e mail: podanych w normach Eurokod 2, ACI 318 i Model Code 2010.

Podobne dokumenty
Praktyczne aspekty wymiarowania belek żelbetowych podwójnie zbrojonych w świetle PN-EN

Wpływ wytrzymało ci betonu na no no na cinanie elementów elbetowych bez zbrojenia poprzecznego

PaleZbrojenie 5.0. Instrukcja użytkowania

Zakład Konstrukcji Żelbetowych SŁAWOMIR GUT. Nr albumu: Kierunek studiów: Budownictwo Studia I stopnia stacjonarne

Ćwiczenie nr 2. obliczeniowa wytrzymałość betonu na ściskanie = (3.15)

Opracowanie: Emilia Inczewska 1

OBLICZENIE ZARYSOWANIA

Informacje ogólne. Rys. 1. Rozkłady odkształceń, które mogą powstać w stanie granicznym nośności

SAS 670/800. Zbrojenie wysokiej wytrzymałości

ZAJĘCIA 3 DOBÓR SCHEMATU STATYCZNEGO PŁYTY STROPU OBLICZENIA STATYCZNE PŁYTY

ZŁOŻONE KONSTRUKCJE BETONOWE I DŹWIGAR KABLOBETONOWY

700 [kg/m 3 ] * 0,012 [m] = 8,4. Suma (g): 0,138 Ze względu na ciężar wykończenia obciążenie stałe powiększono o 1%:

1. Projekt techniczny Podciągu

Badania zespolonych słupów stalowo-betonowych poddanych długotrwałym obciążeniom

Projekt belki zespolonej

1. Projekt techniczny żebra

Ryc. 1. Powierzchnia rozdziału i docisku

POZ BRUK Sp. z o.o. S.K.A Rokietnica, Sobota, ul. Poznańska 43 INFORMATOR OBLICZENIOWY

- 1 - OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE - ŻELBET

Dotyczy PN-EN :2008 Eurokod 2 Projektowanie konstrukcji z betonu Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków

10.1 Płyta wspornikowa schodów górnych wspornikowych w płaszczyźnie prostopadłej.

WYTRZYMAŁOŚĆ RÓWNOWAŻNA FIBROBETONU NA ZGINANIE

Zestawić siły wewnętrzne kombinacji SGN dla wszystkich kombinacji w tabeli:

Zestaw pytań z konstrukcji i mechaniki

7.0. Fundament pod słupami od stropu nad piwnicą. Rzut fundamentu. Wymiary:

Szerokość rys ukośnych w belkach żelbetowych w świetle wyników badań

10.0. Schody górne, wspornikowe.

9.0. Wspornik podtrzymujący schody górne płytowe

ZAJĘCIA 4 WYMIAROWANIE RYGLA MIĘDZYKONDYGNACYJNEGO I STROPODACHU W SGN I SGU

Przykłady obliczeń belek i słupów złożonych z zastosowaniem łączników mechanicznych wg PN-EN-1995

dr inż. Leszek Stachecki

Spis treści. 2. Zasady i algorytmy umieszczone w książce a normy PN-EN i PN-B 5

Pręt nr 1 - Element żelbetowy wg. PN-B-03264

Sprawdzenie nosności słupa w schematach A1 i A2 - uwzględnienie oddziaływania pasa dolnego dźwigara kratowego.

Zadanie 1 Zadanie 2 tylko Zadanie 3

Badanie wpływu plastyczności zbrojenia na zachowanie się dwuprzęsłowej belki żelbetowej. Opracowanie: Centrum Promocji Jakości Stali

SPRAWOZDANIE Z BADAŃ

ANALIZA MES STREFY DOCISKU ELEMENTÓW BETONOWYCH. Piotr Sokal

KONSTRUKCJE DREWNIANE I MUROWE

Ć w i c z e n i e K 4

Pręt nr 0 - Płyta żelbetowa jednokierunkowo zbrojona wg PN-EN :2004

Ścinanie betonu wg PN-EN (EC2)

Rys. 32. Widok perspektywiczny budynku z pokazaniem rozmieszczenia kratownic

BADANIA EKSPERYMENTALNE WZMACNIANIA BARDZO KRÓTKICH WSPORNIKÓW ŻELBETOWYCH

Pręt nr 1 - Element żelbetowy wg. EN :2004

Opracowanie: Emilia Inczewska 1

PROJEKT STOPY FUNDAMENTOWEJ

Stropy TERIVA - Projektowanie i wykonywanie

Analiza stanu przemieszczenia oraz wymiarowanie grupy pali

Obliczanie konstrukcji żelbetowych według Eurokodu 2 : zasady ogólne i zasady dotyczące budynków / Michał Knauff. wyd. 2. zm., 1 dodr.

Rys. 29. Schemat obliczeniowy płyty biegowej i spoczników

Zarysowanie ścian zbiorników żelbetowych : teoria i projektowanie / Mariusz Zych. Kraków, Spis treści

Rzut z góry na strop 1

e = 1/3xH = 1,96/3 = 0,65 m Dla B20 i stali St0S h = 15 cm h 0 = 12 cm 958 1,00 0,12 F a = 0,0029x100x12 = 3,48 cm 2

Załącznik nr 3. Obliczenia konstrukcyjne

Projekt z konstrukcji żelbetowych.

Poz.1.Dach stalowy Poz.1.1.Rura stalowa wspornikowa

KONSTRUKCJE BETONOWE PROJEKT ŻELBETOWEJ HALI SŁUPOWO-RYGLOWEJ

Zbrojenie konstrukcyjne strzemionami dwuciętymi 6 co 400 mm na całej długości przęsła

Nośność belek z uwzględnieniem niestateczności ich środników

Wyniki wymiarowania elementu żelbetowego wg PN-B-03264:2002

ANALIZA PORÓWNAWCZA NOŚNOŚCI POŁĄCZENIA ŚCINANEGO ZESPOLONEJ BELKI STALOWO-BETONOWEJ DLA DWÓCH WYBRANYCH TYPÓW ŁĄCZNIKÓW

WPŁYW SPOSOBU PODPARCIA SPRĘŻONYCH PŁYT KANAŁOWYCH Z WYPEŁNIONYMI KANAŁAMI NA ICH NOŚNOŚĆ NA ŚCINANIE

DANE OGÓLNE PROJEKTU

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2014/15

NUMERYCZNA I DOŚWIADCZALNA ANALIZA ZGINANYCH, SKRĘCANYCH I ŚCINANYCH BELEK ŻELBETOWYCH

ANALIZA BELKI DREWNIANEJ W POŻARZE

Przykłady obliczeń jednolitych elementów drewnianych wg PN-B-03150

OBLICZENIOWA OCENA NOŚNOŚCI ELEMENTÓW KONSTRUKCJI ZESPOLONYCH STALOWO-BETONOWYCH W WARUNKACH OBCIĄŻEŃ POŻAROWYCH W UJĘCIU PN - EN :2008


Pręt nr 4 - Element żelbetowy wg PN-EN :2004

Pręt nr 0 - Element żelbetowy wg PN-EN :2004

1. Wprowadzenie. Izabela Skrzypczak 1, Lidia Buda-Ożóg 2. wykonywanych elementów lub konstrukcji z betonu. betonu

WSPÓŁCZYNNIK NIEPEWNOŚCI MODELU OBLICZENIOWEGO NOŚNOŚCI KONSTRUKCJI - PROPOZYCJA WYZNACZANIA

1. Połączenia spawane

UGIĘCIE ZGINANYCH ELEMENTÓW ŻELBETOWYCH Z KRUSZYWOWYCH BETONÓW LEKKICH

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Systemy trzpieni Schöck.

BADANIA WPŁYWU PODATNOŚCI PODPÓR NA NOŚNOŚĆ SPRĘŻONYCH PŁYT KANAŁOWYCH

Zasady wykonywania obliczeń statycznych wersja 0.11

Obliczanie połączenia prefabrykatów żelbetowych z nadbetonem konstrukcyjnym przegląd wytycznych normowych

Sprawdzenie stanów granicznych użytkowalności.

OBLICZENIOWE PORÓWNANIE SYSTEMÓW STROPOWYCH MUROTHERM I TERIVA NA PRZYKŁADZIE STROPU W BUDYNKU MIESZKALNYM O ROZPIĘTOŚCI 7,20 M

ANALIZA TECHNICZNO-EKONOMICZNA POŁĄCZEŃ NIEROZŁĄCZNYCH

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z PRZEDMIOTU: KONSTRUKCJE BUDOWLANE klasa III Podstawa opracowania: PROGRAM NAUCZANIA DLA ZAWODU TECHNIK BUDOWNICTWA

Schöck Isokorb typu K-Eck

Obliczenia ściany oporowej Dane wejściowe

Węzeł nr 28 - Połączenie zakładkowe dwóch belek

dr inż. Leszek Stachecki

Raport wymiarowania stali do programu Rama3D/2D:

równoramiennemu procedura szczegółowa.

WYZNACZANIE WYTRZYMAŁOŚCI BETONU NA ROZCIĄGANIE W PRÓBIE ZGINANIA

1. Dane : DANE OGÓLNE PROJEKTU. Poziom odniesienia: 0,00 m.

TADEUSZ STANISŁAW URBAN PRZEBICIE W ŻELBECIE

WYMIAROWANIE NA ŚCINANIE ZGINANYCH ELEMENTÓW STRUNOBETONOWYCH W UJĘCIU NORM: PN-EN :2008 I PN-B-03264:2002

Raport z badań betonu zbrojonego włóknami pochodzącymi z recyklingu opon

Kotwy chemiczne - pręty gwintowane

τ R2 := 0.32MPa τ b1_max := 3.75MPa E b1 := 30.0GPa τ b2_max := 4.43MPa E b2 := 34.6GPa

Zasady projektowania systemów stropów zespolonych z niezabezpieczonymi ogniochronnie drugorzędnymi belkami stalowymi. 14 czerwca 2011 r.

ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z PRZEDMIOTU KONSTRUKCJE BETONOWE - OBIEKTY PROJEKT SŁUPA W ŻELBETOWEJ HALI PREFABRYKOWANEJ. Politechnika Wrocławska

Transkrypt:

Budownictwo i Architektura 13(3) (2014) 151-158 Wpływ zbrojenia podłużnego na nośność na ścinanie elementów żelbetowych bez zbrojenia poprzecznego Katedra Konstrukcji Budowlanych, Wydział Budownictwa i Architektury, Politechnika Lubelska, e mail: m.slowik@pollub.pl Streszczenie: W pracy przestawiono analizę wpływu zbrojenia podłużnego na nośność na ścinanie zginanych elementów żelbetowych bez zbrojenia poprzecznego. Analizę przeprowadzono na podstawie badań własnych autorki oraz na podstawie wyników badań dostępnych w literaturze. Stwierdzono, że zastosowane zbrojenie ma wpływ na nośność analizowanych belek i jest szczególnie istotne w elementach o wskaźniku ścinania a/d < 2,5. Wyniki badań posłużyły również do wstępnej weryfikacji normowych procedur obliczeniowych dotyczących nośności na ścinanie elementów bez zbrojenia poprzecznego, podanych w normach Eurokod 2, ACI 318 i Model Code 2010. Słowa kluczowe: konstrukcje betonowe, nośność na ścinanie, zbrojenie podłużne. 1. Wprowadzenie Zagadnienie szacowania nośności na ścinanie belek jest jednym z bardziej skomplikowanych zagadnień w teorii żelbetu. Wynika to ze złożoności mechanizmu pracy w strefach przypodporowych belek w obszarze jednoczesnego działania momentu zginającego i siły poprzecznej. Badania doświadczalne rozpoczęte na szeroką skalę w połowie XX wieku są nadal kontynuowane, co wskazuje, że problem bezpiecznego a zarazem ekonomicznego wymiarowania na ścinanie nie został w sposób satysfakcjonujący rozwiązany i jest wciąż aktualny. Obszerna baza wyników doświadczalnych, jak również nowe prace teoretyczne skutkują coraz bardziej wnikliwym opisem mechanizmów zniszczenia elementów żelbetowych oraz powstawaniem nowych metod obliczeniowych służących do szacowania ich nośności. Również normowe zasady wymiarowania elementów żelbetowych podlegają ewoluacji. Znaczące zmiany można zaobserwować w przypadku wymiarowania elementów zginanych na siły poprzeczne. Rozwój metod obliczania belek ze względu na ścinanie był szeroko referowany w literaturze technicznej zarówno zagranicznej jak i krajowej. Metoda wymiarowania na ścinanie oparta na teorii Boriszańskiego została opisana między innym przez K. Dąbrowskiego [1]. W obecnie obowiązujących w Polsce przepisach normowych [2] podobnie jak w normie Eurocode 2 [3], wymiarowanie na ścinanie przeprowadza się na podstawie metody kratownicowej. Szczegółową i wnikliwą prezentację rozwoju metod opartych na modelu kratownicowym Mőrscha przedstawiał T. Godycki-Ćwirko np. w pracach [4 6]. Natomiast w nowej wersji zaleceń fib Model Code 2010 [7] metoda kratownicowa została zastąpiona nową procedurą obliczeniową, opracowaną na podstawie zmodyfikowanej teorii pola naprężeń ściskających Modified Compression Field Theory (MCFT). Teoria MCFT została zaprezentowana przez Vecchio i Collinsa [8, 9] i była rozwijana, np. przez E. C. Bentza [10] i V. Sigrista [11]. Opis metody wymiarowania na ścinanie, która została wprowadzona w zaleceniach Model Code 2010 można znaleźć w biuletynie fib 57 [12] oraz w najnowszych publikacjach np. [13].

152 Jednym z zagadnień związanych z wymiarowaniem na ścinanie jest wyznaczanie granicznej nośności elementów bez zbrojenia poprzecznego. Wyniki badań wskazują, że na charakter zniszczenia i nośność tego typu elementów ma wpływ wiele czynników. Wśród nich w pierwszej kolejności wymienić należy wskaźnik ścinania, wytrzymałość betonu, stopień zbrojenia podłużnego oraz wymiary elementu. W niniejszej pracy przedstawiono analizę wpływu zbrojenia podłużnego na nośność na ścinanie elementów bez zbrojenia poprzecznego. Analizie poddano wyniki badań własnych oraz wybrane wyniki badań dostępne w literaturze [14, 15]. Przeprowadzona analiza dotyczyła zarówno typowych belek o wskaźniku ścinania a/d ³ 2,5, jak i belek krótkich o a/d < 2,5. Przedmiotem zainteresowania w przeprowadzonej analizie był wpływ zbrojenia podłużnego na wielkość siły niszczącej. Wyniki badań posłużyły następnie do weryfikacji przepisów normowych, które przedstawiono w p. 2. 2. Wyznaczanie nośności na ścinanie według wybranych norm Obliczeniowe wyznaczanie nośności na ścinanie elementów zginanych bez zbrojenia poprzecznego zalecane w różnych normach różni się co do procedur, jak i modeli, na podstawie których te procedury zostały wyprowadzone. Poniżej w tabeli przedstawiono zasady określania nośności podane w normach Eurokod 2 [2], ACI 318 [16] i Model Code 2010 [7]. W zestawionych wzorach zastosowano ujednolicone symbole oraz sprowadzono ich formę do postaci umożliwiającej wykonanie obliczeń przy użyciu jednostek układu SI. Tabela 1. Normowe zasady wyznaczania nośności na ścinanie zginanych elementów bez zbrojenia poprzecznego Lp. Nośność na ścinanie V Norma Rd,c w N Dodatkowe wymagania 1 Eurokod 2 [2] 2 ACI 318 [16] 3 Model Code 2010 [7] é 1 ù VRd, c = êcrd, ck( 100 r l fck ) + k1s cpúbwd ë 3 (1) û ( k s ) b d VRd, c ³ n min + 1 cp 3 200 k = 1+ ; 1 n 2 2 min = 0, 035k fck ; s d w NEd cp = Ac æ VEdd VRd c fck l bwd M ö, = ç 0,16 + 17r (2) è Ed ø V Rd, c 0, 29 VRd c = kn f ck b d w fck zbw c, (3) g 0,4 1300 kn = ; ( 1+ 1500e x ) ( 1000+ 0, 7kdg z) M Ed / z + VEd + 0,5N Ed - Ap f po x = 2( Es As + E p Ap ) e ; k 48 dg = 16 + dg Oznaczenia zastosowane w Tab. 1: f - wytrzymałość charakterystyczna betonu na ściskanie w MPa, b ck w - szerokość przekroju w mm, d - wysokość użyteczna przekroju w mm, r - stopień zbrojenia podłużnego, l r <0,02; k 2 l s cp 0,2 f cd CRd, c = 0,18/ k 1 = 0,15 VEdd M Ed f ck f ck g 1,0 c 8,3 MPa z = 0, 9d 8 MPa k dg ³ 1,15 q = 29 + 7000e x

Konstrukcje Betonowe Wpływ zbrojenia podłużnego na nośność... 153 V Ed - siła poprzeczna w rozpatrywanym przekroju w N, M Ed - moment zginający w rozpatrywanym przekroju w Nmm, N Ed - siła podłużna w rozpatrywanym przekroju w N, g c - współczynnik materiałowy dla betonu, d g - maksymalna średnica kruszywa w mm, z - ramię sił wewnętrznych w mm, E s - moduł sprężystości zbrojenia podłużnego w N/mm 2, A s - pole przekroju zbrojenia podłużnego w mm 2, E p - moduł sprężystości zbrojenia sprężającego w N/mm 2, A p - pole przekroju zbrojenia sprężającego w mm 2, A c - pole przekroju elementu w mm 2. W normie amerykańskiej [16] podano dwa wzory do obliczania nośności elementów bez zbrojenia poprzecznego: podstawowy i rozszerzony. Zamieszczony w Tab. 1 wzór (2) jest wzorem rozszerzonym, ujmującym wpływ stopnia zbrojenia podłużnego na wielkość V Rd,c. Siła przenoszona przez beton wyrażona w Tab. 1 wzorem (3) została opisana w przypadku III-go poziomu aproksymacji obliczeń, który jest zalecany w Model Code 2010 [7] do projektowania elementów w złożonym stanie obciążenia. 3. Badania doświadczalne Większość badań doświadczalnych przeprowadzonych na betonowych belkach zbrojonych podłużnie bez zbrojenia poprzecznego, których wyniki można znaleźć w literaturze, dotyczy oceny wpływu wskaźnika ścinania i skali elementu na charakter zniszczenia i nośność badanych belek a relatywnie mniej miejsca zajmuje analiza wpływu zbrojenia podłużnego na wielkość sił niszczących. W celu oceny wpływu zbrojenia podłużnego na nośność na ścinanie elementów bez zbrojenia poprzecznego przeanalizowano wyniki badań własnych oraz wyniki badań G. N. J. Kaniego [14] i A. H. Shuaiba, D. M. Lue [15]. 3.1. Badania własne Badania własne były przeprowadzone na belkach o stałym przekroju poprzecznym b w h = 120 250 mm, wykonanych z betonu o wytrzymałości na ściskanie 35,0 MPa. W belkach różnicowany był stopień zbrojenia podłużnego r = 0,86; 1,3; 1,8 % i badania były przeprowadzone przy różnym wskaźniku ścinania a/d od 1,8 do 4,1. Jako zbrojenie podłużne zastosowano pręty żebrowane o średnicy 12 i 18 mm ze stali o granicy plastyczności f y = 548 MPa i 453 MPa. Poprzeczne siły niszczące uzyskane w badaniach przy różnym wskaźniku ścinania przedstawiono na rys. 1 w zależności od stopnia zbrojenia podłużnego. Można zauważyć, że zastosowany przekrój zbrojenia miał wpływ na nośność belek i był wyraźnie bardziej istotny w przypadku elementów o a/d < 2,5, charakteryzujących się najwyższym stopniem zbrojenia podłużnego r = 1,8 %. To spostrzeżenie jest zgodne z wynikami badań, które zostały zacytowane w raporcie ASCE-ACI Committee 426 [17]. Na ich podstawie stwierdzono, że zmniejszenie stopnia zbrojenia podłużnego poniżej 1,5 % skutkuje znaczącym spadkiem nośności na ścinanie w elementach żelbetowych bez zbrojenia poprzecznego.

154 100 75 50 25 V ult [kn] a/d=1,8 a/d=2,3 a/d=2,5 a/d=2,7 a/d=3,4 a/d=4,1 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 r [%] Rys. 1. Nośność belek na ścinanie w zależności od stopnia zbrojenia uzyskana w badaniach własnych 3.2. Badania Kaniego [14] W badaniach, które przeprowadził Kani przyjęty był stały przekrój belek b w h = 152 305 mm. Badaniami objęto elementy wykonane z betonu o wytrzymałości f c,f15/30 = 26,7 MPa, obciążone dwiema siłami skupionymi przy a/d = 1,0 do 6,0. Belki były zbrojone prętami o granicy plastyczności f y = 352 MPa i zastosowano 4 stopnie zbrojenia podłużnego: r = 0,5; 0,8; 1,88; 2,8 %. Uzyskane w wyniku badań niszczące siły poprzeczne zestawiono na rys 2. Analizując zależność V ult od stopnia zbrojenia podłużnego uzyskaną na podstawie wyników badań Kani (rys.2) można zaobserwować proporcjonalny wzrost nośności na ścinanie belek wraz ze wzrostem stopnia zbrojenia podłużnego. Wpływ stopnia zbrojenia na nośność belek jest szczególnie widoczny w elementach badawczych o małym wskaźniku ścinania a/d = 1,5 i 2,0, w których zwiększenie stopnia zbrojenia podłużnego z 0,5 % do 1,88 % spowodowało ponad dwukrotny wzrost nośności na ścinanie. Natomiast we wszystkich belkach o wskaźniku ścinania a/d ³ 2,5 ten wzrost przebiega podobnie i nie jest już tak znaczący. 175 150 125 100 75 50 V ult [kn] a/d=1,5 a/d=2,0 a/d=2,5 a/d=3,0 a/d=3,5 a/d=4,0 a/d=6,0 25 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 r [%] Rys. 2. Wykres zależności nośności belek na ścinanie od stopnia zbrojenia podłużnego sporządzony na podstawie wyników badań Kaniego

Konstrukcje Betonowe Wpływ zbrojenia podłużnego na nośność... 155 3.3. Badania przeprowadzone przez Shuaiba i Lue [15] Badania zostały przeprowadzona na belkach wykonanych z betonu o wysokiej wytrzymałości. Średnia wytrzymałość betonu na ściskanie wyniosła 64 MPa. Badane belki miały przekrój prostokątny o wymiarach b w h = 127 254 mm. Podczas badań belki były obciążane dwiema siłami skupionymi przy a/d = 1,0 do 4,0. Belki były zbrojone prętami o granicy plastyczności f y = 414 MPa. Stopień zbrojenia podłużnego zmieniał się w szerokich granicach, od niskiego: r = 0,35; 0,47; 0,53 %; poprzez typowy r = 1,77; 2,25; 3,26; 3,93 % aż do bardzo wysokiego r = 5,04; 6,64 %. Uzyskane w wyniku badań niszczące siły poprzeczne zestawiono na rys 3. Analizując zależność siły niszczącej od stopnia zbrojenia można zauważyć, że ze wzrostem zastosowanego zbrojenia siły niszczące mają tendencję do wzrostu, szczególnie w belkach badanych przy niskim wskaźniku ścinania. W badanych belkach wykonanych z betonu o wysokiej wytrzymałości uzyskano jednak większe rozrzuty wyników i wpływ zbrojenia na nośność nie był tak harmonijny jak uzyskiwany w przypadku belek wykonanych z typowych betonów konstrukcyjnych. 400 350 300 250 200 150 100 V ult [kn] a/d=1 a/d=2 a/d=2,3 a/d=2,7 a/d=3 a/d=4 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 r [%] Rys. 3. Wykres zależności nośności belek na ścinanie od stopnia zbrojenia podłużnego sporządzony na podstawie wyników badań Shuaiba i Lue 3.4. Wnioski z badań W przypadku belek żelbetowych bez zbrojenia poprzecznego do zniszczenia elementu najczęściej dochodzi w strefie przypodporowej ze względu na jednoczesne działanie momentu zginającego i siły poprzecznej. Charakter zniszczenia w dużej mierze zależy od wskaźnika ścinania i wymiarów elementu. Dodatkowym parametrem mogącym mieć wpływ na nośność tego typu elementów jest zbrojenie podłużne. Przykładowe wyniki badań zaprezentowane powyżej wyraźnie to obrazują pokazując jednocześnie, że inny jest udział zbrojenia podłużnego w przenoszeniu siły poprzecznej w belkach o wysokiej smukłości ścinania a inny w elementach o wskaźniku ścinania a/d < 2,5. W typowych belkach o wysokiej smukłości ścinania, gdy a/d ³ 2,5 zauważalny jest stosunkowo nieznaczny wzrost nośności na ścinanie wraz ze zwiększeniem stopnia zbrojenia podłużnego. W przypadku tych elementów często obserwowane jest kruche

156 zniszczenie w wyniku pojawienia się rysy ukośnej i w związku z tym na wielkość sił niszczących znaczący wpływ ma wytrzymałość betonu. Zagadnienie to było przedstawione na konferencji w Krynicy w 2013 roku (Słowik [18]). Natomiast w elementach o a/d < 2,5 dochodzi do powolnego rozwoju rys ukośnych i wzrostu siły niszczącej znacznie powyżej siły powodującej zarysowanie ukośne. Taki charakter zniszczenia powoduje, że zastosowane zbrojenie podłużne w większym stopniu wpływa na nośność na ścinanie niż w belkach o wysokim wskaźniku ścinania. 4. Analiza porównawcza wyników badań z nośnością wyznaczoną na podstawie wybranych norm Pomimo wielu podobieństw między programem badań własnych a wybranymi badaniami zaprezentowanymi w punkcie 3.2 i 3.3, nie wszystkie parametry badań udało się zachować na tym samym poziomie. Elementy badawcze różnią się głównie wytrzymałością betonu oraz nieznaczne wymiarami przekroju. Biorąc pod uwagę, że parametry te mogą mieć wpływ na uzyskane siły niszczące stwierdzono, że wyniki badań własnych i wyniki uzyskane w badaniach Kaniego oraz Shuaiba i Lue nie mogą być porównywane bezpośrednio. W celu ich porównania, na podstawie otrzymanych sił niszczących wyznaczono względne naprężenia ścinające przy zniszczeniu V ult /(b w d f ck ). Dodatkowo wyniki badań zestawiono w dwóch grupach w zależności od wskaźnika ścinania a/d. W pierwsze grupie umieszczono elementy o a/d < 2,5 (są to belki o a/d = 1,8 i 2,3 z badań własnych, belki o a/d = 2,0 z badań Kani i belki o a/d = 2,0 i 2,3 z badań Shuaiba i Lue), natomiast do drugiej grupy zaliczono belki o a/d ³ 2,5 (są to belki o a/d = 2,7; 3,4 i 4,1 z badań własnych, belki o a/d = 2,5; 3,0; 3,5; 4,0 z badań Kani i belki o a/d = 2,7; 3,0; 4,0 z badań Shuaiba i Lue). Tak przygotowane zbiory wyników badań, obejmujące wyznaczone wartości względnych naprężeń ścinających przy zniszczeniu V ult /(b w d f ck ), zestawiono w zależności od stopnia zbrojenia podłużnego na rys. 4. W celu weryfikacji obliczeniowych metod wyznaczania nośności na ścinanie elementów bez zbrojenia poprzecznego, obowiązujących w normie Eurokod 2, normie amerykańskiej ACI 318 i zaleceniach fib Model Code 2010, na rys. 4 naniesiono również względną nośność na ścinanie wyznaczoną na podstawie wzorów zestawionych w tab. 1. Przy obliczaniu względnej nośności na ścinanie, miarodajny do obliczeń przykrój przyjęto w odległości z = d od podpory, tak jak jest to zalecane w normach. Porównanie wyników badań z obliczeniami możliwe jest tylko w przypadku belek o a/d > 2,5. Elementy o mniejszym wskaźniku ścinania należy wymiarować na podstawie innych procedur. Np. w normie ACI 318 belki o l o < 4h (czyli a/d < 2,2) są określane jako deep beams belki ściany i wymiarowane na podstawie modeli ST (strut and tie). W normie Eurokod 2 element zginany jest traktowany jak belka ściana gdy l o < 3h. Na podstawie przedstawionego na rys. 4 zestawienia wyników badań i obliczeń można wnioskować, że w normowych formułach obliczeniowych służących do określania nośności na ścinanie uwzględniono wpływ stopnia zbrojenia w różny sposób. Najlepsze dopasowanie obliczeń do wyników badań belek o a/d > 2,5 zestawionych w pracy uzyskano w przypadku Eurokodu 2.

Konstrukcje Betonowe Wpływ zbrojenia podłużnego na nośność... 157 względna nośność na ścinanie 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Kani; a/d<2,5 Słowik; a/d<2,5 Shuib a/d<2,5 Kani; a/d>2,5 Słowik; a/d>2,5 Shuib a/d>2,5 EC 2 ACI 318 MC 2010 0,1 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 r [%] Rys. 4. Porównanie wyników badań doświadczalnych 5. Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonej analizy wyników badań doświadczalnych można stwierdzić, iż zbrojenie podłużne jest parametrem, który ma wpływ na nośność na ścinanie żelbetowych elementów bez zbrojenia poprzecznego. Jak istotny jest ten wpływ na wielkość sił niszczących zależy również od wskaźnika ścinania. W belkach o wskaźniku ścinania a/d ³ 2,5, wraz ze wzrostem stopnia zbrojenia podłużnego obserwowany jest równomierny wzrost nośności na ścinanie. Natomiast w belkach o a/d < 2,5 wpływ stopnia zbrojenia jest bardziej widoczny. Jest to spowodowane zmianą charakteru pracy w strefie przypodporowej belek. Przyłożenie obciążenia skupionego w odległości a < 2,5d powoduje przekazywanie części siły poprzecznej bezpośrednio na podporę. Wymiarowanie zaleca się wykonywać wówczas na podstawie modeli ST. Porównując wyniki badań z nośnością na ścinanie elementów bez zbrojenia poprzecznego obliczoną na podstawie wybranych norm stwierdzono, że w przypadku belek o wysokiej smukłości ścinania we wszystkich procedurach uwzględniono wzrost nośności na ścinanie wraz ze wzrostem stopnia zbrojenia podłużnego. Najlepsze dopasowanie analizowanych wyników badań z wartościami obliczonymi na podstawie prezentowanych norm uzyskano w przypadku Eurokodu 2. Przeprowadzona w pracy analiza wskazuje, że problem szacowania nośności zginanych elementów żelbetowych bez zbrojenia poprzecznego wymaga dalszych badań i analiz. Literatura 1 Dąbrowski K. Nośność i rysoodporność strefy przypodporowej belek żelbetowych. Zeszyty Naukowe Politechniki Warszawskiej, Budownictwo, z. 45, Warszawa 1967. 2 PN-EN 1992-1-1 Eurokod 2: Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków. PKN, Warszawa 2008. 3 EN 1992-1-1:2004, Eurocode 2: Design of concrete structures. Part 1: General rules and rules for buildings. European Committee for Standardization, 2004. 4 Godycki-Ćwirko T. Ścinanie w żelbecie. Arkady, Warszawa 1968.

158 5 Godycki-Ćwirko T., Wesołowski M. Graniczna siła poprzeczna przenoszona przez element żelbetowy bez zbrojenia poprzecznego w ujęciu normy europejskiej i polskiej. XLVII Konferencja Naukowa KILiW PAN i KN PZITB, t. II, Konstrukcje betonowe, Opole-Krynica 2001, 67-74. 6 Godycki-Ćwirko T., Wesołowski M. Bezpieczne wymiarowanie ścinania ze zmiennym kątem w kratownicach zastępczych wg norm EC 2003, DIN 2001, PN2002. Przegląd Budowlany, 4/2006, 36-39 7 Model Code 2010, First complete draft, fib Bulletin 56, Vol. 2, 2010. 8 Vecchio F. J., Collins M. P. The Modified Compression Field Theory for Reinforced Concrete Elements Subjected to Shear. Journal of ACI, 83 (2), 1986, 219-231. 9 Vecchio F. J., Collins M. P. Predicting the Response of Reinforced Concrete Beams Subjected to Shear Using the Modified Compression Field Theory. Journal of ACI, 85 (4), 1988, 256-268. 10 Bentz E. C, Vecchio F. J., Collins M. P. The Simplified MCFT for Calculating the Shear Strength of Reinforced Concrete Elements. ACI Structural Journal, 103 (4), 2006, 614-624. 11 Sigrist V. Generalized Stress Field Approach for Analysis of Beams in Shear. ACI Structural Journal, 108 (4), 2011, 479-487. 12 fib Bulletin 57, Shear and punching shear in RC and FRC elements. Technical report, 2010, str. 268 13 Sigrist V. i inni, Background to the fib Model Code 2010 shear provisions- part 1: beams and slabs. Structural Concrete 14, No 3, 2013, 195-203. 14 Kani G. N. J. Basic Facts Concerning Shear Failure. Journal of ACI, June 1966, 675-692. 15 Shuaib A. H., Lue D. M. Flexural-Shear Interaction of Reinforced High-Strength Concrete Beams. ACI Structural Journal, July-August, 1987, 330-341. 16 ACI Committee 318, Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-02) and Commentary (ACI 318R-02), American Concrete Institute, 2002. 17 ASCE-ACI Commeette 426 Report, The Shear Strength of Reinforced Concrete Members. Journal of the Structural Division, Vol. 99, No. ST6, June 1973, 1091-1187. 18 Słowik M. The Influence of Concrete Strength on Shear Capacity of Reinforced Concrete Members without Shear Reinforcement. 59 Konferencja Naukowa KILiW PAN i KN PZITB, materiały konferencyjne, Lublin-Krynica 2013. The influence of longitudinal reinforcement on shear capacity of reinforced concrete members without shear reinforcement Department of Building Structures, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Lublin University of Technology, e mail: m.slowik@pollub.pl Abstract: In the paper, the influence of longitudinal reinforcement on shear capacity of reinforced concrete members without shear reinforcement is discussed. The problem is analyzed on the basis of the author s own test results and tests results reported in the professional literature. It has been concluded that longitudinal reinforcement has an effect on shear capacity especially in members of shear span-to-depth ratio a/d < 2,5. The test results have also been used to verify standard methods of calculating the shear capacity in reinforced concrete members without shear reinforcement given in Eurocode 2, ACI Standard 318 and Model Code 2010. Keywords: concrete structures, shear capacity, longitudinal reinforcement