Odkształcenia wzmocnienia kompozytowego

Na kolejnych trzech rysunkach 4.42 - 4.44 przedstawiono rozkład odkształceń w funkcji obciążenia, odpowiednio dla belek B_P, B_WS i B_P.

Rys. 4.42. Zestawienie odkształceń kompozytu dla belek z zakotwieniem prętowym, B_P

Rys. 4.43. Zestawienie odkształceń kompozytu dla belek z zakotwieniem wachlarzowym, B_WS

154

Rys. 4.44. Zestawienie odkształceń kompozytu dla belek z zakotwieniem paskowym, B_W

Na kolejnych wykresach wyodrębniono tensometry znajdujące się w miejscu przebiegu rysy ukośnej, dla belek z grupy B_P, B_WS i B_W (rys. 4.45 - 4.47).

Rys. 4.45. Odkształcenia kompozytu dla belek B_P

Rys. 4.46. Odkształcenia kompozytu dla belek B_WS

155

Rys. 4.47. Odkształcenia kompozytu dla belek B_W

Linią przerywaną oznaczono moment pojawienia się rysy ukośnej, co spowodowało nagły przyrost odkształceń w strzemionach PBO, znajdujących się na bocznych powierzchniach belek w miejscu przebiegu rysy. Wynika z tego, że strzemiona PBO włączyły się do przenoszenia naprężeń rozciągających w zarysowanym przekroju. Strzemiona znajdujące się bliżej podpory włączały się do współpracy odpowiednio później, w momencie kiedy rysa ukośna rozwijała się w kierunku podpory. Dla belek B_W linią przerywaną zaznaczono pojawienie się rysy pionowej, ponieważ powodowała ona przyrost odkształceń strzemion PBO, a rysa ukośna pojawiała się dopiero w końcowej fazie obciążenia. Maksymalne odkształcenia kompozytu, mierzone w połowie wysokości strzemienia PBO, dla belek z grupy B_P wyniosły 8,27‰, dla belek B_WS 7,85‰ a dla belek B_W 6,34‰. Porównując te wartości do granicznych odkształceń kompozytu PBO-FRCM w testach rozciąganie, która wynosi 1,7%

(tabela 4.9), można przyjąć, że kompozyt został wykorzystany w 50% dla belek B_P, 45% dla belek B_WS i 35% dla belek B_W. Natomiast porównując odkształcenia otrzymane w badaniach do granicznych odkształceń włókien PBO w testach rozciągania, osiągnięto odpowiednio 38%, 37% i 30% odkształcalności suchych włókien PBO.

Z analizy wykresów odkształceń kompozytu wynika, że dla belek B_P i B_WS strzemiona PBO włączają się do współpracy na podobnym poziomie obciążenia. W belkach B_W, w wyniku powstania rysy pionowej, przyrost odkształceń w strzemionach PBO znajdujących się bliżej środka przęsła następuje gwałtowniej, a w strzemionach PBO znajdujących się bliżej podpory przyrost odkształceń następuje pod koniec obciążenia, podczas gdy przez większość część badania nie są rejestrowane zmiany w wartościach odkształceń tych kompozytów. Można także zauważyć, że w belkach B_P i B_WS zarejestrowano większe

156

Rys. 4.48. Zestawienie odkształceń kompozytu dla belek z zakotwieniem prętowym, B_P

Rys. 4.49. Zestawienie odkształceń kompozytu dla belek z zakotwieniem wachlarzowym, B_WS

Rys. 4.50. Zestawienie odkształceń kompozytu dla belek z zakotwieniem paskowym, B_W

157

Na wykresie (rys. 4.51) przedstawiono odkształcenia kompozytu w strefie zakotwienia dla belki B_P2, która osiągnęła najwyższą nośność. Tensometry były przyklejone bezpośrednio pod zakotwieniem po obu stronach belki (tensometry z numerami 24-25 i 34-35 odpowiednio po drugiej stronie belki) zgodnie z kierunkiem głównych włókien strzemion PBO. Linią przerywaną zaznaczono moment powstania rysy wzdłuż zakotwienia, która spowodowała nagły przyrost odkształceń w kompozycie pod zakotwieniem. Moment ten odpowiada wartości nośności belki kontrolnej B_0. Zakotwienie włączało się wtedy w pełni do współpracy, aż do momentu jego odspojenia. Maksymalne odkształcenia kompozytu w miejscu zakotwienia wyniosły 1,00‰ dla belki B_P1, 4,91‰ dla belki B_P2 i 4,65‰ dla belki B_P3.

Rys. 4.51. Odkształcenia kompozytu w miejscu zakotwienia dla belki B_P2

Na wykresie Rys. 4.52 przedstawiono odkształcenia kompozytu w strefie zakotwienia dla belki B_WS2. Tensometry były przyklejone na wachlarzach po obu stronach belki. Linią przerywaną zaznaczono moment pojawienia się rysy wokół zakotwienia, która spowodowała przyrost odkształceń w zakotwieniu. Przyrost odkształceń ma dalej charakter liniowy, aż do końcowego etapu obciążenia belki, kiedy gwałtownie rośnie. Jest to moment, w którym zakotwienia doznawały rotacji w wyniku powstania ukośnej rysy niszczącej. Maksymalne odkształcenia kompozytu w miejscu zakotwienia wyniosły 3,24‰ dla belki B_WS1, 2,98‰

dla belki B_WS2 i 1,58‰ dla belki B_WS3. Duża wartość odkształceń tensometru 23 na rys.

4.49 ma związek z jego zerwaniem, po przejściu przez niego rysy, w związku z czym nie jest miarodajna i brana pod uwagę.

158

Rys. 4.52. Odkształcenia kompozytu w miejscu zakotwienia dla belki B_WS2

Rys. 4.53. Odkształcenia kompozytu w miejscu zakotwienia dla belki B_W1

Na wykresie (rys. 4.53) przedstawiono odkształcenia kompozytu w strefie zakotwienia dla belki B_W1. Tensometry były przyklejone na podłużnym pasku z siatki PBO w połowie jego wysokości, w miejscach gdzie znajdowały się strzemiona PBO. W początkowym stadium obciążenia odkształcenia kompozytu są bardzo niewielkie. Ich nagły wzrost obserwowany jest w momencie powstania rys ukośnych, co nie było dokładnie widoczne w trakcie badania, bo rysy znajdowały się pod kompozytem. Linią przerywaną zaznaczono moment powstania rys

159

ukośnych w półce. Największe odkształcenia zarejestrowano dla tensometru numer 22 znajdującego się najbliżej siły skupionej, następnie dla tensometrów 21 i 24 znajdujących się w połowie odcinka ścinania. Maksymalne odkształcenia kompozytu w miejscu zakotwienia wyniosły 2,77‰ dla belki B_W1, 4,64‰ dla belki B_W2 i 2,78‰ dla belki B_W3.

Porównując wyniki otrzymane ze wszystkich wzmocnionych belek można zauważyć, że maksymalne odkształcenia w zakotwieniach osiągały zbliżone wartości dla różnych sposobów zakotwienia.

Wnioski po I serii badań

Na podstawie I serii badań można sformułować następujące wnioski:

1. Zastosowanie systemu PBO-FRCM zwiększa nośność na ścinanie żelbetowych belek zginanych. W badaniach belek wzmocnionych otrzymano przyrosty nośności rzędu 10-27% w porównaniu z belką niewzmocnioną. W badaniach zastosowano beton o dużej wytrzymałości na ściskanie oraz wewnętrzne stalowe zbrojenie na ścinanie, w związku z czym przyrosty nośności ze względu na dodatkowe wzmocnienie PBO-FRCM są stosunkowo niewielkie. Z przedstawionego podsumowania stanu wiedzy można stwierdzić, że przy braku wewnętrznego zbrojenia na ścinanie lub zastosowaniu betonu o niższej wytrzymałości na ściskanie przyrosty nośności ze względu na obecność wzmocnienia kompozytowego będą większe. Często, nie pokrywa się to jednak ze stanem realnych belek żelbetowych wymagających wzmocnienia, które zazwyczaj posiadają wewnętrzne zbrojenie na ścinanie.

2. Ze względu na charakter pracy wzmocnienia PBO-FRCM, w którym występuje poślizg pomiędzy włóknami a matrycą, ważnym elementem jest odpowiednie zakotwienie kompozytu, które zapobiega przedwczesnemu odspojeniu się siatki PBO od powierzchni betonu.

3. W każdej ze wzmocnionych belek zaobserwowano ten sam mechanizm zniszczenia, który polegał na rozwoju rysy ukośnej w środniku i w półce, powstaniu rysy wzdłuż/wokół zakotwienia, która powodowała jego odspojenie oraz delaminacji zewnętrznych strzemion PBO od powierzchni betonu, w warstwie pomiędzy włóknami a matrycą.

4. Zaproponowany sposób zakotwienia zewnętrznych strzemion PBO nie zapewnia pełnego wykorzystania wytrzymałości siatki PBO na rozciąganie. W żadnej z belek nie doszło do zerwania włókien PBO, a jedynie poślizgu tych włókien w warstwie zaprawy mineralnej.

160

zakotwienia, maksymalne odkształcenia kompozytu wynosiły 3,5‰ [53], co potwierdza efektywność zastosowanych zakotwień.

6. Największy przyrost nośności otrzymano dla belki B_W, która posiadała zakotwienie w postaci podłużnego paska z włókien PBO przyklejonego pod półką na całej długości belki. Jest to związane z wprowadzeniem dodatkowego wzmocnienia podłużnego, które nie występowało w pozostałych typach belek. Dla belek z tym zakotwieniem otrzymano najmniejsze odkształcenia strzemion PBO.

7. Zastosowanie zewnętrznego wzmocnienia PBO-FRCM na ścinanie pozwoliło na redukcję odkształceń wewnętrznego zbrojenia stalowego na ścinanie. Dla tego samego poziomu obciążenia w belce kontrolnej obserwowano większe, niż w belkach wzmocnionych, odkształcenia strzemion. Moment uplastycznienia stalowych strzemion związany był z większym obciążeniem w belkach wzmocnionych, niż w belce bez wzmocnienia. Redukcja odkształceń w stali była największa dla belek z grupy B_W, i co więcej tylko w przypadku tych belek osiągnięto mniejszą wartość końcowych odkształceń zbrojenia stalowego niż w belce kontrolnej. Miało to związek z największą sztywnością osiową kompozytu w tych belkach oraz z najmniejszym rozwojem zarysowania.

8. Obecność wzmocnienia PBO-FRCM nie zmieniło nachylenia ukośnej rysy niszczącej.

Jej nachylenie do osi podłużnej belek wynosiło około 30-35˚zarówno dla belki kontrolnej, jak i belek wzmocnionych. Rodzaj zakotwienia wpłynął na morfologię rys. Wzmocnienie PBO-FRCM opóźniło moment pojawienia się rys prostopadłych i ukośnych. Największa różnica w zarysowaniu była obserwowana dla belek z zakotwieniem paskowym B_W.

Rysy ukośne zaczęły powstawać przy obciążeniu prawie dwukrotnie większym, a początkowy obraz zarysowania był zbliżony do powstającego od dominującego zginania.

9. Na podstawie kryterium najlepszego wykorzystania parametrów wytrzymałościowych kompozytu PBO-FRCM, po przeprowadzeniu badań i analiz w I serii, do dalszych badań wybrano zakotwienie zrealizowane dla belek typu B_P, dla których uzyskano ok. 50%

wykorzystanie kompozytu.

161 Badania doświadczalne – seria II