Od paru lat krajowi producenci stali zbrojeniowej w ramach klasy A-IIIN oferują stal, która według Eurokodu 2 spełnia wymogi klasy C (o dużej ciągliwości) – jest to stal EPSTAL® w gatunku B500SP.
Stal ta stanowi alternatywę dla innych gatunków klasy A-IIIN o małej lub średniej ciągliwości (klasa A lub B) i jest dostępna praktycznie w jednakowej cenie. Nic więc dziwnego, że projektanci coraz częściej decydują o zastosowaniu w konstrukcjach betonowych właśnie gatunku B500SP – EPSTAL®.
Na zlecenie CPJS w 2007 r. na Wydziale Budownictwa Politechniki Śląskiej przeprowadzone zostały badania porównawcze belek żelbetowych na ścinanie. Celem tego badania było zaobserwowanie różnic w zachowaniu się żelbetowych jednoprzęsłowych belek, zbrojonych poprzecznie strzemionami (prostopadłymi do osi podłużnej belek), wykonanymi ze stali o zróżnicowanej ciągliwości. Badania przeprowadzono na czterech modelach, w których parametrami zmiennymi (różniącymi modele) były rodzaje strzemion – gatunek zastosowanej stali oraz średnica:
– model 1 – stal gorącowalcowana, gat. B500SP – EPSTAL® (klasa C), średnica 8 mm,
– model 2 – stal gorącowalcowana, gat. B500SP – EPSTAL® (klasa C), średnica 10 mm,
– model 3 – stal zimnowalcowana, gat. St3SY-b500 (klasa B), średnica 8 mm,
– model 4 – stal zimnowalcowana, gat. St3SY-b500 (klasa B), średnica 10 mm.
Co istotne, oba gatunki stali zalicza się do klasy A-IIIN (granica plastyczności w obu przypadkach wynosi 500 MPa), różnią się one jedynie klasą ciągliwości. Zbrojenie podłużne w każdej z belek wykonane było ze stali EPSTAL®.
Przyjęto obciążenie przęsła belek dwoma siłami skupionymi, których położenie dobrano tak, aby uzyskać stałą wartość momentu zginającego (od obciążenia zewnętrznego) w środku rozpiętości i możliwie jak najdłuższy odcinek ścinania.
Wszystkie belki uległy zniszczeniu ze względu na ścinanie odcinka przypodporowego. Mechanizm zarysowania i utraty nośności wszystkich modeli początkowo przebiegał w sposób podobny – rysy ukośne rozwijały się od podpory do punktu przyłożenia obciążenia.
W przypadku modelu 3, kiedy rysy ukośne osiągnęły punkt przyłożenia obciążenia, nastąpiło gwałtowne zerwanie obu ramion jednego ze strzemion (fot. 1) i upadek belki na podpory tymczasowe. W trakcie oględzin nie stwierdzono zarysowań górnej powierzchni belki ani rozgięcia haków strzemion.
Fot. 1
W modelach 1, 2 i 4 pojawiły się natomiast, poza rysami ukośnymi od podpory do miejsca przyłożenia obciążenia, również zarysowania poprzeczne (nad strzemionami) i podłużne (nad prętami podłużnymi) górnej powierzchni belek (fot. 2). Po zniszczeniu i wykuciu strzemion okazało się, że w przypadku tych modeli doszło do odchylenia się haków niektórych strzemion.
Fot. 2
Nieoczekiwanie, uzyskane wyniki stały się bardzo ciekawym punktem wyjścia do dalszych rozważań. Utrata nośności ze względu na ścinanie w belkach 1, 2 i 4 związana była z zarysowaniem strefy ściskanej betonu oraz prostowaniem się haków strzemion. Zatem zastosowane zakotwienie (rodzaj haka) nie pozwoliło na pełne wykorzystanie nośności stali. Uzasadnione stało się wykonanie rozeznania, jak powinno się wykonywać strzemiona ze stali klasy A-IIIN, w szczególności stali o wysokiej ciągliwości (EPSTAL®), aby pod wpływem sił ścinających nie ulegały one prostowaniu. Zadania tego, na zlecenie CPJS, podjęła się ponownie Katedra Konstrukcji Budowlanych Politechniki Śląskiej.
Badanie podzielone zostało na dwa etapy:
1 – w którym wykonywane są testy na betonowych elementach drobnowymiarowych z zakotwionym wewnątrz strzemieniem ze stali EPSTAL®. Wyrywanie strzemienia dla części modeli połączone jest ze ściskaniem całego elementu. W poszczególnych modelach zastosowano różne kształty i średnice strzemion oraz grubości otulenia pręta. Celem tego etapu badania jest wyłonienie najbardziej efektywnego kształtu strzemion oraz grubości otulenia, dla których nie nastąpi prostowanie się haków, a pręt zostanie zerwany po osiągnięciu granicy plastyczności oraz wytrzymałości na rozciąganie – wykorzystaniu rezerwy, jaką daje wysoka ciągliwość stali;
2 – w którym przygotowane w pierwszym etapie zalecenie zastosowane zostanie w belkach poddanych badaniu ścinania.
Częściowo wykonane zostały już testy etapu pierwszego. W kwestii ukształtowania strzemion w wykonanych modelach zastosowano się do zaleceń normowych (rys. 1), zbadano również kształty pozanormowe (rys. 2). Poza tym modele różniły się otuliną prętów: 10, 15 i 20 mm.
Rys. 1
Rys. 2
Po zakończeniu badań ich wyniki oraz nasuwające się wnioski i zalecenia będą przygotowane w postaci biuletynu technicznego CPJS, zostaną one również zreferowane podczas Konferencji Naukowej „Krynica 2009”.
ul. Koszykowa 54
00-675 Warszawa
Tel. 22 630 83 75
Fax 22 625 50 49
e-mail: biuro@cpjs.pl, www.cpjs.pl
