Ρυθµιζόµενες αγκυρώσεις σε κατασκευές από σκυρόδεµα µέσω ραγών αγκύρωσης Συνδέσεις προκατασκευασµένων στοιχείων από οπλισµένο σκυρόδεµα

Transcript

1 Ρυθµιζόµενες αγκυρώσεις σε κατασκευές από σκυρόδεµα µέσω ραγών αγκύρωσης Συνδέσεις προκατασκευασµένων στοιχείων από οπλισµένο σκυρόδεµα Α.Π. Χρίστου Dipl.-Ing., Πολιτικός Μηχανικός Ράγες, αγκύρωση, συνδέσεις, προκάτ ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Το πρόβληµα των συνδέσεων στηρίξεων µεγάλων φορτίων στο σκυρόδεµα οδήγησε στην ανάπτυξη των ραγών αγκύρωσης. Οι ενσωµατωµένες στο σκυρόδεµα ράγες αγκύρωσης αποτελούν την ιδανική λύση για εύκολη & ασφαλή τοποθέτηση, και ρυθµιζόµενες συνδέσεις. Με τις ράγες είναι δυνατόν να στερεωθούν (αναρτηθούν), µέσω ειδικών κοχλιών, µεγάλα φορτία ή κατασκευές όπως π.χ. υαλοπετάσµατα, προκατασκευασµένα στοιχεία, µεταλλικά προστεγάσµατα κ.α. Επιπλέον οι ράγες µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε συνδέσεις οι οποίες καταπονούνται σε δυναµικά φορτία όπως συνδέσεις γερανοδοκών, συνδέσεις µηχανηµάτων κ.α. Μπορούν να αναλάβουν φορτία µέχρι 128 kn/m. 1 ΜΕΛΕΤΗ - ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΑΓΚΥΡΩΣΕΩΝ Για τη στήριξη ή τη σύνδεση διαφόρων τµηµάτων κατασκευών, όπως π.χ. προκατασκευασµένα τεµάχια από σκυρόδεµα, προσόψεις, στέγαστρα, πατάρια, κ.α. µεγάλα φορτία, θα πρέπει τα σηµεία σύνδεσης να υπολογιστούν και να σχεδιαστούν µε ιδιαίτερη προσοχή. Η εκ των υστέρων στήριξη µε βύσµατα δεν είναι πάντα η ενδεδειγµένη, διότι έχει εφαρµογή µόνο για περιορισµένα φορτία, και επειδή πρέπει να ανοίγονται οπές στο σκυρόδεµα, µε αποτέλεσµα ορισµένες φορές να πληγώνουµε ή να κόβουµε τον οπλισµό. Αναγκαστικά λοιπόν οδηγηθήκαµε τα τελευταία χρόνια στη λύση των ραγών αγκύρωσης, η εφαρµογή των οποίων απαιτεί να προβλέπονται τα σηµεία αγκύρωσης από τα πρώτα κιόλας στάδια της µελέτης. Γεγονός που αφενός δεν τραυµατίζει την κατασκευή, αφετέρου πετυχαίνουµε καλύτερη συνεργασία µεταξύ των υλικών. Οι ράγες αγκύρωσης χωρίζονται σε δύο κατηγορίες ανάλογα µε τον τρόπο κατασκευής: µε ψυχρή και θερµή έλαση. Η διαφορά της ράγας θερµής έλασης είναι ότι µπορεί να χρησιµοποιηθεί και για δυναµικές καταπονήσεις. Οι ράγες οι οποίες δεν είναι ανοξείδωτες, είναι γαλβανισµένες εν θερµώ µε 70 µm. Τα υλικά που χρησιµοποιούνται είναι St 37-2 ή ανοξείδωτος χάλυβας π.χ. W / (A4). Το µοντάρισµα σε αυτές τις ράγες γίνεται µε ειδικές βίδες, των οποίων η κεφαλή αποτελείται από ένα µακρόστενο άγκιστρο, το οποίο, αφού περάσει στη σχισµή της ράγας, το περιστρέφουµε κατά 90, και έτσι έχουµε τη σωστή αγκύρωση. Για τον έλεγχο της σωστής θέσης υπάρχει στο κάτω άκρο της βίδας ειδικό σηµάδι. Στο πίσω µέρος της ράγας υπάρχουν ειδικά αγκύρια τα οποία µας εξασφαλίζουν τη συνάφεια µε το σκυρόδεµα. Η σχισµή της ράγας είναι καλυµµένη µε πολυστερίνη ή άλλο υλικό για να µην εισχωρεί το σκυρόδεµα κατά τη σκυροδέτηση. Πριν από την τοποθέτηση του οπλισµού, στερεώνεται η ράγα, για να µη µετακινείται κατά τη σκυροδέτηση, µε καρφιά στην επιθυµητή θέση. Μετά το ξεκαλούπωµα η σχισµή βρίσκεται στην επιφάνεια του σκυροδέµατος. Σ αυτήν τη σχισµή τοποθετούνται οι βίδες µε τον τρόπο που αναφέραµε παραπάνω. Οι βίδες µεταβιβάζουν το φορτίο

2 του τµήµατος που θέλουµε να συνδέσουµε στη ράγα, και στη συνέχεια µεταφέρεται οµαλά στο φέρων στοιχείο µας. Η καταπόνηση των βιδών αυτών, καθώς και η διαστασιολόγηση τους δεν ξεχωρίζει από τις άλλες συνηθισµένες βίδες. Μπορούν να καταπονηθούν σε εφελκυσµό, θλίψη και διάτµηση. Σε αντίθεση µε τις βίδες, η στατική συµπεριφορά των ραγών δεν εξαρτάται µόνο από το υλικό τους, αλλά από το βάθος αγκύρωσης, την ποιότητα του σκυροδέµατος κ.α.. Επειδή η αντοχή τους δεν µπορεί να υπολογιστεί και να πιστοποιηθεί εύκολα, απαιτείται ειδική άδεια χρήσης για τις εν λόγω ράγες (Zulassung). Σύµφωνα µε την άδεια χρήσης οι ράγες µπορούν να καταπονηθούν σε εφελκυσµό, διάτµηση και λοξό εφελκυσµό, ανεξαρτήτως αν το σκυρόδεµα, στο οποίο είναι εγκιβωτισµένες είναι οπλισµένο ή άοπλο. Οι βίδες µπορούν να δεχθούν το ίδιο µέγιστο φορτίο, σε οποιοδήποτε σηµείο κι αν βρίσκονται κατά µήκος µιας ράγας. Εν κατακλείδι, ορισµένα από τα πλεονεκτήµατα των ραγών είναι τα εξής: a. Μεγάλη ασφάλεια ( συντελεστές ασφάλειας 3,0 5,0) b. εν τραυµατίζεται το σκυρόδεµα και ο οπλισµός ( ιδιαίτερα σε στοιχεία µε υψηλό βαθµό όπλισης όπως υποστυλώµατα, δοκάρια, κ.τ.λ..) c. Οι ράγες µπορούν να καταπονηθούν σε εφελκυσµό, θλίψη και λοξό εφελκυσµό. εν είναι δυνατή η χαλάρωση της αγκύρωσης λόγω ερπυσµού και συστολοδιαστολών, όπως συµβαίνει σε αγκυρώσεις µε βύσµατα. d. Είναι κατάλληλες για δυναµικές καταπονήσεις. e. Έχουν ιδιαίτερη σηµασία για την προκατασκευή λόγω των µικρών περιορισµών που έχουν, όσον αφορά το πάχος, το πλάτος και την απόσταση από την άκρη του σκυροδέµατος (µπορούν να τοποθετηθούν σε απόσταση 5 cm από την άκρη του σκυροδέµατος). f. Υπάρχει η δυνατότητα ρυθµίσεων, και έτσι αντιµετωπίζονται εύκολα οι κατασκευαστικές διαφορές στο σκυρόδεµα. g. Μπορούν να τοποθετούνται τόσο στη θλιπτική, όσο και στην εφελκυστική ζώνη του σκυροδέµατος. 2 ΜΕΤΑΒΙΒΑΣΗ ΦΟΡΤΙΟΥ Οι ράγες µπορούν να καταπονηθούν σε όλο το µήκος τους, ανεξάρτητα αν η βίδα βρίσκεται ή όχι πίσω ακριβώς από το αγκύριο της ράγας. Τα φορτία αντοχής που δίνονται στον πιο κάτω πίνακα 1 αναφέρονται σε ποιότητα σκυροδέµατος B 25. Για ποιότητα B 15 πρέπει να χρησιµοποιείται ένας µειωτικός συντελεστής 0,7 και για ελαφροσκυρόδεµα LB 25 ο συντελεστής 0,67. Τα ωφέλιµα φορτία που αναφέρονται έχουν συντελεστή ασφάλειας για αστοχία 3 έως 5, όπως προδιαγράφει η άδεια χρήσης. Τα κριτήρια αστοχίας που ελέγχονται φαίνονται στην παρακάτω Εικόνα 1. Για την κάθε ράγα υπάρχουν διαφορετικές βίδες. Έτσι ανάλογα µε το φορτίο πρέπει να επιλεχθεί η κατάλληλη βίδα. (Εικ. 2).

3 Πίνακας 1. Επιτρεπόµενα φορτία ραγών αγκύρωσης Επιτρεπόµενα Φορτία (kn) Ποιότητα Αξονικός εφελκυσµός Εγκάρσιος εφελκυσµός Προφίλ Σκυροδέ- & εφελκυσµός υπό γωνία 15 ο έως γωνία 15 ο µατος Μοναχικό Φορτίο Ζεύγος υνάµεων Μοναχικό Φορτίο Ζεύγος Μήκος (cm) > > /48 Β /49 Β /42 52/34 Β /33 Β /30 Β /30 40/25 Β /22 38/17 Β /25 Β * Κατά τη χρήση µικρότερων διατοµών βιδών δεν επιτρέπεται να υπερβούµε το επιτρεπόµενο φορτίο των βιδών Εικόνα 1. Κριτήρια για την αντοχή των ραγών Εικόνα 2. Αντοχές ράγας & βιδών για προφίλ 52/34

4 Το ελάχιστο πάχος της διατοµής του σκυροδέµατος πρέπει να είναι 10 cm. Οι αποστάσεις µεταξύ των ραγών φαίνονται στον πίνακα 2. Πίνακας 2. Ελάχιστες αποστάσεις ραγών & ελάχιστες διαστάσεις στοιχείων (βλ. Εικ.3) Προφίλ Ελάχιστες αποστάσεις και ελάχιστες διαστάσεις στοιχείων * (cm) Ζεύγη Ραγών ***** α r α α α e α f b *** d **** α r1 α α1 28/ / / (7) ** /55 49/30 50/ (10) ** /31 52/ / * Σε περίπτωση άοπλου σκυροδέµατος, οι αποστάσεις αυτές πρέπει να αυξηθούν κατά 30% ** ιαστάσεις σε παρένθεση ισχύουν για α r 2 x επιτρεπόµενο α r *** Ισχύει για την τοποθέτηση µίας ράγας **** ιαµορφώνεται βάσει του ελάχιστου επιτρεπόµενου µήκους της ράγας και της απαιτούµενης επικάλυψης βάσει του DIN 1045 ***** Επιτρέπεται µόνο για αξονική εφελκυστική δύναµη Εικόνα 3. Ελάχιστες αποστάσεις ραγών & ελάχιστες διαστάσεις στοιχείων Για την περίπτωση που θέλουµε η ράγα να καταπονηθεί και κατά µήκος, υπάρχουν ειδικές οδοντωτές ράγες (Εικ. 4 ). Αυτές οι διατοµές δύνανται να παραλάβουν δυναµικά επιµέρους φορτία µέχρι 3 kn. Η ειδικά διαµορφωµένη οδοντωτή εσωτερική επιφάνεια της ράγας εγγυάται µια ασφαλή ανάληψη φορτίου µέχρι 12 kn προς όλες τις διευθύνσεις. Μ αυτό τον τρόπο αποκλείεται το φαινόµενο της ολίσθησης. Έτσι πληρούν όλες τις προϋποθέσεις για τη στερέωση των οδηγών των ανελκυστήρων: τρισδιάστατη ανάληψη φορτίων, µε υψηλή δυναµική επιβάρυνση. Αυτές οι ράγες, λοιπόν, αποτελούν την ιδανική λύση για κατακόρυφη τοποθέτηση π.χ. σε κολώνες, όπου δρουν φορτία κατά τη διεύθυνση του άξονα τους.

5 Εικόνα 4. Οδοντωτές ράγες 3 ΜΟΝΤΑΡΙΣΜΑ Εκτός από τις βίδες που έχουµε αναφέρει µπορούν να χρησιµοποιηθούν και ειδικές πλάκες µε εσωτερικό σπείρωµα, που τοποθετούνται στη σχισµή της ράγας. Στις πλάκες αυτές ανάλογα µε το σπείρωµα που έχουν βιδώνουµε τις αντίστοιχες βίδες. Όπως σε όλες τις περιπτώσεις που έχουµε σύνδεση µε βίδα, έτσι και εδώ, θα πρέπει οι βίδες να βιδωθούν µε την απαιτούµενη ροπή η οποία αναφέρεται στην άδεια χρήσης. Ο λόγος που απαιτείται η ασφάλιση της βίδας µε συγκεκριµένη ροπή, είναι διότι στην περίπτωση που έχουµε καταπόνηση από καθαρό εφελκυσµό, έχουµε επιµήκυνση της βίδας. Έτσι, αν δεν υπάρχει η συγκεκριµένη προένταση µπορεί η σύνδεση να χαλαρώσει. Ιδιαίτερα στις περιπτώσεις που έχουµε δυναµικές καταπονήσεις ή δονήσεις, ενδείκνυται η χρήση πρόσθετου παξιµαδιού για ασφάλεια. 4 ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗ (ΑΝΤΟΧΕΣ) Οι ράγες µπορoύν να καταπονηθούν µε σηµειακά φορτία ανάλογα µε τη διατοµή της ράγας, από 3,0 kn (Profil 28/15) έως 32 kn (Profil 72/48). Τα σηµειακά φορτία µπορεί να επαναλαµβάνονται ανά 25 cm. Αυτό σηµαίνει ότι, ανά τρέχων µέτρο υπάρχει η δυνατότητα να έχουµε 4 σηµειακές φορτίσεις (µέγιστο φορτίο ανά µέτρο 128 kn). Υπάρχει φυσικά η δυνατότητα να εφαρµόζονται τα φορτία σε αποστάσεις µικρότερες από 25cm (Εικ. 5). Σε αυτές τις περιπτώσεις έχουµε ζεύγη δυνάµεων, όπου θα πρέπει να τηρούνται οι ελάχιστες αποστάσεις σύµφωνα µε την άδεια χρήσης, και έτσι µπορούµε σε πολύ µικρές αποστάσεις να στηρίξουµε πολύ µεγάλα φορτία. Εικόνα 5. Ζεύγος υνάµεων

6 Το επιτρεπόµενο εύρος ταλάντωσης, το µέρος του φορτίου από δυναµική καταπόνηση, εξαρτάται από τον αριθµό των εναλλασσόµενων φορτίσεων. Έτσι όταν έχουµε περίπου 2 εκατοµµύρια εναλλαγές φορτίσεων, το επιτρεπόµενο εύρος ταλάντωσης µπορεί να ανέλθει στο 1/4 περίπου του επιτρεπόµενου σηµειακού φορτίου της ράγας (βλ. Εικ. 6). Έτσι έχουµε επιτρεπόµενο φορτίο π.χ. για τη ράγα 40/22: F(άνω) F(κάτω) = 8 kn- 2 kn = 6 kn υπολειπόµενο σηµειακό φορτίο αντοχής σε εφελκυσµό. Είναι προφανές ότι λόγω της αντοχής των ραγών σε δυναµική καταπόνηση, µπορούν να χρησιµοποιηθούν για σύνδεση µηχανών, γερανοδοκών, ανελκυστήρων, κ.α. Σε αυτές τις περιπτώσεις οι αντοχές των ραγών σύµφωνα µε την άδεια χρήσης πρέπει να µειώνονται. Εικόνα 6. ιάγραµµα δυναµικής φόρτισης Η καταπόνηση κατά µήκος της ράγας, εφόσον η βίδα βιδωθεί µε δυναµόκλειδο είναι εφικτή, αλλά δεν καλύπτεται από την άδεια χρήσης, διότι είναι πολύ δύσκολο να ελεγχθεί αν έχει βιδωθεί µε την απαιτούµενη ροπή. Σ αυτή την περίπτωση πρέπει να χρησιµοποιούµε τις οδοντωτές ράγες και τις ειδικές βίδες µε ραβδώσεις. 5 ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ Εικόνα 7. Στήριξη ξύλινης στέγης Εικόνα 8. Αγκύρωση µε ράγες

7 Εικόνα 9. Στήριξη τραπεζοειδούς λαµαρίνας Εικόνα 10. Ράγα για αυτοδιάτρητες βίδες Εικόνα 11. Κάτοψη πυρήνα ανελκυστήρα Εικόνα 12. Σύνδεση προκάτ τοιχίων Εικόνα 13. Σύνδεση προκάτ στοιχείων Εικόνα 14. Σύνδεση προκάτ στοιχείων

8 Εικόνα 15. Σύνδεση ενός µεταλλικού φορέα σε σκυρόδεµα µε ράγες αγκύρωσης 6 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ DIN Beton &Stahlbeton DIN Teil 1. Kraene, Berechnung DIN Nichtrostende Staehle Henscher, R. Befestigungsysteme Zulassung Nr.Z Zulassung Nr.Z Zulassung Nr.Z