Lý thuyết thiết kế bu lông neo (EN 1992-4)

Lý thuyết đằng sau Tool tính bu lông neo này: cách kiểm tra một nhóm neo chôn sẵn hoặc khoan cấy sau liên kết bản đế thép với bê tông theo EN 1992-4. Bài viết trình bày từng dạng phá hoại khi chịu kéo (thép, phá hoại nón bê tông, tuột neo hoặc tuột kết hợp với nón, và nứt tách) và khi chịu cắt (thép, bẩy bê tông và phá hoại mép bê tông), phương pháp diện tích chiếu để quy đổi khả năng của một neo sang nhóm neo gần mép, các hệ số điều chỉnh ψ, tương tác kéo-cắt, và sự khác biệt giữa EN 1992-4 với tiêu chuẩn cũ ETAG 001 / CEN-TR 1992-4 mà nó thay thế.

Liên kết neo truyền lực kéo và lực cắt từ bản đế thép vào cấu kiện bê tông thông qua một nhóm neo. EN 1992-4:2018 quy định thiết kế các liên kết này và yêu cầu kiểm tra mọidạng phá hoại có thể xảy ra - trong thép và trong bê tông - vì dạng quyết định hiếm khi rõ ràng ngay từ đầu. Trang này giải thích cơ chế và công thức đằng sau mỗi kiểm tra mà Tool thực hiện.

Khung kiểm tra

Với mỗi dạng phá hoại, hiệu ứng tác động thiết kế không được vượt khả năng thiết kế. Khi kéo$N_{Ed} \le N_{Rd}$ và khi cắt $V_{Ed} \le V_{Rd}$, với mức huy động$\beta = E_{d}/R_{d} \le 1$. Khả năng thiết kế lấy từ khả năng đặc trưng chia cho hệ số an toàn: dạng thép dùng $\gamma_{Ms}$, mọi dạng bê tông dùng$\gamma_{Mc} = \gamma_c\,\gamma_{inst}$.

Toàn bộ các dạng và phương trình quyết định:

Kéo - phá hoại thép

Dạng đơn giản nhất: thân neo chảy và đứt khi chịu kéo. Khả năng đặc trưng bằng diện tích chịu kéo nhân cường độ bền, giá trị thiết kế chia cho hệ số thép.

Kéo - phá hoại nón bê tông

Khi chịu kéo, một nón bê tông có thể bật ra từ đầu neo, lý tưởng hóa thành hình chóp trải khoảng 35 độ từ đầu neo chôn lên bề mặt. Khả năng đặc trưng của một neo đơn cách xa mọi mép là

với $k_1 = 8.9$ cho neo đầu mũ chôn sẵn trong bê tông có nứt ($12.7$khi không nứt), $f_{ck}$ là cường độ mẫu trụ đặc trưng và $h_{ef}$là chiều sâu neo hiệu quả. Giá trị này được quy đổi sang nhóm thực tế và điều kiện mép bằng phương pháp diện tích chiếu cùng ba hệ số điều chỉnh:

Phương pháp diện tích chiếu

Một neo đơn chiếu diện tích tham chiếu $A_{c,N}^{0} = s_{cr,N}^{2}$ với$s_{cr,N} = 3\,h_{ef}$ và $c_{cr,N} = 1.5\,h_{ef}$. Khi các neo gần nhau, các nón chồng lên nhau; khi gần mép, nón bị cắt cụt, nên diện tích thực tế$A_{c,N}$ nhỏ hơn. Tỉ lệ $A_{c,N}/A_{c,N}^{0}$ do đó phản ánh trực tiếp hiệu ứng nhóm và mép thay vì nhân khả năng một neo với số neo.

• ψ_s,N = 0.7 + 0.3·c/c_cr,N ≤ 1 - hệ số ảnh hưởng mép.
• ψ_re,N = 0.5 + h_ef/200 ≤ 1 - bong vỏ khi neo nông.
• ψ_ec,N = 1/(1 + 2e_N/s_cr,N) ≤ 1 - kéo lệch tâm trên nhóm.

Kéo - tuột neo và phá hoại kết hợp (hóa chất)

Neo đầu mũ có thể tuột qua bê tông tì lên đầu mũ trước khi hình thành nón. Khả năng tuột đặc trưng là

với $A_h$ là diện tích tì của đầu mũ. Neo hóa chất không có đầu mũ; thay vào đó bám dính có thể phá hoại cùng nón bê tông, nên khả năng bám dính một neo$N_{Rk,p}^{0} = \pi\,d\,h_{ef}\,\tau_{Rk}$ được quy đổi theo cùng cấu trúc diện tích chiếu và hệ số ψ như nón, dùng khoảng cách bám dính $s_{cr,Np}$ từ ETA.

Kéo - nứt tách bê tông

Trong cấu kiện mỏng hoặc gần mép, bê tông có thể nứt tách dọc trục neo. EN 1992-4 lấy khả năng nón nhân với hệ số bề dày cấu kiện:

Vì $\psi_{h,sp} \ge 1$, nứt tách không bao giờ tới hạn hơn nón khi cấu kiện đủ dày ($h \ge 2h_{ef}$); nó chỉ quyết định với bản mỏng. Không cần kiểm tra khi khoảng cách mép và chiều dày cấu kiện đều vượt các giá trị nứt tách đặc trưng.

Cắt - phá hoại thép

Không có cánh tay đòn, neo chỉ chịu cắt: $V_{Rk,s} = k_6\,A_s\,f_{uk}$ với$k_6 = 0.5$. Nếu bản đế cách bê tông (khe vữa hoặc đai cân chỉnh), lực cắt còn uốn thân neo và khả năng giảm xuống

với cánh tay đòn $l = e_1 + 0.5\,d$ và hệ số ngàm $\alpha_M$ = 1.0 (tự do quay) hoặc 2.0 (ngàm hoàn toàn). Khe hở có thể giảm một nửa hoặc hơn khả năng cắt, nên bản đế áp sát có vữa được ưu tiên khi cắt quyết định.

Cắt - bẩy bê tông

Một neo ngắn và cứng có thể bẩy một nón bê tông bật ra ở phía đối diện tải. Khả năng gắn trực tiếp với khả năng nón chịu kéo:

Cắt - phá hoại mép bê tông

Khi cắt đẩy neo về mép tự do, một nửa nón bê tông có thể bật ra từ mép. Đây thường là dạng cắt quyết định khi gần mép. Khả năng một neo là

với $\alpha = 0.1\,(l_f/c_1)^{0.5}$, $\beta = 0.1\,(d_{nom}/c_1)^{0.2}$,$k_9 = 1.7$ (có nứt) hoặc $2.4$ (không nứt), khoảng cách mép$c_1$ và chiều dài truyền tải $l_f = \min(h_{ef},\,12\,d_{nom})$. Sau đó quy đổi theo $A_{c,V}/A_{c,V}^{0}$ (với $A_{c,V}^{0} = 4.5\,c_1^{2}$) và các hệ số $\psi_{s,V}$, $\psi_{h,V}$, $\psi_{ec,V}$,$\psi_{\alpha,V}$ và $\psi_{re,V}$.

Tổ hợp kéo và cắt

Cuối cùng kiểm tra tương tác riêng cho từng vật liệu. Phá hoại thép kết hợp theo bình phương; mọi dạng bê tông theo lũy thừa 1.5:

trong đó các số hạng bê tông dùng khả năng bê tông quyết định (nhỏ nhất) khi kéo và khi cắt. Cả hai phương trình phải thỏa mãn cùng với mọi dạng riêng lẻ.

Khác biệt so với ETAG 001 / CEN-TR 1992-4

EN 1992-4 thay thế ETAG 001 Phụ lục C và CEN/TS 1992-4 năm 2018. Tiêu chuẩn giữ nguyên khung diện tích chiếu nhưng cập nhật một số hệ số. Quan trọng nhất cho tính tay là hệ số nón bê tông: EN 1992-4 dùng $k_1 = 8.9$ (có nứt) / $12.7$ (không nứt) cho neo đầu mũ chôn sẵn, trong khi tiêu chuẩn cũ dùng $7.7$ / $11.0$, và cường độ nón và mép được viết nhất quán theo cường độ mẫu trụ $f_{ck}$. Các bảng tính cũ dựa trên giá trị cũ - và một số vẫn đang lưu hành - có thể cho khả năng nón thiên về không an toàn; Tool này dùng các giá trị EN 1992-4 hiện hành.

Lưu ý EN 1992-4 không bao quát mọi chi tiết (ví dụ neo có cốt thép bổ sung để truyền trực tiếp lực kéo hoặc cắt vào cấu kiện cần các quy định bổ sung §7.2.1.8 / §7.2.2.6), và các giá trị riêng theo sản phẩm như cường độ bám dính $\tau_{Rk}$, diện tích tì đầu mũ và một số hệ số k lấy từ Đánh giá Kỹ thuật châu Âu (ETA) của neo - luôn đối chiếu với sản phẩm bạn chọn.

Câu hỏi thường gặp

Sẵn sàng kiểm tra liên kết neo? Chạy toàn bộ kiểm tra EN 1992-4 cho nhóm neo chôn sẵn hoặc hóa chất với các bước suy diễn chi tiết cho mọi dạng phá hoại.