Politechnika Gdańska Rok akademicki 2011/2012

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

Katedra Konstrukcji Betonowych i Technologii betonu

Laboratorium z przedmiotu

Konstrukcje Betonowe

Studenci gr. 1, sem. VI, kierunek Budownictwo

Skład grupy laboratoryjnej

tu trzeba wpisac cala grupe, nie mam takiej listy wiec z pamięci nie robie

Spis treści

3. Informacje podstawowe.

   1. Nazwa badanego elementu.

Badane elementy to belki żelbetowe o wymiarach 200x10x18 cm. Belki zostały tak zazbrojone, aby uzyskać kolejno zniszczenie poprzez zginanie (sygnalizowane), zmiażdżenie (niesygnalizowane) oraz poprzez ścinanie.

Geometria belki (rysunek).

Zbrojenie elementu (geometria i średnice zbrojenia).

Tak jak na rysunku powyżej

1. Materiały (charakterystyki materiałowe betonu i stali).

   1. Beton.

Do wykonania belki wykorzystano beton klasy C30/37 według receptury Laboratorium Konstrukcji Betonowych.

Stal:

Zbrojenie belki nr 1:

zbrojenie dolne: stal klasy A – IIIN, 2Ø10

zbrojenie górne: stal klasy A – IIIN, 2Ø6

zbrojenie pionowe: stal klasy A – IIIN, 18 Ø6

Zbrojenie belki nr 2:

zbrojenie dolne: stal klasy A – IIIN, 2Ø20

zbrojenie górne: stal klasy A – IIIN, 2Ø6

zbrojenie pionowe: stal klasy A – IIIN 18Ø6

Zbrojenie belki nr 3:

zbrojenie dolne: stal klasy A – IIIN, 2Ø20

zbrojenie górne: stal klasy A – IIIN, 2Ø6

zbrojenie pionowe: stal klasy A – IIIN 12Ø6

Stanowisko badawcze (ogólny schemat stanowiska badawczego z pokazaniem miejsc podparcia i obciążania badanego elementu).

Stanowisko badawcze stanowi prasa hydrauliczna, z której siła poprzez szynę stalową jest przekazywana na belkę w postaci dwóch sił skupionych zgodnie z rysunkami 1 i 2.

Podczas badania wytrzymałości belki na zginanie zbadano dwa schematy:

-zniszczenie sygnalizowane

-zniszczenie niesygnalizowane

Rys.1 Schemat przekazywania obciążęnia na belkę

Dla badania wytrzymałości belki na ścinanie zwiększono rozstaw sił skupionych, które działały na belkę, by były bliżej podpór.

Rys.2 Schemat przekazania siły z prasy na belkę podczas badania na ścinanie

3. Badania

   1. Siła niszcząca

      1. Belka pierwsza (zniszczenie sygnalizowane)

Siła niszcząca wyniosła F=42 kN co odpowiada momentowi zginającemu M= 29,4 kNm

Belka druga (zniszczenie niesygnalizowane)

Siła niszcząca wyniosła F=32 kN co odpowiada momentowi zginającemu M= 22,4 kNm

Belka trzecia (zniszczenie przez ściananie)

Siła niszcząca wyniosła F=56 kN co odpowiada momentowi zginającemu M= 22,4 kNm

1. Morfologia rys

2. Odkształcenia stali zbrojeniowej

   1. Szkic usytuowania tensometrów

Zasada prowadzenia pomiarów

Do pomiarów odkształceń zbrojenia wykorzystano tensometry elektrooporowe, które wykorzystują zmianę oporności metalowych drutów, wywołaną zmianą ich długości.

Przed przyklejeniem tensometrów do badanego elementu, odpowiednio przygotowano jego powierzchnię – była ona gładka, odtłuszczona, wysuszona i pozbawiona wszelkich nalotów rdzy.

Tensometry zamocowano za pomocą specjalnego kleju tensometrycznego, a następnie dzięki odpowiednim przewodom połączono z przetwornikiem oraz z komputerem rejestrującym odczyty.

Pomierzone wartości odczytuje się z komputera (wyrażają one naprężenia). Następnie znając naprężenia σ oraz moduł sprężystości stali E = 200GPa obliczono odkształcenia w stali ε ze wzoru :

$\varepsilon = \frac{\sigma}{E}\lbrack - \rbrack$

Belka pierwsza (zniszczenie sygnalizowane)

lp.	siła P	P/Pu	Baza pomiarowa 1	Baza pomiarowa 2
			σ	ε
1	0	0	0,1	0,0000005
2	2,5	0,06	-17	-0,000085
3	10	0,24	-108,2	-0,000541
4	15	0,36	-169	-0,000845
5	20	0,48	-220	-0,0011
6	30	0,71	-320,3	-0,001602
7	35	0,83	-390,3	-0,001952
8	42	1	-2560,1	-0,012801

Oś pozioma ‘wytężenie’ pionowa ‘odkształcenie’

Belka druga (zniszczenie niesygnalizowane)

lp.	siła P	P/Pu	Baza pomiarowa 1	Baza pomiarowa 2
			σ	ε
1	0	0,000	0,9	0,0000045
2	2,5	0,143	-20,6	-0,0001030
3	5	0,286	-125,2	-0,0006260
4	10	0,571	-282,9	-0,0014145
5	15	0,857	-438,9	-0,0021945
6	17,5	1,000	-17,1	-0,0000855

Belka trzecia (zniszczenie przez ścinanie)

lp.	siła P	P/Pu	Baza pomiarowa 1	Baza pomiarowa 2
			σ	ε
1	0	0,00	0,2	0,000001
2	10	0,18	-75,9	-0,00038
3	20	0,36	-129,5	-0,00065
4	30	0,54	-173,2	-0,00087
5	40	0,71	-220,5	-0,0011
6	45	0,80	-245,1	-0,00123
7	56	1,00	-155,6	-0,00078

Oś pozioma ‘wytężenie’ pionowa ‘odkształcenie’

1. Odkształcenia powierzchni betonu

   1. Wykonanie pomiarów w badaniu

Do badania jednostkowych odkształceń powierzchni betonu użyliśmy ekstensometru elektronicznego (zniszczenie sygnalizowane oraz niesygnalizowane) oraz zegarowego (zniszczenie przez ścianie). Długość bazy pomiarowej urządzenia wynosi . Baza pomiarowa wyznacza odległość pomiędzy zagłębieniami w reperach trwale zamocowanych w badanym elemencie. Po każdym zwiększeniu obciążenia w zagłębienia te wkładaliśmy stożkowe ostrza ekstensometru zaczynając od ruchomego. Ostrza połączone są ze sobą za pomocą specjalnie ukształtowanego pręta. Z jednej strony stożkowe ostrze nóżki jest połączone z prętem w sposób nieprzesuwny z drugiej za pomocą łożyska przesuwnego. Od strony łożyska wbudowany jest czujnik. Odkształcenie badanego elementu powoduje zmianę odległości miedzy ostrzami, co możemy odczytać na wyświetlaczu elektronicznym ora zegarowym. Urządzenie jest bardzo czułe, toteż zgodnie z zaleceniami prowadzącego laboratoria, przed każdym pomiarem zerowaliśmy ekstensometr. Pomocna była tu stalowa sztabka (wzorzec) z wgłębieniami odległymi od siebie o odcinek równy bazie pomiarowej ekstensometru. Po umieszczeniu ostrzy we wgłębieniach wzorca należało wcisnąć przycisk zerujący urządzenie, znajdujący się przy wyświetlaczu elektronicznym. Postępowanie takie zapewniało stały punkt odniesienia i co za tym idzie dokładny pomiar.

W badanych belkach repery były umieszczone górnej części elementu co pokazano na poniższym schemacie.

Odkształcenia wyznaczono według wzoru:

ε_i = (u_i−u₀) * k

Gdzie:

u_i - i-ty odczyt

u - odczyt zerowy (przed przyłożeniem obc.)

k - stała ekstensometru (przyjęto k=1,62 *10^-5)

Szkic baz pomiarowych

Belka pierwsza (zniszczenie sygnalizowane)

Siła niszcząca: 2*18 kN

Belka nr 1 - zniszczenie sygnalizowane
Lp
0
1
2
3
4
5

Komentarz: Na wykresie pominięto pierwszy odczyt pomiarowy z uwagi na bardzo dużą rozbieżności w porównaniu do reszty pomiarów.

Wykres zależności wytężenia od odkształcenia.

Belka druga (zniszczenie niesygnalizowane)

Siła niszcząca: 2*46,5 kN

Belka nr 2 - zniszczenie niesygnalizowane
Lp
0
1
2
3
4
5

Wykres zależności wytężenia od odkształcenia.

1. Belka trzecia (zniszczenie przez ścinanie)

Siła niszcząca: 2*61 kN

Belka nr 3 - zniszczenie przez ścinanie
Lp
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Wykres zależności wytężenia od odkształcenia.

1. Przemieszczenia pionowe elementu

   1. Szkic punktów pomiarowych

Sposób wykonywania pomiarów

Pomiary ugięć belek żelbetowych zostały odczytywane za pomocą czujników zegarowych z dokładnością do 0,01mm. Przed obciążeniem zegary zostały wyzerowane. Dla wszystkich belek sposób dokonywania pomiarów był identyczny

Belka pierwsza (zniszczenie sygnalizowane)

Siła P [kN]	Ugięcie [mm]
2,5	0,58
10	2,57
15	4,12
20	5,44
30	8,56
35	10,86

Tytuł ‘ugięcia”

Belka druga (zniszczenie niesygnalizowane)

Siła P [kN]	Ugięcie [mm]
0	0
2,5	0,67
5	2,14
10	5,11
13	8,04
17,5	9

1. Belka trzecia (zniszczenie przez ścinanie)

Siła P [kN]	Ugięcie [mm]
10	1,89
20	3,48
30	5,18
40	7,23
45	8,37

Tytuł ‘ugięcia”

Morfologia rys

NIESTETY NIE MAM RYSUNKÓW ANI ZDJEC

Badania towarzyszące

KTO TO ROBIŁ ?

3. Analiza teoretyczna

   1. Belka pierwsza

d = 18 − 2, 6 = 15, 4cm

ξ_eff, lim = 0, 467

x_eff, lim = 0, 072 m

z = h − a₁ − a₂ = 0, 13 m

2 prety F10  →  A_s1 =  1, 57cm2

M_As2 = A_s1f_ykz = 10 kNm

M_Rd = 10 kNm

Moment z badania:

M = 18, 5 kN × 0, 7 m = 12, 95 kNm

Jest większy od obliczonej nośności.

Belka druga

ξ_eff, lim = 0, 467

x_eff, lim = 0, 073 m

M_bet = A_{c, eff, lim}f_ck(d−x_eff, lim) = 18, 18kNm

z = h − a₁ − a₂ = 0, 125 m

2 prety F6 →  A_s2 =  0, 565cm2

M_As2 = A_s2f_ykz = 3, 46 kNm

M_Rd = 21, 64 kNm

Moment z badania:

M = 37 kN × 0, 7 m = 25, 9kNm

Jest większy od obliczonej nośności.

Belka trzecia

ξ_eff, lim = 0, 467

x_eff, lim = 0, 07 m

Obliczenia nośności na zginanie:

Wartość momentu zginającego z badania:

Obliczenia nośności na ścinanie:

przyjęto k=2,00

Nośność belki na ścinanie wynosi:

Wartość maksymalnej pomierzonej siły:

Wnioski i podsumowanie

W tabeli poniżej zestawiono wartości rzeczywiste sił niszczących oraz nośności obliczeniowe

Belka	Mrd	Mrzecz	%	Vrd	Vrzecz	%
1	27,363	29,4	6,928571	-	-	-
2	11,06	22,4	50,625	-	-	-
3	32,07	22,4	43,16964	35,64	56	36,35714

Belka pierwsza

W belce tej wystąpił sygnalizowany charakter zniszczenia. Dowodem na to były wyraźnie pojawiające się kolejne rysy oraz narastające odkształcenia w stali. Jak widać rzeczywisty moment niszczący przekroczył nieznacznie nośnośc teoretyczną, co można uznać jako dowód poprawności wykonania obliczeń oraz stwierdzić, iż belka została zazbrojona adekwatnie do rodzaju zniszczenia.

Belka druga

W belce drugiej zniszczenie wystąpiło w sposób nagły, niesygnalizowany. Rysy były nieznaczne, pojawiły się dopiero przy większym obciążeniu. Rzeczywisty moment niszczący jest ponad dwukrotnie większy od obliczeniowego, co pokazuje, że belka tak zazbrojona jest w stanie przenieść więcej niż wynika z obliczeń, lecz jest to niebezpieczne, gdyż nic nas nie ostrzega przed momentem katastrofy.

Belka trzecia

Belka trzecia została tak skonstruowana, aby nastąpiło w niej zniszczenie poprzez ścinanie. Rysy pojawiały się w strefach przypodporowych i rozszerzały aż do momentu zniszczenia. Rzeczywista siła ścianająca niszcząca przekroczyła znacznie nośnośc obliczeniową, z kolei nośnośc na zginanie nie została wyczerpana, co pokazuje nam, że faktycznie nastąpiło zniszczenie przez ścinanie