NUMERYCZNA I DOŚWIADCZALNA ANALIZA ZGINANYCH, SKRĘCANYCH I ŚCINANYCH BELEK ŻELBETOWYCH

W artykule zaprezentowano badania doświadczalne i analizy numeryczne belek żelbetowych zginanych, skręcanych i ścinanych. Przedmiotem analizy były belki wspornikowe wykonane w skali naturalnej o przekroju poprzecznym 30x30 cm. Zbrojenie w belkach ukształtowano na podstawie dwóch różnych modeli Strut and Tie (ST). Dla belki B1 model ST stanowiła kratownica przestrzenna, w której ściskane krzyżulce betonowe wydzielone rysami ukośnymi nachylone są do osi pręta pod kątem 45^o. Pręty pionowe kratownicy to rozciągane zbrojenie w postaci strzemion. Pas górny i dolny kratownicy to odpowiednio zbrojenie rozciągane
i ściskane pasy betonowe. W przypadku belki B2 model ST stanowiła również kratownica przestrzenna o ściskanych krzyżulcach betonowych nachylonych do osi pręta pod kątem 26,6^o. Badania doświadczalne 6 belek przeprowadzono
w hali laboratoryjnej Wydziału Budownictwa Inżynierii Środowiska i Architektury Politechniki Rzeszowskiej. W celu oceny nośności i zmian sztywności belek spowodowanych zginaniem, skręcaniem i ścinaniem analizowano zależności: przemieszczenie pionowe - siła obciążająca oraz sztywność przekroju na skręcanie. Symulacje numeryczne badanych belek wykonano w programie ATENA 3D- Studio. Do nieliniowej analizy belek żelbetowych wykorzystano trzy modele betonu tj. model betonu do analizy nieliniowej zaproponowany w Eurokodzie 2, model betonu o nazwie „cementitious”, zaproponowany w programie ATENA, bazujący na zaleceniach Model Code oraz zmodyfikowany przez użytkownika model betonu „cementitious 2”. Zaobserwowano dużą zgodność pomiędzy średnim obciążeniem granicznym uzyskanymi w symulacjach numerycznych a wynikami doświadczalnymi i obrazem zarysowania. W wyniku przeprowadzonych badań doświadczalnych i analiz numerycznych zaobserwowano wpływ przyjętego modelu ST na sztywność i nośność belek.

Pełny tekst (pdf)

[1] Rausch E., Drillung (Torsion), Shub and Scheren im Stahlbetonbau, VDI Verlag, Dusseldorf, 1953.

[2] Zia P, Mcgee W.D Torsion Design of Prestressed Concrete, PCI Journal, 19 (2):
46-64, 1974.

[3] Hsu T.T.C., Torsion of Structural Concrete, ACI SP-18, 1968.

[4] Ciężak T., Rozwarcie rys w skręcanych elementach żelbetowych, Prace Naukowe Politechniki Lubelskiej 218. Budownictwo 40. Lublin 1990.

[5] Godycki-Ćwirko T., Mechanika betonu, Arkady, Warszawa 1982.

[6] Kamiński M., Pawlak W., Load capacity and stiffness of angular cross section reinforced concreto beams under torsion, Archives of civil and Mechanical Engineering, vol . XI, No.4, p.885-903, 2011.

[7] Budzyński W., Propozycja obliczania szerokości rys ukośnych w elementach żelbetowych jednocześnie skręcanych i ścinanych, Budownictwo i Architektura 2 (2008) 37-64, 2008.

[8] Seruga A, Sokal P. Skręcane elementy z betonu sprężonego w świetle badań doświadczalnych, Czasopismo Techniczne Politechniki Krakowskiej – Budownictwo, zeszyt 21, 2012.

[9] Kosińska A., Nowakowski A.B, Doświadczalne badania żelbetowych elementów poddanych skręcaniu, Wydawnictwo Politechnik Łódzkiej, zeszyt nr 10, Łódź 2001.

[10] PN-EN-1992-1-1: 2008 : Eurokod 2: „Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.

[11] Buda-Ożóg L. Ocena nośności skręcanych i ścinanych belek projektowanych z wykorzystaniem modeli ST, Materiały Budowlane 08/2016, str. 100-102.

[12] Pre-norma Konstrukcji Betonowych, fib Model Code 2010, Kraków 2014.

[13] CEB-FIB Model Code 1990, Bulletin d’information No.195,196.

[14] ATENA Program Documentation, Theory, Praga 2014.

[15] Smarzewski P., Analiza numeryczna niesprężystych belek żelbetowych z betonu wysokiej wytrzymałości o niskim stopniu zbrojenia, Budownictwo i Architektura 4 (2009) 5-30, 2009.