26 2018/2  • V ASBETONÉPÍTÉS

1. BEvEZETÉSAz­utóbbi­ években­ az­ építőipar­ egyik­ sebezhető­ pontjává­vált­a­krónikus­munkaerőhiány.­A­munkavállalók­számának­csökkenése­ szükségessé­ teszi­ a­munkamódszerek­ felülvizs-gálatát,­és­törekedni­kell­a­technológiai­folyamatok­átfogóbb­automatizálására­vagy­akár­ robotizálására.­Úgy­ tűnik,­hogy­az­ elkövetkezőkben­ a­ „Monolit­ vagy­ előregyártott­ szerke-zeteket­ építsünk?”­ kérdésre­ az­ előregyártás­ lesz­ a­ válasz.­Pillanatnyilag,­csak­a­ tervezők­csekély­hányada­kedveli­ezt­az­irányzatot.­Vajon­miért?­Az­okok­közül­megemlíthetjük­a­rendszerváltás­után­az­előregyártásban­tapasztalt­szakemberek­elvesztését,­az­e­területen­végzett­kutatások­elenyésző­számát,­és­nem­utolsó­sorban­a­felsőfokú­oktatás­közömbösségét­az­előregyártás­irányába.

Ha­a­földszintes­és­kevés­emelettel­rendelkező­szerkeze-tek­területén­az­előregyártást­nem­lehetett­elkerülni,­addig­a­többemeletes­szerkezeteknél­az­előregyártás­hiányzik.­Jóllehet­közismert­tény,­hogy­az­előregyártott­elemek­(gerendák,­oszlo-pok,­falak,­födémelemek­stb.)­a­fokozott­minőségellenőrzésnek­tulajdoníthatóan,­ jobban­viselkednek­ az­ üzemeltetés­ során,­a­ tervezésben­mégis­ sokszor­ kifogásolják­ az­ előregyártott­elemekből­készült­szerkezetek­merevségének­dinamikus­ter-helések­esetén­tapasztalható­hiányosságait.­

A­hibrid­kapcsolatok­megjelenése­és­kifejlesztése­hozzájá-rulhat­az­előregyártott­szerkezetek­merevségének­növeléséhez.

2. a HIBrId KaPcSOLaTOK TErvEZÉSÉNEK aLaPJaI

2.1. alapelvekA­hibrid­kapcsolatban­a­nyomaték­felvételét­a­különlegesen­kialakított­lágy­vasak­és­utólag­feszített­csúszó­kábelek­biztosít-ják,­innen­ered­a­hibrid­elnevezés.­A­normál­vasakat­a­gerenda­alsó­és­felső­részébe­helyezik­műanyag­vagy­acélcsövekbe,­a­feszített­tapadásmentes­vasalás­pedig­a­gerenda­keresztmet-szetének­súlypontjában­található­(1.­ábra).­A­gerendák­vége­és­az­oszlopok­homlokfelülete­közé­–­e­távolság­40­mm-nél­

nem­nagyobb­–­szállal­erősített­habarcsot­öntenek,­melynek­szilárdsága­legalább­akkora,­mint­az­előregyártott­elemeké.­A­normálvas­és­a­cső­közé­habarcsot­öntenek­a­tapadás­létrehozá-sa­érdekében.­Közvetlenül­az­oszloppal­való­érintkezési­felület­melletti­részen­a­gerendákban­adbl­(ahol­dbl az­összekötő­rudak­átmérője)­hosszan­a­tapadást­meg­kell­szakítani,­vagy­0,5adbl,­(a­=­5,5­÷­10)­hosszan­az­érintkezési­felület­két­oldalán.

A­tapadásmentes­pászmák­használata­az­előre­gyártott­ge-rendák­és­oszlopok­kapcsolódásánál­Priestley­és­Tao (1997)­kutatásainak­tulajdonítható.

A­hibrid­kapcsolat­ötlete­először­a­Stanton,­Stone­és­társai­által­közölt­cikkben­jelent­meg.­A­PRESSS­(Precast­Seismic­Structural­Systems)­kísérleti­program­eredményeiről­számoltak­be.­A­kísérlet­helyszíne­a­San­Diegó-i­Kalifornia­Egyetem.­A­kísérleti­ vizsgálatokat­ 2:3­ léptékkel­ készített­ ötemeletes­épületmodellekkel­ végezték.­Később­ kidolgozták­ a­ hibrid­kapcsolatokra­ vonatkozó­ACI­T1.2-03­ amerikai­ szabványt­(Special­Hybrid­Moment­ Frames­Composed­ of­Discretely­Jointed­Precast­and­Post-Tensioned­Concrete­Members).

A­2016­ évi,­ 78.­ sz.­FIB­közlönyben­ (Precast­ –­ concrete­buildings­in­seismic­areas)­a­hibrid­kapcsolatok­a­merev­kap-csolatok­kategóriájában­találhatóak,­méretezési­eljárás­nélkül.

Romániában­a­Bukaresti­Műszaki­Egyetem­(UTCB)­kere-tében­doktori­dolgozat­készült­elméleti­és­számítási­vizsgá-latok­alapján­(Balica,­é.n.).­A­kolozsvári­INCERC­(a­magyar­ÉMI­megfelelője)­keretében­két­hibrid­kapcsolaton­végeztek­kísérleteket,­melyek­alapján­több­tudományos­cikk­és­doktori­dolgozat­készült­(Faur,­é.n.;­Pastrav–Enyedi,­2012).­A­kapcsolatnál­használt­feszítőerő­célja­(2. ábra):–­ szükséges­ axiális­ nyomóerő­ (Fp)­ létrehozása,­ amely­ az­

oszlop­és­a­gerendák­között­létrejövő­nyíróerő­súrlódással­való­átvételéhez­szükséges;

–­ a­ gerendák­ végénél­megjelenő­ hajlító­ nyomaték­ (MRd,p)­részbeni­felvétele;

–­ a­ szerkezet­maradandó­ alakváltozásának­ csökkentése­ a­földrengés­által­okozott­dinamikus­terhelés­után.­Az­első­és­legfontosabb­kérdés:­a­feszített­pászmák­jelen-

léte­miképp­befolyásolja­a­szerkezet­viselkedését­vízszintes­váltakozó­igénybevétel­esetén?­

dr. Kiss Zoltán

Dolgozatunkban bemutatjuk a hibrid kapcsolatok előnyeit. A hibrid kapcsolatok segítségével nyoma-tékot felvevő merev kapcsolatok hozhatóak létre a szeizmikus övezetekben épített előregyártott vasbeton vázszerkezeteknél.

Az első részben a hibrid kapcsolatok kialakításával és számításával foglalkozunk. A második részben bemutatunk egy Bukarestben megépített szerkezetet, amely esetén a tervhez igazított hibrid kapcsolatot alkalmaztunk.

Kulcsszavak: elôregyártás, hibrid kapcsolatok, földrengés, méretezés, kivitelezés.

Merev kapcsolatok földrengéses területeken épített vasbeton keretszerkezetek száMára

DOI: 10.32969/VB.2018.2.1

V ASBETONÉPÍTÉS •  2018/2 27

A­hibrid­kapcsolatokat­tartalmazó,­előregyártott­szerkezetek­esetén­ a­ váltakozó,­ vízszintes­ igénybevétel­ nyomaték–el-fordulás­ görbéje­ eltér­ a­monolit­ szerkezetek­ görbéjétől.­A­3.­ábrán­látható,­hogy­miképp­jön­létre­a­hibrid­kapcsolatok­jellegzetes­ zászló­ alakú­ görbéje,­mégpedig­ a­ csak­ feszített­kábeleket­tartalmazó­kapcsolat­nem­lineáris-rugalmas­görbe­és­a­monolit­csomópont­idealizált­rugalmas-képlékeny­görbéje­összevonása­által.

A 3.a) ábra­egyszerűsített­bilineáris­formában­mutatja­be­az­olyan­illesztés­rugalmas­nem­lineáris­válaszát,­amely­csak­nem­tapadó­feszített­kábeleket­tartalmaz.­A­terhelési–tehermentesí-tési­ciklusok­ugyanazon­útvonalon­történnek,­energia­elnyelése­nélkül.­Ezzel­szemben,­ha­nincsenek­feszített­kábelek,­a­csomó-pont­viselkedését­ideális­rugalmas-képlékeny­terhelési–teher-

mentesítési­ciklussal­lehet­leírni,­ami­lehetővé­teszi­az­energia­maximális­elnyelését,­de­nagy­maradandó-elmozdulással­is­jár,­ez­rendszerint­összehasonlítható­a­maximális­terhelés­idején­elért­elmozdulással­(3.b) ábra).­

A­hibrid­kapcsolat­kombinálja­a­normál­vasbetétek­disszipá-ciós­kapacitását­a­nem­tapadó­feszített­kábelek­által­biztosított­maradandó­deformációk­csökkentésének­hatásával­(3.c) ábra).­A­görbe­alakja­ a­kapcsolatban­ lévő­ feszítő­pászmák­meny-nyiségétől­függ,­vagyis­a­metszetben­keletkező­nyomatékok­arányától:­

sRd

pRd

MM

m,

,= .

1. ábra: vázszerkezet hibrid kapcsolatokkal

2. ábra: Szélsô kapcsolat: a) igénybevételek; b) a keresztmetszet feszültségi állapota

28 2018/2  • V ASBETONÉPÍTÉS

A­feszített­vas­mennyiségének­csökkenésével­növekedni­fog­a­disszipációs­kapacitás,­ugyanakkor­a­maradandó­elmozdulá-sok­egyre­kisebbek­(4. ábra).

Az MRd,p és­ az MRd,s­ hajlító­ nyomaték­ közötti­ optimális­egyensúly­a­kért­ teljesítményszinttől­függ,­vagyis­a­megen-gedett­szerkezeti­eltolódástól.­

Amennyivel­kisebb­lesz­a­feszített­vas­által­biztosított­haj-lító­nyomaték­(MRd,p),­a­teljes­ellenállási­nyomatékból­(MRd),­annyival­nő­a­szerkezet­duktilitása.­

2.2. a feszített és normál acélbeté-tek elôzetes méretezése

Ismervén­a­beton­keresztmetszet­méreteit,­a­be­ton­és­az­acél­minőségét,­a­vasbetétek­előzetes­méretezése­konstruktív­meg-fontolások­alapján­történik.­

Ahhoz,­ hogy­ a­ kapcsolati­ hézagnál­ keletkező­ elfordulá-sokat­ csökkentsük,­ egy­minimális­ axiális­ nyomóerőre­ lesz­szükség.­PRESSS­kísérletei­során­megállapították,­a­feszítő­erőből­származó­nyomaték­legalább­a­fele­kell­legyen­a­teljes­tervezési­nyomatéknak:­

, 0,5Rd p RdM M≥ ­ (1)

A­feszített­pászmák­keresztmetszet-területének­méretezése­a­keresztmetszeti­nyomaték­egyenletből­történik­úgy,­hogy­a­

,Rd pM ­nyomaték­értékét­a­számításból­kapott­nyomatékkal­helyettesítjük.

,min

2

0,5

0,82

Edp

pd

MAhf d

= −

­ (2)

Meghatározzuk­a­nyíróerő­felvételéhez­szükséges­feszítő­erő­minimális­értékét:

,min σ 2μη

Edp p pi Ed

VF A V= ≥ ≈ ­ (3)ahol VEd­­­a­legnagyobb­számítási­nyíróerő; m­­=­0,6­a­súrlódási­együttható; h­­=­0,8­a­biztonsági­együttható; Fp­­az­effektív­feszítőerő; Ap­­a­feszítőpászmák­keresztmetszetének­területe; spi­­a­feszítőpászmákban­ébredő­húzófeszültség­a­feszítés­után.

A­feszítőpászmák­Ap­hatékony­területét­úgy­határozzuk­meg­a­(3)­egyenletből,­hogy­a­pászmák­kezdeti­húzófeszültsége­ne­legyen­nagyobb­az­acélfolyási­határa­60%-nál,­vagyis­

0,10,6pi p kfs ≤ ­ (4)

Így­biztosítjuk,­hogy­földrengés­alatt­a­pászmákban­a­hú-zófeszültség­ne­haladja­meg­a­folyási­határt:­

0.1p p kfs < ­ (5)

A­különlegesen­kialakított­ vasbetét­ keresztmetszeti­ terü-letének­adott­maximális­és­minimális­érték­közé­kell­esnie.­

A­maximális­területet­a­tervezési­nyomatékból­határozzuk­meg:­

( ),max2

0,5 Eds

yd

MAf d d

=−

­ (6)

A­minimális­ terület­ abból­ a­ feltételből­ adódik,­ hogy­ az­utófeszített­ pászmák­ esetleges­ szakadása­ esetén­ átveszi­ a­gravitációs­terhekből­származó­nyíróerőt:­

,min 1,25 Eks

yd

VAf

≥ ­ (7)

ahol­VEk­­a­nyíróerő­karakterisztikus­értéke­Gk­és­Qk­terhekből;fyd­­­­a­húzószilárdság­megengedett­értéke.

3. ábra: Nyomaték-elfordulás M–q görbéje a kapcsolat rendszerétô függôen: a) összefeszített kapcsolat; b) monolit csomó; c) hibrid kapcsolat

4. ábra: M–q görbe az m együtthatótól függôen

V ASBETONÉPÍTÉS •  2018/2 29

2.3. a kapcsolat kapacitásának ellenôrzése

Az­előméretezés­után­ismert­a­gerenda­keresztmetszete,­a­nor-mál­és­feszített­acélbetétek­mennyisége,­valamint­a­felhasznált­anyagok­minősége.­Ezen­ adatok­ felhasználásával­ kiszámít-hatjuk­az­acélbetétekben­és­a­betonban­eredő­feszültségeket.

A­számítást­nem­tudjuk­elvégezni­a­szokványos­vasbeton­keresztmetszeteknél­ismert­szabályok­alapján,­mivel­ebben­az­esetben­nem­alkalmazhatjuk­Bernoulli­hipotézisét.­A­kereszt-metszet­húzott­övének­elfordulása­–­a­nem­tapadó­vasalásoknak­tulajdoníthatóan­–­nagyobb,­mint­a­nyomott­öv­elfordulása.

Az­ oszlop­ és­ a­ gerenda­ közötti­ érintkezési­ felületén­ ta-pasztalt­ összetett­ jelenségek­miatt­ nem­ létezik­ egységesen­elfogadott­analitikai­modellezés­a­hibrid­kapcsolatok­esetén.­A­szakirodalom­leír­néhány­megközelítést,­amelyek­elég­ jó­magyarázatot­adnak­a­tényleges­(kísérletileg­meghatározott)­viselkedési­állapotra.­A­modelleket­így­osztályozhatjuk:–­ véges­elemeket­használó­modellek­(El-Sheikh­et­al.,­2000;­

Hawileh­et­al.,­2010;­Faur,­é.n.);­–­ a­hiszterézis­ szabályain­alapuló­modellek­ (Cheok­et­al.,­

1998;­Ozden­et­al.,­2010);–­ rugós­ típusú­ elemeket­ használó­modellek­ (Speith­ et­ al.,­

2004);­–­ a­monolit­gerenda­analógiáján­alapuló­modellek­(Pampanin­

et­al.,­2001).A­felsorolt­modellek­közül,­a­mindenkori­tervezésben­azt­

a­legegyszerűbb­használni,­amely­analógiát­mutat­a­monolit­gerenda­és­a­hibrid­kapcsolattal­készült­gerenda­között,­amit­Pampanin­dolgozott­ki.­

A­módszer­a­beton­összenyomott­szélső­szál­alakváltozását­úgy­határozza­meg,­hogy­a­gerendának­mindkét­változatban­ugyanazon­ lehajlással­ (D-val)­kell­ rendelkeznie­az­ inflexiós­pont­vonalában­(5. ábra).

Úgy­ tekintjük,­ hogy­ a­monolit­ gerendának­ a­ képlékeny­zóna­hosszában­lévő­görbületét­a­hibrid­kapcsolat­hézagánál­lévő­szögelforduláshoz­hasonlítjuk.­Ha­feltételezzük,­hogy­a­rugalmas­alakváltozások­(Del)­egyenlőek,­akkor­a­hézag­kinyí-lásának­tulajdonítható­alakváltozásnak­(Dq)­legalább­akkorának­kell­lennie,­mint­a­monolit­gerenda­(Dpl)­képlékeny­alakválto-zása­(Dpl = Dq).­Pampanin­egyszerűsített­összefüggést­javasol­a­ szélső­ nyomott­ betonszálban­ lévő­ fajlagos­ alakváltozás­ (

max,ce )­és­a­nyomott­öv­magassága­(x)­között:

,maxè

2

consc y

plcons pl

L xl

L l

e = + φ

−

­ (8)

Ha­elhanyagoljuk­a­ yφ ­acélbetétek­folyásából­keletkezett­elfordulást,­és­elfogadjuk­az

2pl

cons cons

lL L− ≅ ­megközelítést,­akkor­még egyszerűbb­összefüggést­kapunk:­

,maxcpl

xlq

e = ⋅ ­ (9)

aholq­­ a­hézag­szögelfordulása;lpl­­ a­képlékeny­zóna­hossza;x­­ a­nyomott­öv­magassága.

A­képlékeny­zóna­hosszát­a­Paulay­és­Priestley­által­javasolt­összefüggés­segítségével­számíthatjuk­ki:

lpl­­ =­0,08­lcons + lsp­[mm]

ahol­lsp­jelöli­a­vasbetétek­nyúlását­az­oszlopokban­és

lsp­­­ =­0,022­fyk . dblfyk­­ az­acél­folyási­határa­[N/mm2]lcons­­ a­ gerenda­ hossza­ a­ kapcsolati­ felülettől­ az­ elhajlás ­ inflexiós­pontjáig­[mm].

A­módszert­Palermo­fejlesztette­tovább,­aki­figyelembe­vette­a­kapcsolat­rugalmas­és­nem­rugalmas­válaszát­terhelés­esetén:

( ),max

3

3 21

2

y deccons

cpl pl

cons cons

L xl l

L L

q− φ − φ

e = −

­ (10)

ahol­ decφ ­jelöli­a­keresztmetszet­elfordulását­a­dekompresszió­pillanatában­(a­feszítőerő­elvesztése).­

Ha­a­hibrid­kapcsolatok­esetén­elhanyagoljuk­a­gerendák­rugalmasságát,­vagyis­úgy­ tekintjük,­hogy­ezek­ tökéletesen­merevek­(6. ábra),­akkor­az­illesztési­hézagnál­képződő­szög­egyenlő­a­viszonylagos­szintelmozdulás­szögével­(q = dv/Lv).­

5. ábra: analógia a monolit gerenda és a hibrid kapcsolatú gerenda között

6. ábra: a tökéletesen merev rudak rendszerének elfordulása

30 2018/2  • V ASBETONÉPÍTÉS

A­ továbbiakban­ az­ oszlopok­ és­ a­ gerendák­ tökéletesen­merevnek­tekintendőek,­ezért­az­illesztési­keresztmetszet­vi-selkedését­csak­a­beton­nyomott­övének­magassága,­valamint­a­ normál­ és­ a­ feszített­ vasbetétekben­ ébredő­ feszültségek­befolyásolhatják.

Az­ összenyomott­ betonöv­magasságát­ iteratív­ számítási­módszer­ segítségével­ határozzuk­meg,­megadván­ az­össze-nyomott­öv­x­magasságát­ (7. ábra).­Az­ iterációt­az­x­= ­2d2 értékkel­kezdjük.­

Miután­a­(9)­összefüggés­alapján­meghatároztuk­a­semleges­tengelyt,­a­szélső­nyomott­szálban­fellépő­fajlagos­alakválto-zást,­ a­ vasbetétek­ fajlagos­ alakváltozásának­meghatározása­következik:­

11

( )ss ud

u u

d xl lD q ⋅ −

e = = < e ­ (11)

max 22å ås c

dx

= ­ (12)

0,5p sl

h xd x

−D = ⋅D

−­ (13)

0,1p p kp pi

up p

fl ED

e = + e < ­ (14)

ahol­lu­­ a­normál­acélbetétek­nem­tapadó­felületének­teljes­hossza;­lup­­ a­feszített­kábelek­tapadásmentes­hossza;epi­­ a­kezdeti­fajlagos­alakváltozás­a­pászmákban­a­feszítőerő­

bevitele­után.

A­normál­vasbetétek­teljes­nem­tapadó­hosszát­az­alábbi­ösz-szefüggéssel­kapjuk­meg:­

u bl usl d l= a + ­ (15)

ahol­­­

a­=­5,5­÷­10.­ (16)

A­(15.)­összefüggés­figyelembe­veszi­azt­a­tényt,­hogy­a­kezdeti­nem­tapadó­hosszúság­(αdbl)­növekszik­a­dinamikus­igénybevételek­ során,­mégpedig­ a­ betonvas­ és­ az­ acélcső­közötti­ tapadó­ habarcs­ roncsolódása­miatt.­A­ nem­ tapadó­többlethossz­(lus)­Raynor­(2003)­által­adott­egyenlettel­hatá-rozható­meg.

( )( )1,5

2,1 t ykus bl

cm

f fl d

f

−= ­ (17)

ahol­ft­­ a­normál­acélbetétek­szakítószilárdsága;fyk­­ az­acél­folyási­határa;fcm ­a­habarcs­átlagos­nyomószilárdsága.­

Ellenőrizzük­a­keresztmetszetben­ébredő­erők­egyensúlyát­(7. ábra):­

012 =−−+ pssc FFFF ­ (18)

ahol­Fc­­ a­betonban­eredő­nyomóerő;Fs2­­ az­alsó­vasbetétben­eredő­nyomóerő­(ha­a­beton­kereszt-

metszet­nyomott­övében­található);­

Fs1­­ a­felső­vasbetétben­ébredő­húzóerő;­Fp­­ a­pászmákban­ébredő­teljes­húzóerő.

Az­EC2­szerint,­a­beton­nyomott­övében­négyszögű­feszült-ségeloszlást­lehet­használni,­és­l­tényezővel­kell­csökkenteni­a­nyomott­öv­magasságát.­A­vasbetétekben­eredő­feszültségeket­a­Hooke­törvénye­alapján,­a­(11),­(12)­és­(14)­összefüggésekkel­kapott­fajlagos­alakváltozások,­és­a­vonatkozó­rugalmassági­modulusok­szorzatával­kaphatjuk­meg.­

Ha­ a­ keresztmetszetben­ ébredő­ erők­ nincsenek­ egyen-súlyban,­akkor­az­eljárást­megismételjük­egy­másik­x­érték­megadásával.­

A­(18)­összefüggés­igazolása­után­áttérünk­a­metszet­terve-zési­nyomatékának­kiszámítására.

Az MRd­ tervezési­nyomatékot­a­betonban­ébredő­nyomó-feszültség­ súlypontjához­ felvett­ nyomatékegyenletből­ hatá-rozzuk­meg:

1

2 2

2 2 2

2

Ed Rd s p

s

x h xM M F d F

xF d

l l ≤ = − + − +

l + −

­ (19)

1 1s s ydF A f= ⋅ ,­ p p p pF A E= ⋅ e ⋅ ,­ 2 2 2s s sF A= ⋅s .

2.4. a kapcsolat duktilitásaA­hibrid­kapcsolat­a­földrengés­szabványban­kikötött­tervezési­követelményekkel­való­összeférhetőségének­feltételei:­a­szer-kezeti­szilárdság­és­stabilitás­követelményeinek­kielégítése;­a­ szerkezet­ oldalirányú­ eltolódásának­ korlátozása;­ a­ bevitt­energia­elnyelésének­biztosítása;­a­helyi­duktilitás­biztosítása.­

Mivel­a­feszített­acél­rugalmas­állapotban­marad­a­szerke-zet­maximális­eltolódása­esetén­is,­így­a­szeizmikus­hatások­nem­okoznak­ feszültségveszteséget,­ ennek­következtében­ a­vízszintes­ terhelési­ ciklusoknak­ nem­ lesz­ káros­ kihatása­ a­kapcsolat­nyíróellenállására.­

A­ csak­ központosan­ feszített­ kapcsolatok­ (3.a)­ ábra)­ fő­hátrányát­ a­ rendszer­ nem­ lineáris-rugalmas­válasza­ képezi,­amely­gyakorlatilag­társul­a­nulla­amortizációval.­Ily­módon­a­kapcsolat­igen­kis­energiaelnyelési­képessége­szükségessé­teszi­a­nagyobb­szerkezeti­szilárdságot.­

A­kapcsolat­viselkedését­jelentős­mértékben­lehet­javítani,­

7. ábra: Számítási modell

V ASBETONÉPÍTÉS •  2018/2 31

ha­a­gerenda­felső­és­alsó­részen­normál­acélbetéteket­alkalma-zunk.­A­hibrid­kapcsolat­célja­az­oszlop­és­gerenda­találkozási­felületén­okozott­károsodások­kiküszöbölése,­ amelyet­ a­ rés­állandó­nyitása­és­zárása­okoznak.­

A­Balica­(é.n.)­által­végzett­numerikus­tanulmányok­rámu-tatnak,­hogy­a­különleges­vasak­mennyiségének­a­szerkezet­duktilitására­gyakorolt­hatása­igen­kismértékű,­viszont­ameny-nyivel­az­lu / Lcons­arány­nagyobb,­annyival­nő­a­duktilitás.

3. a HIBrId KaPcSOLaT aLKaLMaZÁSa EGY BuKarESTI LOGISZTIKaI cSarNOK ESETÉN

3.1. Tervezési témaAmikor­ a­ tervezési­ téma­ előirányozza­ egy­ 10000­m2-nél­nagyobb­ területű,­hézag­nélküli­ épület­megvalósítását­nagy­szeizmikus­kockázattal­rendelkező­övezetben,­akkor­a­tervező­fő­kérdése­ az,­ hogy­miképp­hozzon­ létre­olyan­ szilárdságú­szerkezetet,­amelynek­a­csúcsnál­mért­eltolódása­beilleszkedik­a­szabvány­által­előírt­értékbe.­Ha­a­belmagasság­meghaladja­a­13­m-t,­akkor­az­eltolódása­fogja­meghatározni­a­szerkezetben­az­oszlopok­keresztmetszetét­(8. ábra).­

Az­ ilyen­geometriai­ jellemzőkkel­ rendelkező­épület­váz-szerkezete­ csuklós­ kapcsolatok­ alkalmazása­ esetén,­ csak­nagy­keresztmetszetű­oszlopokkal­valósítható­meg.­Mivel­az­1,2×1,2­m­keresztmetszetű­és­kb.­15­m­hosszú­oszlopok­súlya­60­ tonna,­ ezek­ szállítása­ és­ szerelése­megkérdőjelezheti­ az­előregyártás­lehetőségét.­

Ha­ a­ szerkezet­ közbenső­ szintjén­ kialakíthatóak­merev­kapcsolatok,­akkor­a­megengedett­oldalirányú­eltolódást­ki-sebb­keresztmetszetű­oszlopokkal­is­be­lehet­tartani­(9. ábra).

3.2. a szerkezet kialakításaA­szerkezetet­ vasbeton­keretek­ alkotják.­Az­ emelet­ nélküli­részen­ a­ keresztirányú­ kereteket­ előregyártott­ oszlopok­ és­csuklósan­ támaszkodó­ főtartók­ képezik­ (az­ oszlopok­ felső­vége­villás­kialakítású),­hosszanti­irányban­pedig­a­kereteket­a­melléktartók­alkotják.­

Az­emeletes­részek­esetén­a­szerkezet­oszlopai,­kereszt-­és­hosszanti­irányban­lévő­gerendái­előregyár­tottak,­a­födém­pe-dig­előregyártott­’TT’­elemekből­készült,­monolit­felbetonnal,­melynek­vastagsága­11­ cm­ (10. ábra).­A­ szerkezet­ statikai­számítása­során­figyelembe­vették­a­közbenső­födém­tárcsa-hatását.­Az­oszlopok­ aljánál­ és­ a­ közbenső­ födém­ szintjén­merev­illesztéseket­alkalmaztunk.­A­födém­nélküli­ részen­a­központi­oszlopok­keresztmetszete­1,05­m×1,05­m­(tömegük­kb.­40­tonna),­a­szélsőké­és­a­sarkokon­lévőké­95­×­95­cm.­Az­ emeletes­ részeken­ a­ központi­ oszlopok­keresztmetszete­1,05­×­1,2­m,­a­szélsőké­pedig­0,95­× 1,2­m.­

Az­eredeti­terv­az­volt,­hogy­az­oszlopok­két­fázisban­ké-szülnek:­a­födém­alatti­rész­előregyártva,­a­felső­rész­pedig­monolit­változatban.­

A­beton­bedolgozása­a­téli­időjárás­hideg­feltételei­között,­lassította­volna­a­munkát,­ezért­hatékonyabb­megoldást­kellett­találni.­ Javasoltuk,­ hogy­összes­ oszlopot­ gyárban­készítsék­el.­A­ legnagyobb­ tömeg,­ amit­ a­gyárban­ rendelkezésre­ álló­eszközökkel­lehetett­mozgatni,­40­tonnát­tett­ki.­Mivel­a­köz-ponti­oszlopok­egyetlen­darabból­való­előállítás­esetén­azok­darabonként­50­tonna­körül­lettek­volna,­csökkenteni­kellett­a­tömegüket.­Ezért­a­keresztmetszet­közepén­lévő­betont­po-lisztirollal­helyettesítettük­(11. ábra).­

Az­oszlopban­a­potenciálisan­képlékeny­helyeken­és­ahol­koncentrált­erők­ is­hatnak­ (oszlop­alapja,­a­váz­merev­cso-mópontjának­alsó­és­felső­részei,­valamint­a­villa­környezeté-ben)­tömörnek­hagytuk­a­keresztmetszeteket.­Ilyen­összetett­keresztmetszet­esetén­a­kengyelek­alakja­és­elhelyezése­eltér­a­megszokottól.

A­tetőszerkezet­felületén­átlós­merevítéseket­alkalmaztunk,­ezek­keresztmetszetét­négyszögű­szelvények,­valamint­hajlé-kony­rudak­alkotják.

A­szerkezeti­tömegek­aszimmetrikus­eloszlása,­a­földszinti­és­az­emeletes­részek­merevségei­közötti­nagy­különbségek,­valamint­az­épület­méretei­miatt,­a­födémgerendákban­nagy­hajlító­nyomaték­és­nyíróerő­jelenik­meg­(12. ábra).­

A­ nyomatékok­ előjele­ változó,­ a­ földrengés­ hatásának­irányától­ függően,­ egyazon­ csomópontban­ lehetnek­mind­negatív,­mind­pozitív­ nyomatékok.­A­gerendák­ legnagyobb­magasságára­vonatkozó­korlátozások­miatt,­amit­a­tervezési­téma­által­megadott­magasság­határoz­meg,­az­igénybevételek­átvételét­nem­tudtuk­csak­normál­vasbetétekkel­megoldani­(a­nagyszámú­acélrúd­nem­fért­el­a­keresztmetszetben).­

A­ fenti­ okokból­ kifolyólag­ a­ tervezők­figyelme­ a­ hibrid­kapcsolatra­ terelődött,­vagyis­arra,­hogy­a­hajlító­nyomaték­egy­részét­a­beton­gerenda­keresztmetszetének­súlypontjába­helyezett­feszített­pászmák­vegyék­át.

3.3. a hibridkapcsolat a tervhez való igazítása

Mivel­nagy­a­nyíróerő­(12. ábra),­ami­a­gerendák­végénél­lép­fel­(a­födémre­nehezedő,­viszonylag­nagy­hasznos­terhelés­7,5­kN/m2­eredményeként),­ezért­szükség­volt­az­előző­fejezetben­bemutatott­hibrid­kapcsolat­átalakítására.­Ily­módon­a­nyíróerőt­nem­az­oszlopok­és­a­gerendák­homlokoldala­közötti­súrlódás­veszi­át­(mely­súrlódást­az­utólagos­feszítés­biztosítja),­hanem­az­oszlopoknál­kialakított­rövid­konzolok­(13. ábra).­

8. ábra: vázszerkezet nagy felületû és magasságú épület esetén, excentrikusan elhelyezett közbensô emelettel

9. ábra: vasbetonváz: a) csuklós csomópontokkal; b) a közbensô födém szintjén merev csomópontokkal

32 2018/2  • V ASBETONÉPÍTÉS

10. ábra: az emeletes rész keresztmetszete

11. ábra: Központi oszlop keresztmetszete, polisztirol maggal

12. ábra: Hajlító nyomaték és nyíróerô diagramjai

Konzol­használata­esetén­az­alábbi­szempontokat­vesszük­figyelembe:­–­ a­gerenda­forgási­középpontja­a­hézag­felől­a­konzol­oldala­

felé­mozog­(14.b)­ábra);–­ azért,­ hogy­ a­ forgási­ középpont­ ilyen­ elmozdulásának­

ne­ legyen­ jelentős­kihatása­a­kapcsolatok­viselkedésére,­a­ konzol­Lc­ hosszúságát­ a­ lehető­ legkisebb­ értékre­ kell­korlátozni;­

–­ a­konzolnak­kedvező­hatása­van­a­szerkezet­eltolódásának­mértékére­üzemi­határfeltételek­esetén;

–­ a­gerenda­lehajlása­hatást­gyakorolhat­a­konzol­épségére­(neoprént­vagy­hasonló­megoldásokat­kell­alkalmazni);

–­ a­kezdeti­terhelések­(gerenda­és­a­födém­elemek­tömege)­a­konzol­közvetítésével­az­oszlopra­mennek­át,­és­így­nem­jelennek­meg­nyomatékok­e­terhelések­miatt­a­gerenda–oszlop­kapcsolatban.­A­konzolok­használata­ a­kivitelezés­ során­ is­ előnyösnek­

bizonyult,­mivel­a­konzolok­hiányában­a­gerendákat­fel­kellene­támasztani­a­felbeton­megszilárdulásáig.­

A­gerenda­felső­részén­a­különleges­vasbetéteket­a­felbeton­vastagságába­ helyeztük­ úgy,­ hogy­ előbb­ átvezettük­ az­előregyártott­ oszlopokon­hagyott­ csöveken.­A­vasbetéteket­tapadással­rögzítettük­mindkét­végükön,­vagy­pedig­tapadással­az­egyik­végen,­elosztó­lemezzel­és­csavarral­a­másik­végen­(14. ábra).­

Konzolok­használata­esetén­nincs­szükség­összenyomó­erő-re­az­oszlopok­és­a­gerendák­csatlakozó­felületén.­A­pászmák­

V ASBETONÉPÍTÉS •  2018/2 33

14. ábra: a tervezett hibridkapcsolat: a) középsô; b) szélsô

13. ábra: a gerenda forgási középpontjának helyzete hibrid kapcsolatok esetén: a) konzol nélkül; b) konzollal

34 2018/2  • V ASBETONÉPÍTÉS

hatékonyságának,­valamint­a­szerkezet­merevségének­növelése­érdekében,­a­betonelemek­szerelése­után­a­pászmákat­mégis­megfeszítettük­a­maximális­feszítő­erő­20%-ával.­

A­duktilitás­követelményeinek­érvényesítéséért­a­kapcso-lat­ teljes­ vasmennyiségének­ kb.­ 25%-át­ teszik­ ki­ a­ feszítő­pászmák,­amelyek­tapadásmentesek­maradtak­a­kábelcsövek­teljes­hosszában.­

Az­alsó­részen,­a­gerendákban­és­oszlopokban­kialakított­lyukakban,­amelyeken­áthaladnak­a­különleges­vasbetétek,­a­tapadást­cementhabarcs­injektálásával­oldották­meg,­A­geren-dában­a­hézag­mellett­250­mm­hosszúságban­tapadásmentes­szakaszt­hoztunk­létre­(14. ábra).­

A­felső­vasalás­esetében­a­tapadásmentes­szakaszt­az­osz-lopokban­alakítottuk­ki.

3.4. a szerkezet kivitelezéseA­beruházás­fővállalkozója­a­nagyszebeni­CON-A­cég­volt,­a­feszítést­pedig­a­FREYROM­végezte.­

A 15. ábrán­láthatóak­egy­központi­csomópont­felső­normál­és­a­16. ábrán­az­alsó­különleges­vasak­elhelyezése.

A 17. ábra­ egy­ szélső­ csomópontot­mutat­ feszítés­ előtt.­A 18. ábrán egy­elkészült­szélső­csomópont­ látható,­ahol­a­lehorgonyzások­még­ nem­voltak­megtisztítva­ a­ korróziós­nyomoktól.­A­19. ábrán­az­emeletes­váz­látható­szerelés­után.­Az­átadásra­kész­logisztikai­központ­főhomlokzata­a­20. ábrán tekinthető­meg.

4. KÖvETKEZTETÉSEKFontos­ hangsúlyozni­ a­ tényt,­ hogy­ az­ előregyártott­ szerke-zetek­nagy­arányú­használatával,­gyárban­öntött­elemekkel,­

15. ábra: Lágyvasak elhelyezése a kapcsolat felsô részen

16. ábra: Különleges vasalások elhelyezése a kapcsolat alsó részén

17. ábra: Szélsô csomópont: szerelésre elôkészített vasbetétek

18. ábra: Egy szélsô kapcsolat a feszítés befejezése után

elkerülhetőek­ a­monolit­ szerkezeteknél­ gyakran­ előforduló­kivitelezési­hibák,­amelyek­legtöbbször­kihatnak­a­szerkezet­vi-selkedésére.­Az­előregyártás­lehetővé­teszi­robotok­használatát.

Az­ utólag­ feszített,­ nem­ tapadó­ pászmák­ használata­előregyártott­vázszerkezetek­kapcsolatainál­jelentősen­növeli­a­szerkezetek­szeizmikus­teherbírását.

A­dolgozat­egy­egyszerűsített­módszert­mutatott­be,­a­kap-csolat­fő­elemeinek­méretezésére.

A­hibrid­kapcsolatokkal­kialakított­szerkezeteknél­lehetővé­válik­ a­ földrengési­ szabványokban­ előírt­ kötelező­ követel-mények­elérése­a­következő­vonatkozásokban:­a­szerkezet­a­kezdeti­helyzetbe­való­visszatérésének­képessége­és­a­földren-géskor­mozgás­által­kiváltott­energia­elnyelésének­kapacitása.­

A­hibrid­kapcsolatok­rendszere­lehetővé­teszi­a­gyakorlatban­előforduló­tervezési­helyzetekhez­való­alkalmazkodást.­E­sze-rint­a­rövid­konzolok­hozzáadása­a­gerendák­alátámasztásához­biztosabbá­teszi­a­rendszert,­és­lehetővé­teszi­mind­az­utólag­feszített,­mind­a­különleges­vasbetétek­esetleges­kicserélését,­ha­erős­földrengést­követően­azok­károsodtak,­vagy­ha­korrózió­tapasztalható,­különösképpen­a­lehorgonyzások­(rögzítések)­helyén.­

A­dolgozatban­bemutatott­hibrid­kapcsolat­elsősorban­olyan­

V ASBETONÉPÍTÉS •  2018/2 35

20. ábra: az elkészült logisztikai központ fôhomlokzata

vázszerkezetekhez­javasolt,­ahol­a­gerendák­végénél­megje-lenő­nyomatékok­igen­nagyok,­vagy­a­szerkezet­oldalirányú­eltolódásának­csökkentésére­van­szükség.

5. FOrrÁSaNYaGOKBalica,­N.­A.­(é.n.)­„Perfecționarea teoriei și practicii construc țiilor

din beton precomprimat­(Teză­de­doctorat)”.Cheok,­G.­S.,­Stone,­W.­C.,­Kunnath,­S.­K.­(1998),­„Seismic­Response­

of­ Precast­Concrete­ Frames­with­Hybrid­Connections”,­ACI Structural Journal,­95(5),­pp.­527–539.

El-sheikh,­M.,­Pessiki,­S.,­Sause,­R.,­Lu,­L.­(2000),­„Moment­Rotation­Behavior­ and­Design­ of­Unbonded­ Post-Tensioned­ Precast­Concrete­Beam-Column­Connections”,­ACI Structural Journal,­97(1),­pp.­122–132.

Faur,­A.­ (é.n.),­ „Îmbinări hibride pentru structure în cadre pre­fabricate din beton armat­ (Teză­ de­ doctorat)”.­Universitatea­Tehnică­din­Cluj­Napoca.

Faur,­A.,­Mircea,­C.,­(2011),­„Hybrid connections – the sustainable approach for prefabricated frame structures”,­Concrete­Solutions­2011,­4th­International­Conference­on­Concrete­Repair.

Hawileh,­R.,­Rahman,­A.,­Tabatabai,­H.­ (2010),­ „Nonlinear­finite­

element­analysis­and­modeling­of­a­precast­hybrid­beam-column­connection­ subjected­ to­ cyclic­ loads”,­Applied Mathematical Modelling,­ 34(9),­ pp.­ 2562–2583.­ https://doi.org/10.1016/j.apm.2009.11.020

Kim,­J.,­Stanton,­J.,­MacRae,­G.,­Day,­S.,­Sugata,­M.­(2004),­„Cyclic Load Testing of Precast Hybrid Frame Connections”,­13-th­World­Conference­on­Earthquake­Engineering­Vancouver,­B.­C.,­Canada,­August­1–6,­Paper­No­1671.

Ozden,­S.,­Ertas,­O.­(2010),­„Modeling­of­pre-cast­concrete­hybrid­connections­by­considering­the­residual­defor­mations”,­Interna-tional Journal of the Physical Sciences,­5(June),­pp.­781–792.­

Pampanin,­S.,­Priestley,­N.­J.­M.,­Sritharan,­S.­(2001),­„Analitycal­mo-delling­of­the­seismic­behavior­of­precast­concrete­frames­designed­with­ductile­connections”,­Journal of Earthquake Engineering,­5­(3),­pp.­329–365.­https://doi.org/10.1080/13632460109350397

Pastrav,­M.­ I.,­ Enyedi­C.­ (2012),­ „Hybrid Moment Frame Joints Subjected to Seismic Type Loading”,­15­WCEE­Lisboa.

Porco,­F.,­Raffaele,­D.,­Uva,­G.­(2013),­„A­Simplified­Procedure­for­Seismic­Design­of­Hybrid­Frame­Connections­Precast­Concrete­Structures”,­The Open Construction and Building Technology Jour-nal,­7,­pp.­63–73.­https://doi.org/10.2174/1874836801307010063

Priestley,­M.­J.­N.,­Tao,­J.­T.­(1997),­„Seismic­Response­of­Precast­Concrete­Frame­with­Partially­Debonded­Tendons”,­PCI Journal,­vol.­42,­no.­2,­pp.­20–32.

Raynor,­D.­J.,­Lemhman,­D.­E.,­Stanton,­ J.­F.­ (2003),­„Bond-Slip­Response­of­Reinforcing­Bars­Grouted­in­Ducts”,­ACI Structural Journal,­99­(5),­pp.­568–576.

Spieth,­H.­A.,­Carr,­A.­ J.,­Murahidy,­A.­G.,­Arnolds,­D.,­Davies,­M.,­Mander,­J.­B.­(2004),­„Modelling of post­tensioned precast reinforced concrete frame structures with rocking beam­column connections”,­NZSEE­Conference.

Stanton,­J.­F.,­Stone,­W.­C.,­Cheok,­G.­S.­(1997),­„A­Hybrid­Reinforced­Precast­Frame­for­Seismic­Regions”,­PCI Journal,­42­ (March-April),­pp.­21–32.­https://doi.org/10.15554/pcij.03011997.20.23

Prof. Dr. Kiss Zoltán,­Palotás-díjas­mérnök,­a­Kolozsvári­Műszaki­Egyetem­(UTC-N)­tanára,­és­a­Plan­31­Ro­ügyvezetője,­a­Magyar­Mér-nöki­Kamara­tiszteletbeli­tagja.­Fő­érdeklődési­területei:­előregyártott­vasbeton­és­feszített­vasbeton­szerkezetek.

PRECAST CONCRETE FRAME BUILDINGS WITH RIGID CONNECTIONS IN AREAS WITH HIGH SEISMIC ACTIVITYProf. Zoltán KissThe­ paper­ is­ focused­ on­ presenting­ the­ advantages­ of­ hybrid­connections­with­which­it­is­possible­to­make­rigid­joints­in­reinforced­concrete­structures­located­in­seismic­areas.

The­ first­ part­ of­ the­ paper­ summarizes­ the­ construction­ and­calculation­of­the­hybrid­joints,­and­in­the­second­part­there­is­a­P­+­E­(partially)­construction­made­in­Bucharest­where­hybrid­joints­adapted­to­the­project­were­used.

19. ábra: az összeszerelt emeletes rész