Ankkurointimitoitus teräsbetonirakenteissa : Vertailu RakMk B4 ja EC2 välillä

Abstract

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on tarkastella Eurokoodi 2:den ja Suomen rakentamismääräyskokoelman osion B4 mukaisia teräsbetonirakenteiden ankkuroinnin laskentamenetelmiä ja selvittää näiden keskeisimmät erot. Työn alussa esitellään betonin ja teräksen yhteistoiminnan edellytyksiä. Tämän jälkeiset kappaleet käsittelevät molempien standardien mukaisia laskentamenetelmiä sekä tulosten tarkastelua. Työssä tarkastellaan suorien tankojen ankkurointia sekä koukkujen, hitsattujen poikkitankojen ja ankkurointikappaleiden ankkurointivaikutusta. Tämän lisäksi tarkastellaan limijatkosten ankkurointia. Tarkastelun laskentaesimerkit on laadittu liitteiksi työn loppuun.

Ankkurointivoiman erot aihetuvat leikkausraudoituksen eroista sekä ristikkomallin rakenteesta. Samalla leikkausraudoituksella ja ristikkoa mallin puristusdiagonaalin kulman arvolla (45 ) ankkurointivoimat ovat hyvin lähellä tosiaan. Kun puristusdiagonaalin kulmaksi valitaan Eurokoodissa 21,8 ovat ankkurointivoimien erot suurimmillaan 58%. Suorien tankojen ankkurointipituuden perusarvo lasketaan samasta kaavasta, kuitenkin tartuntalujuudet lasketaan eri kaavoista. Puristusdiagonaalin kulman ollessa sama 45 ovat suorien tankojen ankkurointipituudet hyvin lähellä tosiaan ja kun kulma on Eurokoodissa 21,8 ovat ne toisistaan eniten poikkeavia (63%).

Koukkujen kapasiteettia laskettaessa Eurokoodin mukainen kapasiteetti on 10 % suurempi. Eurokoodissa kapasiteetti lasketaan tangon päästä ja Betoninormeissa siihen lisätään koukun kapasiteetin osuus. Hitsattujen poikkitankojen kapasiteetti lasketaan lähes samoilla kaavoilla, mutta niiden maksimi kapasiteetit lasketaan eri kaavoista ja eri standardien liitosluokkiin verrannollisina. Paikallisen puristuksen ja halkaisuvoimien laskentakaavat ovat samoja, joten niissä ei ole merkittäviä eroja. Betoninormeissa määritetään halkaisuvoimalle ehto, jonka toteutuessa voidaan betonin olettaa kestävän ilman halkaisuvetoraudoitusta.

Limijatkokset lasketaan molemmissa menetelmissä suhteessa jatkoskertoimeen. Betoninormeissa määritetään jatkoskertoimet a ja b, joilla huomioidaan betonipeitteen vaikutus. Eurokoodin mukaiset jatkoskertoimet ovat keskimäärin 12 % suuremmat Betoninormeissa käytettäessä kertoimen a arvoja ja keskimäärin 17 % pienemmät käytettäessä kertoimen b arvoja.

Purpose of this study was to compare designs of anchoring of reinforced concrete structures according to Eurocode 2 and Finnish National Building Code section B4 and define the main differences between them. The first section of this study tells what are the requirements for the function between concrete and reinforcement. The sections after that focus on calculation methods of both codes and comparing of the results of design. The study focuses on bonding of reinforcement and the improving methods of anchoring such as hooks, welded reinforcements and anchors. Example calculations are attached at the end of this study.

The differences in anchoring forces are caused by the difference in shear reinforcement and difference in truss model structure. When structures have the same reinforcement and the same compression diagonal angel in truss model, the anchoring forces are close to each other. When the angel of compression diagonal is reduced to 21.8 in Eurocode the anchoring force is the highest and the difference is 58 %. The same equation is used to calculate the basic required anchoring lengths of straight reinforcements, however the ultimate bond stresses are calculated using different equations. When the angle of compression diagonal is the same 45 the anchoring lengths of straight reinforcements are close to each other. when the angle is 21.8 in Eurocode the difference is the highest (63 %).

The anchorage capacity of hook in Eurocode is 10 % higher than in Finnish building code. The capacity of weld reinforcement are calculated almost the same way, but the maximum strength of welds are defined in with different equations and in different standards. The same equations are used while defining bearing capacity of partially loaded areas and transverse tension forces, so the differences in results are small. Finnish building code also defines condition in which the transverse tension force capacity hasn't been exceeded.

Lap length is defined in both codes with the help of factor that takes into account the percentage of reinforcement lapped in the same cross section. In Finnish building code there are defined a- and b-values for the factor that take into account thickness of the concrete cover. The lap length values in Eurocode are 12 % higher when factor a values are used and 17 % lower when b-factor values are used in Finnish building code.