EPSTAL stal zbrojeniowa o wysokiej ciągliwości. mgr inż. Magdalena Piotrowska Centrum Promocji Jakości Stali

Transkrypt

1 EPSTAL stal zbrojeniowa o wysokiej ciągliwości mgr inż. Magdalena Piotrowska Centrum Promocji Jakości Stali

2 Certyfikat EPSTAL EPSTAL to znak jakości nadawany w drodze dobrowolnej certyfikacji na stal zbrojeniową w gatunku B500SP o wysokiej ciągliwości. Dodatkowa kontrola parametrów Gwarancja stabilności procesu produkcji Znakowanie literowe prętów Strona 2

3 Gatunek B500SP wg PN-H-93220:2006 Stal przeznaczona do stosowania w budownictwie Stal spajalna EPSTAL = gat. B500SP Granica plastyczności = 500 MPa Podwyższona ciągliwość Strona 3

4 Zalety stali EPSTAL Wysoka ciągliwość (klasa C wg Eurokodu 2) Wysoka wytrzymałość (klasa A-IIIN) Odporność na obciążenia dynamiczne Pełna spajalność Dobra przyczepność do betonu Łatwiejsza identyfikacja Gwarancja stabilności procesu produkcji Szeroka dostępność Strona 4

5 Definicja ciągliwości Ciągliwość stali To jej zdolność do uzyskiwania dużych odkształceń przy bardzo niewielkim wzroście naprężeń po przekroczeniu granicy plastyczności. Strona 5

6 Badanie porównawcze ABC Strona 6

7 Parametry ciągliwości f tk /f yk stosunek charakterystycznej wytrzymałości stali na rozciąganie (f tk ) do charakterystycznej granicy plastyczności (f yk ) Ɛ uk wydłużenie procentowe przy maksymalnej sile [%] Strona 7

8 Parametry ciągliwości Strona 8

9 Wykres σ-ε (naprężenie-odkształcenie) Wykres dla stali o wysokiej ciągliwości (klasa C) 800 s [MPa] ,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 SI-1 SI-2 SI-3 SI-4 SI-5 SI-6 [%] Strona 9

10 Wykres σ-ε (naprężenie-odkształcenie) Wykres dla stali o niskiej ciągliwości (klasa A) 800 s [MPa] ,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 SII-1 SII-2 SII-3 SII-4 SII-5 SII-6 [%] Strona 10

11 Klasyfikacja stali zbrojeniowej Według Eurokodu 2 Klasa stali f yk (R e ) f tk /f yk (R m /R e ) ε uk (A gt ) A 1,05 2,5 B [MPa] 1,08 5,0 C 1,15 1,35 7,5 Klasa A stal o niskiej ciągliwości Klasa B stal o średniej ciągliwości Klasa C stal o wysokiej ciągliwości Strona 11

12 Klasyfikacja stali zbrojeniowej Wg PN-B-03264:2002 Klasa stali Gatunek Spajalność f yk [MPa] f tk [MPa] A-0 St0S-b spajalna A-I St3SX-b spajalna A-II 18G2-b spajalna A-III 34GS trudno spajalna A-IIIN RB500W spajalna Strona 12

13 Klasyfikacja stali zbrojeniowej Wg PN-B-03264:2002 Klasa stali Gatunek Spajalność f yk [MPa] f tk [MPa] A-0 St0S-b spajalna 220! 300 A-I St3SX-b spajalna 240! 320! A-II 18G2-b spajalna 355! 480 A-III 34GS trudno spajalna! A-IIIN RB500W spajalna B500SP spajalna Strona 13

14 Własności wytrzymałościowo-odkształceniowe stali zbrojeniowej EPSTAL PN-H-93220:2006 Parametr Opis Wartość R e Charakterystyczna granica plastyczności (f yk ) 500 [MPa] R m /R e Stosunek charakterystycznej wytrzymałości na rozciąganie do granicy plastyczności (f tk /f yk ) 1,15 1,35 [-] A gt Wydłużenie pod największym obciążeniem (ε uk ) 8 [%] Klasa A-IIIN wg PN-B-03264:2002 Klasa C wg Eurokodu 2 (wysoka ciągliwość) f tk /f yk : 1,15 1,35 ε uk 7,5% Strona 14

15 Odporność stali EPSTAL na obciążenia dynamiczne (1) Badanie cykliczne Naprzemienne ściskanie i rozciąganie próbki Częstotliwość: 0,5 3,0 Hz Minimalna liczba cykli obciążeń: 3 Strona 15

16 Odporność stali EPSTAL na obciążenia dynamiczne (2) Badanie zmęczeniowe Rozciąganie próbki ze zmienną siłą osiową Maksymalne naprężenie: σ max = 300 MPa Amplituda: 150 MPa Częstotliwość maksymalna: 200 Hz Minimalna liczba cykli obciążeń: Strona 16

17 Identyfikowalność stali EPSTAL Poprzez napis EPSTAL Nawalcowany na każdym pręcie Poprzez pogrubienie żeber Wg PN-EN Strona 17

18 Badanie zachowania się płyty żelbetowej w sytuacji awaryjnej wywołanej usunięciem podpory Politechnika Śląska Katedra Konstrukcji Budowlanych Wykonawcy badania: Dr inż. Barbara Wieczorek Dr inż. Mirosław Wieczorek Prof. dr hab. inż. Włodzimierz Starosolski Strona 18

19 Ustroje płytowo-słupowe a obciążenia wyjątkowe 1 USA, USA, %26+Failures+During+Construction Failures+During+Construction USA, 1973 Iran, lding+bombing&newwindow=1&tbm=isch&tbo=u&source=univ &sa=x&ei=wrmlupnektl5yao20yhadq&ved=0cegqsaq&biw= 1920&bih=973 Strona 19

20 Katastrofa postępująca KATASTROFA POSTĘPUJĄCA to zjawisko zainicjowane przez lokalne zniszczenie jednego elementu nośnego (najczęściej słupa) w sytuacji pojawienia się obciążeń wyjątkowych, np. wybuchu gazu w budynku, uderzeń pojazdów, błędów ludzkich, prowadzące do zawalenia obiektu lub zniszczeń nieproporcjonalnych w stosunku do przyczyny. Strona 20

21 Katastrofa postępująca Strona 21

22 Cel badań Zaobserwowanie zachowania się krawędziowego fragmentu ustroju płytowo-słupowego obciążonego równomiernie w stanie awaryjnym, który wywołany został usunięciem podpory krawędziowej. Określenie, jaki wpływ na zniszczenie tego ustroju ma ilość oraz ciągliwość zastosowanej stali zbrojeniowej. Stwierdzenie, jaki mechanizm zniszczenia wystąpi po usunięciu podpory. 1- przeguby plastyczne na górnej powierzchni płyty, 2- przeguby plastyczne na dolnej powierzchni płyty, 3- wychodnia przebicia, 4- strefy narażone na zmiażdżenie betonu. Strona 22

23 Model badawczy Model badawczy: żelbetowa płyta o wymiarach 9,3 9,3 0,1 m Podparcie modelu: 16 prefabrykowanych podpór o wysokości 2,4 m Wysokość stanowiska: położenie górnej powierzchni modelu na wysokości 3,0 m Skala odwzorowania w stosunku do rzeczywistego ustroju: 1:2 Strona 23

24 Usunięcie podpory Pole badawcze nr 2 Model 2 Pole badawcze nr 1 Model 1 Strona 24

25 System obciążania A obciążenie grawitacyjne P1 A Obciążenie grawitacyjne zrealizowane w postaci obciążników betonowych o wartości 200 kg każdy, które podwieszono w 115 punktach. Przybliżona wartość obciążenia równomiernie rozłożonego to 3,49 kn/m 2. Zastosowana wartość obciążenia: 115 szt. 200 kg = 23,0 T Strona 25

26 System obciążania A obciążenie grawitacyjne P1 Strona 26

27 System obciążania B obciążenie hydrauliczne P2 B Obciążenie hydrauliczne składało się z zestawu 12 siłowników hydraulicznych, które rozmieszczono równomiernie na obwodzie zewnętrznym badanego pola. Przybliżona wartość obciążenia równomiernie rozłożonego to 61,0 kn/m 2. Zastosowana wartość obciążenia: 12 szt. 900 kg = 10,8 T Strona 27

28 System obciążania B obciążenie hydrauliczne P2 Strona 28

29 System obciążania C obciążenie hydrauliczne P3 C Obciążenie hydrauliczne składało się z zestawu 27 siłowników hydraulicznych, które rozmieszczono równomiernie w części wewnętrznej badanego pola. Przybliżona wartość obciążenia równomiernie rozłożonego to 61,0 kn/m 2. Obciążenie wewnętrzne P3 było zawsze 2 razy większe od obciążenia zewnętrznego P2. Zastosowana wartość obciążenia: 28 szt kg = 50,4 T Strona 29

30 System obciążania C obciążenie hydrauliczne P3 Strona 30

31 System obciążania D obciążenie hydrauliczne P4 składało się z jednego siłownika długiego wysuwu, usytuowanego w punkcie planowanej utraty podparcia. Zastosowana wartość obciążenia: 1 szt kg = 4,0 T D Obciążenie hydrauliczne Strona 31

32 System obciążania Strona 32

33 Model badawczy Parametry stali i betonu Klasa stali Średnica pręta Moduł sprężystości E Granica plastyczności f yk Wytrzymałość na rozciąganie f tk Całkowite wydłużenie przy maksymalnej sile ε uk [mm] [GPa] [MPa] [MPa] [%] C (EPSTAL) 8 191, ,8 604,4 14,91 C (EPSTAL) , ,1 625,8 13,8 C (EPSTAL) , ,2 714,2 11,8 Planowana klasa betonu Moduł sprężystości E cm Wytrzymałość na ściskanie f c,core Wytrzymałość na ściskanie f c,cube Wytrzymałość na rozciąganie f ctm [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] C 35/ ,3 79,6 3,98 C 35/ ,5 69,8 3,82 Strona 33

34 Model badawczy Zbrojenie górne płyty Stal EPSTAL średni rozstaw w paśmie podporowym: 100 mm średni rozstaw w paśmie między podporowym: 250 mm średnica zbrojenia głównego: 8 i 10 mm długość prętów zbrojenia głównego nad podporami wewnętrznymi: 2,0 m długość prętów zbrojenia głównego nad skrajnymi i narożnymi : 1,13 m Strona 34

35 Model badawczy Zbrojenie dolne płyty Stal EPSTAL rozstaw w paśmie podporowym: 100 mm rozstaw w paśmie między podporowym: 250 mm średnica zbrojenia głównego: 8 mm długość prętów zbrojenia głównego: 9,24 m średnica dodatkowego zbrojenia w strefie narożnej modelu: 8 mm średnica zbrojenia wieńcowego przeciw katastrofie postępującej (wg EC2): Pole badawcze nr 1: 2Ø8 mm Pole badawcze nr 2: 2Ø16 mm Strona 35

36 Przebieg badań Badanie zasadnicze Zerowanie siłomierzy i czujników indukcyjnych, podwieszenie obciążenia grawitacyjnego. Wstępne obciążanie hydrauliczne modelu do poziomu 2 kn. Opuszczanie krawędzi i zwiększanie obciążenia hydraulicznego do chwili zniszczenia. Strona 36

37 Przebieg badań Badanie zasadnicze Strona 37

38 Przebieg badań Usuwanie podpory Strona 38

39 Przebieg badań Opuszczanie punktu podparcia Strona 39

40 Wyniki badania Odkształcenia górnych powierzchni Wykresy odkształceń górnych powierzchni modeli w chwili zniszczenia Model 1 Siła 9,16 kn Model 2 Siła 13,32 kn Strona 40

41 Zniszczenie modeli Strona 41

44 Zniszczenie modeli Zniszczenie przez przebicie Strona 44

45 Zniszczenie modeli Zniszczenie przez przebicie Strona 45

47 Strona 47

48 Podsumowanie Zestawienie obciążeń Rodzaj obciążenia Wartość całkowitego, charakterystycznego obciążenia projektowanego (ciężar własny płyty, ciężar posadzki, obciążenie użytkowe). Wartość całkowitego obciążenia obliczeniowego, które powinno spowodować giętne zniszczenie modelu [model obliczeniowy bez podpory]. Wartość całkowitego obciążenia obliczeniowego, które powinno spowodować giętne zniszczenie modelu [model obliczeniowy z podporą]. Wartość obciążenia pola, przy którym nastąpił początek uplastycznienie stali zbrojeniowej pomiar z tensometrów. Wartość obciążenia pola przy, którym nastąpiło zniszczenie modelu w czasie badań. Model 1 Model 2 [kn/m 2 ] 6,0 6,0 8,64 9,32 14,2 14,4 + 36% + 60% 8,2 9,63 x 3,1 + 40% x 4,4 18,7 26,2 Strona 48

49 Podsumowanie Wnioski 1. Otrzymany obraz zarysowań oraz widoczna ich rozwartość wskazują na znaczne uplastycznienie zbrojenia i wpływ parametru ciągliwości stali na możliwość powstania znacznej lokalnej redystrybucji sił. Strona 49

50 Podsumowanie Wnioski 2. Zastosowanie cztery razy większego pola przekroju dodatkowego dolnego zbrojenia wieńcowego pozwoliło uzyskać 40 procentowy przyrost nośności. Strona 50

51 Podsumowanie Wnioski 3. Uplastycznienie stali rozpoczęło się odpowiednio przy obciążeniu 8,2 kn/m 2 (Model 1) i 9,63 kn/m 2 (Model 2), co stanowiło odpowiednio 136% oraz 160% obciążenia charakterystycznego, na które projektowane były modele. Strona 51

52 Podsumowanie Wnioski 4. W momencie zniszczenia uzyskano następujące obciążenia: 18,7 kn/m 2 (Model 1) i 26,2 kn/m 2 (Model 2), co stanowiło odpowiednio 3,1 oraz 4,4 razy większą wartość obciążenia charakterystycznego niż wartość na którą projektowane były modele. Strona 52

53 Podsumowanie Wnioski 5. Uzyskanie przewyższenia nośności w stanie awaryjnym nad ekstremalnym obliczeniowym obciążeniem było możliwe dzięki zastosowaniu stali zbrojeniowej EPSTAL, która charakteryzuje się bardzo dużą ciągliwością. Stąd płynie wniosek o konieczności stosowania stali o bardzo dużej ciągliwości we wszystkich konstrukcjach, w których chcemy ograniczyć rozwój katastrofy postępującej. Strona 53

54 Publikacje CPJS Strona 54

55 Strona internetowa Strona 55

56 Dziękuję za uwagę