Badania na przebicie grubych płyt żelbetowych

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ S e r i a : BUDOWNICTWO z. 60

______ 1988

Nr kol. 641

Zbigniew PA3ĄK Ryszard KtZSZCZEWZCZ Włodzlwlerz STAROSOLSKI

BADANIA NA PRZEBICIE GRUBYCH PŁYT ŻELBETOWYCH

Streszczenie. W artykule przedstawiono o p l e , wyniki i analizo ba­

da ń'^riir^rźeEIcTe 6 eodell żelbetowych płyt o znacznej sztywności.

Cztery eodele posiadały płytowe wsporniki 1 obciążone były siłę prze­

bijająca po stronie rozciąganych włókien w płytach. Stwierdzono, ża siły niszczące uzyskane z badań es od 20 do 90% wyższe od wartości sił obliczonych na podstawie znanych wzorów, stosowanych w typowych wypadkach przebicia żelbetowych płyt.

1. wsTąp

Zagadnienie przebicia żelbetowych płyt stropowych i fundamentowych, w wyniku działania na nie skupionej na niewielkim polu siły przebijającej, jest już doświadczalnie 1 teoretycznie szeroko rozpoznane, wanalizsch po­

równawczych wyników badań tak obciążonych płyt z wynikami dociekań teore­

tycznych przaprowadzonych w pracach [i, 2] proponuje się odpowiednie me­

tody obliczanie. Zakres bezpiecznego stosowanie tych metod ograniczony jest jednak do typowych sytuecji, spotykanych najczyściej w ustrojach pły­

towo- słupowych i płytach fundamentowych, w których siła przebijająca przy­

łożona jest do płyty po stronie włókien ściskanych.

Przy próbach stosowania ustrojów płytowo-słupowych w specyficznych wa­

runkach technologicznych budownictwa przemysłowego wyłaniaj« się szcze­

gólna przypadki występowania zjawiska przebicia. Prezentowane niżej bada­

nia miały na celu wyjaśnienie zjawiska przebicia żelbetowej płyty o dużej sztywności osiowy siłę, działajęcę na niewielkim polu po stronie rozcią­

ganych włókien płyty.

2. OPIS MODELI I SPOSOBU PRZEPROWADZENIA BADAŃ

Badanie przeprowadzono na 6 żelbetowych modelsch o jednakowej grubości płyty wynoszącej 260 mm. Modele M-l. M - 4 , M-5, M-6 wykonano w postaci wy­

cinka płyty z dodatkowymi czterema symetrycznie rozmieszczonymi płytowymi wspornikami. W części środkowej modele posiadały po cztery pionowe otwo­

ry. Modele M-2 1 M-3 wykonano bez wsporników, przy czym eodal M-3 pozba­

wiony był otworów. Wymiary modeli, usytuowanie otworów oraz rozmieszcza- nie zbrojanla podłużnego przadatawlono na rya. 1.

42 Z, Pająk. R. Kllazczewlcz, w. Starosolakl

Rya. 1. Modela do badań

» płycie aodelu M-4 ato»owano dodatkowo poprzeczne zbrojenie na prze­

bicie w poatacl 40 zamkniętych etrzamlon z drutu o średnicy 6 na

(sto).

Rożnieezczono Je w środkowej części płyty, eynetrycznle wokół pola obcią­

żeń. Obliczeniowa wartość alły poprzecznej Vp przenoazonej przez te atrzenlona wynoelła 345 kN.

Cechy wytrzyaełośclowe zaetoaowanego do wykonanie modeli betonu i eta- 11 zbrojeniowej zeatawlono w tablicy 1. Średnią wytrzynałość betonu na ściekania ^ , l60 określano każdorazowo na 6 walcach próbnych 0 1 6 0 x 160

•a, wytrzymałość betonu na rozciąganie R^z określano na 3 walcach meto­

dę brazylijake. natoaiaat średnie granicę plastyczności stall zbrojenio­

wej T?b8 ustalono na podstawie próby wytrzymałościowej na rozciąganie wy­

branych losowo (po 3 próby) odcinków prętów zbrojenia o średnicach 16, 12 oraz 6 aa.

Modela badano na stanowisku, którego schemat przedstawiono na rys. 2.

Płyty opierane były swobodnie za pośrednictwem clęgłego, stalowego łoZys- ka przegubowego, na obwodowej podporze w kształcie kwadratu o boku 1000 mm. Osiowę siłę przebijające V, wywierane przez centralnie usytuowsny si­

łownik hydrauliczny, przekazywano na górne powierzchnię płyty modelu za pośrednictwem sztywnej, stalowej płyty dociskowej, o polu docisku 240 x 240 mm. Modele M - l , m-4, M-5, M-6 obciążane były dodatkowo na końcach czterech wsporników, równymi co do wartości 1 kierunku, pionowymi siłami P. O b c i ę ł a m » to miało na celu wywołania momentów z^-najęcych, powodują­

cych rozciągania górnej powierzchni płyty, a więc działających przeciwnie nił momenty zginająca wywołana działaniem osiowej siły przebijającej V.

Badania na przablcla grubych płyt żelbetowych 43

Ryn, 2. Schaaat stanowiska do badań

Tablica 1 Cechy wytrzymałościowa batonu i stali

Oznacze­

nie aodalu

R<f) 160

[MPa] l%]

Rbz [MPa]

Rae(<?>l6) [MPa]

R#0(<i>12) [MPa]

R# ,(06) [MPa]

M-l 28,3 13,1 2,88 529,0 469,3 -

M-2 27,8 12.3 4,64 529,0 469,3 -

M— 3 29,9 8.4 3 ,00 529,0 469,3 -

M-4 22.4 3,2 2,30 432,3 446,9 -

M-5 21,2 10,5 1,85 432,3 446,9 -

M-6 19,7 16,0 2,26 432,3 446,9 197,6

0R - wskaźnik zaienności wytrzymałości betonu

Modela M-2 1 M - 3 . obclężana tylko oslow« sił« przebijając#, stanowiły p»*t odniesienia dla pozostałych aodell z dodatkowo obciążonymi wspornika«!.

Prograa obciążania zakładał zniszczenia wszystkich aodell przez prze­

bicie osiowę sił« V. Historię obciążanie poszczególnych płyt przedsta­

wiono graficznie na rys. 3. Obei*Z«nia zwiększano skokowo: co 50 kN dla siły V 1 co 20 kN dla sił P. Przy kaźdya pozioels obciążenia dokonywa­

no poalarów ugięć (czujniki zegarowa o działeś 0,001 aa) w 18 punktach wytypowanych na górnej powierzchni płyt.

2. Pa jęk, R. Kllezczewicz, W. Staroaołskt

3. WYNIKI BADAŃ

Zniszczenie modeli następowało nagle, było charakterystyczne dla zni- azczania przez przebicie i objawiało się występowaniem obwodowej rysy na dolnej powierzchni płyt. Kęt nachylenia wytworzonęj w momencie zniszcze­

nia rysy ukośnej, obserwowany w otworach, wynoeił około 45°. Oedynio obraz zniazczania acdelu M-3 (baz otworów) był odmienny i charakteryzował się, w końcowej fazie obclęZanla. znacznym rozwarciem rys promieniowych i du­

żymi przyrostami ugięć bez wzrostu obclęień. Taki obraz zniszczenia jest typowy dla zniszczenia przez zginania. Obrazy zarysowania poszczególnych modeli w chwili zniszczenia przedetawie rys. 4.

Obraz zarysowania (rys. 4) załatał od schematu obcięZenia przebijanych płyt. Modele z obcięZonymi wspornikami były znacznie mniej zarysowana w chwili zniazczania niz modela obclęione jedynie siłę przebljajęcę (m-2 i M-3).

Rys. 3. Hlatoria obclęZenla modeli

Badani« na przebicia grubych płyt żelbetowych____________________________ *5

podporclo

Rys. 4. Obrazy zarysowania centralnych części płyt po zniezczeniUjWidok powierzchni dolnej - por. rya. 2

Rys. 5. wyniki poeiarów ugifi

46 Z. Pająk, R. Kliszczewicz, W. Staroselskl

Na rys. 5 przedstawiono natomiast wyniki badań ugięć środkowego punktu poszczególnych płyt dla końcowego cyklu obciężanla - również 1 tu uwi­

docznił się wpływ acheaatu bsdanls.

4. a n a l i z a b a d a ń i w n i o s k i

Nośność poszczególnych aodeli ze względu na zginania Vzg obliczono ns podstawie teorii linii załomów. Dla wyznaczenia siły Vzg założono siatkę linii załoaów Jak na rys. 6.

Ola tak przyjętej siatki linii załoaów otrzyaano:

vzg - 8 (» ♦ S*)£f-§* ♦ 8(a ♦ - O g - r ^ - — y. (1)

gdz ie :

y - (d - c)(l ~ ł/ ■ ). (2)

a, a' - jednostkowe momenty graniczne przenoszone odpowiednio przez gór­

ne 1 dolna zbrojenia płyty, wg [3] ,

a ‘ - jednostkowy sonant zginajęcy nad linię podpór wynikajęcy z ob~

ciężenia wsporników siłami P.

Obliczone wartości sił vzg (tabl. 2) sę zawsze znacznie większe od wartości sił uzyskanych z badań V^a d . ,

Nośnoóć na przebicia obliczano półeopirycznyml wzorami Noego [2],Yitz~

hakiago [4], Harzaga

£

]

Wpływ otworów zlokalizowanych w strefis przebicia w metodach [3, 5, 6, 7] uwzględniono przez redukcję wartości obwodu zstępczago U0 (w odległo-

Badania na przebicie grubych płyt ttibftw y eH 47

Tablica 2 Analiza wyników badaA

Model Vbad [kN]

V bad A * ''b.d^o

ACI-77 M

Moe [2]

YitZ- haki

W

Herzog KliSZ- czewiez

W

Pajęk W M-l 1500 0 ,4 93 2.277 1,329 1,477 1,801 1.339 1,690

M-2 1200 0,724 1,838 1,196 1,181 1,454 1,194 1.361

M-3 1430 0,857 1.845 1,384 1.402 1,459 1,238 1,424

M-4 1200 0,418 2,048 1,186 1.220 1.658 1,237 1.473

M-5 1000 0.424 1.754 1,042 1,022 1,420 1,091 1,252

M-6 1150 0,492 1,856 1,127 1,185 1.694 1,218 1,355

Wartość śred­

nie A 1.936 1,211 1,248 1,581 1,220 1,426

Wskaźnik zalen-

ności ~9 [%] 9,97 10,47 13,22 9,96 6,57 10,47

¿ci 0,5 hQ od krawędzi pola obciążeń) wapółczynnlkiaa k « Fn/F. w którya F oznacza pole powierzchni pobocznicy bryły wydzielonej przekrojea zni- ezczenia nachylony« pod kęten 45°, natoalaat Fn - pole F znnlajazone o sumaryczne pola wycięte przez otwory. Wartość k dla badanych aodall wy­

nosi 0,873. W «etodach [2, 4j , w których obwód zastępczy przyjauja alę wo­

kół pola obciążeń (u « 4 c ) . otwory narożne nie redukuję nośności na prze­

bicie.

Wpływ obclężenla na wspornikach ujaują aetody [2, 6] poprzez wartość v zg ("2Ór i)- w aatodach [4, 5, 7] własności glętne uwzględnia alę przaz stopień zbrojenia rozciąganego, natoalaat aetoda noraowa [3] w ogóle nie uwzględnia wpływu zbrojenia płyty.

We wszystkich wypadkach nośności obliczeniowa sę niższa od odpowied­

nich wartości sił niszczących (tabl. 2). Spośród analizowanych aetod naj­

lepsza zgodność wyników badań i obliczeń uzyskuje się dla aetody Kliez- czewicze [ó] i Moego [2] , Jednak 1 wówczas otrzyauje się 20% zaniżenie wartości siły obliczeniowej. Fakt ten tłuaaczyć aożns istnienie« w pły­

tach silnego zbrojenia od strony działającej siły przebijającej (<pl6 co 50 mm w dwu kierunkach), znaczny« ograniczenie« swobody odkształceń aoda- li wynikajęcya z obecności wsporników płytowych, a także znacznę gruboś­

cią płyty w stosunku do rozstawu podpór. Wymienionych czynników żadna z analizowanych aetod nie uwzględnia.

Badania wykazały, ża stosowana aetody obliczeniowe bezpieczni«. Jak­

kolwiek nieprecyzyjnie, pozwalaj# określić siłę przebijając# dla omawia­

nej, nietypowej sytuacji. Można doanleaywać, że na wzrost nośności płyt na przebicia wpłynęła istotnie sztywność wsporników, ograniczej#ea swobo-

48 Z. Pajęk, R. Kliszczswicz, W. Staroaolski d« odkształceń płyty. Fakt ton aa także miejsce w rzeczywistych konstruk­

cjach płytowo-słupowych - ciągłość płyty stropowej równie* ogranicza swo­

bodę ooicsztsłeeń płyty w strefie podporowej. Z tego względu celowe byłoby przeprowadzenie w przyszłości badań pozwalajęcych na wyjaśnienie tego czyn­

nika.

LITERATURA

Q0 Ooint ASCE-ACI Task Committee 426: The shear strength of reinforced concrete members - slabs. Dournal of the Structural Division; Procee­

dings of the ASCE, vol. 100, nr ST 8, sierpień 1974, ss. 154371591.

{2] Hoe 3 . 1 Shearing strength of reinforced concrete slabs and footings under concentrated loads. Bulletin D 47. Portland Cement Association;

Skokie, Illinois, 1961, 130 stron.

[3] ACI Committe 318: Building code requirements for reinforced concrete (aCI 318-77). American Concrete Institute; Detroit, Mich., 1977, 103 strony.

[4] Yitzhaki D. : Punching strength of reinforced concrete slabs. ACI 3our- nal; Proceedings vol. 63, nr 5. saj 1966, ss. 527-j-540.

{5] Herzog M. : Die Bruchlsst ein - und mehrfeldriger Rechteckplatten aus Stahlbeton nach Versuchen. Beton - und Stahlbetonbau nr 3, marzec 1976, ss. 69-*71.

[6] Kliszczewicz R. , Pajęk Z. , Staroeolskl W. : Badania nośności połącze­

nia płyty ze słupem prefabrykowanym przy obciążeniu osiowym. Archiwum Inżynierii Lądowej, tom XXIII, z. 4, 1977, ss. 409-7418.

[7] Pająk Z.: Nośność na przebicie stref podporowych ustrojów płytowo-słu­

powych osłabionych pionowymi otworami. XXIX Konferencje Naukowa KILiW PAN i KN PZIT8; Krynica 1983, t. III, ss, 121-126.

HCCjE&QBAHHE TOJICTHX KEJE30EST0HHUX IUMT HA HPQUABJHiBAHHE

P e 8 b u e

£ c i a i Ł e npeACTaBżeioi o n H ca a n e , p e s y z i T a t u u a s a a z s H cajseflosainiB Ha n p o - AaajEHsaKHe 6 hoasjeb *eae3o S eto H H H X ju ib t SHa^HTSżbHofi z S c z k o o t h , H e in p e h o - A exa 6m m y K p eaaeE u njiBTo^HUMH k o e c q x k x z a k h o a b a s h 6Łtaa n p aao zeH a a a - rp y sica p a s a a s no uejupjEHe c a a e npożasjmBaHHH c o oropoHH p a 3 i a r H E a e » a c a o a o - so ® m m * . y craH O B zeB O , r s o paapymHrezŁHŁie ca.au nojjyaeHHne b p e s y j t Ł s a i e e c - eaeA O B aE aS , 6eJSŁBe 20 a o 9054 b m h 'ik h c s a , paccHHSaHHKx no h3B 8c*k hm (fopMy- s& h ,

.

j

Badanla na pweebicto grubych pfcyt telbetowych m

PUNCHING STRENGTH TESTS OF THICK REINFORCED CONCRETE SLABS

S u a • • r y

In tha paper tha description, reaulta, and analyaia of the taata of 6 rigid ralnforead concrete alab - »oriels Hava baan praaantad. Four aodala had alab cantllavera and were loaded by punching force on tanalon aide of the alaba. It wee noted, that tha failure loada obtained in tha teata are 20 to 90 per cent greater than tha valuaa of tha loada calculated by aaana of the known foraulae, ualng in tha typical caaaa of punching of reinfor­

ced concrete alaba.