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. 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.

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. Podczas badań dla kategorii C1, elementy złączne poddawane są pulsującym obciążeniom rozciągającym i zmiennym obciążeniem 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.

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:

a_g · S

gdzie:

a_g to obliczeniowe przyspieszenie ziemskie;
natomiast S to współczynnik gruntu (oba definiowane wg EN 1998-1).

Tabela 1 – Rekomendowane kategorie sejsmiczne dla łączników

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

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.

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 zaprojektowanie 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.

b) Projektowanie z wymaganiami dotyczącym 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.

W celu zbadania wytrzymałości wiązania prętów zbrojeniowych pod wpływem obciążeń sejsmicznych, przeprowadza się dwie serie testów. Są one przeprowadzane 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.

Testy powinny być przeprowadzane z kontrolą przemieszczenia przy użyciu wymaganego protokołu stałego poślizgu. Protokół polega na zastosowaniu dziesięciu cykli przemieszczenia między +s_u (wyciągnięcie) i -s_u (wciśnięcie), po których następuje test obciążenia resztkowego. Wartość s_u potrzebną do przeprowadzenia testów cyklicznych należy przyjąć zgodnie z tabelą 2.

Tabela 2 – Wartości przemieszczeń s_u

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”

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.