Badanie dużej płyty

STRONA GŁÓWNA - BADANIA - BADANIE DUŻEJ PŁYTY

Badania zachowania się płyty żelbetowej zbrojonej stalą EPSTAL o wysokiej ciągliwości w sytuacji awaryjnej wywołanej usunięciem podpory krawędziowej

Z powodu niewielkiej ilości informacji dotyczących zachowania się ustroju płytowo-słupowego w chwili awarii, CPJS we współpracy z Katedrą Konstrukcji Budowlanych Politechniki Śląskiej ponownie zajęło się badaniami rozpoczętymi w 2012 roku. Ich celem było zaobserwowanie zachowania się pracy awaryjnej krawędziowego fragmentu ustroju płytowo-słupowego, spowodowanej usunięciem podpory krawędziowej. W toku badań miały zostać ustalone również informacje odnośnie mechanizmu zniszczenia po usunięciu podpory oraz wpływ ilości i ciągliwości stali zbrojeniowej na zniszczenie krawędziowego fragmentu ustroju płytowo - słupowego.

Współcześnie coraz częściej buduje się ustroje płytowo-słupowe. Wiadomo, że odporność takich konstrukcji na obciążenia wyjątkowe jest o wiele niższa niż odporność na tego typu obciążenia budynków ścianowych, czy ustrojów szkieletowych słupowo-ryglowych. Wraz ze wzrostem liczby takich obiektów rośnie ich zagrożenie z powodu możliwości częstszego wystąpienia obciążeń wyjątkowych, takich jak uderzenia środkami transportu, wewnętrzne eksplozje gazu, czy zamachy terrorystyczne. Do zagrożeń tych zaliczyć można również takie czynniki, jak zastosowanie materiałów z zaniżonymi parametrami mechanicznymi, czy też np. zbyt wczesne użytkowanie konstrukcji.

OPIS MODELU BADAWCZEGO

GEOMETRIA

Odnośnie metod badawczych ustrojów płytowo-słupowych, w zależności od oczekiwanych rezultatów, literatura fachowa wskazuje określone zasady doboru wymiarów elementów badawczych. W sytuacjach rozpatrywania wydzielonych elementów konstrukcyjnych, np. słupów, belek, czy też ich wzajemnych połączeń (np. połączeń płyta-słup), zalecane jest wykonywanie takich elementów w skali rzeczywistej, czyli 1:1, ewentualnie nieco zmniejszonej, jednak nie mniejszej niż 1:2. Prowadzenie badań całych ustrojów konstrukcyjnych jest w dużej mierze związane z możliwościami badawczymi. Najczęściej zadania takie prowadzi się na modelach wykonanych w skali 1:2, znacznie rzadziej w skali 1:1 oraz na istniejących konstrukcjach. W opisywanym badaniu model badawczy zaprojektowano tak, aby podczas zadań jak najlepiej odzwierciedlał pracę rzeczywistego dziewięciopolowego ustroju płytowo-słupowego, wykonanego w skali 1:2. Przyjęto model badawczy o osiowym rozstawie podpór 3000×3000 mm, który odparto przegubowo poprzez siłomierze na 16 prefabrykowanych podporach o wysokości 2400 mm. Przyjęto grubość modelu jako równą 1/30 rozpiętości stropu pomiędzy podporami. W efekcie całkowite wymiary modelu wyniosły 9300×9300×100 mm.

ZBROJENIE

Przy projektowaniu – określaniu ilości zbrojenia w modelu – przyjęto, że wszystkie obliczenia zostaną przeprowadzone zgodnie z normami PN-EN. Przy zestawieniu obciążeń założono następujące ich wartości:

Ciężar własny modelu: gk1 = 2,5 kN/m2
Obciążenie stałe wynikające z warstw posadzki: gk2 = 0,5 kN/m2
Obciążenie użytkowe: qk = 3,0 kN/m2
Całkowite obciążenie charakterystyczne: gk1 + gk2 + qk = 6,0 kN/m2
Proporcja obciążenia zmiennego do obciążenia stałego: 1:1
Współczynnik bezpieczeństwa dla obciążeń stałych: 1,35
Współczynnik bezpieczeństwa dla obciążeń zmiennych: 1,50

Wg EC 2 obliczone zostało dodatkowe, dolne zbrojenie wieńcowe, które powinno przenieść siłę powstałą po usunięciu słupa krawędziowego. Dla schematu jak na rysunku powyżej, wartość tej siły wyznacza się ze wzoru:

Fx =1,6 [(gk1+gk2+qk)lx]lx*

gdzie:

gk1 , gk2 , qk - wartości obciążeń
lx - rozpiętość płyty w osiach słupów
lx * - rozpiętość zbierania obciążenia (przyjęto lx* = 0,5 lx + 0,15 m = 1,65 m )

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń w Modelu 1 jako zbrojenie wieńcowe zastosowano dwa pręty o średnicy 8 mm. W Modelu 2, przy niezmienionej ilości i rozmieszczeniu zbrojenia podstawowego, jako zbrojenie wieńcowe zastosowano dwa pręty o średnicy 16 mm. Widoki rozmieszczenia dolnego oraz górnego zbrojenia przedstawiono na poniższych rysunkach.

Siatka zbrojenia górnego dla Modelu 1 i Modelu 2

Siatka zbrojenia dolnego Model 1

Siatka zbrojenia dolnego Model 2

SYSTEM OBCIĄŻANIA

W związku z przewidywanymi wartościami przemieszczeń górnej powierzchni modelu do 900 mm oraz obciążeniem w zakresie do 2,5T w jednym punkcie przyłożenia obciążenia, zdecydowano się na zastosowanie systemu hydraulicznego. Użyto siłowniki dwukierunkowego działania (rys. 18), charakteryzujące się nominalnymi wartościami siły ciągnącej 3,5T, przy możliwej wartości wysuwu do 1000 mm. Obciążanie każdego analizowanego wydzielonego modelu składało się z czterech niezależnych układów – układu obciążenia grawitacyjnego „A” oraz trzech układów obciążenia hydraulicznego „B”, „C” oraz „D”. Na rysunku poniżej zamieszczono uproszczony widok rozmieszczenia poszczególnych układów wraz z wartościami maksymalnych obciążeń równomiernie rozłożonych, które można uzyskać z poszczególnych układów.

Układ obciążenia grawitacyjnego „A”. Obciążenie grawitacyjne P1 było zrealizowane w postaci obciążników betonowych o wartości 200 kg, które podwieszono w 132 punktach.
Zewnętrzny układ obciążenia hydraulicznego „B”. Obciążenie hydrauliczne P2 składało się z zestawu 12 siłowników hydraulicznych.
Wewnętrzny układ obciążenia hydraulicznego „C”. Obciążenie hydrauliczne P3 składało się z zestawu 9 siłowników hydraulicznych.
Hydrauliczny układ podparcia modelu „D”. Obciążenie hydrauliczne P4 składało się z jednego siłownika (siłownik długiego wysuwu) o nominalnym zakresie wysuwu 1200 mm i nośności 150T usytuowanego w punkcie planowanej utraty podparcia.

PRZEBIEG BADANIA

Po wykonaniu prac przygotowawczych (rektyfikacja modelu) oraz podwieszeniu obciążenia grawitacyjnego przystąpiono do właściwej części badania, która dla każdego z badanych pól składała się z dwóch etapów - rysunek poniżej.

Etapy obciążania poszczególnych Modeli 1÷Model 2 (widok modelu w przekroju przez usuniętą podporę):

a) Etap pierwszy A – zerowanie siłomierzy i czujników indukcyjnych, podwieszenie obciążenia grawitacyjnego,
b) Etap pierwszy B – wstępne obciążanie hydrauliczne modelu do poziomu 2kN,
c) Etap drugi – opuszczanie krawędzi i zwiększanie obciążenia hydraulicznego do chwili zniszczenia (podnośnik dużego wysuwu służył jedynie jako asekuracja i był utrzymywany stale o kilka cm poniżej dolnej krawędzi płyty).

W etapie pierwszym „A” każdy z modeli obciążano wartością wstępną obciążenia równą 2 kN. Następnie dokonywano odczytu reakcji podporowych i przemieszczeń górnej powierzchni danego modelu. W etapie drugim, przy zadanej wartości obciążenia wstępnego, następowało opuszczanie podpory krawędziowej, któremu towarzyszyło wyrównywanie wartości założonego obciążenia (wyrównywanie wartości obciążenia hydraulicznego związane było z faktem, że wraz z opuszczaniem podpory zmniejszała się wartość ciśnienia oleju w siłowniku, a tym samym zmniejszała się wartość obciążenia przykładanego do modelu). Następnie, jak przedstawiono na rysunku powyżej, zwiększano stopniowo wartość obciążenia, aż do momentu zniszczenia, które nastąpiło przy sile: 9,15 kN (16,27 kN/m2) w przypadku Modelu 1 oraz 13,32 kN (23,68 kN/m2) w przypadku Modelu 2. Podane wartości sił zostały pomierzone na wewnętrznym obwodzie hydraulicznym, na obwodzie zewnętrznym wartość obciążenia była dwa razy mniejsza.

RELACJA Z BADANIA