Nośność na ścinanie zginanych elementów żelbetowych bez zbrojenia poprzecznego

Abstract

W monografii przedstawiono zagadnienie szacowania nośności na ścinanie zginanych elementów żelbetowych bez zbrojenia poprzecznego. Standardowo w zginanych elementach stosuje się zbrojenia poprzeczne wyznaczane ze względu na siły poprzeczne ale istnieje grupa elementów konstrukcyjnych, w których zbrojenie na ścinanie nie jest stosowane, np. płyty jednokierunkowo zbrojone lub płyty kanałowe. Stąd konieczność zastosowania odpowiedniej procedury obliczeniowej do sprawdzania nośności zginanych elementów bez zbrojenia poprzecznego ze względu na siły poprzeczne. Na podstawie szerokiego przeglądu literatury opisano w pracy wpływ różnych parametrów na nośność na ścinanie analizowanych elementów. Stwierdzono, że oprócz podstawowych parametrów najczęściej wymienianych w literaturze, takich jak wskaźnik ścinania, wytrzymałość betonu i stopień zbrojenia podłużnego, nie bez znaczenia są również wymiary elementu, rodzaj obciążenia czy też uziarnienie kruszywa. Zauważono, że o charakterze zniszczenia i zmianie roli poszczególnych mechanizmów w przenoszeniu naprężeń ścinających decyduje konfiguracja wszystkich parametrów. Wskazano, że dotychczasowy podział elementów zginanych na elementy krótkie i typowe elementy o wyższej smukłości wyłącznie na podstawie wskaźnika ścinania jest przybliżony i niewystarczający. Ocena stanu wiedzy z zakresu pracy elementów bez zbrojenia poprzecznego stała się podstawą do opracowania programu badawczego i przeprowadzenia symulacji komputerowych, których celem było poznanie przebiegu zniszczenia elementu w zależności od jego smukłości i sposobu zbrojenia podłużnego. W monografii przedstawiono analizę otrzymanych wyników badań i obliczeń numerycznych. Wykazano, że o zmianie mechanizmu pracy elementu z łukowego na belkowy decyduje nie tylko wskaźnik ścinania. Również smukłość elementu i sposób zbrojenia (zarówno stopień zbrojenia jak i cechy stali zbrojeniowej) mogą mieć wpływ na charakter zniszczenia elementów bez zbrojenia poprzecznego. Zaproponowano nowy podział elementów zginanych na elementy krótkie i typowe elementy o wyższej smukłości, na podstawie analizy występowania obszarów obowiązywania hipotezy Bernoulliego – obszary „B” i obszarów, w których rozkład odkształceń jest nieliniowy – obszary „D”. W przypadku elementów krótkich, w których występują tylko obszary „D”, racjonalnym sposobem wymiarowania jest stosowanie modeli S-T. Do wyznaczania nośności na ścinanie w elementach, w których występują oprócz obszarów „D” również obszary „B” mają zastosowanie odpowiednie procedury obliczeniowe. Procedury te nie są ujednolicone i często mają charakter empiryczny, jak np. wzory podane w normach EC 2 i ACI 318. Natomiast w ostatniej wersji zaleceń fib MC 2010 zamieszczono nową metodę wymiarowania na ścinanie, która została wyprowadzona na podstawie zmodyfikowanej teorii pola naprężeń ściskających. Dokonano oceny efektywności procedur normowych dotyczących wyznaczania nośności na ścinanie zginanych elementów żelbetowych bez zbrojenia poprzecznego o wyższej smukłości. W tym celu przeprowadzono analizę statystyczną, która składała się z dwóch etapów. Etap pierwszy obejmował poszukiwanie odpowiedniego modelu prognostycznego dla zbioru wyników badań doświadczalnych. W drugim etapie analizy porównano wartości prognozowane z nośnością na ścianie wyznaczoną na podstawie norm ACI 318, EC 2 i MC 2010. Przeprowadzona analiza pozwoliła na ocenę poprawności uwzględnienia we wzorach normowych dwóch podstawowych parametrów, tj. wytrzymałości betonu na ściskanie i stopnia zbrojenia podłużnego, przy sprawdzaniu nośności na ścinanie. W pracy wskazano również na konieczność dalszych badań z zakresu pracy elementów bez zbrojenia poprzecznego wykonanych z betonu o wysokiej wytrzymałości oraz badanych pod obciążeniem ciągłym.