EasyFix – Obciążenia sejsmiczne
Obciążenie sejsmiczne odnosi się do siły lub wstrząsów, których doświadcza konstrukcja podczas trzęsienia ziemi. Dzieje się tak na powierzchniach styku konstrukcji z gruntem lub z sąsiednimi konstrukcjami.
Charakterystyka obciążeń sejsmicznych
Obciążenia te mają kluczowe znaczenie przy projektowaniu i analizie budynków, mostów i innych konstrukcji zlokalizowanych w regionach aktywnych sejsmicznie. Mogą one działać w dowolnym kierunku, dlatego największy nacisk w projektowaniu sejsmicznym kładzie się na siły podłużne i poprzeczne. Z punktu widzenia ich wpływu na dany budynek, są one nieprzewidywalne nie tylko pod względem kierunku, ale także siły i czasu trwania.
Kategorie sejsmiczne łączników: C1 i C2
Dla zapewnienia przewidywalnego zachowania budowli pod wpływem obciążeń sejsmicznych ważne są odpowiednie pod względem statycznym zamocowania w nośnych elementach budowlanych. Właściwości łączników poddanych obciążeniu sejsmicznemu są podzielone na kategorie sejsmiczne C1 i C2. Kategoria sejsmiczna C1 zapewnia wytrzymałość łącznika tylko w przypadku stanu granicznego nośności, podczas gdy kategoria C2 zapewnia wytrzymałość łącznika zarówno pod względem nośności w stanie granicznym nośności, jak i przemieszczeń w stanie granicznym uszkodzenia i stanie granicznym nośności.
Różnice w badaniach dla kategorii C1 i C2
Podczas badań dla kategorii C1, elementy złączne poddawane są pulsującym obciążeniom rozciągającym i zmiennym obciążeniom ścinającym z uwzględnieniem efektu pękania betonu. Szerokość pęknięcia betonu dla C1 wynosi 0,5 mm. Z kolei w trakcie badań dla kategorii C2 uwzględnia się referencyjne badania łącznika na zniszczenie, a także badania pod pulsującym obciążeniem rozciągającym i zmiennym obciążeniem ścinającym, biorąc pod uwagę wpływ pękania betonu. Dla C2 szerokość pęknięcia betonu zmienia się w zakresie od 0,1 do 0,8 mm.
Zastosowanie łączników w zależności od kategorii
Wymagania dla kategorii C2 są bardziej rygorystyczne w porównaniu do tych stawianych kategorii C1. Z tego względu łączniki sklasyfikowane do kategorii C1 nadają się wyłącznie do elementów niekonstrukcyjnych. Natomiast łączniki z kategorii C2 są odpowiednie do mocowania zarówno elementów konstrukcyjnych, jak i niekonstrukcyjnych.
W Tabeli 1 przedstawione są zależności kategorii sejsmicznych C1 i C2 od stopnia sejsmicznego oraz klasy ważności budowli. Stopień sejsmiczności jest określony funkcją:
ag · S
gdzie:
- ag to obliczeniowe przyspieszenie ziemskie;
- natomiast S to współczynnik gruntu (oba definiowane wg EN 1998-1).
Tabela 1 – Rekomendowane kategorie sejsmiczne dla łączników
Klasy ważności budynków a projektowanie pod kątem sejsmicznym
Budynki są sklasyfikowane w 4 klasach ważności, w zależności od: konsekwencji zawalenia dla ludzkiego życia, ich znaczenia dla bezpieczeństwa publicznego i ochrony ludności w okresie bezpośrednio po trzęsieniu ziemi oraz społecznych i ekonomicznych skutków zawalenia. Są to:
- Klasa I – Budynki o mniejszym znaczeniu dla bezpieczeństwa publicznego, np. budynki rolnicze
- Klasa II – Zwykłe budynki nienależące do innych kategorii
- Klasa III – Budynki, których odporność na obciążenia sejsmiczne jest istotna ze względu na konsekwencje związane z zawaleniem, np. szkoły, instytucje kultury
- Klasa IV – Budynki, których integralność podczas trzęsienia ziemi ma kluczowe znaczenie dla ochrony ludzkości, np. szpitale, elektrownie
Wymagania projektowe dla łączników w warunkach sejsmicznych
Łączniki użyte do przeciwdziałania oddziaływaniom sejsmicznym powinny spełniać wszystkie obowiązujące wymagania dotyczące zastosowań niesejsmicznych. Przy projektowaniu łączników należy spełnić jedną z opcji projektowych a1, a2 lub b.
Opcja a: projektowanie bez wymagań dotyczących ciągliwości łączników
Należy założyć, że łączniki to elementy bezstratne i nie są w stanie rozpraszać energii poprzez histerezę sprężystą i nie przyczyniają się do ogólnego plastycznego zachowania konstrukcji. Opcja ta dzieli się na:
- a1) Projektowanie wg nośności: Łącznik lub grupa łączników jest zaprojektowana na maksymalne obciążenie, które może być przeniesione na połączenie.
- a2) Projektowanie sprężyste: Połączenie jest zaprojektowane na maksymalne obciążenie uzyskane z kombinacji obciążeń obliczeniowych zawierających oddziaływania sejsmiczne EEd, odpowiadające stanowi granicznemu nośności (patrz EN 1998-1), przy założeniu sprężystego zachowania łączników i konstrukcji.
Opcja b: projektowanie z wymaganiami dotyczącymi ciągliwości łączników
Opcja b nie powinna być stosowana dla mocowania podstawowych elementów sejsmicznych ze względu na możliwe duże nieodwracalne przemieszczenia łącznika, których można się spodziewać. Jeżeli działanie sił ścinających nie jest zniwelowane w inny sposób, należy przewidzieć dodatkowe łączniki i zaprojektować je zgodnie z opcją a1 lub a2.
Testowanie wytrzymałości wiązań prętów zbrojeniowych
W celu zbadania wytrzymałości wiązania prętów zbrojeniowych pod wpływem obciążeń sejsmicznych, przeprowadza się dwie serie testów. Są one wykonywane z zainstalowanymi prętami zbrojeniowymi dla minimalnej (seria 1) i maksymalnej (seria 2) wytrzymałości betonu, dla której wymagana jest ocena. Test został zaprojektowany przy założeniu ogólnej porównywalności z właściwościami wiązania odlewanych prętów zbrojeniowych.
Protokół badań cyklicznych z kontrolą przemieszczenia
Testy powinny być przeprowadzane z kontrolą przemieszczenia przy użyciu wymaganego protokołu stałego poślizgu. Protokół polega na zastosowaniu dziesięciu cykli przemieszczenia między +su (wyciągnięcie) i -su (wciśnięcie), po których następuje test obciążenia resztkowego. Wartość su potrzebną do przeprowadzenia testów cyklicznych należy przyjąć zgodnie z Tabelą 2.
Tabela 2 – Wartości przemieszczeń su
Przemieszczenia powinny być mierzone na nieobciążonym końcu pręta zbrojeniowego, jak pokazano na przykład na Rysunku 1 i powinny być mierzone w spójny sposób.
Podczas testu obciążenie rozciągające (lub naprężenie wiązania) oraz przemieszczenie względem stałego punktu poza betonem próbki testowej powinny być stale rejestrowane i zapisywane.
Rysunek 1. Przykład konfiguracji testu wyrywania z pomiarem przemieszczenia na nieobciążonym końcu pręta zbrojeniowego
Źródło: „EAD 331522-00-0601”
Projektowanie zamocowań sejsmicznych w programie EasyFix
Program obliczeniowy EasyFix pozwala na uwzględnienie obciążeń sejsmicznych w przypadkach projektowania zamocowań, zarówno w module Beton, jak i Pręty zbrojeniowe. Do działania pod oddziaływaniami sejsmicznymi przystosowane są kotwy wklejane: R-KEXII o odporności sejsmicznej C1 i C2, R-KERII o odporności sejsmicznej C1 oraz kotwa opaskowa R-HPTII-ZF/A4 o odporności sejsmicznej C1 i C2. W przypadku modułu Pręty zbrojeniowe obliczenia można wykonać wykorzystując żywicę epoksydową R-KEXII.