Khoan và neo cấy bu lông vào bê tông cho dù là được đặt chờ hay lắp đặt sau là một bộ phận trong ngành xây dựng vì chúng cho phép liên kết thép với vật liệu nền bê tông. Tương tự như các vật liệu xây dựng khác như bê tông và thép, bu lông cần có quy định, phương pháp đánh giá và thiết kế để kỹ sư có thể sử dụng chúng một cách đáng tin cậy. Bài viết này tập trung cụ thể vào hướng dẫn thiết kế cho các loại bu lông cơ và bulong hóa chất được lắp đặt sau.
Khi Eurocodes được phát triển ban đầu, thiết kế bu lông đặt chờ, bát chôn sàn, bu lông khoan cấy sau chưa được xác định đầy đủ, để đưa vào các tiêu chuẩn thiết kế EN. Trong khung pháp lý của châu Âu, các tiêu chuẩn thiết kế EN được phát triển bởi tổ chức chính là CEN (Ủy ban Châu Âu về Tiêu chuẩn), với tổ chức khác là EOTA (Tổ chức Châu Âu về Đánh giá Kỹ thuật), phát triển Tài liệu Đánh giá Châu Âu (EAD) xác định các tiêu chí để đánh giá hiệu suất của các sản phẩm khác nhau. EOTA chịu trách nhiệm phát triển các quy định liên quan đến đánh giá và thiết kế ban đầu cho các bu lông khoan cấy sau: ETAG 001. Cụ thể, Phụ lục C của ETAG 001 đề cập đến thiết kế dưới điều kiện tải trọng tĩnh và bán tĩnh cho các bu lông cơ, với Phụ lục E được thêm sau để bao gồm việc đánh giá các bu lông này dưới điều kiện động đất. Sau đó, EOTA đã xuất bản hai tài liệu quan trọng bao gồm các hướng dẫn thiết kế cho neo liên kết chịu tải tĩnh/bán tĩnh (TR 029) và chịu tải động đất cho cả loại bulong cơ học và bulong hóa chất khoan sau (TR 045).

Sự khác biệt và tương đồng kỹ thuật
 
Tất cả các hướng dẫn thiết kế này bây giờ đã được hợp nhất dưới tài liệu thiết kế mới EN 1992-4 - một tiêu chuẩn thiết kế có thể tuân theo trong các quốc gia thuộc khu vực EN – có thể áp dụng gần như hoàn chỉnh và tiện lợi cho kỹ sư. Khía cạnh đánh giá của bu lông vẫn không thay đổi dưới EADs và phải được tiến hành bởi các Cơ quan Đánh giá Kỹ thuật (TAB) độc lập và được công nhận như CSTB, DIBt, và nhiều tổ chức khác. Các ETAs (Tài liệu Đánh giá Kỹ thuật Châu Âu) được xuất bản bởi những cơ quan này sau đó được sử dụng để thiết kế theo EN 1992-4, mà hiện nay được tham chiếu trong các EADs. ETA là một lựa chọn thay thế cho sản phẩm xây dựng không được bao gồm trong tiêu chuẩn, cung cấp thông tin về hiệu suất của sản phẩm.
Dựa trên các tiêu chí đánh giá được đề cập trong các EADs chung cho một ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như liên kết thành phần thép với vật liệu nền bê tông. 

Tuy nhiên, điều này không đồng nghĩa với việc phương pháp thiết kế đã thay đổi. Cơ bản, EN 1992-4 giữ lại nhiều quy định thiết kế của ETAG 001: Phụ lục C, TR 029 và TR 045 và, do đó, sự khác biệt được giới hạn.
 
Thiết kế dưới các điều kiện tải trọng khác nhau
 
Thiết kế theo EN 1992-4 cũng thống nhất các quy định thiết kế của liên kết neo sau với điều kiện tải trọng khác nhau như tải trọng tĩnh, động đất và mỏi, hỏa hoạn, mà trước đây đã được trình bày trong các Báo cáo Kỹ thuật (TRs) riêng lẻ khác nhau. Những Báo cáo này vẫn còn được sử dụng để làm nền tảng cho các bổ sung và cập nhật tiếp theo, tuy nhiên, EN 1992-4 hiện được sử dụng phổ biến để thiết kế.

Phạm vi các cấu hình liên kết vẫn giữ nguyên như trước, với bảy trường hợp áp dụng cho các bu lông cách xa mép và bốn trường hợp cho các bu lông gần mép.





 
Bản mã và các chi tiết siết lắp
 
Tương tự như ETAG 001, các quy định thiết kế của EN 1992-4 vẫn sử dụng lý thuyết thiết kế bu lông trong điều kiện giả định bản mã hoàn toàn cứng, với cùng một khái niệm về hệ số an toàn từng phần và cách nội suy lực tác động lên các bu lông như trước đây.
 
Các Loại Cường Độ Bê Tông và Điều Kiện
 
Việc bu lông neo sau được đánh giá khả năng làm việc với cường độ bê tông từ C20/25–C50/60 trong ETAG 001 và hiện nay là  C12/15–C90/105 trong EAD 330232 (bu lông cơ) & 330499 (bu lông hoá chất) đồng nghĩa rằng hiện tại các bu lông có thể được kiểm tra và thiết kế trong một phạm vi rộng hơn theo nhiều loại cường độ bê tông. Để đồng bộ với phần còn lại của EN 1992, các quy định thiết kế của EN 1992-4 hiện tận dụng cường độ của bê tông dựa trên mẫu hình trụ thay vì cường độ dựa trên mẫu hình lập phương được sử dụng trong ETAG 001: Phụ lục C và TR 029.
 
Một điểm quan trọng được giới thiệu trong Phần 4.7 của EN 1992-4 là việc xác định liệu tình trạng của bê tông có phải là "nứt" hay "không nứt," với tiêu chuẩn khuyến nghị những người thiết kế xem xét tình trạng của bê tông là "nứt" trong suốt tuổi thọ dịch vụ của nó. Tuy nhiên, kỹ sư cũng có thể giả định bê tông là "không nứt" nếu bu lông được đặt trong bê tông không nứt suốt chiều sâu liên kết của nó dưới một tổ hợp tải trọng đặc trưng trong điều kiện dịch vụ. Hơn nữa, điều này cũng đòi hỏi phải thực hiện một phân tích ứng suất chi tiết.

Sự khác biệt đối với sức kháng đặc trưng chính
 

Vùng bê tông hình côn
 
Kết quả của việc thay đổi sang cường độ mẫu hình trụ được sử dụng trong EN 1992-4, các hệ số k cao hơn được sử dụng để xác định sức kháng đặc trưng trong vùng bê tông hình côn, tụt bulong, và nứt bê tông dưới tác dụng lực nhổ, cũng như bê tông bị đào bửa và vỡ mép duoi tác dụng của lực cắt. Tuy nhiên, điều này không bù trừ hoàn toàn cho giá trị thấp hơn của cường độ bê tông và ví dụ về sự giảm lớn nhất, ,của sức kháng lực đặc trưng  của phá hủy bê tông hình côn cho một bu lông nằm trong bê tông nứt cường độ C35/45 với chiều sâu chôn hiệu quả (hef) là 100mm, thấy sự giảm 5.7% khi thiết kế theo EN 1992-4. Ở đây, k1 là 7.7 và 11.0 cho bê tông nứt và không nứt, lần lượt, trong khi trước đây giá trị này là 7.2 và 10.1.
 
Điều này cũng thay đổi công thức tính toán ảnh hưởng của nhóm bu lông hóa chất đặt gần nhau, được biểu thị bằng , trong đó công thức cũng được điều chỉnh bằng cách thêm  vào mẫu số như sau:
 
EOTA TR029
 
EN 1992-4



Với


 
Momen Uốn
 
Theo Mục 7.2.1.4 (7) của EN 1992-4, nếu bản mã phải chịu một moment uốn, một hệ số bổ sung được xem xét cho công thức tính sức khác của phá huỷ bê tông hình côn dưới ảnh hưởng của lực nhổ, điều này tính đến lực nén CEd phát sinh từ moment uốn. Để bảo toàn, chúng ta có thể coi là 1.0.

Tải trọng dài hạn

Thêm một điểm quan trọng trong EN 1992-4 là hệ số tải trọng dài hạn,  mô tả sự giảm đáng kể do tải trọng dài hạn. Những phá hủy trong quá khứ do ảnh hưởng từ biến và tải trọng dài hạn dẫn đến lo ngại về an toàn lớn đối với các bu lông bám dính chịu tải trọng này.  hiện nay đã được bao gồm trong ETA của bu lông riêng lẻ và kết hợp với giá trị αsus - tỷ lệ của các tải dài hạn đến tổng lực tác dụng ở trạng thái giới hạn tối đa - để cung cấp hệ số suy giảm tải trọng dài hạn. Nếu ETA của một bu lông không đề cập đến giá trị , khuyến nghị mặc định là 0.6, có nghĩa là sức chịu kéo tối đa bị giảm 40% trong mô hình phá hủy này. Dưới ETAG 001 Phần 5, hiện tượng từ biến đã được bao gồm trong tiêu chí đánh giá và là một bài kiểm tra tải trọng dài hạn được thông qua hoặc phá hủy và được bao gồm trong ETA; tuy nhiên, không ảnh hưởng đến sức kháng thiết kế của liên kết bám dính.

Cốt thép gia cường

Xem xét về cốt thép gia cường là điểm mới trong EN 1992-4 và trước đây không được xem xét trong ETAG 001 Phụ lục C và EOTA TR029. Cốt thép gia cường có thể được thiết kế thông qua Mục 7.2.1.9 cho lực nhổ và Mục 7.2.2.6 cho lực cắt và không đòi hỏi xác minh về phá hủy bê tông hình côn và vỡ mép bê tông. Tuy nhiên, sức kháng đào bửa bê tông giảm 25% ở Mục 7.2.2.4 (2) nếu sử dụng cốt thép gia cường. Nếu tận dụng cốt thép gia cường, kỹ sư cần kiểm tra thêm lực nhổ & cắt kết hợp, ngoài các kiểm tra về bê tông được lấy từ hướng dẫn trước. Với điều này, kỹ sư có thể lập kế hoạch cho bất kỳ liên kết khoan cấy sau nào hoặc tận dụng cốt thép hiện hữu cho các liên kết sau không được thiết kế trong bản vẽ lúc ban đầu, miễn là việc thiết kế chi tiết gia cường trong Hình 7.2 (đối với lực nhổ) và Hình 7.10 (đối với lực cắt) được tuân theo, được tái sao chép dưới đây.
 
Điều kiện để bỏ qua phá hủy nứt tụt bulong & thay đổi thành Ψh,sp
 
 
Mô hình sức kháng phá hủy nứt bê tông, NRk,sp, thấy sự thay đổi về hệ số Ψh,sp để xem xét đến ảnh hưởng của độ dày thành phần lên sức kháng nứt bê tông.


Phá hủy thép do lực cắt với cánh tay đòn
Khi có lớp vữa (grouting) nằm ở giữa bản mã và bê tông thì bu lông cần có đường kính lớn hơn do sự giảm sức kháng lực cắt và để cung cấp sự kháng lực lớn hơn cho thép khi bản mã có lớp vữa. Theo ETAG 001 Phụ lục C & TR 029, tải trọng cắt tác động lên bu lông mà không có cánh đòn nếu:
 
1.     Bản mã là kim loại và diện tích gắn kết được cố định trực tiếp vào bê tông mà không cần lớp đệm hoặc với lớp trung gian cấp bền nén cao hơn 30 MPa và có độ dày bé hơn hoặc bằng một nửa đường kính danh định của bulong.
2.     Bản mã tiếp xúc với bê tông theo suốt độ dày của nó.
 
Điều này được áp dụng trong EN 1992-4, liệt kê các tình huống bổ sung thỏa mãn điều kiện "không có cánh đòn" trong bê tông không nứt:
 
1.     Ít nhất hai bu lông trong một nhóm;
2.     Không có lực kéo nhổ và moment trên bản mã;
3.     Khoảng cách giữa các bu lông theo hướng lực cắt vượt quá 10 lần đường kính bu lông (10d), và theo cả hai hướng nếu có tác động của lực cắt nghiêng.
4.     Độ dày của lớp vữa bê tông không dày hơn 40mm và không dày hơn 5 lần đường kính dự kiến (5dnom).
5.     Độ bền của lớp vữa không ít hơn 30 MPa và được áp dụng lên bề mặt bê tông sần.

Xé mép Bê Tông (Mục 7.2.2.5)



Xé mép bê tông thấy sự thay đổi lớn nhất trong EN 1992-4 mới với nhiều yếu tố bị ảnh hưởng. Theo hình ảnh ở trên, không còn có khả năng bỏ qua kiểm tra hỏng mép theo cả hai hướng trong EN 1992-4 như trước đây trong ETAG 001 Phụ lục C khi khoảng cách mép c1 và c2 lớn hơn của 10hef hoặc 60dnom; tuy nhiên, phạm vi của việc xác minh này trong EN 1992-4 bị giới hạn trong trường hợp:
 
1.     C1 > max (10hef, 60d);
2.     C1 ≤ min (10hef, 60d), không có cánh đòn, và độ dày của mặt đáy lớn hơn 0.25hef.

Nếu lực cắt tác động ra xa một bên mép, hệ số tính đến góc αV giữa lực tải VSd và hướng vuông góc với mép tự do cũng đã thay đổi. Theo ETAG 001 Phụ lục C, khi αV > 90°, chỉ có thành phần của tải cắt song song với mép ảnh hưởng đến bu lông và thành phần tác động ra xa mép có thể được bỏ qua trong việc xác minh hỏng mép. Quy định này không còn tồn tại trong EN 1992-4 và vỡ mép song song với hướng cắt cũng có thể xảy ra. Hơn nữa, hệ số giờ đây dẫn đến giá trị kháng lực mép bê tông thấp hơn so với ETAG 001 Phụ lục C:



Ảnh hưởng lớn nhất đến chiều dài của bu lông tác động trong lực cắt: Nếu theog EN 1992-4, điều này quyết định giá trị của kháng lực mép cơ bản thay vì hef và lf bị giới hạn ở 12dnom đối với dnom ≤ 24mm và lớn hơn trong trường hợp dnom > 24mm. Trong ETA cho bu lông kết dính, lf ≠ hef, vì vậy mục tiêu cụ thể cho bu lông tải cắt bị giới hạn ở 12dnom. Giới hạn này xuất phát từ việc hầu hết các bài kiểm tra bu lông kết dính trong tình trạng cắt được tiến hành tại 12dnom, như được đề cập trong fib Bulletin 58.
Hệ số tính toán xem xét thép gia cường ở mép bê tông (không nên nhầm lẫn với cốt thép bổ sung) trong ETAG 001 Phụ lục C trước đây tính đến ba điều kiện xem xét cốt thép ở mép bê tông:
(1) Không xem xét cốt thép ở mép bê tông
(2) Mép bê tông có cốt thép chủ
(3) Cốt thép ở mép được bố trí dày
Trong EN 1992-4, điều kiện thứ hai đã bị bỏ qua.



Tóm lại, EN 1992-4 bây giờ đã điều chỉnh với phần còn lại của loạt tiêu chuẩn Eurocode và đại diện cho tiêu chuẩn mới, thống nhất trong một tài liệu thiết kế liên kết bulong đặt chờ và bát chôn sàn đặt chờ, cũng như cho neo sau cho bu lông cơ và hóa chất, làm việc trong các điều kiện tải trọng khác nhau như tải tĩnh, động đất, mỏi và cháy. Các thay đổi kỹ thuật lớn được đề cập ở trên không dẫn đến các thiết kế trước đây theo ETAG 001 Phụ lục C trở nên lỗi thời. Giống như bất kỳ tiêu chuẩn thiết kế mới nào, các kỹ sư không cần quan ngại về các thiết kế bu lông cũ, nếu các liên kết đó được thiết kế đúng cách. Sự chuyển đổi từ "hướng dẫn" thành "tiêu chuẩn" đại diện cho một bước tiến tích cực hơn, hướng tới sự nhận thức, chấp thuận và nghĩa vụ thiết kế liên kết bu lông.