EN 1998
Przy zwyczajowym projektowaniu dla obciążeń statycznych, wymiarowanie połączeń w ramach żelbetowych zazwyczaj nie jest krytyczne i nie jest zatem ogólnie wymagane. Jednakże pod wpływem sejsmicznych działania powstają bardzo wysokie naprężenia w ograniczonej objętości węzła, co czyni połączenia belka-słup istotnymi dla bezpieczeństwa sejsmicznego żelbetowych ram.
Mechanizm zniszczenia
Ilustracja a) poniższego rysunku pokazuje dla wewnętrznego węzła połączenia belka-słup działające siły wynikające z obciążenia sejsmicznego.
Ilustracje b) i c) pokazują dla obszaru węzła mechanizm przenoszenia obciążeń ścinających. Można go podzielić na dwa komponenty. W pierwszym mechanizmie b), mechanizmie słupów kompresyjnych, centralizuje się siła ścinająca złącza na ściskanym słupie betonowym. Poprzeczne zbrojenie zapewnia opasanie betonu, co umożliwia większą odkształcalność słupa, lecz tylko do osiągnięcia granicy plastyczności stali. W drugim mechanizmie c), mechanizmie kratowym, część siły ścinającej, która przypisywana jest wiązaniu wzdłuż zbrojenia w obszarze węzła, pozostaje w równowadze z mechanizmem kratowym, który jest tworzony przez betonowe słupy kompresyjne oraz pionowe i poziome zbrojenie strzemion obszaru węzła. Nośność ścinająca wynika z sumy komponentów siły ścinającej zgodnie z tymi dwoma mechanizmami.
Wewnętrzne i zewnętrzne węzły połączeń belka-słup
Ponieważ zachowanie sejsmiczne połączeń belka-słup zależy głównie od ich pozycji w przestrzennej (trójwymiarowej) ramie żelbetowej, konieczne jest rozróżnienie pomiędzy wewnętrznymi a zewnętrznymi węzłami.
Poniższy obraz ilustruje typy węzłów sejsmicznych.
Określenie poziomej siły poprzecznej Vjdh na rdzeń betonowy węzła
Określenie wymagane dla DCH
W obrębie połączenia belka-słup występuje skok w przebiegu momentu słupów. Rdzeń betonowy połączenia jest zatem narażony na bardzo wysokie naprężenia ścinające. To zachowanie pokazano na poniższym obrazie.
Do określenia poziomej siły poprzecznej działającej na rdzeń połączenia między głównymi belkami i słupami, należy przyjąć najniekorzystniejsze warunki podczas działania trzęsienia ziemi. Oznacza to na przykład, że pojemności belek połączenia z najniższymi wartościami sił ścinających w innych elementach ramy są ze sobą łączone. Działająca pozioma siła poprzeczna Vjdh może zostać odpowiednio określona zgodnie z EC8, 5.5.2.3 (1) do (3) przy użyciu następujących formuł obliczeniowych.
- Dla wewnętrznych węzłów zgodnie z (5.22)
|
As1 |
Powierzchnia zbrojenia głównego belki 1 |
|
As2 |
Pole zbrojenia podłużnego belki nr 2 |
|
VC |
Siła poprzeczna słupa powyżej węzła j w sytuacji obliczeniowej trzęsienia ziemi |
|
yRd |
Współczynnik uwzględniający nadwytrzymałość; nie powinien być mniejszy niż 1,2 |
- Dla zewnętrznych węzłów zgodnie z (5.23)
|
As1 |
Powierzchnia zbrojenia podłużnego belki |
|
VC |
Siła tnąca słupa powyżej węzła j w sytuacji obliczeniowej trzęsienia ziemi |
|
yRd |
Współczynnik uwzględniający nadwytrzymałość; nie powinien być mniejszy niż 1,2 |
Podczas określania poziomej siły poprzecznej Vjdh należy sprawdzić wszystkie istotne kierunki. Dlatego siła poprzeczna w kierunku np. y słupa jest obliczana zarówno dla dodatniej, jak i ujemnej poziomej siły poprzecznej przy założeniu odpowiednich komponentów zbrojenia. Równowaga sił w pozytywnym i negatywnym kierunku poziomej siły poprzecznej węzła jest przedstawiona na poniższym obrazie (gdzie siła poprzeczna słupa nie jest przedstawiona).
Wymiarowanie
Dowód połączenia jest wymagany zgodnie z EC 8 dla klasy duktylności DCH. Dla tego celu niezbędny jest dowód przekroju dla przenoszenia nacisku skośnego i naprężenia skośnego. Muszą być przestrzegane zasady konstrukcyjne zarówno dla wysokiej klasy duktylności (DCH), jak i średniej klasy duktylności (DCM).
Dowód nacisku skośnego
Dowód wymagany dla DCH
Należy zapewnić, że nacisk skośny powstający w węźle nie przekracza wytrzymałości ściskania betonu przy istniejących naprężeniach rozciągających. Nacisk skośny wynika z mechanizmu ściśniętych ramion węzła. Dowód można prowadzić za pomocą poniżej podsumowanych równań. (EN 1998-1, 2013, sekcja 5.5.3.3, (5.33))
|
bj |
Szerokość efektywna słupa |
|
Vjdh |
Poziomy wysiłek poprzeczny działający na rdzeń betonowy w węzłach |
|
|
Współczynnik redukcji z powodu naprężeń rozciągających w kierunku poprzecznym |
|
|
Wartość związana siły podłużnej w sytuacji obliczeniowej dla trzęsienia ziemi |
|
hjc |
Odstęp między najbardziej zewnętrznymi warstwami zbrojenia słupa |
Współpracująca szerokość węzła bj
Współpracującą szerokość węzła bj można obliczyć za pomocą opisanej poniżej formuły. (EN 1998-1, 2013, sekcja 5.5.3.3, (5.34a) i (5.34b))
Przy tym konieczne jest określenie współpracujących szerokości węzłów w obu kierunkach (y i z) słupa z możliwym sprawdzeniem obu belek (+y i -y oraz +z i -z) węzła.
Dowód naprężenia skośnego
Dowód wymagany dla DCH
Zasady konstrukcyjne
Do uwzględnienia dla DCM i DCH
Poziome zbrojenie opasujące Poziome zbrojenie opasujące w węzłach głównych sejsmicznie obciążonych belek i słupów nie powinno być mniejsze niż zbrojenie strzemion w krytycznych obszarach słupów, tj. zbrojenie strzemion musi być prowadzone przez węzeł.
Zbrojenie wzdłużne Z każdej strony musi być przewidywany przynajmniej jeden pionowy pręt pośredni.