Inovatívne využitie hlavových tŕňov v mostoch

Hlavové tŕne sa používajú v oceľobetónových alebo spriahnutých konštrukciách od 50. rokov 20. storočia. Už v tomto období preukázal laboratórny výskum praktické výhody a využitie zváraných tŕňov ako spriahajúcich prvkov v spriahnutých nosníkoch na mostoch a v budovách [1]. Tŕne sa vyznačujú jednoduchou montážou, vysokou odolnosťou a ťažnosťou, čo okrem iného umožňuje využitie teórie plasticity pri návrhu spriahnutých nosníkov.

Použitie hlavových tŕňov ako šmykovej výstuže v doskách bolo prvýkrát navrhnuté a patentované v 70. rokoch 20. storočia autormi Ghali a Dilger [2] v Kanade. Aj podľa nich charakterizuje výstužné prvky s hlavovými tŕňmi jednoduchšia inštalácia a lepšia odolnosť a ťažnosť v porovnaní s tradičnými výstužnými prvkami, ako sú napríklad strmene.

Hlavové tŕne používané v súčasnosti sú najčastejšie vyrobené z hladkých tyčí s kvalitou S355 (priemery až do 16 mm) alebo z betonárskej výstuže kvality B500B pre priemery 12 až 40 mm (obr. 3). Hlavy sa vyrábajú buď kovaním za studena (tyče s malým priemerom), alebo kovaním s ohrevom (malé až veľké priemery tyčí).

Odporúčania pre návrh

Rozvoj praktického využitia hlavových tŕňov prebiehal paralelne s tvorbou normatívneho rámca na použitie týchto produktov v Európe. Použitie tŕňov v spriahnutých oceľobetónových konštrukciách bolo predmetom rozsiahleho skúmania už 70 rokov a je dnes regulované Eurokódom EN 1994-1-1 a produktovým štandardom EN ISO 13918.

Až donedávna však neexistovala harmonizovaná norma pre návrh hlavových tŕňov ako šmykovej výstuže do betónu. To bolo kompenzované národnými technickými osvedčeniami (napr. Z 15.1-231 [3], ktorý sa odvolával na DIN 1045-1) a následne Európskymi technickými posúdeniami (napr. ETA 13/0151 [4] pre výstuž PSB® proti porušeniu pretlačením), vydanými na základe rozsiahleho výskumu [5, 6].

Nová generácia EN 1992-1-1 [11] bude obsahovať návrhové pravidlá pre dosky vystužené dvojhlavými tŕňmi, pričom sa stále odvoláva na Európske technické posúdenia ETA pre hodnotenie kvality a stálosti vlastností konkrétnych stavebných produktov.

Eurokód [11] tiež umožní použitie hlavových tŕňov na kotvenie prútov z betonárskej výstuže, čo dovolí viaceré nové aplikácie tejto technológie v budovách a mostoch. Vlastnosti tŕňov navrhnutých v súlade s Eurokódom [11] budú pre konkrétne komerčné výrobky deklarované Európskym technickým posúdením ETA, ktoré výrobca vytvára postupom predpísaným v dokumente EAD 160012-01-0301 [7].

Jedným z takýchto produktov, ktoré pokrýva nedávno publikované ETA 21/0463 [8], vyvinutým v spolupráci firiem Peikko a TSUS Košice, je hlavový tŕň PSB® (obr. 4).

Inovatívne využitie hlavových tŕňov pri nadbetonávke mostov

Tŕne PSB® sú veľmi praktickým riešením na zvýšenie ohybovej odolnosti existujúcich betónových nosníkov pridaním nadbetonávky. Hlavové tŕne sa inštalujú do otvorov vyvŕtaných do starého betónu (obr. 5), do otvorov sa injektuje malta a po stvrdnutí malty sa odleje vrstva betónu v nadbetonávke.

Hlavové tŕne tak pôsobia ako spriahajúce prvky medzi starým a novým betónom. Návrh zosilnenia je realizovaný podľa EN 1992-1-1. Viac informácií o systéme vrátane požiadaviek na výkon jednotlivých komponentov možno nájsť v literatúre [9]. V porovnaní s tradičnými riešeniami – napr. háčiky ohnuté priamo na mieste – umožňuje použitie prefabrikovaných kotiev s hlavou urýchliť stavebný proces a poskytuje vynikajúce záruky kvality.

Inovatívne využitie hlavových tŕňov v hlavách pilót

Nové schválenie vydané fínskym cestným úradom v roku 2023 [10] umožňuje použitie hlavových tŕňov PSB® ako výstuže v doskách uložených na pilótach, čo je typická technológia pre výstavbu ciest vo Fínsku. Návrh je realizovaný podľa ETA 13/0151 [4] s ďalšími požiadavkami stanovenými fínskou normou SFS EN 1992-1-1. Prvé referenčné projekty potvrdili praktické výhody trámov s hlavou PSB v porovnaní s tradičnými riešeniami, konkrétne úsporu času a materiálu (obr. 6).

Závery

Hlavové tŕne sú dobre známa technológia, ktorá za posledné desaťročia našla niekoľko praktických využití (šmykové spojenie v spriahnutých nosníkoch, vystužovanie proti pretlačeniu v budovách). Najnovší výskum a normový vývoj [11] otvárajú nové možnosti použitia hlavových tŕňov pri výstavbe mostov a ciest. Niektoré z týchto možných aplikácií sú ilustrované v tomto článku na referenčných projektoch.

Literatúra
1. Culver, Charles, Paul J. Zarzeczny and George C. Driscoll Jr.: „Tests of composite beams for buildings.“ Fritz Engineering Laboratory Reports 279.2 (1961).
2. Ghali, A., Dilger, W.: Punching reinforcement for concrete floor-slabs.
In Swiss Engineers and Architects 105(13), 139 – 143 (1979).
3. Z 15.1-231 PEIKKO PSB Durchstanzbewehrung nach DIN 1045-1. DIBt (2012).
4. ETA 13/0151 PEIKKO PSB punching reinforcement. DIBt (2018).
5. Simões, J. T., Bujnak, J., Ruiz, M. F., & Muttoni, A. Punching shear tests on compact footings with uniform soil pressure. Structural Concrete, 17(4), 603 – 617 (2016).
6. Einpaul, J., Bujnak, J., Fernández Ruiz, M., & Muttoni, A. Study on influence of column size and slab slenderness on punching strength.
ACI Structural Journal, 113, 135-145 (2016).
7. EAD 160012-01-0301 Headed reinforcement for steel bars. EOTA (2021).
8. ETA 21/0463 PSB® Headed Anchor. TSUS (2024).
9. Sippel, T. M. Verankerungs‐und Bewehrungstechnik. 2023 BetonKalender: Wasserundurchlässiger Beton, Brückenbau, 345-413 (2022).
10. Käyttöön soveltuvuuden tekninen arviointi – Peikko PSB
lävistysraudoitus teiden Paalulaattarakenteissa. (In Finnish)
Tampere (2023).
11. SFS-EN 1992-1-1:2023. Eurocode 2. Design of concrete structures.
Part 1-1: General rules and rules for buildings, bridges and civil
engineering structures. CEN, 403 p. (2023).

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby 2/26.