Poznaj nową generację Eurokodu 2 z IDEA StatiCa

Nowy Eurokod ma na celu poprawić łatwość stosowania oraz uaktualnić przestarzałą wiedzę. Jednocześnie zakres normy wzrósł, między innymi dlatego, że dotychczasowe części EN 1992-1-1, EN 1992-2 i EN 1992-3 zostały połączone. Oprócz tych zmian wprowadzono również istotne zmiany merytoryczne. Niniejszy artykuł nie omawia wszystkich zmian, lecz zwraca uwagę na kilka kluczowych kwestii dotyczących materiałów i sprawdzania siły ścinającej.

Materiały i wartości obliczeniowe

Wyznaczanie wartości obliczeniowej wytrzymałości betonu na ściskanie (f_cd) to zmiana, która powtarza się w całej normie. Nowe wyrażenie ma postać:

$\quad \quad f_{cd} = \eta_{cc} \cdot k_{tc} \frac{f_{ck}}{\gamma_c}$; where $\eta_{cc} = \left(\frac{40}{f_{ck}}\right)^{\frac{1}{3}} \leq 1{,}0$

Współczynnik $\alpha_{cc}$ został wyeliminowany i zastąpiony dwoma współczynnikami korygującymi. $\eta_{cc}$ jest współczynnikiem, który zmniejsza obliczoną wartość wytrzymałości powyżej C40/50. $k_{tc}$ jest współczynnikiem uwzględniającym wpływ czasu trwania obciążenia.

Ponadto nie stosuje się już dwuliniowego wykresu naprężenie-odkształcenie, a obliczenia należy teraz wykonywać wyłącznie z użyciem wykresu paraboliczno-prostokątnego lub wykresu z prostokątnym blokiem naprężeń.

Rysunek 1: Paraboliczno-prostokątny wykres naprężenie-odkształcenie dla betonu przy ściskaniu w IDEA StatiCa Section.

Ponadto tablica klas wytrzymałości betonu została uproszczona, a wszystkie wartości odkształceń zostały usunięte. Jednocześnie dodano klasę C100/115 ze względu na rosnące zastosowanie betonu wysokiej wytrzymałości.

Nośność na ścinanie bez strzemion

Wprowadzono nowe wzory dla elementów bez zbrojenia na ścinanie. W porównaniu z obecnym Eurokodem wyrażenie uległo istotnej zmianie, zarówno dla ścinania, jak i przebicia. Ponadto nośność jest teraz wyrażana jako naprężenie (N/mm²), a nie jako siła (kN).

Przyjrzyjmy się bliżej sprawdzeniu siły ścinającej. Poniżej przedstawiono wzory na nośność na ścinanie dla elementów, które nie wymagają obliczeniowego zbrojenia na ścinanie, według EC2:2004 i EC2:2023.

EN 1992-1-1:2004, § 6.2.2

$\quad \quad V_{Rd,c} = [ C_{Rd,c} \, k (100 \rho_l f_{ck})^{1/3} ] b_w d$

EN 1992-1-1:2023, § 8.2.2

$\quad \quad \tau_{Rd,c} = \frac{0.66}{\gamma_V} \cdot ( 100 \rho_l \cdot f_{ck} \cdot \frac{d_{dg}}{d} )^{1/3}$

Pierwszą zauważalną zmianą jest nowy współczynnik częściowy dla ścinania i przebicia bez zbrojenia na ścinanie (γ_V = 1,40). Człon $(100 \rho_l \cdot f_{ck})^{1/3}$, który uwzględnia wpływ zbrojenia podłużnego i wytrzymałości betonu na ściskanie , pozostaje bez zmian. Nowym członem jest (d_dg/d), gdzie d jest wysokością użyteczną, a d_dg parametrem ziarna.

W EC2:2023 wysokość użyteczna d jest uwzględniona we wzorze w inny sposób, aby dokładniej uwzględnić efekt skali. W efekcie nośność betonu jest niższa niż w EC2:2004, zwłaszcza dla elementów o dużej wysokości użytecznej. W konsekwencji zbrojenie na ścinanie trzeba stosować wcześniej.

Oprócz wysokości użytecznej pojawia się także nowy parametr d_dg, który opisuje szorstkość rysy krytycznej. Zależy on od rodzaju betonu i właściwości kruszywa.

d_dg (mm) można przyjąć jako:

$d_{dg} = 16\,\text{mm} + D_{\text{lower}} \leq 40\,\text{mm} \quad \quad \quad     \text{for concrete with } f_{ck} \leq 60\,\text{MPa}$ $d_{dg} = 16\,\text{mm} + D_{\text{lower}}\left(\frac{60}{f_{ck}}\right)^2 \leq 40\,\text{mm} \quad \text{for concrete with } f_{ck} > 60\,\text{MPa}$

D_lower jest dolną granicą górnego wymiaru sita najgrubszej frakcji kruszywa. Im grubsze kruszywo, tym większe tarcie ścinania (zazębienie kruszywa), a tym samym większa nośność na ścinanie. Rysunek 2 pokazuje, że dla większych wartości d_dg (24, 32, 40) wyższa nośność na ścinanie τ_Rd,c jest osiągalna.

Rysunek 2: Nośność na ścinanie τ_Rd,c w funkcji parametru ziarna d_dg, dla trzech stopni zbrojenia podłużnego.

Oprócz kruszywa na nośność przekroju na ścinanie bezpośrednio wpływają również wytrzymałość betonu na ściskanie i zbrojenie podłużne. Parametry te oddziałują na siebie i częściowo się kompensują. Tej zależności nie da się zrozumieć, czytając wyłącznie wzór; trzeba też umieć za jego pomocą obliczać.

IDEA StatiCa Section wykonuje obliczenia zgodnie z nowym Eurokodem 2

Aby wspierać inżynierów konstruktorów w przejściu na drugą generację Eurokodów, IDEA StatiCa wprowadza aplikację IDEA StatiCa Section. Aplikacja ta wspomaga projektowanie i sprawdzanie przekrojów żelbetowych zgodnie z EN 1992-1-1:2023. Section to coś więcej niż tylko narzędzie do sprawdzania przekrojów betonowych i uzyskiwania zielonego znaczka. To także źródło wiedzy, które pomaga naprawdę zrozumieć nowe zasady.

Rysunek 3: IDEA StatiCa Section wyświetla każde sprawdzenie według EN 1992-1-1:2023 w postaci wzoru, wraz ze wszystkimi użytymi parametrami.

Zmieniając zmienne w programie — takie jak zastosowanie innego wymiaru kruszywa, zmiana wysokości przekroju lub zmiana sił wewnętrznych — inżynier konstruktor może od razu zobaczyć wpływ każdego parametru na nośność i wymagane zbrojenie. Ponieważ Section wyświetla wszystkie sprawdzenia w postaci wzorów, każdy wynik można dokładnie powiązać z konkretnym punktem normy. Ta przejrzystość ułatwia zrozumienie nowego Eurokodu.

Sprawdzanie siły ścinającej według nowego holenderskiego załącznika krajowego

IDEA StatiCa Section jest następcą IDEA StatiCa RCS i wprowadza drugą generację Eurokodów. RCS pozostaje dostępny dla obecnej normy. Ponadto nowe zasady dotyczące siły ścinającej z poprawki NEN-EN 1992-1-1/ NB+A1:2020+A2:2025 zostały już wdrożone w RCS. Pozwala to stosować nowe wyrażenia bezpośrednio do obecnej normy, zapewniając stopniowe przejście.

Odpływ trwa nadal. Ci, którzy wykorzystają ten czas na zapoznanie się z nowymi zasadami, zobaczą nadchodzącą falę, zamiast dać się jej zaskoczyć. Dzięki nowemu sposobowi projektowania na ścinanie, już zawartemu w RCS, oraz EN 1992-1-1:2023 dostępnemu w Section, przejście to można rozpocząć już dziś.