Formularz wyszukiwania

Złącza palowe

Baza wiedzy

Strona główna » Baza Wiedzy » Złącza palowe

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.

Komentarzeilość komentarzy-3

Wojciech_K on Październik 17, 2019 13:16

I to jest rzetelność!

Anna Kazimierczak on Październik 17, 2019 13:33

Właśnie tego szukałam!

Piotr.G on Listopad 14, 2019 13:21

W np. Stanach wykorzystuje się inne złącza mechaniczne?

Zostaw komentarz

SZUKAJ

BAZA WIEDZY

BĄDŹ NA BIEŻĄCO

Zapisz się do naszego newslettera, zdobywaj wiedzę i umiejętności

TAGI

Złącza palowe – baza wiedzy | Złącza mechaniczne pali żelbetowych

Błąd

Wystąpił niespodziewany błąd. Proszę spróbować później.