Recenzja rozprawy doktorskiej mgra inż. Radosława Kupczyka pt. Wpływ wybranych czynników na nośność zakotwionych hakiem strzemion ze stali o dużej ciągliwości

D r hab. inż. A nna H alicka, prof. PL

R E C E N Z JA D Y S E R T A C JI D O K T O R SK IE J M G R IN Ż . R A D O S Ł A W A K U P C Z Y K A

PT.

” WPŁYW WYBRANYCH CZYNNIKÓW NA NOŚNOŚĆ

ZAKOTWIONYCH HAKIEM STRZEMION

ZE STALI O DUŻEJ CIĄGLIWOŚCF

P R Z Y G O T O W A N E J P O D K IE R U N K IE M

P R O F. D R H A B . INŻ. W Ł O D Z IM IE R Z A S T A R O SO L SK IE G O

1. Uwagi ogólne dotyczące tematu i charakteru dysertacji

T em atem recen zow anej dysertacji są strzem ion a z e stali o w y so k iej w y trzy m a ło ści i c ią g liw o ści, a w s z c z e g ó ln o śc i w p ły w w yb ran ych c z y n n ik ó w na n o śn o ść tych strzem ion.

T radycyjnie strzem ion a w y k o n y w a n e b y ły z e stali gładkiej. O b ecn ie stal gładka coraz częściej zastęp ow an a je s t stalą żeb ro w a n ą w y so k iej w y tr zy m a ło ści i cią g liw o śc i. Projektow ane są coraz bardziej o b cią żo n e elem en ty o d użych rozp ięto ściach , w y m a g a ją ce siln eg o zbrojenia na ścin an ie, a stale że b row an e o dużej w y trzy m a ło ści i c ią g liw o ś c i są p o w szec h n ie d ostęp n e na rynku. P on adto norm a E C 2 nie p rzew idu je w o g ó le sto so w a n ia stali gładkich i w sz y stk ie jej zap isy d o ty c z ą stali żebrow an ych . P o m im o te g o , ż e stal k lasy C zaczyn a b yć sto so w a n a na strzem ion a d o ść p o w szec h n ie, brakuje k o m p le k so w y ch badań d otyczą cy ch z w ła sz c z a za k o tw ien ia strzem ion z niej w y k o n an ych . N o rm a E C 2 oraz norm y D IN i A C I za leca ją sto so w a n ie h a k ó w prostych (z a g ię c ie pod kątem 9 0°), h ak ów za g ięty ch pod kątem 135° lub p op rzeczn ych p rętów p rzysp aw an ych do za k o ń czo n y ch prosto strzem ion. Praktyka p ok azała jedn ak , ż e sto so w a n ie tak ich za k o tw ień m o ż e b y ć n iew ystarczające dla p ełn ego w y k orzystan ia n o śn o śc i strzem ien ia na rozciąganie. T ak ą o b serw ację p o c z y n ił te ż doktorant, co stało się p o w o d em p od jęcia zadania b a d aw czego .

Z p o w y ż sz y c h w z g lę d ó w p odjęty przez doktoranta tem at uznaję za interesujący, aktualny i w ażn y, a p o sta w io n y problem je s t praktyczny i p o m im o istn ien ia za le c e ń n o rm ow ych oraz d o ść dużej liczb y publikacji n au k ow y ch na tem at strzem ion, je s t on w c ią ż n ie do k o ń ca rozpoznany.

Praca m a n ie w ą tp liw ie charakter utylitarny, b o w iem autor uznał za cel an a lizę c z y n n ik ó w w p ły w a ją cy ch na n o śn o ść strzem ion z e stali w y so k iej c ią g liw o śc i, a pracę z a k o ń c z y ł

konkretnym i zalecen iam i, jak takie za k o tw ien ie u kształtow ać, aby m o ż liw ie najlepiej w yk orzystać zarów n o d użą cią g liw o ść, jak i w y so k ą w ytrzy m ałość stali.

2. Zawartość i układ dysertacji

Praca lic z y 173 stron tekstu p o d sta w o w eg o , do którego d o łączon o sp is ozn aczeń , sp is literatury zaw ierający 131 p ozycji (w tym ponad 80% a n g lojęzy czn y ch , a także p ozycje n iem ieck o - i fra n cu sk ojęzyczn e) oraz załączn ik liczą c y 5 6 stron.

W pracy w y r ó żn ić m ożna następujące części: 1. A n aliza aktu aln ego stanu w ied zy obejm ująca:

- historię konstrukcji że lb e to w y c h - p .2.1,

- podstaw y stosow an ia p rętów żeb row an ych - p .2.2,

- zagad n ienia d o ty czą ce zak otw ien ia p rętów w beton ie, w tym m ech anizm u w sp ółp racy m ięd zy b eton em i stalą, m e to d o lo g ii badań za k otw ien ia oraz w p ły w u param etrów betonu i stali na sk u teczn ość za k o tw ien ia - p.2.3,

- za lecen ia n o rm ow e w zakresie zak o tw ien ia zbrojenia - p.2.4, 2. R elacja z w ła sn y ch badań laboratoryjnych (p .3 ), którym i były:

- badania za k otw ień na elem en tach d rob n ow ym iarow ych - p .3 .1, - badania b elek że lb e to w y c h z n isz c z o n y c h p rzez ścin an ie - p .3 .2, - badania n o śn o ści otu lin y b eton ow ej na w y ła m a n ie - p .3 .3,

3. Param etryczna analiza zak o tw ien ia strzem ienia, w y k o n a n a m eto d ą elem en tó w sk o ń czo n y ch - p .4,

4. P od su m ow an ie i w n io sk i k o ń c o w e - p.5.

5. Z ałącznik,' w którym zaw arto studia literaturow e na tem at w p ły w u param etrów betonu i stali na za k o tw ie n ie prętów zbrojen iow ych .

O ceniając układ pracy stw ierd zić m ożna, ż e brakuje w niej te z sta n ow ią cych p o d sta w o w y elem en t dysertacji doktorskich. A u tor p ostaw ił natom iast cel. Jest nim o d p o w ie d ź na pytanie, jak ie warunki m usi sp ełn iać sk u teczn e za k o tw ie n ie an a lizo w a n y ch strzem ion. Praca je s t zatem p o szu k iw an iem o d p o w ie d z i na zadane p ytanie, p op rzez badania laboratoryjne i a n a lizę num eryczną, a zaw arte w p od su m ow an iu za lec en ia są efek tem tych p oszu kiw ań .

U kład pracy je st te ż n ie co zaburzony w stosunku d o k la sy c zn eg o , p op rzez w yp ro w a d zen ie c z ę śc i stu d ió w literaturow ych d o załącznika. W yd aje się to b y ć jed n ak u zasadnione, g d y ż w załączn ik u zn a la zły się o g ó ln e inform acje na tem at zak o tw ien ia zbrojenia, a w c z ę śc i głów n ej tekstu ich sy n teza w o d n iesien iu d o strzem ion.

3. Merytoryczna ocena pracy

3.1 Ocena ogólna

O cena m erytoryczna dysertacji zo sta n ie p rzedstaw iona przez o ce n ę p o sz c z e g ó ln y c h jej części.

O góln ie, w pracy w id o c z n a k on sek w en cja d ziałań - od literaturow ego rozpoznania tem atu, p oprzez badania laboratoryjne i a n alizę n u m eryczn ą do sform ułow an ia w n io sk ó w . C z ęść badaw cza je st m o c n ą stroną pracy, n ajcen n iejsza je s t duża liczb a w y n ik ó w badań na orygin alnych próbkach, od dających isto tę b adan ego zagadnienia. R ó w n ie ż w c z ę śc i analitycznej w id o czn a je s t zn a jo m o ść zagad n ien ia, staranność w p oszu k iw an iu m o ż liw ie w iern ego opisu m o d elo w a n eg o zagad n ien ia i param etrów teg o opisu.

A n alizując w y n ik i badań oraz dane zaw arte w p odsu m ow an iu pracy stw ierd ziłam , ż e doktorant osiągnął p o sta w io n y cel, to zn a czy p odał warunki jak ie m usi sp ełn iać za k o tw ie n ie strzem ion, aby m o ż liw e b y ło w y k o rzy sta n ie znacznej c ią g liw o ś c i i dużej w y trzy m a ło ści w sp ó łc z e sn y c h stali żebrow an ych .

3.2 Ocena części studialnej

O cen a d o ty cz y całej c z ę śc i studialnej zaw artej zarów n o w rozdziale 2 ja k i załącznik u . Zakres p o szu k iw a n y ch i op isa n y ch przez doktoranta danych literaturow ych je s t p raw id łow y, a c z ę ść studialną m ożn a u zn a ć z a k o m p le k so w e w p row ad zen ie d o badań w ła sn y ch . A utor op isał istotę p rzyczep n ości beton u do stali zb ro jen io w ej, m e to d o lo g ię badań, p rzean alizow ał w p ły w param etrów beton u na za k o tw ie n ie p rętów (p. 2 załącznik a), w p ły w param etrów stali

na za k o tw ien ie p rętów (p .3 załączn ik a), a tak że za lec en ia n o rm o w e c o d o zak o tw ien ia zbrojenia, a z w ła sz c z a strzem ion.

U w a g i s z c z e g ó ło w e są następujące:

1. Studia literaturow e ro zp oczy n ają się p o d ro zd zia łem „H istoria konstrukcji ż e lb e to w y c h ” składającym się je d y n ie z 13 linijek tekstu. N ie je s t to w ię c ty tu ło w a „historia” a je d y n ie d o ść o g ó ln ik o w e stw ierd zen ia. T en rozd ział m o żn a b y ło w redagow aniu pracy p om inąć. N a tom ia st interesujące inform acje o rodzajach zbrojenia sto so w a n y ch h isto ry cz n ie i rozw oju te g o zbrojenia o d p rętów gład k ich aż d o d zisiejszy ch p rętów żeb row an ych , zaw arł autor w rozd ziale drugim , który jedn ak zatytu łow ał d o ść n ie s z c z ę ś liw ie , n ie oddając isto ty inform acji tam zaw artych.

2. Str.29i6.i7 oraz 189 8 , 1 8 9 13 - C zy r z e c z y w iśc ie chodzi o p ierw iastek stopnia

V*

I

1

w a r t o ś c i/ c’ ( ^ / j 7 ,

^

f c'V4 = i j f S

- Str. 191 11 - niejasny zap is. C zem u m a b y ć rów ne ,,r„ -7 ,2 2 ”? . - Str. 191 - nie op isan o zm iennej

s

- Str. 1947 - Jako syn on im tarcia m ięd zy m ateriałam i podano w n aw iasie kohezję, tym cza sem k ohezja d o ty cz y sp ójn ości w ew nętrznej m ateriałów , a nie e fe k tó w m ięd zy d w om a m ateriałam i. O m aw ian y drugi składnik p o w in ien b y ć ok reślon y ja k o adhezja, ale ona te ż nie je st syn on im em tarcia. P od ob n ie str. 3 0 8'9.

- Str. 2 0 3 i i str. 2 36 9- co autor rozum ie pod p o jęciem

sztywność zakotwienia?

3.3

Ocena części badawczej

C zęść b adaw cza składała się z trzech etapów , w d w óch etapach badania p row ad zon o na orygin alnych próbkach autorskich. Przeprow adzane b y ły w logiczn ej k olejn ości: najpierw badania na elem en tach d rob n ow ym iarow ych p row ad zon ych w celu u stalen ia param etrów w p ływ ających na n o śn o ść i m ech anizm za k o tw ien ia strzem ienia, n astęp n ie w eryfik a cja w n io sk ó w na b elk o w y ch elem en ta ch p ełn o w y m ia ro w y ch , a w r eszcie badania zag ad n ien ia cz ą stk o w eg o , którego rozpoznan ie n iezb ęd n e b y ło d o zam o d elo w a n ia o m a w ia n eg o zak otw ien ia m e to d ą ele m e n tó w sk ończon ych .

3 .3 .1 B adania na elem en tach d rob n ow ym iarow ych W pierw szej k o lejn o ści doktorant w y k o n a ł badania w y c ią g a n ia strzem ion z orygin alnych' e le m e n tó w drob now ym iarow ych . R óżn ico w a ł: średnicę strzem ienia, k ształt haka (prosty, ostry i tzw . p o zan o rm ow y z p od w ójn y m zg ię c ie m ), g ru b o ść otuliny, w ytrzym ałość betonu, naprężenia norm alne do p ła sz czy z n y za g ięc ia pręta, ponadto w elem en tach b yło zb rojen ie p o d łu żn e lub g o nie było. O b serw o w ał obraz zn iszcz en ia tych elem en tó w oraz m ierzy ł naprężenia w strzem ieniu i je g o w y su w . W yn ik i badań op racow ał bardzo dobrze w form ie graficznej (rys.6 0 -7 9 ), w y k resy są czy teln e, zaw ierają w sz y stk ie n iezb ęd n e inform acje i ja sn o obrazują w yn ik i.

U w a g i s z c z e g ó ło w e są następujące:

1. B adania zo sta ły zap rogram ow an e starannie, zw raca u w a g ę duża liczb a próbek w yn ik a ją ca z dużej liczb y ró ż n ico w a n y ch param etrów. W id a ć też, ż e sp osób badania b ył p rzem y śln y i p o z w o lił na u zy sk a n ie p oszu k iw an ych w y n ik ó w . Jednak d okon u jąc p o d su m o w a n ia

u zysk anych w y n ik ó w sam autor nie p o d aw ał za leż n o śc i liczb o w y ch , m otyw ując to faktem , ż e badania n ie b y ły pow tarzalne (str. 1 0 5 1-6). M o ż e w arto b y ło z m n iejszy ć zakres różnicow ania param etrów np. tylk o d w ie średn ice (j>8 i <j> 1 2 i ty lk o dw a b eton y o różnych średnich w y tr zy m a ło ścia ch k o stk o w y ch 25 M Pa i 4 0 M Pa (bardziej zróżn ico w a n y ch niż w badaniach doktoranta), a m o ż e n aw et n ie w y k o n y w a ć serii bez zbrojenia p o d łu żn eg o (p rzecież strzem ion a z w y k le w y stę p u ją łą c z n ie z prętami p od łu żn ym i), a w to m iejsce w y k on ać po trzy próbki każdej serii?

2. Jeden z b eto n ó w u ży ty ch w badaniach, zw a n y b eton em

o niskiej wytrzymałości kostkowej

m iał średnią w y tr zy m a ło ść k o stk o w ą 14^18 M Pa, a w ię c n ie odpow iad ał k lasie betonu, który m oże b yć u w ażan y za konstrukcyjny (najm niejszej k lasie C 1 2 /1 5 w e d łu g E C 2 odpow iad a / cm=T 5 + 8 = 2 3 M Pa, co je st w artością zn a czn ie w ię k s z ą n iż w badaniach). Ponadto przyjęte p rzez autora zr ó żn ic o w a n ie betonu na

beton o podwyższonej

wytrzymałości kostkowej 26+32 M Pa

beton o wysokiej wytrzymałości kostkowej

35+38MPa

drugiego w y n o si z a le d w ie 3 M Pa). N ie m ożn a te ż d ziś m ó w ić o b eto n ie o w y tr zy m a ło ści rzędu 35 M Pa, ja k o o b eton ie m ającym w y s o k ą w ytrzym a ło ść.

f f r 3

3. Podając skład b eton u (tabela 4 ) lepiej b y ło b y p o k a zać zaw artość sk ład n ik ó w w 1 m , dobrze b y ło b y ta k że p o d ać w sk aźn ik w /c i k o n sy sten cję m ieszan k i b eto n ow ej - w c z ę śc i studialnej autor przytaczał inform acje m ó w ią c e o z a leż n o śc i p rzy czep n o ści od k onsystencji.

4. W tabeli 5 n ie p odan o składu d la serii X X .

5. C zy podana w tabeli 7 w a rto ść w y trzy m a ło ści na ro zcią g a n ie b yła u zysk a n a w p rób ie brazylijskiej? Jeśli tak, to je st to w a r to śc i/ c t ,Sp , a n ie jak n a p isa n o/ c t m . A b y u z y s k a ć / ; ^

n ależy d ok o n ać p rzeliczen ia.

3 .3 .2 B adania na b elkach

W drugim etap ie doktorant w yk on a ł badania b elek że lb e to w y c h o w ym iarach 2 0 0 x 4 0 0 x 4 0 0 0 mm . B elk i b y ły siln ie zb rojone p od łu żn ie (n ie p odan o jaki b ył sto p ień zbrojenia p o d łu żn eg o ) i zap rojek tow an e tak, aby z n isz c z y ły s ię na ścin anie. B elk i w y k o n a n e b yły w d w ó ch seriach - w serii I badano belki z hakiem prostym , w serii II - z hakiem pozanorm ow ym . T u ró w n ież w id o c z n a je s t staranność w realizacji badań jak i prezentacji w y n ik ó w . Pytania i u w a g i do tej c z ę śc i są następujące:

1. C zy o p isan y m ech a n izm zn isz c z e n ia (p rzesu w a n ie b eto n o w y ch k rzy ż u lcó w ścisk a n y ch ku g ó rz e) autor w ią ż e z za sto so w a n y m sp o so b em k o tw ien ia strzem ion? W p ierw szej serii z hakam i prostym i te g o efektu n ie ob serw ow a n o.

2. N a rysunku 103 n ie w ła śc iw e p rzyw ołan o źródło literaturow e (p ow in na b yć raczej p rzyw ołana praca doktoranta).

3 .3 .3 B adania n o śn o ści otu liny b eto n ow ej na w yłam an ie T rzeci etap ob ejm ow ał orygin alne badania, których celem b yło ok reślen ie n ośn ości otuliny, warunkującej n o śn o ść zak o tw ien ia strzem ion w przypadku haka prostego. Próba d otyczyła przepychania pręta sta lo w e g o bądź trzpienia sta lo w eg o przez cien k ą w arstw ę otuliny b eton ow ej. Próba ta p o zw o liła u stalić obraz zn iszcz en ia i o sz a c o w a ć w artość siły niszczącej otulinę. U w a g i szc zeg ó ło w e :

1. W tabeli 16 sza co w a n o w y trzy m a ło ść na rozciąganie na p od staw ie w a lco w ej w ytrzym ałości na ścisk an ie p ow ołu jąc się na norm ę m .in. E C 2. S toso w a n o w z ó r

Jem

f CiCOre213

f c>core

p ła szczy zn y ostrosłu p a n ach ylon e są pod kątem 45°, skoro w badaniach stw ierd zon o kąt 19-35° (str. 1 3 1 « ) ?

3. W tabeli 17 o b lic z o n o w y s o k o ś ć u ży te czn ą ja k o d - c nom+(f>, tym czasem na ry s.1 0 9 zap isano

d

3.4 Ocena części analitycznej

W cz ę śc i analitycznej w y k o n a n o an alizę param etryczną d o ty cz ą cą w p ły w u średnicy pręta, grubości o tu lin y i jej szty w n o śc i oraz w sp ó łczy n n ik a tarcia m ięd zy b eto n em a strzem ieniem na siłę w y ła m u ją cą otulinę. M o d elo w a n ie w y k o n a n o d w o m a program am i M E S w przestrzeni d w u w ym iarow ej. M od el p o d sta w o w y stw o rzon o w program ie

Robot.

Abaąns.

W yk onu jąc o b lic z e n ia autor przyjął bardzo w ie le u proszczeń . W zw ią zk u z e sp o so b em m od elow an ia rodzi się kilka pytań:

1. D la c z e g o podpory charakteryzow ane sz ty w n o śc ią K4 są ty lk o na od cink u za z a g ię c ie m , a

na odcinku przed za g ięc iem (rys. 113) nie za ło żo n o żad n ych podpór?

2. Jak ustalił autor parametry Si, S2, s3 krzyw ych n ap rężen ie-siła na rys. 125? W tabelach 23 i 2 4 p odał tylk o sp osó b o b liczen ia m ak sym aln ych narażeń p rzyczep n o ści.

D la c z e g o m od yfik acja parametru K I p rzebiegała tylk o na od cink u łuku (str. 1647) i co w praktyce o zn a cza

podłoże słabe

podłoże mocne?

Abaąusl

N ie bardzo ja sn e je st, ja k ie w artości u m ie śc ił autor w tab licy 3 0 w k olu m n ie 6 i 8. W nagłów ku zap isan o, ż e o b o k

siły wyłamującej

nośności otuliny według tabel 29,

4. Uwagi redakcyjne

O góln ie praca napisana je st porw anym ję zy k ie m , m yśli p row a d zon e są d o ść ja sn o. W pracy w ystęp u ją jed n ak p ew n e usterki i u ch y b ien ia redakcyjne:

1. A u tor z a sto so w a ł aż 7 p o z io m ó w num eracji p o d ro zd zia łó w , co zm n iejsza p rzejrzystość pracy

2. W ystęp u je p o d w ójn e o zn a k o w a n ie średnicy prętów zb rojen iow ych . N ie je s t ja sn e, k ied y autor u ży w a o zn a cz en ia

db

3 8 14 .9

dla db< 16 mm minimalna średnica gięcia wynosi 4<j

dla pręta <j) <

16 mm, długość

powinna wynosić co najmniej 6db.

3. O bok bardzo starannie op racow a n y ch ry su n k ó w w y stęp u ją g o rsz e, z w ła sz c z a w załącznik u , g d z ie p ojaw iają się rysunki zesk a n o w a n e, na których znajdują się o p isy w ję zy k u an g ielsk im . N ie u jed n o lico n o w ie lk o śc i czcio n k i o p is ó w na rysunkach, zdarzają

się czcion k i różnej w ie lk o śc i n aw et na tym sam y m rysunku (rys. 2 9 , 30).

17 3 ^ 1 4*5 7

4. W ystęp u ją p ew n e n iezręczn o ści sty listy c z n ie np. str. 4 0 i , 59 ' , 65 ' , 135 ' 185 , 1 9 8 3,

1 998, 2 0 2 14, 2 1 4 13, 20 6i2, 2 0 6 8, 2 1 0 10'12. W studiach literaturow ych, s z c z e g ó ln ie w załącznik u , z a m ie sz c z o n e są fragm enty oparte o tek sty w je ż y k u an g ielsk im , m ające n ie z a w sz e p opraw n ą p o lsk ą składnię, np. 2 1 3 2'5, 2 1 3 7, 2 1 6 7'11, 2 1 6 i3 .io ,2 1 8 9' 12, 2 2 3 1'3.

W y m ien io n e u ch yb ien ia n ie sta n o w ią o p o zio m ie m erytoryczn ym pracy n ie m ają w p ły w u na m erytoryczn ą o c e n ę dysertacji.

V \