Systemy trzpieni Schöck.

W przypadku systemu trzpieni dylatacyjnych, przystępując do obliczeń statycznych, należy być świadomym metodologii obliczeń jak również przyjętych schematów statycznych. Nie można  kojarzyć nośności trzpienia tylko z nośnością stali. Oczywiście w pewnych warunkach jest to prawda ale połączenie wykonane z zastosowaniem systemu trzpieni musi spełniać kilka innych wymagań.

Trzpienie typu SLD i SLD Q umożliwiają przenoszenie sił poprzecznych przez szczeliny dylatacyjne do 60mm, z tym, że ich nośność jest uzależniona od sposobu osiągnięcia stanu granicznego. Zastosowanie systemu trzpieni dylatacyjnych wymaga sprawdzenia  nośności z uwzględnieniem miarodajnego mechanizmu zniszczenia. Schematy zniszczenia trzpieni w dylatacji przedstawione na rysunku 1 obrazują, jakie obliczenia powinny zostać wykonane aby zostały spełnione kryteria nośności, a przede wszystkim bezpieczeństwa konstrukcji.

Rys.1 Mechanizmy zniszczenia dylatacji z systemem trzpieni dylatacyjnych: a – nośność stali; b – nośność płyty żelbetowej; c – nośność na przebicie

Nośność stali

Przy sprawdzaniu mechanizmu zniszczenia takiego jak ścięcie przy zginaniu trzpieni, prowadzącego do uplastycznienia stali i uniemożliwiającego przenoszenie ścinania w miejscu dylatacji za pomocą łącznika dylatacyjnego, jako wielkości minimalne można rozpatrywać ograniczenia podane w tablicach dopuszczalnych nośności trzpieni Schöck SLD i SLD Q. Wielkości te ni zależą od klasy betonu. Na rysunku 2 przedstawiono schemat statyczny pracy trzpienia stalowego w dylatacji.

Rys. 2  Schemat statyczny pracy trzpienia; geometria i rozkład sił

Sprawdzanie stalowych trzpieni dylatacyjnych przeprowadza się wg normy Eurokodu EC 3, ponieważ w innych normach brak jest warunku nośności granicznej pręta stalowego o przekroju kołowym z uwzględnieniem pełnej rezerwy plastycznej. Zgodnie z  EC 3 warunek nośności granicznej trzpieni dylatacyjnych z uwzględnieniem rezerwy plastycznej odnosi się do wielkości nośności granicznej na zginanie przy ścinaniu trzpienia stalowego VRd,S w postaci nierówności:

VEd ≤ VRd,S

gdzie: VEd – obliczeniowa siła tnąca w przekroju.

Przy określaniu nośności stali należy uwzględnić również następujące nośności:

• Nośność ze względu na docisk trzpienia w miejscu zamocowania w betonie płyty stropu;

• Nośność  ze względu na docisk trzpienia do płyty czołowej;

• Nośność połączeń spawanych płyty czołowej i strzemion;

• Nośność  ze względu na zakotwienie strzemion spawanych.

W obliczeniach nośności przekroju stalowego należy wyznaczone nośności skorygować ze względu na występujące tarcie pomiędzy trzpieniem a tuleją, mnożąc powyższe wartości przez:

• dla trzpieni SLD (ruch w jednym kierunku) - fμ01 = 0,9

• dla trzpieni SLD Q (ruch w dwóch kierunkach) - fμ02 = 0,81

Nośność płyty żelbetowej

Przy sprawdzaniu mechanizmu zniszczenia prowadzącego do przekroczenia docisku w miejscu zagięcia zbrojenia podwieszającego przy krawędzi płyty i utraty jego przyczepności do betonu, nośność płyty VRd,c należy wyznaczyć wg wzoru:

gdzie:

fμ- współczynnik uwzględniający tarcie

Asx1- pole powierzchni przekroju strzemion zbrojenia podwieszającego

fyd- obliczeniowa granica plastyczności zbrojenia podwieszającego

VRd,1  – siła pochodząca od zakotwienia w miejscu zagięcia przy krawędzi płyty obliczana ze wzoru:

gdzie:

gmc- częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla betonu: gmc = 1,5;

fyk- charakterystyczna granica plastyczności zbrojenia podwieszającego;

fck- charakterystyczna wytrzymałość betonu na ściskanie;

VRd,2  – siła pochodząca od przyczepności zbrojenia podwieszającego do betonu:

gdzie:

ds – średnica zbrojenia podwieszającego;

l'i - długość odcinka ścięcia przyczepności zbrojenia podwieszającego;

fbd - graniczne obliczeniowe naprężenie przyczepności betonu;

Rys. 3 Schemat mechanizmu zniszczenia przy przekroczeniu docisku w miejscu odgięcia zbrojenia podwieszającego przy krawędzi płyty i utracie przyczepności zbrojenia do betonu; geometria i rozkład sił do obliczania nośności płyty

Na rysunku 3 przedstawiono schemat mechanizmu zniszczenia przy przekroczeniu docisku w miejscu odgięcia zbrojenia podwieszającego przy krawędzi płyty i utracie przyczepności zbrojenia do betonu.

Sprawdzenie nośności płyty żelbetowej należy przeprowadzić w przypadku redukcji zbrojenia w stosunku do zalecanego lub przekroczenia rozstawów S1, S2, S3 przy zbrojeniu podwieszającym.

Nośność na przebicie

Przy sprawdzaniu mechanizmu zniszczenia prowadzącego do eliminacji udziału betonu w przenoszeniu ścinania za pomocą trzpieni dylatacyjnych wskutek przebicia płyty, należy rozpatrywać warunek ograniczający ścięcie w betonie, które przyjmuje postać:

gdzie:                             η1 – 1,0 dla betonu normalnego

κ  –  współczynnik zależny od grubości płyty

ρl – uśredniony stopień zbrojenia poziomego

fck – charakterystyczna wytrzymałość betonu na ściskanie

ucrit  -  obwód krytyczny

β  – współczynnik uwzględniający mimośrodowe działanie siły przebijającej (1,4)
dm – średnia wysokość użyteczna przekroju
W celu prawidłowego obliczenia mechanizmu zniszczenia płyt w strefach wokół łączników z uwagi na przebicie, konieczne jest określenie tzw. długości obwodu krytycznego wokół trzpieni, co wymaga określenia miarodajnego mechanizmu zniszczenia (rysunek 4).

Rys. 4  Schemat mechanizmu przebicia dla pojedynczego trzpienia; sposób obliczania długości obwodu krytycznego ucrit

Mechanizmy zniszczenia w stanie granicznym nośności, takie jak przekroczenie nośności w tej części stropu, na którą przekazywane są obciążenia z trzpieni dylatacyjnych oraz osiągnięcie granicy plastyczności w zbrojeniu krawędzi płyty realizowane są poza obszarem samych łączników, a zatem powinny być sprawdzane zgodnie z aktualnie obowiązującą normą projektowania konstrukcji betonowych, żelbetowych i sprężonych. Wymagania w zakresie sprawdzania warunków osiągnięcia stanu granicznego nośności zostały na nowo sformułowane w związku z wprowadzeniem nowych zasad dotyczących obliczania połączeń dylatacyjnych płyt stropowych na przebicie, opartych na zaleceniach nowych norm niemieckich serii DIN-EN oraz Eurokodu 2, 3 i 4.

Trzpienie Schöck SLD zostały sprawdzone pod kątem bezpieczeństwa i dopuszczone do użytku zarówno przez Niemiecki Instytut Techniki Budowlanej (DIBT) w Berlinie, jak również Instytut Techniki Budowlanej (ITB) w Warszawie. Obydwa instytuty wydały w 2012 roku aprobaty techniczne dla systemu trzpieni Schöck SLD w oparciu o statykę wg Eurokod 2.