Stal zbrojeniowa klasy  C , a
bezpieczeństwo konstrukcji.
Po przyjęciu zharmonizowanej normy europejskiej PN EN 10080:2005(U)1)
najwięksi krajowi producenci rozpoczęli produkcję nowego gatunku stali B500SP do
zbrojenia betonu, odpowiadajÄ…cego wymaganiom normy.
Stal w gatunku B500SP jest spajalnÄ… stalÄ… klasy C wg. Eurokodu 24), zgodnÄ… z
wymaganiami nowej normy krajowej PN-H-93220:20062) (wymagania normowe
zestawiono w tabeli 2). Charakteryzuje się ona przede wszystkim większą
wydłużalnością od powszechnie stosowanych gatunków stali zbrojeniowych o fyk = 500
MPa. Użebrowanie B500SP składa się z dwóch rzędów przeciwległych żeber o różnym
kÄ…cie nachylenia (Rys.1).
Rys. 1 Wzór żebrowania prętów w gatunku B500SP
Certyfikat EPSTAL
Producenci krajowi stali B500SP (Celsa  Huta Ostrowiec i CMC Zawiercie) posiadajÄ…
znak jakości EPSTAL, który oprócz gwarancji spełnienia obowiązkowych wymagań
dopuszczenia wyrobu do stosowania w budownictwie, daje użytkownikom m.in.
wyższy poziom zapewnienia jakości i dodatkowe ubezpieczenie.
Stal ze znakiem EPSTAL posiada:
- właściwości zgodne z normami PN EN 10080:2005(U) 1), PN-H-93220:20062),
PN-B 03264:20023), Eurokod 2 4),
- wszystkie obowiązkowe oznaczenia (certyfikat zgodności, znak budowlany), a
ponadto aprobaty ITB oraz IBDiM,
- podwyższone parametry ciÄ…gliwoÅ›ci (µuke"8%), nadawane stali w
ustabilizowanym procesie produkcyjnym, nadzorowanym przez CPJS,
- rozszerzoną polisę ubezpieczeniową, pokrywającą ewentualne szkody, wynikłe
z niedotrzymania gwarantowanych parametrów,
- łatwą identyfikowalność poprzez trwałe znaki literowe, nawalcowywane na
pręcie (Rys. 2)
Rys. 2 Schemat znakowania literowego prętów ze znakiem EPSTAL
Ciągliwość stali zbrojeniowych
W stalach zbrojeniowych dostępnych dotychczas na rynku oznaczano całkowitą
wydłużalność względną A5 lub A10. Wg normy PN-H-93220:20062) dla stali EPSTAL w
gatunku B500SP oznacza siÄ™ wydÅ‚użalność przy maksymalnej sile (µuk), zgodnie z
normÄ… europejskÄ…. Oznaczanie µuk z inżynierskiego punktu widzenia jest uzasadnione,
ponieważ dużo bardziej odpowiada warunkom stosowania stali w budownictwie.
Według PN-B-03264:20023) ze względu na odkształcalność stale zbrojeniowe
dzielimy na stale o:
- dużej ciągliwości  stale klas A-0 do A-III o następujących parametrach:
µuk > 5% oraz ftk/fyk > 1,08
- średniej ciągliwości  stale klasy A-IIIN o następujących parametrach:
µuk > 2,5% oraz ftk/fyk > 1,05
Stal EPSTAL w gatunku B500SP pod względem wytrzymałościowym zalicza się do
klasy A-IIIN, natomiast jej ciągliwość charakteryzuje się następującymi parametrami:
µuk > 8% oraz ftk/fyk = 1,15
Norma Eurokod 24) klasyfikuje stale zbrojeniowe ze względu na ciągliwość.
Występujące na naszym rynku stale klasy A-IIIN zaliczają się do klasy A lub B,
gatunek B500SP ze znakiem EPSTAL jest stalą najwyższej klasy C (Tab.1)
Tab.1 Klasyfikacja stali zbrojeniowej wg Eurokodu 24)
fyk µuk
Klasa k=(ft/fy)k
[MPa] [%]
A e"1,05 e"2,5
400 ÷
B e" 1,08 e"5
600
C 1,15÷1,35 e"7,5
Badania zmęczeniowe i cykliczne
ZaletÄ… stali w gatunku B500SP ze znakiem EPSTAL jest oznaczanie
wytrzymałości na obciążenia wielokrotnie zmienne oraz cykliczne. Stal EPSTAL
podlega ciągłemu badaniu tych dwóch parametrów zgodnie z PN-H-93220:20062).
Wytrzymałość na obciążenia wielokrotnie zmienne w badaniach
zmęczeniowych określona została na minimum 2 mln cykli rozciągania w zakresie
naprężeń od 150 do 300 MPa z częstotliwością do 200 Hz, bez widocznych pęknięć.
Wytrzymałość na obciążenia cykliczne określono na minimum 3 cykle
rozciągania na przemian ze ściskaniem, z częstotliwością 0,5  3 Hz, bez widocznych
pęknięć.
Dzięki ciągłemu badaniu tych parametrów, oraz stałej statystycznej analizie,
EPSTAL może mieć zastosowanie w konstrukcjach narażonych na różnego typu
obciążenia, w szczególności jako zbrojenie mostów i wiaduktów.
Bezpieczeństwo konstrukcji
Mechanizm zniszczenia elementów żelbetowych jest projektantom konstrukcji
dobrze znany. Statycznie niewyznaczalne konstrukcje (np belki ciągłe) powinny ulegać
zniszczeniu przez powstanie przegubu plastycznego w środku rozpiętości przęsła.
Powstanie przegubu uwarunkowane jest możliwością obrotu przekroju. Ciągliwość
stosowanych do tej pory gatunków stali (18G2-b, 34GS) była na tyle wysoka, że nie
zakłócała procesu powstawania przegubów. Przypomnijmy, że norma PN-B-
03264:20023) stale od A-0 do A-III określa stalami o dużej ciągliwości, natomiast stale
A-IIIN, ze względu na ich większą wytrzymałość, stalami o średniej ciągliwości.
Pojawienie się nowych gatunków stali o fyk = 500MPa, produkowanych różnymi
technologiami, wymaga głębszej analizy właściwości stali klasy A-IIIN. Okazuje się, że
w obrÄ™bie tej klasy znajdujÄ… siÄ™ zarówno stale o bardzo maÅ‚ej ciÄ…gliwoÅ›ci (µuke"2,5% -
klasa A wg EC-24)) jak i stale o podwyższonej ciÄ…gliwoÅ›ci (µuke"7,5% - klasa C wg EC-
24)).
Główną różnicą pomiędzy tymi rodzajami stali pod względem projektowym,
przy metodzie liniowej z ograniczoną redystrybucją wg EC-24), jest stopień
redystrybucji ´. Dla stali ciÄ…gliwych (klasa B lub C) ´e"0,70, natomiast dla stali
kruchych (klasa A) ´e"0,80. Oznacza to, że wg EC-2, podobnie jak wg PN-B-
03264:20023) możemy przyjąć większy stopień redystrybucji dla stali ciągliwych w
porównaniu ze stalami o małej ciągliwości.
W praktyce zastosowanie stali klasy A, o wydÅ‚użeniu µuk rzÄ™du 2,5% drastycznie
ogranicza możliwości obrotu przekrojów i osiągania ugięć ze względu na małą
ciągliwość stali. Brak zdolności osiągania ugięć skutkuje bardzo gwałtownym i
niespodziewanym zniszczeniem konstrukcji, bez widocznych ugięć i spękań. Zjawiska
tego dowiodło szereg badań porównawczych zarówno belek jak i płyt dwuprzęsłowych
(Rys.3-6).
Rys. 3 Zniszczenie płyty zbrojonej stalą klasy  C o fyk=500MPa
Rys. 4 Zniszczenie płyty zbrojonej stalą klasy  A o fyk=500MPa
Rys. 5 Zniszczenie belki zbrojonej stalÄ… klasy  C o fyk=500MPa
Rys. 6 Zniszczenie belki zbrojonej stalÄ… klasy  A o fyk=500MPa
W wyniku przytoczonych badań zaobserwowano, że ciągliwość stali
zbrojeniowej ma dominujący wpływ na zachowanie się konstrukcji żelbetowych,
zaznaczający się głównie w sytuacjach przedkrytycznych, kiedy konstrukcja osiąga
swoją nośność. W przypadku konstrukcji zbrojonych stalą o dużej ciągliwości
obserwowano etapowe dochodzenie do zniszczenia. Pojawienie siÄ™ szerokich rys nad
podporami oraz powstawanie przegubów w podporze pozwoliło określić z dużym
wyprzedzeniem stan przeciążenia konstrukcji. W praktyce oznacza to lepszą możliwość
analizy i oceny stanu konstrukcji a przede wszystkim daje możliwość podjęcia
odpowiednich działań zapobiegawczych.
Wyniki badań porównawczych, przeprowadzonych w kraju, po raz pierwszy
opublikowano na Konferencji Naukowej  Krynica 2004 . Po tym okresie trwały
przygotowania krajowych producentów do produkcji stali zbrojeniowej klasy  C . W
chwili obecnej większość krajowych producentów stali zbrojeniowej posiada w swojej
ofercie pręty żebrowane klasy C w gatunku B500SP wg PN-H-93220:20062) oznaczone
dodatkowo znakiem EPSTAL.
W Tabeli 2 zamieszczono porównanie gatunków popularnych w Polsce gatunków stali
zbrojeniowych.
Tab. 2 Porównanie wymagań normowych dla wybranych gatunków stali
Gatunek stali
RB500W/ B500SP
18G2-b 34 GS
Parametr
BSt500S*) (EPSTAL)
fyk
355 410 500 500
[MPa]
fyd
310 350 420 420
[MPa]
ftk
480 550 550 575
[MPa]
µuk
- - 5% 8%
[%]
Stosunek
- e"1,08 1,15 d" (ft/fy)k d" 1,35
-
(ft/fy)k
Obciążenia
- -
- 3 cykle
cykliczne
Wytrzymałość
- 2x106 cykli*) 2x106 cykli
-
zmęczeniowa
trudno
Spajalność spajalna spajalna spajalna
spajalna
*) wg DIN 488
 - nie oznacza siÄ™
1)
PN EN 10080:2005(U) - Stal do zbrojenia betonu. Spajalna stal zbrojeniowa.
Postanowienia ogólne
2)
PN-H-93220:2006  Stal B 500 SP o podwyższonej ciągliwości do zbrojenia betonu.
Pręty i walcówka żebrowana
3)
PN-B-03264:2002  Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Obliczenia statycz-
ne i projektowanie
4)
PN EN 1992-1-1:2005(U)  Eurokod 2: Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-
1: Reguły ogólne i reguły dla budynków
ul. Koszykowa 54
00-675 Warszawa
tel. [phone]
fax. [phone]
www.cpjs.pl;
[e-mail]