EPSTAL stal zbrojeniowa o wysokiej ciągliwości. Badanie ustroju płytowosłupowego w sytuacji wystąpienia katastrofy postępującej. mgr inż. Hanna Popko Centrum Promocji Jakości Stali
Certyfikat EPSTAL EPSTALto znak jakości nadawany w drodze dobrowolnej certyfikacji na stal zbrojeniową w gatunku B500SP o wysokiej ciągliwości. 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 klasac wg Eurokodu2 wysoka WYTRZYMAŁOŚĆ klasa AIIIN wg PN-B-03264:2002 Strona 4
Zalety stali EPSTAL - odporność na obciążenia statyczne i dynamiczne Badanie cykliczne Naprzemienne ściskanie i rozciąganie próbki Częstotliwość: 0,5 3,0 Hz Minimalna liczba cykli obciążeń: 3 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: 2000000 Strona 5
Zalety stali EPSTAL - gwarancja stabilności procesu produkcji Na stronie www.cpjs.pldostępne są wyniki badań dla trzech parametrów: -granicy plastyczności (f yk ), -wytrzymałości na rozciąganie (f tk ) oraz -wydłużenia pod maksymalnym obciążeniem (ɛ uk ) Strona 6
Zalety stali EPSTAL -łatwiejsza identyfikacjapoprzez napis nawalcowany na każdym pręcie Strona 7
Zalety stali EPSTAL - pełna spajalność Spełnia warunek C eq 0,50% Dodatkowprzeprowadzono badanie spajalności w Instytucie Spawalnictwa w Gliwicach. Celem badań było wykonanie i zbadanie złączy nakładkowych spawanych elektrodą otuloną i metodą MAG oraz złączy zgrzewanych rezystancyjnie na krzyż. Zakres badań obejmował: próbę statycznego rozciągania, próbę ścinania i próbę odginania. Strona 8
Zalety stali EPSTAL - dobra przyczepność do betonu Spełnia wymagania normowe dotyczące względnego pola powierzchni żeber f R Dodatkowo przeprowadzono badania przyczepności w Instytucie Techniki Budowlanej. Polegały one na wyrywaniu prętów zbrojeniowych z kostek betonowych (tzw. badania pull-out). Przebadano przyczepność na odcinkach: - z samym użebrowaniem -z napisem EPSTAL Strona 9
Zalety stali EPSTAL - łatwa dostępność Stal EPSTAL jest produkowana przez wszystkich polskich producentów stali zbrojeniowej: Celsa Huta Ostrowiec Sp. z o.o. CMCPolandSp.zo.o. ArcelorMittal Warszawa Sp. z o.o. Strona 10
Własności wytrzymałościowo-odkształceniowe 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 granicyplastyczności (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 11
Badanie porównawcze ABC Strona 12
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 13
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 14
Katastrofa postępująca Strona 15
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 16
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 17
Usunięcie podpory Pole badawcze nr 2 Model 2 Pole badawcze nr 1 Model 1 Strona 18
System obciążania A Obciążenie grawitacyjne B, C, D Obciążenie hydrauliczne Strona 19
System obciążania A obciążenie grawitacyjne P1 A Obciążenie grawitacyjne zrealizowane w postaci obciążników betonowych owartości 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 20
System obciążania A obciążenie grawitacyjne P1 Strona 21
System obciążania B, C, D obciążenie hydrauliczne P2, P3, P4 B, C, D Obciążenie hydrauliczne składało się z zestawu 40 siłowników hydraulicznych oraz jednego siłownika długiego wysuwu, usytuowanego w punkcie planowanej utraty podparcia. Przybliżona wartość obciążenia równomiernie rozłożonego to 61,0 kn/m 2. Strona 22
System obciążania obciążenie hydrauliczne Strona 23
System obciążania Strona 24
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 25
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: 8i 10 mm długość prętów zbrojenia głównego nad podporami wewnętrznymi: 2,0 m długość prętów zbrojenia głównego nad skrajnymi i narożnymi : 1,13 m Strona 26
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 27
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 28
Przebieg badań Badanie zasadnicze Strona 29
Przebieg badań Usuwanie podpory Strona 30
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 31
Wyniki badania Pomiar przemieszczeń Strona 32
Zniszczenie modeli Strona 33
Zniszczenie modeli Strona 34
Zniszczenie modeli Strona 35
Zniszczenie modeli Zniszczenie przez przebicie Strona 36
Zniszczenie modeli Zniszczenie przez przebicie Strona 37
Zniszczenie modeli Strona 38
Strona 39
Podsumowanie Wnioski Otrzymany obraz zarysowań oraz widoczna ich rozwartość wskazują na znaczne uplastycznienie zbrojenia i wpływ parametru ciągliwości stali na możliwość powstania znacznej lokalnej redystrybucji sił. Zastosowanie cztery razy większego pola przekroju dodatkowego dolnego zbrojenia wieńcowego pozwoliło uzyskać 40 procentowy przyrost nośności. Pod obciążeniami, przy których nastąpiło zniszczenie modeli ugięcia ekstremalne modeli wyniosły: dla Modelu 1 401 mm, co stanowiło 1/15 sześciometrowej rozpiętości między podporami; dla Modelu 2 452 mm, co stanowiło 1/14 rozpiętości między podporami. 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 40
Podsumowanie Wnioski W momencie zniszczenia uzyskano następujące obciążenia: 18,7 kn/m 2 (Model 1) i 26,2 kn/m 2 (Model2), costanowiło odpowiednio3,1oraz4,4razy większąwartośćobciążenia charakterystycznego niż wartość na którą projektowane były modele. 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 41
Publikacje CPJS NOWOŚĆ Strona 42
Strona internetowa www.cpjs.pl Strona 43
Dziękuję za uwagę biuro@cpjs.pl www.cpjs.pl Strona 44