Formularz wyszukiwania

Tagi:  Złącza mechaniczne Klasyfikacja złączy pali Łączenie prefabrykatów Nośność złączy palowych

ZŁĄCZA MECHANICZNE ŻELBETOWYCH PALI PREFABRYKOWANYCH

1. Wprowadzenie

Łączenie pali z odcinków rozwiązuje jeden z podstawowych problemów technologii prefabrykowanych żelbetowych pali wbijanych wynikający z technologicznego ograniczenia długości produkowanych, transportowanych i wbijanych prefabrykatów. Przedłużanie wbijanych prefabrykatów pali uzyskuje się przez ich łączenie za pomocą różnego rodzaju złączy. W Polsce do łączenia prefabrykatów najczęściej wykorzystywane są złącza mechaniczne.

Stosowanie złączy umożliwia ograniczenie:

Stosowanie złączy ma także wady, które należy brać pod uwagę. Są to:

Możliwe jest produkowanie i wbijanie ponad 20-sto metrowych prefabrykatów żelbetowych w jednym odcinku. Jest to jednak rozwiązanie drogie i współcześnie bardzo rzadko wykorzystywane. W praktyce, w przypadku pali dłuższych niż 14(15)m, wykorzystuje się złącza mechaniczne. W raporcie omówiono klasyfikację i badania złączy palowych oraz podano podstawowy parametr nośności dla typowych rozwiązań prefabrykatów palowych stosowanych w Polsce.

1.1. Klasyfikacja złączy pali

Norma [1] podaje klasyfikację złączy prefabrykatów palowych ze względu na sposób pracy pala w fundamencie oraz metodę badania.

Tabela 1. Klasyfikacja złączy pali (opracowano na podstawie Tablicy 4 wg [1])
Klasa złącza1 Wymagana nośność = sposób pracy trzonu pala Właściwości użytkowe Sprawdzenie Metoda badania
A

Wciskanie / Wyciąganie i zginanie

Trwałość, odporność technologiczna i sztywność Wyniki obliczeń sprawdza się na podstawie wyników badania przez uderzanie i następującego po nim badania na zginanie 1000 uderzeń przy poziomie naprężenia 28 N/mm1,2)
B 1000 uderzeń przy poziomie naprężenia 22 N/mm1,2)
C 1000 uderzeń przy poziomie naprężenia 17 N/mm1,2)
D Wciskanie Wyniki obliczeń sprawdza się na podstawie badania przez uderzanie 500 uderzeń przy poziomie naprężenia 17 N/mm1,2)

1. Klasę złącza pala (tj. wymagany dopuszczalny poziom naprężenia dynamicznego podczas badania pod uderzeniem) wybiera się zgodnie z przepisami krajowymi tak, aby poziom ten odpowiadał docelowej nośności geotechnicznej pala łączonego
2. Poziom naprężenia oznacza : naprężenia ściskające wokół złącza pala spowodowane uderzeniami

1.2. Rozwiązania konstrukcyjne typowego złącza mechanicznego klasy A

Do łączenia prefabrykatów pali w Europie powszechnie wykorzystuje się złącza mechaniczne klasy A typ ABB/Skanska. Takie złącze w uproszczeniu składa się z:
- blachy czołowej o grubości 6mm i cienkiej blachy bocznej o grubości 3mm ze stali S235 formującej głowice pala w obrębie złącza (blacha czołowa odpowiedzialna jest za szczelność złącza i przekazuje część obciążeń ściskających; blacha boczna nie odgrywa istotnej roli konstrukcyjnej, a jedynie formuje końcowy odcinek betonowego trzonu bezpośrednio w strefie złącza i ewentualnie wzmacnia trzon pala na naprężenia rozciągające poprzeczne wywoływane w głowicy pala w trakcie wbijania),
- gniazda na trzpień z otworem na bolec, ukształtowanego w bloku stalowym ze stali S355;
- trzpieni ze stali S355 z otworem na bolec,
- prętów kotwiących złącze o średnicy 20mm ze stali fy=500MPa, stanowiących przedłużenie gniazd i trzpieni, wkręcanych w gwintowane gniazdo i kotwionych w trzonie prefabrykatu na długości min. 40 średnic,
- sworzni stalowych ze stali S355 o średnicy 19mm wbijanych w otwór w gnieździe i przechodzących przez otwór w trzpieniu
- sworznie blokują układ mechanicznego połączenia gniazdo/trzpień.

Taki układ montowany jest na pojedynczym lub obydwu końcach prefabrykatów przeznaczonych do łączenia. Odpowiedni obrót prefabrykatu w trakcie łączenia umożliwia nasadzenie gniazda na trzpień i na odwrót bez różnicowania rozwiązania konstrukcyjnego złącza w poszczególnych łączonych prefabrykatach. Wbicie bolców ostatecznie stabilizuje i zamyka złącze.

Alt

Rys. 1. Schemat złącza mechanicznego (z 4-rema bolcami/gniazdami/trzpieniami łączącymi)

2. Technologia łączenia prefabrykatów pala w warunkach budowy

Zasadnicze części złącza mechanicznego prefabrykowane są wraz z trzonem pala w wytwórni prefabrykatów. Końce pala w miejscu przewidywanego łączenia uzbrajane są w gniazda i trzpienie, które są na trwałe kotwione w trzonie prefabrykatu. Na łączonych prefabrykatach montowane są identyczne pod względem konstrukcyjnym części złącza.

Na budowie pierwsza, dolna cześć pala jest pogrążana w gruncie przez podkładkę elastomerową zabezpieczającą głowicę prefabrykatu ze złączem. Po pogrążeniu pierwszego prefabrykatu na złącze nasadzany jest na odcinek górny pala złączem na dół. Złącze dolne i górne są obrócone względem siebie o kąt 180°. Następnie, po usunięciu korków z tworzywa sztucznego, w gniazda wkłada się a następnie wbija sworznie stalowe blokujące trzpień w gnieździe złącza. Po wbiciu sworzni połączenie jest już wykonane, a palowanie może być kontynuowane. Opisane połączenie mechaniczne należy do grupy połączeń nierozbieralnych.

Alt

Rys. 2. Łączenie prefabrykatów pali na budowie z wykorzystaniem złącza mechanicznego na budowie (od lewej: wbicie pala z osłoną na elemencie złącza, nasadzenie drugiej części pala ze złączem, usunięcie zabezpieczeń otworów i wstawienie sworzni łączących, wbicie sworzni/zamkniecie złącza)

3. Nośność złączy palowych

Nośność złączy palowych określa się w wartościach obliczeniowych na podstawie obliczeń weryfikowanych badaniami. Dla przykładowego złącza palowego przedstawionego na rys. 1 nośność złącza zależy od nośności prętów kotwiących w części nagwintowanej przy połączeniu z trzpieniem/gniazdem. Tak obliczoną nośność weryfikuje się badaniami pojedynczych złączy w maszynie wytrzymałościowej.

Przykład 1. Wyznaczenie nośności obliczeniowej złącza mechanicznego pala o przekroju 40x40 cm z czterema trzpieniami zgodnie z PN-EN 1992

Charakterystyki materiałowe

beton C35/45Wytrzymałość charakterystyczna: fck= 35 MPaWspółczynnik materiałowy: γc==1,4Współczynnik (wg EC2): acc=1,0  , accγc=0,714Wytrzymałość obliczeniowa: fcd=accγc×fck=25 MPaStal A-IIINWytrzymałość charakterystyczna: fyk=500 MPaWspółczynnik materiałowy: γs= 1,15  ,  1γs = 0,8Wytrzymałość obliczeniowa: fyd = 0,87 × fyk = 438,8 MPaModuł Younga stali:  Es = 200 GPa

Charakterystyki przekroju

Odkształcenie graniczne betonu:  εc = 0,0035Odległość osi prętów kotwiących od krawędzi: d' =63,5 mmŚrednica pręta kotwiącego: Φ = 18 mmSzerokość blachy złączki: B = 400 mmLiczba prętów po jednej stronie: nΦ= 2Powierzchnia przekroju pręta po jednej stronie: As = 490 mm2Odległość pręta od krawędzi przekroju: d = B - d' = 336,5 mmOdkształcenie graniczne stali: εsy = fydEs = 0,00217

Wyznaczenie zależności momentu zginającego od siły osiowej

Oś plastyczna przekroju: xp = B/2 = 200 mm

Poszukiwaną wartością jest maksymalna siła osiowa, przy której przekrój osiąga maksymalną nośność na zginanie. Dla położenia osi obojętnej w odległości xbal od krawędzi przekroju uzyskiwana jest maksymalna nośność złącza przy ściskaniu mimośrodowym.

Nośność złącza 4-sworzniowego w prefabrykacie o wymiarach 400x400mm poddanego działaniu siły N i momentu zginającego M
 

x

[mm]

εsc

[-]

εsc

[-]

fsc

[MPa]

fs

[MPa]

N

[kN]

M

[kNm]

            -426 0
  27 0,00217 0,04073 0 -435 0 69
d' 64 0 0,01505 0 -435 295 118
1,5d' 76 0,00058 0,01196 435 -435 610 162
xbal 208 0,00243 0,00217 435 -435 1661 252
d 337 0,00284 0 435 0 2905 205
h 400 0,00294 0,00056 435 111 3467 150
150 0,00216 0,002 435 435 4426 0

gdzie x – zadane położenie osi obojętnej,
εsc – odkształcenia ściskające w trzpieniach,
εs – naprężenia ściskające (-) / rozciągające (+) w trzpieniach,
fsc – wytrzymałość stali na rozciąganie, fs – wytrzymałość stali na ściskanie (-) / rozciąganie (+)
Wyniki przykładowych obliczeń (Tabela 2) przedstawiono również na wykresie (Rys. 5).

Alt

Rys. 5. Nośność złącza 4-sworzniowego w prefabrykacie o wymiarach 400x400mm poddanego działaniu siły osiowej i momentu zginającego

Obliczenia nośności złączy 4-sworzniowych przeprowadzono dla przekrojów prefabrykatów 250x250, 300x300, 350x350, 400x400 mm, a 8-sworzniowych dla prefabrykatów o przekroju 350x350, 400x400 i 450x450 mm. Wyniki obliczeń przestawiono na wykresach zbiorczych dla prefabrykatów wykonanych z betonu C35/45 (Rys. 6) oraz C40/50 (Rys. 7).

Alt

Rys. 6. Wykres nośności złączy mechanicznych prefabrykatów pali wykonanych z betonu C35/45

Alt

Rys. 7. Wykres nośności złączy mechanicznych dla prefabrykatów pali wykonanych z betonu C40/50

4. Zalecenia dotyczące lokalizacji złącza na długości pala

Złącza generalnie zaleca się lokalizować w dolnej części pala, poza strefą gruntów słabonośnych, minimum 5-6 m poniżej spodu zwieńczenia. Inna lokalizacja złącza wymaga sprawdzenia rozkładu sił wzdłuż trzonu pala i sprawdzenia nośności złącza z wykorzystaniem informacji zamieszczonych w niniejszym raporcie.

Literatura
[1]. PN-EN 12794. Prefabrykaty z betonu. Pale fundamentowe.
[2]. PN-EN 13369. Wspólne wymagania dla prefabrykatów z betonu.
[3]. MOSLEY B., BUNGAY J., HULSE R., Reinforced Concrete Design to Eurocode 2, 6th ed., Palgrave MacMillan, 2007.

Zostaw komentarz

SZUKAJ

BAZA WIEDZY

BĄDŹ NA BIEŻĄCO

Zapisz się do naszego newslettera, zdobywaj wiedzę i umiejętności

TAGI