7.4. Wyniki z badań cyklicznych dla poszczególnych pasm płyty
7.4.4. Pasma płytowe zbrojone siatką hybrydową z włókna węglowego (CR)
Pasma zbrojone siatka z włókna węglowego (CR) wskazują podobny charakter pracy w pełnym zakresie obciążenia (rys. 7.14). Widoczne różnice w sile niszczącej były spowodowane (mimo dbałości o jednakowość elementów) zróżnicowaną ilością zbrojenia w paśmie. Związana z tym różna sztywność elementu ukazała się również w zakresie obciążeń cyklicznych (rys. 7.15), w postaci różnic nachylenia wykresów „siła – przemieszczenie”.
Siła F [kN]
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
CR1 CR2 CR3
Przemieszczenie u [mm]
Rys. 7.14. Wykres zależności: siła – przemieszczenie dla płyt serii CR
Rys. 7.15. Wykres zależności: siła – przemieszczenie w zakresie obciążenia cyklicznego dla serii CR a) CR 1
Siła F [kN]
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 Przemieszczenie u [mm]
b) CR 2
Siła F [kN]
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50
Przemieszczenie u [mm]
c) CR 3
Siła F [kN]
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50
Przemieszczenie u [mm]
7.5. Porównanie wyników i wnioski
Wobec ograniczonej liczby elementów próbnych, wnioskowanie przeprowadzono w oparciu o najbardziej reprezentatywne wyniki z badań wybranych elementów w każdej z serii. Wykres zależności: siła – przemieszczenie dla wybranych elementów z serii, w pełnym zakresie obciążeń – pod obciążeniem cyklicznie zmiennym i następnie pod obciążeniem statycznym – do zniszczenia, przedstawiono na rysunku 7.16.
Siła F [kN]
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 SR 1 AR 1 PR 3 CR 2
Przemieszczenie u [mm]
Rys. 7.16. Wykres zależności: siła – przemieszczenie dla wybranych elementów z serii
W ciągu dziesięciu cykli obciążenia nie wystąpiło uszkodzenie płyt. Elementy nie uległy zarysowaniu, a charakter ich pracy był jednakowy przez cały czas trwania badania.
Zaobserwowano, przedstawiony na rysunku 7.17, schemat pracy, w której można wyróżnić cztery podstawowe fazy (gdzie n oznacza kolejny cykl): fazę An-Bn
przyrostu obciążenia i proporcjonalnego przyrostu przemieszczenia, fazę drugą Bn-Cn przyrostu przemieszczenia pod stałym obciążeniem, trzecią fazę Cn-Dn
odciążenia i proporcjonalnego spadku przemieszczenia oraz fazę czwartą Dn-An
– spadku przemieszczeń sprężystych. Odcinek A1A2, będący różnicą wartości przemieszczenia początkowego kolejnych cyklów, odpowiada stałej wartości przemieszczenia, pozostającego po każdym cyklu.
Ostatnią fazą badania cyklicznego była faza Amax-F osiągnięcia wartości siły niszczącej. Odcinek ten obrazuje różnorodną charakterystykę pracy betonowych pasm płytowych w zależności od typu zbrojenia (rys. 7.16).
Rys. 7.17. Schemat pracy płyt pod obciążeniem cyklicznym
Na podstawie schematu pracy płyt pod obciążeniem cyklicznym (rys. 7.17) porównano wartości przemieszczeń punktów A, B, C, D przy kolejnych cyklach n dla wybranych elementów.
W elementach próbnych SR 1 (rys. 7.18) oraz AR 1 (rys. 7.19) w każdym cyklu obciążenia następował równomierny przyrost odkształcenia resztkowego (faza Dn-An). Z kolei w punktach Bn, Cn (tego samego cyklu), kiedy element był obciążony, zmierzono nieznaczne różnice miedzy wartościami przemieszczeń. Brak „płynięcia”
pod stałym krótkotrwałym obciążeniem wskazuje na zachowanie sprężyste elementu.
Wzrastające w kolejnych cyklach przemieszczenie jest związane głównie z sumowaniem odkształceń trwałych.
Rys. 7.18. Pasmo płytowe SR 1 – wartości ugięcia pasma w poszczególnych fazach cyklów
Przemieszczenie u [mm]
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Cykl n
Rys. 7.19. Pasmo płytowe AR 1 – wartości ugięcia pasma w poszczególnych fazach cyklów
Przemieszczenie u [mm]
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Cykl n Oznaczenia dla rysunku 7.18 i 7.19
A A n – początek cyklu; przemieszczenie tuż przed obciążeniem (siła 0,0 kN)
C B n – przemieszczenie tuż po obciążeniu (siła 0,5 kN) C n – przemieszczenie tuż przed odciążeniem (siła 0,5 kN)
D n – koniec cyklu; przemieszczenie tuż po odciążeniu (siła 0,0 kN)
Zestawienie wielkości przemieszczenia poszczególnych punktów faz zostało również wykonane dla pasma PR 3 (rys. 7.20). Jednak wyników, ze względu na odmienny sposób obciążenia, nie uwzględniono w dalszych wnioskach.
Rys. 7.20. Pasmo płytowe PR 3 – wartości ugięcia pasma w poszczególnych fazach cyklów
Przemieszczenie u [mm]
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Cykl n Oznaczenia:
A A n – początek cyklu; przemieszczenie tuż przed obciążeniem (siła 0,0 kN)
C B n – przemieszczenie tuż po obciążeniu (siła 0,25 kN) C n – przemieszczenie tuż przed odciążeniem (siła 0,25 kN)
D n – koniec cyklu; przemieszczenie tuż po odciążeniu (siła 0,0 kN)
Niemal stałe różnice wartości przemieszczeń w kolejnych fazach obciążenia An, Bn, Cn, Dn (rys. 7.20) pasma PR 3 świadczą o zachowaniu sprężystej pracy w poszczególnych cyklach. Największe przemieszczenie nastąpiło w momencie obciążenia – punkty Bn, po czym przemieszczenie malało (punkty Cn). Jedynie w pierwszym cyklu doszło do trwałego przemieszczenia, które utrzymywało się na stałym poziomie przez cały okres badania.
Pasmo zbrojone siatką z włókna węglowego CR 2 charakteryzuje niewielki, lecz stały wzrost przemieszczeń trwałych, zilustrowany różnicami wartości przemieszczeń opisanych krzywymi wyznaczonymi dla punktów Dn i An (rys. 7.21).
W przypadku początku (punkt Bn) i końca (punkt Cn) fazy stałego obciążenia, przemieszczenia tych punktów są równe, z nieznacznymi spadkami w punktach końcowych (Cn) fazy .
Również w tym elemencie można zauważyć sprężystą pracę pasma, oraz sumowanie się trwałego odkształcenia z cyklu na cykl.
Rys. 7.21. Pasmo płytowe CR 2 – wartości ugięcia pasma w poszczególnych fazach cyklów
Przemieszczenie u [mm]
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Cykl n Oznaczenia:
A A n – początek cyklu; przemieszczenie tuż przed obciążeniem (siła 0,0 kN)
C B n – przemieszczenie tuż po obciążeniu (siła 0,5 kN) C n – przemieszczenie tuż przed odciążeniem (siła 0,5 kN)
D n – koniec cyklu; przemieszczenie tuż po odciążeniu (siła 0,0 kN)
Z porównania wartości ugięć pasm płytowych w punktach fazy odciążenia (rys. 7.22, 7.25) wynika, że pasma zbrojone siatkami tekstylnymi (AR 1, CR 2) wykazują niższe wartości przemieszczeń trwałych w porównaniu do elementu żelbetowego (SR 1). Na etapie obciążenia (rys. 7.23, 7.24), przemieszczenia pasma (AR 1) zbrojonego siatką z włókna szklanego są porównywalne z przemieszczeniami pasma zbrojonego tradycyjnie (SR 1), z kolei pasmo zbrojone siatką z włókna węglowego wykazało niższe wartości przemieszczeń.
Przemieszczenie u [mm]
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
SR 1 AR 1 CR 2
Cykl n
Rys. 7.22. Wartości ugięć dla wybranych elementów płytowych w punkcie An poszczególnych cyklów
Przemieszczenie u [mm]
Rys. 7.23. Wartości ugięć dla wybranych elementów płytowych w punkcie Bn poszczególnych cyklów
Przemieszczenie u [mm]
0,30
Rys. 7.24. Wartości ugięć dla wybranych elementów płytowych w punkcie Cn poszczególnych cyklów
Przemieszczenie u [mm]
0,00
Rys. 7.25. Wartości ugięć dla wybranych elementów płytowych w punkcie Dn poszczególnych cyklów
Przemieszczenie u [mm]
Rys. 7.26. Wartości ugięć trwałych – różnica przemieszczeń początkowych kolejnych cyklów (punkty An) – dla wybranych pasm płytowych
Wybrane pasma płytowe wykazały typowe zachowanie, zmniejszającą się wartość ugięcia trwałego (rys. 7.26) przy powtarzalnym cyklu o małej intensywności obciążenia.
Rys. 7.27. Ugięcie początkowe, a sztywność zginania EI w kolejnych cyklach n (dla pasma)
c) SR 1 c) AR 1 c) CR 2
Sztywność zginania EI [kNm2 ]
31
0,240 0,280 0,320 0,360 cykl 10 cykl 1
0,240 0,280 0,320 0,360 cykl 10 cykl 1
0,240 0,280 0,320 0,360 cykl 10 cykl 1
Przemieszczenia początkowe un [mm]
d) sposób wyliczenia sztywności EI [kNm2]
Dane: F, L, un
Szukane: EI; gdzie I=const
n
gdzie: F – siła w badaniach cyklicznych [kN], L – rozpiętość między podporami [m], un – ugięcie początkowe w każdym kolejnym cyklu [m], I – moment bezwładności przekroju pasma [m4], E – moduł sprężystości podłużnej [MPa]
W przeprowadzonym badaniu pod obciążeniem cyklicznym (przy sile cyklicznej F=0,5 kN) pasma wykazały w każdym kolejnym cyklu mniejszą wartość
przemieszczeń początkowych un (różnica przemieszczeń punktów Bn i An) co wskazuje na wyższą sztywność zgięciową elementu EI (rys. 7.27). Przy stałym momencie bezwładności I elementu oznacz to wzrost modułu sprężystości E.
Reasumując, można stwierdzić, że pasma płytowe zbrojone siatkami niemetalicznymi oraz prętami stalowymi, na poziomie wartości przyjętego obciążenia cyklicznego, pracują sprężyście.
Pasma zbrojone siatkami tekstylnymi wykazują wyższy zakres pracy sprężystej, co wskazywałoby na dobrą przyczepność i dobre zespolenie zbrojenia w niezarysowanym elemencie. Badania potwierdziły więc efektywność zbrojenia tekstylnego pod działaniem obciążenia cyklicznego.
Rozdział 8
BADANIA UZUPEŁNIAJĄCE
Elementy betonowe i żelbetowe narażone są na działanie czynników niszczących, w tym zmian temperaturowych i wilgotnościowych, co przy jednoczesnym wpływie substancji agresywnych, np. zawierających jony chlorkowe (wody opadowe, substancje odladzające itp.), stanowi poważne zagrożenie korozyjne (rys. 8.1).
Rys. 8.1. Oddziaływania korozyjne
W pracy problematykę tę potraktowano jedynie wyrywkowo i wykonano badania, w których jedną grupę elementów poddano działaniu zmian temperatury, a drugą – działaniu wodnego roztworu chlorku sodu (NaCl).