תוכתורמ ןויז תותשרו תוטומ ןוגיעו תוקבדיה.10

Transcript

1 10. הידבקות ועיגון מוטות ורשתות זיון מרותכות 10.1 כללי עצם קיום הבטון המזוין מבוסס על שיתוף פעולה בין שני החומרים בטון ופלדה, ברם, לבטון אנחנו חופשיים לעצב כל צורה (אנחנו שולטים בצורת המבנה במרחב) ואילו הפלדה באה בצורה אחת מוטות דקים, בעלי קטרים שונים, אך בעיקרון אלמנטים קוויים. כמעט ואין לנו ענין במה קורה בחתך המוט (בניצב לצירו) וכל עניננו בהתנהגותו לאורכו. מכאן ניגזרת העובדה כי שיתוף הפעולה היחידי בין מוטות הפלדה והבטון הוא באמצעות המעטפת של המוטות. בלי שיתוף פעולה זה אין בטון מזוין (בבטון דרוך יש שיתוף פעולה מסוג אחר). נעשתה הרבה מאד עבודה תאורטית בנושא הידבקות ועיגון, אך כמעט כמו בכל נושא בבטון מזוין אין שום מסקנה ללא גבוי במחקר ניסויי, ובדרך כלל ההיפך הוא הנכון קודם בא המחקר הניסויי ואחריו המחקר התאורטי (נומרי או אחר) אשר מנסה "להסדיר בדרך כל שהיא" פרוצדורה חישובית נוחה, לא מסובכת ומתאימה לידע הניסויי על מנת שהתכנון יהיה אמין ובטוח. גם פה, כמו בכל הנושאים האחרים, אנחנו עוסקים במודלים המייצגים את הניסויים בקרוב טוב. מחקרים רבים, ניסויים ועיוניים, נערכו. האוסף המרוכז והממצה ביותר את הידע על הידבקות ועיגון מצוי ב [30]. מרבית המחקרים נסקרו ומיטב הידע עובד על ידי גופים כמו ה [4] ואומץ על ידי [40] ו [8] כהמלצה לתקינה לאומית. בתקן הגרמני ההמלצות (שהינן ברובן פרי מחקר אירופי) אומצו בשלמות, אולם גם בתקנים אחרים, כמו האנגלי [6] והאמריקאי [5] ההשפעה ניכרת ובסופו של דבר הקהילייה האירופית מתיישרת עם [40] EC2 ולכן ההמלצות הללו הינן היום הידע המעודכן המקובל. גם התקן הישראלי [1] אימץ במלואו את הידע על הידבקות וישומו בעיגון מוטות ורשתות. חלק לא קטן ממקרי הכשל הינם תוצאה של אי הבנה, אי ידיעה או אי מלוי הוראות העיגון או ביצוע לקוי של פרטי העיגון. צריך לזכור כי בלי שיתוף פעולה בין מוטות הזיון ובין הבטון אין בטון מזוין, ובלי עיגון מוטות הזיון אין שיתוף פעולה. בפרק זה ניתן מבוא קצר המתאר את התופעה בתמציתיות, בשלביה השונים וכן סיכום של מערכת הדרישות עם מעט הסבר העוטף אותן. 1

2 ת ) 10.2 מהות ההידבקות בין מוטות הזיון והבטון כללי כאשר מוט נימצא בתוך גוש בטון ומופעל עליו כוח (מתיחה או לחיצה) T. במוט נוצרים מאמצים (ציור 10.1). מאמצים אלה יש להעביר מקצה המוט אל הבטון הסובב אותו. אלה הם מאמצי ההידבקות. ציור 10.1 יש להבחין בין הידבקות במוטות חלקים ומוטות מצולעים. מוטות זיון חלקים הם מוטות אשר המעטפת שלהם חלקה (למשל המוטות המוגדרים במסגרת ת"י 4466 חלק 2 "י 893 בעבר) מוטות חלקים במוטות חלקים, בשלב הראשון, תחת כוחות נמוכים מתפתח מאמץ כתוצאה מהידבקות כימית ופיזיקלית בין מעטפת המוט והשכבה הצמנטית סביבו. עם עליה בכוח יש עליה במאמץ ההידבקות עד לניתוקו. כאן מתחיל השלב השני המתאפיין על ידי חיכוך בין מעטפת המוט לסביבתו והתזוזה היחסית (החלקה = (slip גדלה. עם שחיקת השכבה הסמוכה למעטפת המוט פוחת הלחץ הרדיאלי על המוט והחיכוך דועך והמוט מחליק. ההחלקה החופשית היא הרס ההידבקות מוטות מצולעים במוטות מצולעים המנגנון מסובך יותר. הצלעות הן בליטות על מעטפת המוט אשר תורמות להתנגדותו לשליפה. הצלעות יכולות להיות בגובה שונה ובמרחקים שונים על פני המוט, ניצבות לציר או בנטייה אליו. בציור 10.2 מתואר בצורה עקרונית 2

3 מנגנון העיגון של מוט מצולע. תחילה יש בין המוט לבטון בסביבתו הידבקות כמו במוט חלק. ציור 10.2 שלב זה עובר בעומס נמוך ביותר עד שחל ניתוק. עם הניתוק חלה תזוזה קלה בכיוון הכוח ואז מגויס הלחץ על הצלעות במעטפת המוט בכיוון נגדי לכוח. לחץ זה הינו עיקר ההתנגדות של המוט לשליפה. הלחץ מלווה ביצירת סדקים סביב מעטפת המוט ובניצב לכוחות הלחיצה על הצלעות (ציור ). 10.2a בהתקרב הכוח לערך מקסימלי הבטון בחזית הצלעות הופך לגוש מעוך (10.2b) ובסוף כל חזית הבטון בהיקף הצלעות נמעכת (10.2c) ונוצר שרוול בקוטר החיצוני של הצלעות (10.2c) אשר לא עומד בהתנגדות לחיצה אלא בחיכוך והמוט מחליק סביב מעטפת זו. עם הגלישה יורד חוזק ההתנגדות לסביבות 30% מהמקסימום ונוצרת גלישה חופשית תחת כוח משיכה נמוך. מאחר וכפי שהוסבר לעיל, התהליך מתרחש כגיוס כוח לחיצה נגדי לצלעות וגיוס כוח המעיכה של הבטון על פני הצלעות, אין הבדל אם מדובר בכוח לחיצה או מתיחה מנגנון הפעולה והתגובה זהה. הצילוע הינו גורם מפתח במנגנון העיגון של המוטות המצולעים. הצילוע נימדד לפי אינדקס הצילוע f R הנתון בצורה מקורבת על ידי ): AR fr = π db sr - שטח חזית הצלע (זווית הצלע צריכה להיות גדולה מ (10.1) בה: 0 ( 45 A R 3

4 - קוטר המוט - המרחק בין הצלעות בדרך כלל f R ינוע בין 0.05 ל בדרך כלל מוטות בעלי אינדקס צילוע אחיד הם בעלי חוזק הידבקות שווה. d b s R הגורמים המשפיעים על ההידבקות מספר גורמים משפיעים על ההידבקות. העיקריים ביניהם הם: א. חלודה על פני המוט. מסתבר כי מעט חלודה הינה גורם משביח את ההידבקות הכימית-פיזיקלית מאחר והיא יוצרת אינטראקציה עם עיסת הצמנט העוטפת את מוט הזיון. שכבה עבה של חלודה יוצרת אפקט הפוך היא אינה מאפשרת מגע בין הבטון למוט הזיון ולמעשה חוצצת ביניהם ועל כן פוגמת בהידבקות. ב. לקורוזיה של הזיון יש השפעה דומה לחלוטין לזו של החלודה. מעט קורוזיה משתפת פעולה עם הצמנט סביב המוט. עם גידול בשכבת הקורוזיה היא מבדדת את המוט מן הסביבה, בדיוק כמו החלודה, וגורמת להפסד חמור בחוזק ההידבקות. ג. למידת ההטרחה של המוט יש השפעה בעיקר באמצעות מקדם פואסון. ד. לטמפרטורות גבוהות יש לכאורה השפעה חיובית באמצעות מקדם פואסון אולם השפעה שלילית על חוזק הבטון. ה. לטמפרטורות נמוכות מאד השפעה חיובית עקב השפעה חיובית על חוזק הבטון, הן בלחיצה והן במתיחה. ו. לחוזק הבטון השפעה מכרעת חוזק ההידבקות עולה כמעט ליניארית עם עליה בחוזק הבטון. למעט חוזק הבטון, לו השפעה מכרעת על חוזק ההידבקות עבור מוטות חלקים ובעיקר מצולעים, שאר ההשפעות נוגעות בעיקר למוטות חלקים קשר בין מאמץ הידבקות והחלקה ניסויים למדידת ההידבקות בספרות הטכנית/מדעית מדווחים ניסויים רבים מאד שנעשו במשך 40 השנים האחרונות לצורך חקירת נושא ההידבקות והעיגון. אלו טכניקות שמצד אחד השתכללו עם הזמן ומצד שני חוזרות במידה רבה על אותן מטרות. 4

5 בעבר היה ענין במאמץ ההידבקות המקומי ) stress (local bond אשר היה חשוב בעיקר עבור מצב שרות. בתקופה האחרונה הענין ממוקד במצב גבולי של הרס. ההנחה היא כי מתן מענה למצב גבולי של הרס חובק בתוכו גם מתן מענה למצב גבולי של שרות לגבי ההידבקות ואילו נושא רוחב הסדקים מקבל תשובה בדרך אחרת. לכן הענין מתמקד בחוזק ממוצע בהידבקות strength) (mean bond ולכך מכוונות גם המדידות. במרבית הניסויים מודדים את כוח המשיכה במוט (ומחשבים ממנו את מאמץ ההידבקות לאורך המעטפת במגע עם הבטון) ואת ההחלקה מודדים בקצה המוט הבלתי עמוס כאשר אורך המוט בהידבקות הוא קצר ולכן מדובר במאמץ ממוצע על פני האורך המבוטן הקצר ) stress ( average bond לעומת החלקה ממוצעת ) average.(slip אורך קצר בינסוי בהידבקות הוא 10 5 = l/d ואילו אורך ארוך בהידבקות הינו = l/d (יחס בין אורך הקטע המעוגן לבין קוטר המוט). ציור 10.3 הניסוי הכמעט סטנדרטי אשר השתנה מעט מאד ב 30 השנים האחרונות הוא הניסוי במשיכה test) (pullout של RILEM/CEB/FIP (ציור 10.3) בו המוט מעוגן לאורך קטע השווה ל 5d של המוט בקוביה 200/200 ממ' בקצה הרחוק שלה ואילו ביתר האורך הוא מבודד בשרוול. המוט נימתח כלפי מטה כאשר הבסיס התחתון מונח על פלטת נאופרן על מנת לבטל את מאמצי החיכוך בין הגוף וטבלת המתכת. 5

6 ניסוי סטנדרטי אחר הינו ניסוי הקורה ) Test ( RILEM Beam אשר משמש בעיקר לקביעה השוואתית של תרומת אינדקס הצילוע f R (ציור 10.4). ציור צורת הכשל בהידבקות במוטות חלקים צורת הכשל תהיה תמיד כשל בהחלקה failure) (pull-out כלומר המוט נשלף עם אובדן החיכוך בין המעטפת שלו לבטון הסובב אותה. במוטות מצולעים יתכנו שתי צרות כשל (ציור 10.5) [30]. כאשר הכוחות בחזית הצלעות גורמים לסדקים רדיאליים עמוקים אשר מתפתחים ומתרחקים אל מחוץ למוט ובסופו של דבר מגיעים למעטפת האלמנט ושם הוא מתבקע וכתוצאה מכך נהרס קשר ההידבקות והעיגון זהו כשל בבקוע ) splitting.10.5a ציור (failure כאשר לא מצליחים להתפתח סדקים רדיאליים עמוקים אלא בסופו של דבר הבטון בחזית הצלעות ניטחן לאבקה דקה והמוט נישלף בתעלה המורחבת הנוצרת בקוטר הצלעות זהו כשל בשליפה failure) (pull-out - ציור. 10.5b ראה סעיף 10.4 בענין גודל החוזק וצורת העקום מאמץ החלקה בהתייחס לשתי צורות הכשל [30]. 6

7 ציור חוזקי ההידבקות וקביעתם קשר בין מאמץ הידבקות והחלקה הקשר בין מאמץ הידבקות והחלקה הינו כעין "חוק קונסטיטוטיבי" לגבי הידבקות בין מוטות זיון לבטון סביבם. ניתן לתאר באופן עקרוני ופשטני קשר זה בגרף כמו זה הנתון בציור בציור זה ניתן סיכום למדידה דמוי זו הנערכת ב pull-out test (ציור.( 10.3 בציור ניתן להבחין בין כמה שלבים (שלבים אלה לא קיימים עבור כל סוגי המוטות - ראה טבלה ( 10.1 : תחום ראשון, עד s 1 עליה הדרגתית לא ליניארית של מאמץ ההידבקות עד להחלקה. s 1 ניתן לרשום ביטוי לעקום מאמץ החלקה בקטע זה. τ =τ max (s/s 1 ) α בין s ו s מעין כניעה., s אליה לאחר החלקה באמצעות הנוסחה היגיעה המוט במקסימום מאמץ ההידבקות שלו, מתחילה ירידה ברמת ההידבקות וב s 3 תתייצב לרמת מאמץ נמוך שלא רלבנטי לעצם החוזק מפני שזהו כבר כשל. 7

8 ציור 10.6 במוטות חלקים, בהם אין אפשרות לגייס לחצים נגד הצלעות רמת מאמץ זו היא f ck הכשל. בטבלה 10.1 הינו חוזק הבטון האופייני ב MPa מדוד בגליל סטנדרטי. τ f MPa 0.3 f ck 0.15 f ck 1.0 f ck 0.5 f ck 0.3 f ck 0.15 f ck τ max MPa 2.0 f ck 1.0 f ck 2.5 f ck.25 f ck f ck 0.15 f ck α S 3 Mm טבלה 10.1 S 2 mm S 1 mm סוג הזיון מצולע תנאי כליאה לא כלוא אזורי עיגון טובים לא טובים כלוא טובים לא טובים חלק - טובים - לא טובים -"- -"- -"- -"- -"- -"- בטבלה 10.1 נתונים מקצת הפרמטרים המאפיינים את הערכים הבונים את הקשר הקונסטיטוטיבי לפי ציור, 10.6 אשר יקבלו יתר משמעות, עבור שני סוגי מוטות הזיון בתנאי עיגון שונים בציור 10.7a עבור זיון מצולע ובציור 10.7b עבור זיון חלק.[30] 8

9 ציור תנאי כליאה בעיגון והידבקות מתי מוט הזיון נימצא בתנאי כליאה? יש להבדיל כאן בין איזור עיגון טוב ואיזור עיגון נחות. איזורי העיגון נדונים בסעיף תנאי כליאה היא הגדרה קשה ולא מאד חד משמעית, לכן שני המקרים הקיצוניים מוגדרים: מוט נימצא במצב לא כלוא כאשר הוא מצוי במרחק המינימלי המותר מהפן החיצוני של האלמנט והוא מוקף, לכל היותר במוט רוחבי מינימלי. המרחק המינימלי מהפן הינו פונקציה של עובי הכסוי המינימלי הנדרש (שהוא כידוע פונקציה בין השאר של קוטר המוט גם כן). מוט נימצא במצב כלוא כאשר עובי הכסוי של המוט עולה על 5 פעמים קוטר המוט והמרחק ההדדי בין המוטות עולה על 10 פעמים קוטר המוט (או ניתן זיון רוחבי כבד) או כאשר לחץ רוחבי חזק מופעל על הבטון העוטף את המוט (פרטים ב [4]). מתוך קריאת סעיף 10.5 יהיה ברור כי אין ההגדרות של בדבר כליאה חופפות את ההגדרות של איזורי העיגון כשל בביקוע לעומת כשל בשליפה בסעיף הוסבר ההבדל בין כשל בביקוע ובין כשל בשליפה במוטות מצולעים. ב ראינו את התאור הגרפי של ה"חוק הקונסטיטוטיבי" המקורב של הידבקות-החלקה. בציור 10.8 נתון תאור עקרוני של ההבדל בין שני סוגי כשל אלה. המוט המגיע לכשל בשליפה (pull-out) מגיע לחוזק המקסימלי τ max (ואם הוא כלוא יהיה גם תחום דמוי כניעה. בביקוע תהיה נפילה פתאומית, מבלי שהמאמץ הגיע למקסימלי וירידה מהירה אל. τ f 9

10 1 2 3 ctk c ציור 10.8 bd חוזקי התכן בהידבקות לצרכי התקן חוזקי התכן ניתנים על סמך המחקר הניסויי, בשים לב למקדמי בטחון חלקיים אשר יש להבטיח, כפוף למבנה מערכת הבטיחות השלמה המובטחת עבור מצב גבולי של הרס. חוזקי התכן בהידבקות המובאים כאן הם המומלצים על ידי [4] CEB ו [8] EC2 [40] ותואמים את מה שניתן בתקן הישראלי [1]. חוזק התכן בהידבקות f bd נתון על ידי : f = η η η f γ (10.2) בה: η 1 הינו מקדם המתייחס לסוג הזיון מבחינת המעטפת שלו: = η עבור מוטות עגולים 1.4 עבור מוטות מצולקים 2.25 עבור מוטות מצולעים η 2 - מקדם המביא בחשבון את איזור העיגון = 1.0 עבור איזור עיגון טוב 0.7 עבור איזור עיגון נחות η 2 η 3 - מקדם המביא בחשבון את קוטר המוט. עבור מוטות עד 32 ממ' = 1.0 עבור מוטות בעלי קוטר גבוה יותר φ) η 3 = 0.01 (132 - עבור מוטות מצולעים, בתנאי הידבקות טובים לפי [8] EC2 ולפי [4]: CEB. f bd = 2.25 f ctk / 1.5 לעומת זאת, עבור מוטות חלקים, [8] EC2 דורש /1.5 ck f bd = 0.36 f 1/2 ואילו [4] CEB דורש /1.5 ctk f bd = 1.0 f באותם התנאים. ההבדלים מיזעריים. 10

11 0.21 f 2/3 ב [8] EC2 קשה לבצע קשר בנוסחה. מאחר ו f ctk מוגדר כ ck חוזקי התכן אשר ניתנו בחוקת הבטון [1] חושבו לפי [8] איזורי עיגון השפעת מיקום העיגון בסעיף זה נדונה השפעת מיקום העיגון על אורך העיגון. נמנה כאן את השפעת מיקום העיגון והסביבה ומצבו של המוט ביחס לסביבת היציקה ומצב ההטרחה סביב המוט (או הרשת). כגורמים החשובים ביותר ניתן למנות: מצבו של המוט ביחס לכיוון היציקה, מצבו של המוט באלמנט - החלק התחתון או העליון (ובהתאם לכך מה מידת הלחץ אשר הופעל או מופעל על המוט ), האם נוצר אפקט של כליאה סביב המוט, מה הסיכוי לשלמות עטיפת המוט בבטון בעת היציקה, וכו'. כאשר באים לדון באיזורי העיגון יוצאים מתוך הנחה כי חוזק התכן בהידבקות נחקר וידוע ובוחנים כאן רק את ההשפעה היחסית. הבחינה הזאת נעשית במחקרים ניסויים. אחד מהם מצוטט בציר מס' 10.9 בה ניראה גרף אחד הניסויים של [28] Rusch בו השוואת השפעת מיקום העיגון על חוזק התכן בהידבקות. ציור 10.9 בשים לב לנאמר לעיל, מוט מצוי באיזור עיגון טוב כאשר הוא (ציור 10.10): מצוי בחצי התחתון של האלמנט בעל עובי קטן מ 300 ממ' (a), לפחות 300 ממ' מתחת לפני היציקה העליונים (b) (שתי דרישות אלה נועדו לבסס פוטנציאל של לחיצה על 11

12 - 0 המוט), המוט נטוי בזוית 45 ויותר אל האופקי (c) (אל פני היציקה העליונים) דרישה זו מבטיחה סיכוי של כסוי טוב של מוט הזיון בבטון תוך יציקה מכל הצדדים. ציור מוט מצוי באיזור עיגון לא טוב כאשר לא מתקיים אף תנאי מן התנאים לאיזור עיגון טוב. איזור העיגון קובע את חוזק התכן בהידבקות (ראה 10.4) bd f ובין חוזקי התכן בהידבקות עבור כל אחד משני איזורי העיגון קיים הבדל משמעותי אורכי העיגון מושגים בסיסיים אורך העיגון הבסיסי אורך העיגון הבסיסי l b אותו את מלוא כוח התכן A s f sd מוגדר כאורך מוט ישר הדרוש למסור לבטון הסובב במתיחה או בלחיצה, אשר חתך המוט מסוגל לקבל 12

13 sd כאשר המאמץ לאורך המעטפת שלו אינו עולה על - f bd חוזק התכן בהידבקות של הבטון (הובהר כבר בסעיף קודם כי f bd הינו חוזק ממוצע). ההשוואה בין כוח התכן בחתך המוט לעומת הכוח לאורך המעטפת שלו נותנת: 1 2 π φ lb fbd = π φ f 4 fsd φ lb = 4 f bd (10.3) בנוסחה זו φ הינו קוטר המוט ו f bd הינו חוזק התכן בהידבקות, התלוי בפני מעטפת המוט ובמיקומו באלמנט ובחוזק (סוג) הבטון. בהתייחס לאורך העיגון הבסיסי אין הבדל בין כוח מתיחה או לחיצה אורך עיגון מתואם אורך העיגון המתואם l a0 הינו אורך העיגון הדרוש של מוט ישר, במתיחה, אשר שטחו המחושב הדרוש לפתח את מלוא הכוח בו הינו בלחיצה או A s,calc (שטח a0 b A A s,act דרוש מחושב) אך בפועל ניתן מוט ששטחו A s,act (שטח המוט בפועל) ו, A s,calc A s,act או במלים אחרות המוט לא מנוצל בשטחו וכתוצאה מכך אין רוצים כי גם המעטפת שלו תהיה בלתי מנוצלת, אלא מקטינים את אורך המעטפת ביחס A s,calc / A s,act כך שלפחות המעטפת תהיה מנוצלת במלואה: l = l s,calc (10.4) לאור ההגדרה לעיל צפוי כי l a0 l b מוגדר כ: אולם דרוש כי l a0 l a,min ו l a,min (10.5) במתיחה הגדול מבין השלושה l a,min 0.3 l b ; 100 mm ; 10 φ (10.6) בלחיצה - הגדול מבין השלושה l a,min 0.6 l b ; 150 mm ; 15 φ יש לשים לב לאורך העיגון המינימלי בלחיצה: קצה המוט הפנוי גורם לריכוז מאמצים בבטון בסביבתו, כאשר הוא בלחיצה, ולהרס מקומי בבקיעה של חלק מסוים של אזור הבטון הסובב את המוט בקצה, לכן בהתחשב בכך הוארך האורך המינימלי. תרומת צורת סיום המוט לאורך העיגון מוטות זיון יכולים להסתיים כמוטות ישרים או עם כיפוף אשר יוצר "וו" או

14 "אוזן" בקצה המוט. "וו" היא צורת כיפוף בה החלק הקצר המכופף יוצר זווית עם המשך המוט הישר ואילו ב"אוזן" הזווית עולה על. 150 בנוסף קיימת גם צורת לולאה בה מוט מכופף בצורת גלגלת ראה ציור c ציור התרומה של סיום מוטות באחת הצורות הנ"ל (ראה ציור 10.12) נמדדת ניסויית. הציור מתאר ניסוי שנערך על ידי Muller והוא מצביע על כך שאם הכיפוף נעשה סביב סרן, כמתואר להלן, ייכלא בו גוש בטון והמאמץ לאורך החלק המכופף ידעך עד לסוף הקטע המכופף. לצורכי מחקר נעשו כמה מודלים נומריים, אולם מטרתם היתה לעשש את תוצאות הניסויים בלבד. מצב הידע העדכני, לפי [4] ו [8], הוא כי הימצאות צורה כנ"ל (לולאה, וו או אוזן) מאפשרים לקצר את אורך העיגון ב 30% במקורב (במתיחה בלבד!). כיפוף לצרכי וו, אוזן או לולאה צריך להיעשות בכיפוף סביב סרן כיפוף בעל רדיוס מסוים מבוקר (ראה להלן). המטרה היא לגרום לכיפוף בקוטר מינימלי, 14

15 ציור כך שגוש הבטון יגרום לבלימה במשיכה וכך יקצר את אורך העיגון. מטעם זה אותו הכיפוף אשר כלא גוש בטון בתוכו לא יוכל להפעילו בלחיצה. קוטר הכיפוף צריך להיות, מצד שני, מספיק גדול על מנת לא להביא לכך כי מוט הזיון ייסדק בו תוך כדי הכיפוף לאורכו וכך התועלת שבאוזן או וו תיעלם עיגון רשתות מרותכות רשתות זיון מרותכות הן רשתות אורתוגונליות של מוטות זיון כאשר המוטות מרותכים בריתוך חשמלי אחד לשני. קצב המרחקים בכל כיוון נישמר וכמו כן קוטר המוטות בכל כיוון נישמר, מאחר וכל הליך הייצור הינו ממוחשב ומתועש. מבחינת כמויות הזיון המחושבות לכפיפה אין לרשת שום תרומה: מוטות כל כיוון חוצים את החתך המחושב כמוטות בודדים. תרומת הרשת היא בתיעוש הבניה (ייצור, הובלה ושימה של הזיון) ובעיגון. בציור נתונה רשת זיון מרותכת כאשר המוטות של כיוון x נימצאים במתיחה. המוטות בכיוון y מצויים בניצב לכיוון המתיחה ולכן יוצרים בלימה. בלימה זו יש לצרף לעצם ההידבקות לאורך המעטפת של המוטות בכיוון x בתור מוטות בודדים. התרומה של הבלימה הזאת נימדדת ניסויית. היא מוערכת כך: כאשר מצוי באיזור העיגון מוט רוחבי (ניצב לכוח המתיחה) אחד הפחתה של 30% וכאשר מצויים שני מוטות רוחביים (לא צמודים) כנ"ל הפחתה של. 50% מעבר לשני מוטות 15

16 רוחביים התרומה המצטברת של המוטות הרוחביים זניחה (בניגוד לגירסה הקודמת של 466 אשר התבססה על CEB משנת ) ציור יחד עם זאת יש הבדל בסיסי בין רשתות עשויות ממוטות זיון מצולע ורשתות עשויות ממוטות חלקים (בדרך כלל בעלי חוזק גבוה): רשת עשויה ממוטות זיון מצולעים ניתן להביא בחשבון את תרומת המוטות הרוחביים לקיצור אורך העיגון, אולם, אם באיזור העיגון אין מוטות רוחביים מסיבה כל שהיא מותר לחשב את העיגון בהתחשב באורך העיגון של מוטות בודדים. כלומר קיימת האופציה לנצל את קיום המוטות הרוחביים או לא לנצל אותם ולהתייחס אל הרשת (באיזור העיגון!) כאילו היא קובץ של מוטות בודדים. רשת עשויה ממוטות זיון חלקים לא קיימת האופציה של מוטות בודדים. המוטות הם בדרך כלל בעלי חוזק גבוה ועל כן, בהביא בחשבון את היותם חלקים, אורך העיגון l a אשר היה נידרש היה יותר מדי גדול ובסה"כ יש דיספרופורציה בין יכולת המוט לשאת כוח באמצעות החוזק שלו לבין יכולתו למסור כוח לסביבה באמצעות המעטפת שלו. ברשת עשויה ממוטות זיון חלקים בכל מקום בו היא חייבת למסור כוח: עיגון, חפייה וכו', צריכים להיות נוכחים מוטות רוחביים. בניגוד לרשת עשויה ממוטות מצולעים, ברשת עשויה ממוטות חלקים, תרומה של מוט רוחבי אחד אינה מספקת ואילו תרומה של שני מוטות רוחביים תיחשב כמפחיתה רק 30% מאורך העיגון. שיקולי הבחנה אלה בין שני סוגי הרשתות הם בעיקר פרי תצפיות ותוצאות ניסויים וגם שיקולים הנדסיים. 16

17 סיכום התרומות לקיצור אורך העיגון אורך העיגון הכולל מוגדר כ l a באופן הבא: l a = α 1 l a0 l a,min (10.7) - α 1 הינו מקדם המגלם בתוכו את ההשפעה אשר תורמת צורת הסיום של המוט הבודד או תרומת מס' המוטות הרוחביים ברשת באיזור העיגון להפחתת אורך העיגון (למשל 0.7= 1 α משמעו תרומה של 30% לקיצור אורך העיגון ברשתות עשויות ממוטות מצולעים עם מוט רוחבי אחד באיזור העיגון או ברשתות עשויות ממוטות חלקים עם שני מוטות רוחביים באיזור העיגון). l a0 הינו אורך העיגון המתואם אשר הוגדר לעיל. - אורך העיגון המינימלי (הוגדר לעיל). l a,min סיכום כל ההשפעות אשר ניסקרו לעיל להפחתת אורך העיגון נתון בטבלה 10.2 להלן. טבלה 10.2 α 1 בלחיצה α 1 במתיחה תאור צורת סיום העיגון ) ראה ציור מס' ( מס' מוט ישר מצולע (או חלק עד קוטר 12 ממ') א סיום עם אוזן תקנית ב סיום עם וו תקנית ג סיום עם לולאה ד רשת עשויה מוטות זיון מצולעים עם מוט רוחבי אחד ה באיזור העיגון רשת מרותכת עשויה מוטות זיון מצולעים עם שני מוטות רוחביים באיזור העיגון רשת מרותכת עשויה מוטות זיון חלקים עם שני מוטות רוחביים באיזור העיגון ו רשת עשויה מוטות זיון מצולעים עם סיום וו/אוזן תקני ומוט רוחבי אחד באיזור העיגון ז בציור מס' מרוכזות כל הצורות המוזכרות בטבלה א : 10.2 סיום מוט ישר, ב סיום עם אוזן תקנית, ג סיום עם וו תקנית, ד סיום עם 17

18 ציור

19 לולאה, ה רשת ממוטות מצולעים עם מוט רוחבי אחד באיזור העיגון, ו רשת עם שני מוטות באיזור העיגון, ז רשת עשויה מוטות זיון מצולעים עם וו / אוזן תקנית ומוט רוחבי באיזור העיגון. הנוסחה ) 10.7) עבור l a הינה הביטוי הסופי עבור אורך העיגון של מוטות ורשתות. ממנה תהיה בעתיד (ראה טבלות וקורות ( סטייה רק בהשענה ישירה שם יהיה מותר להפחית את l a המחושב, אך גם כן לא פחות מ. l a,min השפעת קוטר הכיפוף - מוטות לקוטר הכיפוף של המוט לצורך העיגון השפעה מכרעת על התנהגותו בעיגון. הכיפוף צריך להתבצע סביב סרן כיפוף באמצעותו אפשר לשלוט על הקוטר. בציור ניראות שתי הנסיבות של שימושים במוט מכופף על מנת להבחין בהבדל. בציור 10.15a נתון סמך קיצוני של טבלה. הדרישה היא לעגן את המוט בתחתית הסמך ולצורך כך בוצע וו. הוו כופף כך שאחרי סיום העקמומיות של הכיפוף בכיוון ניצב מספיק לתת אורך בשיעור. 5φ מעבר לזה הטענה היא כי כל תוספת אורך לא יעילה מאחר ועם עצם יצירת הוו ניכלא בו (או באוזן או בלולאה) גוש בטון המהוה גוש בלימה וזה מסיים את העיגון לכן כל תוספת מעבר לו מיותרת. לעומת זאת יש לבצע את הכיפוף בקוטר כיפוף כזה שלא יגרום להיסדקות גו המוט ופגיעה בחוזקו. אם קוטר הכיפוף גדול מהמינימום הדרוש יצירת הגוש הבולם לא תהיה יעילה. קוטר כיפוף כזה קרוי קוטר כיפוף לצרכי עיגון וערכים עבורו נתונים בטבלה מס' ציור

20 ת( ת( בציור 10.15b רואים פינת מסגרת. היציקה המקובלת, אם לא יוצקים את כל המסגרת כטרומה, היא להפריד בין עמודים ומשקוף. הקושי עם סידור הזיון בפינה מוביל לאחת ההצעות המקובלות העברת מוט זיון מהעמוד אל המשקוף דרך הפינה בנסיון לנצלו בפינה לכוח מתיחה על הפן החיצוני של הפינה. על מנת להבטיח זרימת כוח רציפה מהעמוד אל המשקוף דרך הפינה, אסור שיהיו במוט כיפופים בסרן בעל קוטר קטן וסיכונים של סדיקת המוט בכיפוף. זה נעשה תוך כיפוף בקוטר כיפוף גדול. קוטר כזה מכונה "קוטר כיפוף שלא לצרכי עיגון" וגם הוראות לגביו מצויות בטבלה כדי למנוע ספק הערכים של קוטרי כיפוף "לצרכי עיגון ושלא לצרכי עיגון" הופקו במחקר ניסויי. גם אם ישנן פרוצדורות נומריות לכך אלה חייבות להיות מאושרות על ידי ניסויים מעשיים. קוטרי הכיפוף הנתונים פה הם בתוקף עבור מוטות בודדים. טבלה קוטרי כיפוף של מוטות זיון בודדים כיפוף לצרכי עיגון כיפוף לצרכים אחרים כסוי הבטון בניצב למישור הכיפוף סוג מוטות 7φ > 3φ 3φ φ 20mm φ<20mm 100mm > 50 mm 50mm הזיון חלקים 10φ 10φ 15φ 5φ 2.5φ "י 893) מצולעים 10φ 15φ 20φ 7φ 4φ "י 739) בחלק השמאלי של טבלה 10.3 נתונים הערכים עבור כיפוף שלא לצרכי עיגון. המטרה של כיפוף כזה היא, כאמור, לאפשר זרימה מלאה של הכוח לאורך המוט. לצורך זה דרושה תמיכה צידית כי התמיכה הצידית מבטיחה פיזור לצדדים של הלחץ על הבטון אשר מפעיל החלק הפנימי של המוט המכופף. על מנת לאפשר את התמיכה הזאת ניתנה הדרישה של עובי כסוי הבטון וברור כי ככל שקוטר הכיפוף קטן יותר עובי כסוי הבטון צריך להיות גדול יותר. דרך אחרת להשיג את אותו האפקט היא עטיפה צפופה של חישוקים את איזור הכיפוף אשר תספק את אפקט הכליאה הדרוש לחזק את הבטון באיזור זה פרט קלאסי אשר הופיע בעבר לעתים קרובות בספרות. 20

21 השפעת קוטר הכיפוף רשתות העיקרון באבחנה בין כיפוף לצרכי עיגון לבין כיפוף שלא לצרכי עיגון קיים ברשתות בדיוק כמו במוטות, עם הבדל אחד השפעת הכיפוף על הריתוך של המוטות הרוחביים כאשר נעשה כיפוף לצרכי עיגון. אי לכך, כאשר מבוצע כיפוף לצרכי וו או אוזן ) שורה ז' בטבלה 2) המוט הרוחבי צריך להיות מרוחק מהמקום בו מתחיל הכיפוף לפחות במרחק, 4φ כי אז ייחשב הריתוך מוגן מנזק. אם המוט נותר קרוב יותר לכיפוף אין להתחשב במוט הרוחבי כתורם לקיצור אורך העיגון עקב הסיכון שבנזק לריתוך. קוטר הכיפוף לצרכי עיגון ברשתות - 4φ. כאשר הכיפוף אינו לצרכי עיגון (דבר נדיר ולא מקובל ברשתות אלא לשימושים מיוחדים מאד) קוטר הכיפוף המותר הינו אחיד - 20φ. כמובן שאין מניע שמוט רוחבי יהיה מרותך בתחום כיפוף בקוטר כזה והריתוך ייחשב כתקף, אולם במילא אין לו תפקיד אז השפעת סביבת ההטרחה על אורך העיגון בסעיף 10.5 הוגדרו איזורי העיגון. איזורי העיגון כפי שהוגדרו שם משמשים לקביעת גודלו של חוזק התכן בהידבקות, המשמש בסיס לחישוב אורך העיגון הבסיסי ומשם לאורך העיגון הסופי. שיקולים של סביבה בה מתבצע העיגון נעשים גם ברמות אחרות. הפעלת השיקולים הללו אינה על חוזק התכן בהידבקות אלא על אורך העיגון בכללותו. להלן שתי דוגמאות: א. קיימים שני מצבים של השענות בסמך פרקי, קיצוני: השענה ישירה והשענה בלתי ישירה. ההבדל ביניהן הוא שבהשענה ישירה נוצר לחץ על המוט המצוי באיזור העיגון לפחות משני צדדים: מלמטה ומלמעלה, כך שהמוט מצוי במין מצב של כליאה אשר מיטיב עם העיגון שלו. במקרה זה, התרומה של היות המוט במצב עיגון משופר נלקחת בחשבון פעמיים: פעם אחת באורך העיגון הבסיסי (המוט מצוי בחלק התחתון של האלמנט) ופעם נוספת על ידי קיצור אורך העיגון שלו: במקום l a קובעים 2/3 l a (ראה פרק 12). כאשר ההשענה היא בלתי ישירה, f bd יחושב בשל היותו במחצית התחתונה של האלמנט אולם אורך העיגון שלו יהיה l a ללא הנחות, מאחר ובסביבה בה הוא מעוגן נוצרת סביבת מאמצי מתיחה (ראה פרק 12). 21

22 ב. מוט משופע המכופף לצורך קבלת כוחות גזירה (ראה פרק 11) כאשר מגיע להיות מעוגן בחלק העליון (הלחוץ) של הקורה, אורך העיגון שלו יהיה מופחת עקב היותו באיזור לחוץ a, 0.7 l אולם אורך העיגון הבסיסי יחושב בשימוש בחוזק תכן נמוך בהידבקות מאחר והוא מצוי בחלק העליון של הקורה. להיפך אותו מוט אשר יעוגן בחלק התחתון של הקורה, מאחר והוא כבר בתוך איזור המומנט החיובי (איזור מתוח) אורך העיגון שלו יוגדל ל 1.3 l a אולם חוזק התכן שלו בהידבקות יהיה משופר מאחר והוא מצוי בחלק התחתון של האלמנט הארכה בחפייה של מוטות בודדים כללי לעתים קרובות אורך מוט זיון אינו מספיק ויש צורך להאריך מוטות על מנת לקבל את האורך הדרוש. יש שלוש דרכים עיקריות להשיג מטרה זו: א. לרתך את המוטות אחד לשני, ב. להשתמש באביזר מכני אשר מחבר מכנית בין המוטות, למשל באמצעות הברגה. ג. להעביר את הכוח ממוט למוט באמצעות חפייה בין המוטות. סעיף זה דן באמצעי השלישי בלבד חפייה. חפייה בין מוטות הזיון היא העברת כוחות ממוט אחד לבטון באמצעות הידבקות והעברתו למוט הסמוך לו באמצעות הידבקות גם כן. ציור מדגים את המנגנון בו נעשית הפעולה. ב 10.16a נראים שני המוטות בסמיכות אחד לשני. במשיכה, במעטפת של שניהם נוצרים מאמצי הידבקות. סמיכות מאמצי ההידבקות גורמת ליצירת מערכת מוטות לחיצה זעירים בבטון בין מעטפות שני המוטות. מוטות אלה נוצרים ביעילות ממשית כאשר המוטות בחפייה הם מצולעים. בניצב לשני המוטות נוצרים מאמצי מתיחה ובאפן כזה סדרת משולשי כוחות. בציור 10.16b מסומן מהלך מאמצי המתיחה במוטות הזיון, כאשר הירידה ההדרגתית בכוח המתיחה באחד לעומת הצבירה ההדרגתית בשני בולטים. בציור 10.16c נתון פרוס עקרוני של מאמצי המתיחה הנוצרים בניצב למוטות הזיון. בציור 10.16d נתון חתך של חפייה בניסוי שנערך על ידי (1965) Goto ובו נראים היטב הסדקים וריכוזי המאמצים. הוא אינו אחיד מפני שיש ריכוזי מאמצים ליד הקצה החופשי של כל אחד מהמוטות. זה העיקרון של מסירת כוח ממוט למוט סמוך באמצעות חפייה. 22

23 ציור כללים לגבי חפיית מוטות בתכן הארכה בחפייה יש לתת מענה לבעיות הבאות: 1. מה אורך החפייה הדרוש? 2. מה אחוז המוטות המותר בחפייה אחת? 3. באילו אמצעים יש לנקוט להבטיח את איזור החפייה? 1. אורך החפייה של מוט בודד ) l v ציור 10.17) נתון על ידי: l v = α 2 l a0 l v,min l v l b (10.8) (10.9) במתיחה בלחיצה 23

24 α 2 l v,min l b הינו מקדם התלוי באחוז המוטות בחפייה באותו החתך ראה טבלה - הגבוה מבין:, 200 mm, 15φ - אורך העיגון הבסיסי לפי (10.3) 0.3 α 2 l b המקדם α 2 נתון בטבלה 10.4: ציור המקדם α 2 לצרכי אורך החפייה מנת המוטות בחפייה מתוך סה"כ הזיון הדרוש 60% 50% 30% 20% טבלה c v 5φ >5φ a v 10φ >10φ c v א. המרחק בין שני מוטות בחפייה לא יעלה על 4φ (אבל הוא יכול להיות קטן מאד ואף המוטות יכולים לנגוע אחד בשני). ב. המרחק בין שתי חפיות סמוכות יהיה הגדול מבין : 2φ.20mm ג. שתי חפיות לא נחשבות כחפיות בחתך אחד אם המרחק בין מרכזיהן עולה על ) 1.3 l v או המרחק נטו ביניהן עולה על.( 0.3 l v ד. עבור הטבלה : 10.4 v - a המרחק הנקי בין שתי חפיות סמוכות - כסוי הבטון (המרחק הנקי בין פני הבטון הסמוכים למוט המוארך). 2. אחוז המוטות המותר בחפייה בחתך אחד מושפע מרמת ההטרחה בסביבת החתך ואת זו ניתן לאבחן לפי כמה מבחנים: האם העומס סטטי או דינמי, מה צפיפות 24

25 הזיון בכמה שכבות הוא נתון, ולבסוף מה קטרי הברזל? כל המידע על אחוז הזיון המותר בחפייה כפונקציה של כל ההשפעות הנ"ל מרוכז בטבלה מס' 10.5: אחוז הזיון המותר בחפייה עומס סטטי פריסת הזיון 100% בשכבה אחת טבלה סוג מוטות הזיון עומס דינמי 100% 50% 25% 25% 50% במספר שכבות 50% φ<16 25% φ 16 מצולעים (Φ) מצולעים (Φ) חלקים (φ) חלקים (φ) 3. אבטחת איזור החפייה כפי שהוסבר בסעיף בניצב למוטות בחפייה נוצרים כוחות מתיחה. אלה צריכים להתקבל באמצעות זיון מתאים (לקבלת כל או חלק מכוחות מתיחה אלה). כאשר קוטר המוטות בחפייה קטן מ 16 ממ', או אחוז המוטות בחפייה קטן מ 20%, או המרחק הנקי בין החפיות, a v 10φ< אפשר להסתפק בזיון אשר ניתן למטרות "קונסטרוקטיביות" כלומר זיון מחלק, זיון מינימלי אחר, זיון חישוקים מינימלי וכו' ציור

26 בכל מקרה אחר יש לתת זיון רוחבי כמפורט אשר מטרתו לחזק את איזורי קצוות המוטות בסיום החפייה (ראה ציור 10.18). כמות הזיון הרוחבי תהיה A st וכמות זו תהיה לא קטנה משטח המוט בחפייה ( A st A sl ) A sl וכמות זו תפוזר בשני חלקים שווים על שני קצוות החפייה, כמתואר בציור כאשר המוטות בחפייה הם במתיחה הכמויות יפוזרו על פני רוחב של 1/3 l v לפי ציור (במתיחה). כאשר l v הוא אורך החפייה. כאשר החפייה היא בלחיצה כמות הזיון הרוחבי היא אותה הכמות אולם יש לפזר אותה כך שהמוט הרוחבי האחרון יחרוג מאורך החפייה l v ב 4φ לפיה ציור (בלחיצה). כפי שצוין לעיל ריכוז המאמצים בקצה המוט בעת לחיצה חמור יותר מאשר במתיחה וזו הסיבה לשוני בין שני הפרטים. בכל המקרים יש לשמור על מרחקים בין המוטות הרוחביים בחפייה שלא יעלו על 150 ממ' הארכה בחפייה של רשתות זיון מרותכות עשויות מוטות מצולעים הארכה בחפייה של רשתות זיון מרותכות חשובה, מפני שבניגוד למוטות זיון בודדים, זו הדרך היחידה להאריך רשתות. המוטות של כל כיוון מהרשת זקוקים לחפייה בנפרד. בטבלה מתוחה בכיוון אחד תהיינה חפיות של הזיון הראשי ושל הזיון המחלק. בטבלה מתוחה בשני כיוונים החפייה של אחד משני הכיוונים תהיה חפייה של זיון בכיוון ראשי. בכל מקרה כאשר דנים בחפיית המוטות בכיוון אחד, מוטות הכיוון השני הם "המוטות הניצבים" לכיוון החפייה. צורות החפייה המצויות של רשתות הן כמתואר בציור בציור 10.19a נתונה חפייה של רשת שכבתית fabric) (intermeshed בה מוטות הזיון הנמצאים בחפייה הם באותו מישור, בו בזמן שהמוטות הרוחביים באים משני צידי המישור בו המוטות בחפייה. בציור 10.19b נתונה חפייה של רשתות רב שכבתית ) layered.(fabric ברשת מסוג זה המוטות בחפייה אינם בהמשך ישיר (באותו מפלס). עבור חפיית רשת מוטות חד שכבתית, כמתואר בציור 10.19a החפיות תיעשינה כמו עבור מוטות זיון בודדים, בהזנחת כל תרומה של המוטות הרוחביים, אי לכך כל הכתוב בסעיף 10.8 חל על חפיית רשתות חד שכבתיות (לפי [4]). CEB 26

27 ציור עבור חפיות במתיחה ברשתות רב שכבתיות, כמתואר בציור 10.19b, חלים הכללים הבאים: א. רצוי לבצע את החפייה בחתך בו הזיון לא מנוצל במלואו.(A s,act 1.25A s,calc ) ב. כאשר לא ניתן למלא אחר תנאי א' לעיל יש להביא בחשבון כגובה חתך פעיל את הגובה עד ציר מרכז הכובד של שכבת הזיון הרחוקה מהפן המתוח (כלומר גובה פעיל קטן יותר). ג. מנת הזיון המקסימלית המותרת היא : 100% כאשר A s / s 1200 mm 2 /m 60% כאשר A s / s > 1200 mm 2 /m - A s קוטר המוטות הראשיים בחפייה ו - s המרחקים ביניהם ד. אורך החפייה במתיחה יהיה: l v = α 3 l a0 l v,min (10.10) ו > > α 2.0 As s α 0 4 כאשר : 3 = l v,min יהיה הגדול מבין: 200, 0.3 α 3 l b ממ', s פסיעת הזיון הניצב לזה שבחפייה אורך החפייה בלחיצה יהיה : l v l b (10.11) 27

28 ה. את החפיות של זוג רשתות רב שכבתיות יש לפזר כך שהמרחקים בין מרכזי החפיות לא יפחת מ. 1.3 l v ו. אין צורך בזיון רוחבי נוסף. כאשר כאשר עבור חפיות הזיון ברשתות שאינו ראשי יש לנהוג כך: א. מותר לבצע את כל החפיות בחתך אחד. ב. אורך החפייה תלוי בקוטר המוטות (המשניים) בחפייה: φ 6mm 6mm < φ 8.5mm אורך החפייה יהיה לא קטן מ 150 ממ' אורך החפייה יהיה לא קטן מ 250 ממ' כאשר 8.5mm < φ 12mm אורך החפייה יהיה לא קטן מ 350 ממ' ג. בכל מקרה אורך החפייה לא יפחת מ s l המרחקים בין המוטות הראשיים. ד. לפחות שני מוטות רוחביים (כלומר מוטות זיון ראשיים) יהיו בחפייה זו של המוטות המשניים. 28