חיזוק חתכי בטון לגזירה

שיתוף ב facebook
שיתוף ב twitter
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב email

חיזוק חתכי בטון לגזירה

יריעות הFRP יכולות להגביר את חוזק הגזירה של חתכים (אני אגיד קורות, אבל הכוונה היא גם לעמודים) בדומה לחישוקים בקורה. אותו מודל מסבך, אותו כוח מתיחה שצריך להילקח ואפילו אופן החישוב זהה למדי:

חישוקים בתקן הישראלי: חישוקים בתקן הישראלי

חישוקים בתקן האמריקאי: חישוקים בתקן האמריקאי

חיזוק על ידי FRP בתקן האמריקאי:

חיזוק על ידי FRP בתקן האמריקאי

רואים שחישוב הכוח הוא זהה למעשה.

ההבדל המרכזי הוא שבעוד בתקן הישראלי אנחנו למעשה מחשבים את החישוקים כאילו הם נושאים לבד בכוח הגזירה (שימו לב שאין התייחסות לחתך הבטון) בתקן האמריקאי התסבולת לגזירה מורכבת על ידי תוספת של תרומת הברזל (והFRP) לתרומת הבטון לחוזק הגזירה:

חוזק הגזירה

בוא נגדיר 3 צירים שבהם צריך לבחון את החיזוק המיועד:

  1. 2 צדדים – עטיפת U – עיטוף מלא.
  2. מאונך-נטוי.
  3. רציף-פסים בדידים.

ציר 1 –

האפקטיביות של תוספת החוזק לגזירה מתגברת ככל שעולים בכמות העיטוף (מלא>U>2 צדדים). זה בא לידי ביטוי במקדמי הפחתה והגבלות שונות. עיטוף מלא גם יכול לשמש במקביל להגדלת החוזק לגזירה גם לכליאה ו(כמו שכבר הוזכר שם גם) להגדלת המשיכות של הבטון ושימוש אפקטיבי יותר בפרקים פלסטיים. בגלל זה (וגם בגלל נוחות הביצוע) משתמשים בעיטוף מלא בעיקר בעמודים. בקורות זה בדרך כלל לא ישים. בקורות נעדיף עטיפת U (עד התקרה) או נאלץ להסתפק ב2 צדדים (במקרה של מערכות שונות בתחתית הקורה).

מצד שני צריך לזכור שעיטוף מלא ורציף לאורך האלמנט עשוי ליצור מצב שלחות בבטון לא מצליחה 'לצאת' מהבטון וכך עשויה להביא להפחתת כוחו. כדאי לשים לב לכך במקומות מועדים ללחות.

ציר 2 –

כמו שניתן להבין מהמשוואה של תרומת כוח הFRP העיטוף הכי 'משתלם' הוא בזוית של 45 מעלות.

א-ב-ל עיטוף בזוית (כלשהיא, כן) מקשה מאוד על הביצוע ומפחית מאוד את היכולת לעטוף בצורה המשכית, וביותר משני צדדים – כך ששלושת החסרונות האלו (ביצוע, פסים בדידים, 2 צדדים) עשויים להוות משקל נגד משמעותי.

יש ייתרון מסויים לעיטוף בזווית במקום שצפויים בו התפתחות של סדקי גזירה – ואז הFRP יכול לשמש גם כמעכב או מונע של התפתחות הסדיקה הזו. (אם הוא מיושם בניצב לסדקים).

ציר 3 –

טוב, זה לא באמת ציר. בחישוב פשוט שמים W=S. חוץ מזה אין לי מה להגיד בנושא – רק שתדעו שזו אופציה. בכל מקרה, במקרה כאשר משתמשים בפסים בדידים – יש להקפיד שהמרחק הצירי בינהן לא עולה על d/4+רוחב היריעה.

 

כאמור ממשוואה 11-2 חוזק הגזירה הוא חיבור של תרומת הבטון, תרומת הפלדה והFRP. לFRP יש מקדם הפחתה (שנלקח מניסויים שונים) שתלוי בצורת העיטוף: מלא – 0.95, לא מלא – 0.85.

ע"פ שורה של ניסויים ומאמרים מומלץ להשתמש במקדם ביטחון של 0.85 עבור עיטוף לא מלא. בעיטוף מלא לא נעשו מספיק ניסויים אולם יש פחות תלות בעיגון ופחות וריאציות ובעיות אפשריות כך שמקדם הפחתה של 0.95 הוא מספק.

תרומת הFRP נקבעת על ידי חישוב הכוח המתיחה ביריעה ע"פ 11-3:

כוח המתיחה

ומאמץ המתיחה בFRP הוא פרופורציונאלי לעיבור בFRP:

מאמץ המתיחה

העיבור האפקטיבי בFRP, כלומר העיבור המירבי המותר, מחושב ע"פ מצבי הכשל האפשריים בFRP או בחתך הבטון המזוין. בחישוב מדוקדק עשויים לכלול את כל מצבי הכשל, כאן מובאת דרך לחישוב העיבור המותר עבור צורות שונות של עיטוף להגברת חוזק הגזירה.

במצב של עיטוף מלא – נצפו כשלים בבטון לפני שהFRP מנצל את כל כוחו. לכן מגבילים את העיבור בFRP ל0.4% – כדי לכלול את אפשרות הכשל בבטון. זוהי הגבלה כללית לשימוש בFRP לגזירה – אין להשתמש בעיבור גדול מ0.4%.

במצבים של עיטוף לא מלא אנו עשויים להיתקל בהיפרדות של הFRP מהבטון לפני הכשלים בבטון. לכן נעשו ניסויים וניתוחים על מנת למצוא את העיבור האפקטיבי בFRP לפני אירוע הכשל. הוא מושג באמצעות שימוש במקדם הפחתה kv:

היפרדות

מקדם ההפחתה תלוי ב: חוזק הבטון, צורת העיטוף, קשיחות הFRP. הוא מחושב ע"פ הנוסחואות הבאות:

מקדם ההפחתה

האורך הפעיל Le הוא האורך בו מרבית כוחות ההדבקה מושגים. מחושב כך:

כוחות ההדבקה

מקדם ההפחתה תלוי גם ב שני מקדמים K1 וk2 המבטאים את חוזק הבטון וצורת העיטוף, בהתאמה.

מקדמים

קביעת הkv הוכחה באזורים של 'גזירה גבוהה-כפיפה נמוכה' כגון קורות פשוטות. למרות שזה לא נבדק לעומק במצבים של מומנט שלילי או מומנט וגזירה גבוהים – הוא נחשב שמרני למדי גם למצבים אלו. 

 

תהליך החישוב:

  1. מציאת חוזק הגזירה הדרוש.
    מציאת חוזק הגזירה

מקדם ההפחתה לגזירה ע"פ ACI – 0.75

 

  1. חישוב תרומת הבטון והפלדה לגזירה ומציאת התרומה הנדרשת מהFRP.

חישוב תרומה

  1. החלטה על סכימת העיטוף וחישוב פרמטרים של הFRP.

סכימת העיטוף

  1. מציאת כמות הFRP הדרושה (Af) ומכאן לקבוע את כמות השכבות הנדרשת.

מציאת כמות

  1. וידוא עמידה בהגבלות החיזוק:

בACI 318 קיימת הגבלה על תרומת הזיון לחוזק גזירה של חתך. בACI 440 חוזרים עליה ומכלילים את הFRP בזיון. (זו הגבלה שבדרך כלל עומדים בה…)

וידוא עמידה

 

אהבתם? שתפו!

שיתוף ב facebook
שיתוף ב twitter
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב email
שיתוף ב print
על מה עוד תרצה לקרוא?