Badanie małej płyty

STRONA GŁÓWNA - BADANIA - BADANIE MAŁEJ PŁYTY

Badanie zachowania się narożnego fragmentu monolitycznego ustroju płytowo-słupowego zbrojonego stalą EPSTAL o wysokiej ciągliwości w sytuacji awaryjnej wywołanej usunięciem podpory.

Celem prowadzonych badań była próba zaobserwowania modelu zniszczenia narożnego fragmentu ustroju płytowo-słupowego, które wywołane zostało usunięciem narożnej podpory. Zadanie to miało dostarczyć dokładnych informacji odnośnie uzyskanego fizycznego obrazu rozwoju uszkodzenia oraz stanowić podstawę do opracowania planu badań dużej płyty. Wykonaniem badania zajęli się pracownicy Katedry Konstrukcji Budowlanych Politechniki Śląskiej. Badanie odbyło się w 2012 roku.

Pojawienie się w ustroju konstrukcyjnym obciążeń wyjątkowych, takich jak uderzenia pojazdów, wybuchy wewnętrzne gazu, błędy ludzkie, a także zamachy terrorystyczne, może wywołać zjawisko katastrofy postępującej. Według kryteriów normowych i zaleceń projektowych jest ono inicjowane przez lokalne zniszczenie jednego elementu nośnego konstrukcji (słupa, fragmentu ściany), które rozprzestrzenia się na inne elementy nośne połączone z początkowo uszkodzonym elementem. W efekcie końcowym dochodzi albo do całkowitego zawalenia, albo do zawalenia nieproporcjonalnie dużej części konstrukcji, czego przykładem mogą być katastrofy budowlane budynków wykonanych zarówno w technologii płytowo-słupowej, jak i płytowo-ścianowej.

OPIS MODELU BADAWCZEGO

GEOMETRIA

Model badawczy zaprojektowano tak, aby podczas badań jak najlepiej odzwierciedlał pracę fragmentu narożnego rzeczywistego, dziewięciopolowego ustroju płytowo - słupowego wykonanego w skali 1/2. Przyjęto model badawczy o osiowym rozstawie podpór 3000 × 3000 mm. Jednakże, dla umożliwienia symulacji ustroju ciągłego, konieczne było wykonanie modelu większego - do przeprowadzenia badań wykonano płaską płytę żelbetową o wymiarach 4000 × 4000 × 100 mm. Uwzględnienie wpływu pozostałej części ustroju nastąpiło poprzez założenie pięciu stalowych cięgien o średnicy 28 mm. W wyniku obliczeń nośności stref podporowych ze względu na przebicie, model podparto czterema prefabrykowanymi elementami dwu fazowego działania. W pierwszej fazie - do przebicia - obliczeniowy obwód kontrolny oraz obliczona na jego podstawie nośność były określane do projektowanych wymiarów podpory 200 × 200 mm (wymiar elementu stalowego). W fazie drugiej - po przebiciu - w wyniku niewielkiego przemieszczenia pionowego (~5 mm) opadająca część modelu miała w zamyśle zatrzymać się na elemencie stalowym., powiększając obwód kontrolny do wymiarów 500 × 500 mm. Powstające w modelu reakcje przez znajdujące się pod podporami pośrednimi siłomierze były przekazywane na nieruchome podpory słupowe o wysokości 2400 mm.

ZBROJENIE

Zbrojenie modelu zostało wyznaczone według zaleceń EC2 przy uwzględnieniu obciążeń zawartych w EC1. Do zestawienia obciążeń przyjęto wartości: ciężaru własnego 2,5 kN/m , obciążenia stałego gk = 200 kg na jedno cięgno, obciążenia zmiennego qk = 400 kg na jedno cięgno oraz współczynniki obciążenia γgmax = 1,35, γgmin = 1,0, γqmax = 1,5.

Uzyskane na drodze obliczeń statycznych wartości momentów zginających umożliwiły określenie liczby i średnicy zbrojenia, które następnie wykonano w postaci dwóch równoległych siatek. Na rysunku poniżej zamieszczono rzut zbrojenia dolnego, które wykonano z prętów o średnicy 8 mm w dwóch rozstawach. Zgodnie z zaleceniami normowymi w osiach słupów zastosowano dodatkowe zbrojenie dolne, którego celem miało być zapobieżenie rozwojowi uszkodzeń typowych dla katastrofy postępującej – pręty nr 2 i 3.

Siatka zbrojenia dolnego

Zbrojenie górne stanowiła siatka z prętów o średnicy 6 mm w rozstawach 100 mm nad podporą i 125 mm w przęśle, którą zgodnie z wynikami typowych obliczeń strefy podporowej wzmocniono dodatkowymi prętami o średnicy 12 mm. Widok poszczególnych siatek oraz ich montaż zamieszczono na rysunku poniżej. Długość prętów zbrojenia górnego dobrano na podstawie wskazań zawartych w amerykańskiej normie ACI. Jak zaleca ta norma w paśmie podporowym zbrojenie było przedłużone poza obrys słupa na odległość równą 1/3 rozpiętości przęsła, natomiast zbrojenie górne w paśmie przęsłowym zostało przedłużone poza obrys podpory na odległość 0,22 ln. Wokół obwodu płyty na krawędziach swobodnych zastosowano strzemiona ukształtowane w kształt litery U, których długość ramion była większa od 2d +30ø. Rozstaw tych strzemion przyjęto równy rozkładowi prętów zbrojenia dolnego.

Siatka zbrojenia górnego

OBCIĄŻANIE

Ze względu na przewidywane duże deformacje modelu – głównie przemieszczenia pionowe o przewidywanym zakresie do 1000 mm, konieczne było wykonanie systemu obciążania, który umożliwiałby płynną regulację położenia obciążenia względem modelu oraz przeniesienie ciężaru o masie do 1500 kg w każdym punkcie przyłożenia. Na podstawie tych założeń obciążenie modelu zrealizowane zostało za pomocą systemu podwieszonych na stalowych linach betonowych i stalowych obciążników o różnej masie jednostkowej: 25 kg, 100 kg, 200 kg