Eurocode 2 – Part 4 (EN 1992-4:2018): Tiêu chuẩn thiết kế liên kết neo trong bê tông

Khung pháp lý dành cho các sản phẩm xây dựng tại châu Âu bắt đầu với Construction Products Directive (CPD) vào năm 1989. Đến năm 2011, CPD được thay thế bởi Construction Products Regulation (CPR).Cả CPD và CPR đều hướng tới việc tạo điều kiện cho sự lưu thông của các sản phẩm xây dựng trong Liên minh châu Âu, đồng thời xác định khuôn khổ, vai trò và trách nhiệm của các tổ chức liên quan.

Một trong những tổ chức quan trọng là CEN (European Committee for Standardisation), cơ quan chịu trách nhiệm phát triển các tiêu chuẩn châu Âu (EN) trong lĩnh vực xây dựng và nhiều ngành khác.

Một tổ chức khác cũng đóng vai trò quan trọng là EOTA (European Organisation for Technical Assessment). EOTA phát triển các EAD (European Assessment Documents), trong đó quy định các tiêu chí để đánh giá tính năng của sản phẩm.Các TAB (Technical Assessment Bodies) như DIBt và CSTB sẽ dựa trên EAD để cấp ETA (European Technical Assessments) cho các sản phẩm xây dựng.

Khi CEN nhận nhiệm vụ phát triển hệ thống tiêu chuẩn Eurocode, phương pháp thiết kế neo cấy sau (post-installed anchors) tại thời điểm đó chưa đủ hoàn thiện để được đưa vào phạm vi Eurocode.Sau đó, EOTA được Ủy ban Châu Âu giao nhiệm vụ phát triển các quy định thiết kế cho neo cấy sau. Công việc này được thực hiện trong khuôn khổ ETAG (European Technical Approval Guideline) và dẫn đến sự ra đời của ETAG 001, lần đầu được công bố vào năm 1997.

Ngày nay, các quy định thiết kế neo cấy sau do EOTA thúc đẩy và phát triển đã được chuyển sang trách nhiệm của CEN. Sau nhiều năm thiết kế neo theo các hướng dẫn địa phương và ETAG, EN 1992-4 về thiết kế liên kết sử dụng trong bê tông đã được ban hành.Theo nội dung nguồn, tại Ireland tiêu chuẩn được công bố dưới tên I.S. EN 1992-4:2018 và các giá trị khuyến nghị được sử dụng cho các Nationally Determined Parameters (NDPs) được mô tả trong tiêu chuẩn.

Mặc dù có những khác biệt giữa ETAG 001 và EN 1992-4, hai phương pháp vẫn có nhiều điểm tương đồng. Cơ sở thiết kế vẫn dựa trên giả định bản đế cứng (rigid baseplate), sử dụng khái niệm hệ số an toàn riêng phần (partial safety factor) và nguyên tắc xác định lực tác dụng về cơ bản vẫn được giữ nguyên.

Các thay đổi đáng chú ý bao gồm:

1. Mở rộng phạm vi và thuật ngữ về hệ neo

EN 1992-4 bao phủ phạm vi neo rộng hơn và sử dụng hệ thuật ngữ được cập nhật. Các loại liên kết bao gồm:

• Neo khoan cấy (post-installed fasteners)

  , gồm neo cơ khí và neo hóa chất

• Neo đặt sẵn (cast-in fasteners)

• Thanh ray neo (anchor channels)

Điều này giúp đưa nhiều giải pháp liên kết bê tông trước đây nằm ở các tài liệu khác nhau về chung một khuôn khổ thiết kế.

2. Một tài liệu thiết kế thống nhất

Một trong những thay đổi quan trọng của EN 1992-4 là phương pháp thiết kế liên kết neo trong bê tông được tập hợp trong một tài liệu.Trước đây, các phương pháp thiết kế có thể nằm rải rác trong nhiều tài liệu khác nhau cho những trường hợp như:

• Tải trọng động đất

• Neo hóa chất/bonded fasteners

• Điều kiện cháy

• Tải trọng mỏi

EN 1992-4 giúp tạo ra một phương pháp tiếp cận thống nhất và thuận tiện hơn cho người thiết kế.

3. Mở rộng cấu hình liên kết

EN 1992-4 cho phép xem xét phạm vi cấu hình liên kết rộng hơn. Có thể áp dụng tới 7 cấu hình liên kết khác nhau, với điều kiện khe hở vòng giữa bản mã và fastener (annular gap) được lấp đầy theo yêu cầu.

4. Mở rộng phạm vi cấp độ bền bê tông

EN 1992-4 cho phép xem xét phạm vi cường độ bê tông rộng hơn, từ bê tông cường độ thấp đến bê tông cường độ cao.

• ETAG 001:

  C20/25 đến C50/60

• EN 1992-4:

  C12/15 đến C90/105

Điều này mở rộng phạm vi ứng dụng của phương pháp thiết kế.

5. Thay đổi cách sử dụng cường độ bê tông

ETAG 001 sử dụng cường độ chịu nén mẫu lập phương, trong khi EN 1992-4 sử dụng cường độ chịu nén mẫu trụ.Sự thay đổi này dẫn đến một số điều chỉnh nhỏ trong các công thức có liên quan đến cường độ bê tông.

Ví dụ, đối với kiểm tra phá hoại côn bê tông (concrete cone failure) của neo cơ khí hay kiểm tra pull-out/cone failure của neo hóa chất, công thức EN 1992-4 có thể dẫn đến sức kháng thấp hơn một chút trong một số trường hợp.

Kiểm tra chịu kéo

Phá hoại côn bê tông

Trong EN 1992-4, lực nén sinh ra từ mô-men uốn được đưa vào tính toán.Điều này bổ sung một hệ số mới có khả năng làm tăng sức kháng tính toán, tối đa theo nội dung nguồn là 2 lần. Thay đổi này có thể mang lại lợi ích trong những trường hợp:

• Khoảng cách giữa các neo nhỏ

• Chiều sâu neo lớn

• Liên kết chịu mô-men uốn lớn

Hệ số tải trọng duy trì

EN 1992-4 đưa vào một hệ số nhằm xem xét tải trọng dài hạn và ảnh hưởng của từ biến (creep). Theo ETAG 001:
Ứng xử từ biến được xem xét trong tiêu chí đánh giá theo ETAG 001 Part 5. Đây là phép thử tải trọng duy trì theo dạng đạt/không đạt (pass/fail), dựa trên sức kháng kéo thiết kế và được thể hiện trong ETA. Yếu tố này không trực tiếp làm thay đổi sức kháng thiết kế của neo.

Theo EN 1992-4: Một hệ số được đưa vào phương trình kiểm tra kết hợp giữa concrete cone failure và pull-out failure.Hệ số này phụ thuộc vào:

• Tính năng của sản phẩm

• Tỷ lệ giữa tải trọng duy trì và tổng tải trọng tác dụng

Trong trường hợp tỷ lệ tải trọng duy trì trên tổng tải trọng cao, sức chịu tải có thể giảm tối đa 40% theo nội dung nguồn. Tuy nhiên, với các sản phẩm đạt kết quả tốt trong tiêu chí thử nghiệm, mức giảm có thể thấp hơn.

Kiểm tra phá hoại do tách bê tông

Theo ETAG 001 Annex C, có thể bỏ qua kiểm tra phá hoại do tách bê tông nếu đáp ứng một trong các điều kiện sau.

- Trường hợp bê tông nứt

Bê tông được xác định là bê tông nứt và bề rộng vết nứt được giới hạn bởi cốt thép hiện hữu ở mức 0,3 mm.

- Trường hợp bê tông không nứt

Khoảng cách mép theo tất cả các phương thỏa mãn:c ≥ 1,2 ccr,spvà:h ≥ 2 hefTrong đó:

• ccr,sp: khoảng cách mép tới hạn đối với phá hoại do tách bê tông

• h: chiều dày cấu kiện bê tông

• hef: chiều sâu neo hiệu dụng

Đối với bê tông nứt, có thể bỏ qua kiểm tra splitting failure khi đáp ứng điều kiện tương tự ETAG 001 Annex C.Đối với bê tông không nứt, điều kiện được điều chỉnh như sau:

• Neo đơn: c ≥ 1,0 ccr,sp

• Nhóm neo: c ≥ 1,2 ccr,sp

• Đồng thời: h ≥ hmin

Trong đó hmin là chiều dày tối thiểu của cấu kiện bê tông.Thay đổi này có thể mang lại lợi ích khi thiết kế neo trong các bản bê tông mỏng, bởi EN 1992-4 sử dụng điều kiện hmin, trong khi trước đây ETAG áp dụng điều kiện liên quan đến 2 × hef.

Kiểm tra chịu cắt

Phá hoại thép của neo có cánh tay đòn

Trong những liên kết cần có lớp vữa grout bên dưới bản mã, việc giảm sức kháng cắt có thể dẫn tới yêu cầu sử dụng neo có đường kính lớn hơn hoặc cường độ thép cao hơn.Trong một số trường hợp, EN 1992-4 cho phép xem xét sức kháng thép cao hơn khi bản đế cần chèn grout.Theo nội dung nguồn, để áp dụng sức kháng thép cao hơn cần đáp ứng các điều kiện:

1. Nhóm có ít nhất 2 neo

2. Không có lực kéo hoặc mô-men

3. Bê tông ở trạng thái không nứt

4. Chiều dày grout không lớn hơn 40 mm và ≤ 5d

5. Cường độ grout > 30 MPa và bề mặt tiếp xúc nhám

Sức kháng phá hoại mép bê tông

Cốt thép hiện hữu có thể ảnh hưởng đến sức kháng phá hoại mép bê tông (concrete edge failure resistance).Theo ETAG, có hai trường hợp cốt thép hiện hữu có thể làm tăng sức kháng:

• Khi có cốt thép dày đặc: sức kháng có thể tăng 40%

• Khi có một mức độ cốt thép biên nhất định: sức kháng có thể tăng 20%

Theo nội dung nguồn, trường hợp thứ hai không còn được áp dụng trong EN 1992-4.

Kiểm tra tương tác giữa lực kéo và lực cắt

EN 1992-4 cũng có thể cho kết quả sức kháng thuận lợi hơn khi dạng phá hoại chi phối trong kéo và dạng phá hoại chi phối trong cắt khác nhau.

Đây là một trong những điểm cần được xem xét khi kiểm tra liên kết chịu đồng thời nhiều thành phần tải trọng.