Badanie na przebicie - cz. 2

Turn on JavaScript!

Badania zachowania się krawędziowych połączeń płyta-słup zbrojonych stalą EPSTAL o wysokiej ciągliwości w stadium awaryjnym wywołanym przebiciem

Przeprowadzone we wcześniejszych latach badania strefy podporowej ustroju płytowo-słupowego (opisane w Biuletynie Technicznym nr 2) dotyczyły słupów umieszczonych wewnątrz konstrukcji. Wartym uwagi i nie zbadanym dotychczas problemem pozostawał sposób pracy w stanie awaryjnym połączenia płyta-słup znajdującego się na krawędzi stropu. Zadanie to zostało podjęte przez pracowników Katedry Konstrukcji Budowlanych Politechniki Śląskiej na zlecenie Centrum Promocji Jakości Stali. Badanie odbyło się w Laboratorium Wydziału Budownictwa w specjalnie przeznaczonym stanowisku badawczym.

Największym zagrożeniem dla konstrukcji płytowo-słupowych jest możliwość przebicia stropu w rejonie słupa w wyniku wyczerpania wytrzymałości betonu na rozciąganie. Awarie wywołane przebiciem występują prawie bez wstępnych objawów, ponieważ powstałe ugięcia są małe, a zarysowania na górnej powierzchni płyty nie są zwykle widoczne z uwagi na zastosowane warstwy posadzkowe. Lokalna awaria stropu wywołana przebiciem przy jednym ze słupów powoduje zwiększenie sił poprzecznych w sąsiadujących podporach, co może wywołać awarię tych obszarów i w efekcie zawalenie całej konstrukcji.

OPIS MODELU BADAWCZEGO

GEOMETRIA

Badania laboratoryjne zostały przeprowadzone na modelach mających odwzorować fragment ustroju płytowo-słupowego. Składały się one z prostokątnej, żelbetowej płyty o stałej wysokości z usytuowanym od dołu słupem o kwadratowym przekroju poprzecznym. Trzy z czterech krawędzi płyty zostały przymocowane (za pomocą śrub rozmieszczonych wzdłuż krawędzi) do stanowiska, w celu odwzorowania pracy takiego połączenia w rzeczywistym ustroju. Czwarta nieprzymocowana krawędź modelu, pod którą znajdował się słup, stanowiła zewnętrzną krawędź stropu. Z uwagi na usytuowanie słupa względem środka geometrycznego płyty, zostały wyróżnione dwa położenia:

osiowe (modele z oznaczeniem P-I)
mimośrodowe (modele z oznaczeniem P-II)

Mimośród w modelu P-II został zadany na kierunku równoległym do krawędzi nieprzymocowanej modelu i wynosił 283 mm. Elementy poddane badaniom posiadały jednakową geometrię, wytrzymałość betonu, strukturę zbrojenia górnego oraz sposób obciążenia.

ZBROJENIE

Zbrojenie modeli było tak zaprojektowane, aby w pierwszej kolejności nastąpiło ich przebicie, a płyta nie uległa zniszczeniu giętnemu. Ilość zbrojenia na zginanie została obliczona zgodnie z przepisami Eurokodu 2 oraz Eurokodu 1 jak dla rzeczywistej konstrukcji płytowo-słupowej o siatce słupów 6,0 x 6,0 m z obciążeniem eksploatacyjnym równym 5 kN/m2. W każdym z modeli badawczych, jako zabezpieczenie przeciwko katastrofie postępującej, zastosowano dodatkowe zbrojenie znajdujące się w dolnej siatce zbrojenia płyty, w postaci prętów przechodzących bezpośrednio nad śladem słupa. Zbrojenie to jak również całość zbrojenia płyty została wykonana ze stali o wysokiej ciągliwości marki EPSTAL. Rozwiązanie to zastało zaczerpnięte z normy kanadyjskiej CSA A23.3 i rekomendacji do normy amerykańskiej ACI 318. Zbrojenie to zostało określone mianem zbrojenia integrującego. Zbrojenie integrujące zostało poprowadzone na kierunkach równoległym i prostopadłym do nieprzykręconej krawędzi modelu a następnie wyprowadzone poza model i zakotwione w stanowisku badawczym. Zbrojenie poprowadzone prostopadle do krawędzi modelu zostało wykonane w postaci pętli.

SYSTEM OBCIĄŻANIA

W celu odwzorowania stanu przemieszczeń występujących podczas przebicia obciążenie realizowane było przez siłę skupioną przykładaną do podstawy słupa za pomocą siłownika. W trakcie całości prowadzonego zniszczenia modelu zostały wyodrębnione dwie fazy pracy połączenia. "Faza I" - występująca do przebicia oraz "Faza II" - od przebicia do całkowitego zniszczenia zbrojenia integrującego. Ze względu rozróżnienia dwóch sposobów pracy połączenia po wystąpieniu przebicia, wyróżniono:

MODEL TYPU A; po wystąpieniu przebicia w przenoszeniu obciążeń współpracuje zarówno zbrojenie integrujące (pręty zbrojenia dolnego krzyżujące się nad słupem) oraz pozostałe zbrojenie płyty oraz beton. Taki schemat pracy realizowany był za pomocą pozostawienia śrub mocujących w "Fazie II" badania.
MODEL TYPU B; po wystąpieniu przebicia obciążenie jest przenoszone jedynie przez pręty zbrojenia dolnego krzyżujące się nad słupem. Taki schemat pracy realizowany był za pomocą odkręcenia śrub mocujących w "Fazie II" badania.

W konsekwencji zostało zrealizowane zniszczenie 4 modeli będących wypadkową sposobu umiejscowienia słupa i sposobu obciążania. Przebieg ich zniszczenia przedstawiają poniższe filmy z badania. W zależności od modelu badawczego: