kolonnām, un kurām blakus laidumu garumi neatšķiras vairāk par 25% var izmantot tuvinātas β vērtība, kuras parādītas 5.attēlā.

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/5.png

5.att. Rekomendējamās β vērtības

ACI 318M-08 dod detaļās atšķirīgu metodiku caurspiešanas spriegumu palielināšanai līdzīgos gadījumos, razultāti tomēr ir relatīvi līdzīgi.

Latvijas nacionālā pielikuma projektā (tas apstiprināts LST TK apakškomisijā, bet vēl nav apstiprināts tehniskajā komisijā) ar šķērsstiegrojumu caurspiešanas nestspēju būs pieļaujams palielināt divas reizes.

Salīdzinājums

Metodikas ir grūti tieši salīdzināt. Atšķirīgi ir drošuma u.c. koeficienti gan slodzēm, gan arī materiāliem u.c. īpatnības. Tādēļ tika veikti aprēķini pēc šīm metodikām konkrētiem gadījumiem.

Salīdzināšanai paralēli tika apskatīta arī rezultāti pēc LBN 203-97 - tas pats vecais SniPs, ko Latvijā vēl arvien ir atļauts piemērot. LBN 203-97 rezultāti gan netiek analizēti, pēc mūsu domām šis normatīvs ir morāli novecojis un attiecībā uz caurspiešanu vienkārši zaudējis derīguma termiņu - neprasa apskatīt lieces momenta ietekmi, neapskata daudzas pēc EN un ACI apskatāmas īpatnības. (Un tas ir arī saprotams, daudzas EN un ACI prasības ir pamatotas ar pētījumiem kas ir veikti pēc 1984. gada kad tika izdots LBNu pamatojošais SNiPs.) LBN 203-97 rezultāti šeit ir doti tikai ilustratīvi, tie rāda šīs metodikas maldinošo optimismu.

1. piemērs

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/6.png

6.1.att. Apskatāmā piemēra pārseguma plātnes fragmenta ģeometrija un izmantotais bīdes stiegrojums - atliektas slīpās stiegras

 

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/6a.png

6.2.att. Aprēķina un normatīva caurspiešanas pretestība bez bīdes stiegrojuma

 

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/6b.png

6.3.att. Aprēķina  un normatīva caurspiešanas pretestība ar bīdes stiegrojumu

2. Piemērs

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/7.png

7.1.att. Apskatāmā piemēra pārseguma plātnes fragmenta ģeometrija un izmantotais bīdes stiegrojums – atliektas slīpās stiegras

 

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/7a.png

7.2.att. Aprēķina un normatīva caurspiešanas pretestība bez bīdes stiegrojuma

 

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/7b.png

7.3.att. Aprēķina un normatīva caurspiešanas pretestība ar bīdes stiegrojumu

3. Piemērs

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/8.png

8.1.att. Apskatāmā piemēra pārseguma plātnes fragmenta ģeometrija un izmantotais bīdes stiegrojums

 

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/8a.png

8.2.att. Aprēķina un normatīva caurspiešanas pretestība bez bīdes stiegrojuma

 

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/8b.png

8.3.att. Aprēķina un normatīva caurspiešanas pretestība ar bīdes stiegrojumu

4. Piemērs

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/9.png

9.1.att. Apskatāmā piemēra pārseguma plātnes fragmenta ģeometrija un izmantotais bīdes stiegrojums

 

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/9a.png

9.2.att. Aprēķina un normatīva caurspiešanas pretestība bez bīdes stiegrojuma

 

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/9b.png

9.3.att. Aprēķina un normatīva caurspiešanas pretestība ar bīdes stiegrojumu

5. Piemērs

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/10.png

10.1.att. Apskatāmā piemēra pārseguma plātnes fragmenta ģeometrija

 

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/10a.png

10.2.att. Aprēķina un normatīva caurspiešanas pretestība

6. Piemērs

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/11.png

11.1.att. Apskatāmā piemēra pārseguma plātnes fragmenta ģeometrija

 

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/11a.png

11.2.att. Aprēķina un normatīva caurspiešanas pretestība

 

Tika noteiktas aprēķina pretestības, kas tika dalītas ar vidējotiem drošuma koeficientiem:

system/application/uploads/file/2013_05_Caurspiesana_Radzina/12.png

Objektīvi ir salīdzināt normatīvās caurspiešanas pretestības.

Rezultāti rāda ka vislielākās aprēķina pretestības caurspiešanā gandrīz visiem gadījumiem dod LBN 203-97. Kā jau iepriekšminēts, to nekomentēsim.

Kopumā EN un ACI dod salīdzinoši līdzīgus rezultātus. Vismaz mēs bijām gaidījuši atšķirīgākus rezultātus, jo manāmi atšķirīga ir kontroles perimetru noteikšana, stiegrojuma ievērtēšana u.c. īpatnības.

Tomēr ir jāuzsver vienu raksturīgu tendenci, kas ir pamanāma lielākajā daļā piemēros:

EN 1992-1-1 visos apskatītajos gadījumos pieļauj tomēr mazāku caurspiešanas nestspēju plātnēm bez bīdes stiegrojuma, bet ņemot vērā bīdes stiegrojumu EN 1992-1-1 dod līdzīgus rezultātus un bieži arī lielāku caurspiešanas nestspēju salīdzinot ar ACI 318M-08.

Kopumā eirokodekss mazāk uzticās betonam, ļauj vairāk paļauties uz stiegrojumu, un šķiet, ka aicina mūs pamatīgi stiegrot caurspiešanas mezglus.

 

Normunds Tirāns

Ieva Radziņa

Atslēgas vārdi: eirokodeksi, dzelzsbetons, ACI 318

© buvkonstrukcijas.lv 2011