EPSTAL stal zbrojeniowa o wysokiej ciągliwości mgr inż. Magdalena Piotrowska Centrum Promocji Jakości Stali www.cpjs.pl
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
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
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
Definicja ciągliwości Ciągliwość stali To jej zdolność do uzyskiwania dużych odkształceń przy bardzo niewielkim wzroście naprężeń po przekroczeniu granicy plastyczności. Strona 5
Badanie porównawcze ABC Strona 6
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
Parametry ciągliwości Strona 8
Wykres σ-ε (naprężenie-odkształcenie) Wykres dla stali o wysokiej ciągliwości (klasa C) 800 s [MPa] 700 600 500 400 300 200 100 0 0,0 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
Wykres σ-ε (naprężenie-odkształcenie) Wykres dla stali o niskiej ciągliwości (klasa A) 800 s [MPa] 700 600 500 400 300 200 100 0 0,0 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
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 400 600 [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
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 410 550 A-IIIN RB500W spajalna 500 550 Strona 12
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! 410 550 A-IIIN RB500W spajalna 500 550 B500SP spajalna 500 575 Strona 13
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
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
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: 2 000 000 Strona 16
Identyfikowalność stali EPSTAL Poprzez napis EPSTAL Nawalcowany na każdym pręcie Poprzez pogrubienie żeber Wg PN-EN 10080 Strona 17
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
Ustroje płytowo-słupowe a obciążenia wyjątkowe 1 USA, 2001 4 USA, 1995 http://failures.wikispaces.com/concrete+system+collapses +%26+Failures+During+Construction 2 3 http://failures.wikispaces.com/concrete+system+collapses+%26 +Failures+During+Construction USA, 1973 Iran, 2008 http://tehranshake.wordpress.com/2008/09/11/letters-todoktor-mohandess-god/ https://www.google.pl/search?q=alfred+p.+murrah+federal+bu lding+bombing&newwindow=1&tbm=isch&tbo=u&source=univ &sa=x&ei=wrmlupnektl5yao20yhadq&ved=0cegqsaq&biw= 1920&bih=973 Strona 19
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
Katastrofa postępująca Strona 21
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
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
Usunięcie podpory Pole badawcze nr 2 Model 2 Pole badawcze nr 1 Model 1 Strona 24
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
System obciążania A obciążenie grawitacyjne P1 Strona 26
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
System obciążania B obciążenie hydrauliczne P2 Strona 28
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. 1800 kg = 50,4 T Strona 29
System obciążania C obciążenie hydrauliczne P3 Strona 30
System obciążania D obciążenie hydrauliczne P4 składało się z jednego siłownika długiego wysuwu, usytuowanego w punkcie planowanej utraty podparcia. Zastosowana wartość obciążenia: 1 szt. 4000 kg = 4,0 T D Obciążenie hydrauliczne Strona 31
System obciążania Strona 32
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) 8 191,852 526,8 604,4 14,91 C (EPSTAL) 10 199,138 561,1 625,8 13,8 C (EPSTAL) 16 199,138 601,2 714,2 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 35/45 35948 51,3 79,6 3,98 C 35/45 34114 43,5 69,8 3,82 Strona 33
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
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
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
Przebieg badań Badanie zasadnicze Strona 37
Przebieg badań Usuwanie podpory Strona 38
Przebieg badań Opuszczanie punktu podparcia Strona 39
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
Zniszczenie modeli Strona 41
Zniszczenie modeli Strona 42
Zniszczenie modeli Strona 43
Zniszczenie modeli Zniszczenie przez przebicie Strona 44
Zniszczenie modeli Zniszczenie przez przebicie Strona 45
Zniszczenie modeli Strona 46
Strona 47
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
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
Podsumowanie Wnioski 2. Zastosowanie cztery razy większego pola przekroju dodatkowego dolnego zbrojenia wieńcowego pozwoliło uzyskać 40 procentowy przyrost nośności. Strona 50
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
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
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
Publikacje CPJS Strona 54
Strona internetowa www.cpjs.pl Strona 55
Dziękuję za uwagę www.cpjs.pl biuro@cpjs.pl