WŁASNOŚCI MECHANICZNE STALI.

ZASADY KSZTAŁTOWANIA ZBROJENIA

W KONSTRUKCJACH ŻELBETOWYCH

Wg PN-B-03264:2002

γ_s = 1,15 w trwałej i przejściowej sytuacji obliczeniowej

γ_s = 1,00 w wyjątkowej sytuacji obliczeniowej

E_s = 200 GPa

Konstrukcje żelbetowe zbroi się wiotkimi prętami zbrojeniowymi o przekroju kołowym.

Podstawowe klasy i gatunki stali zbrojeniowej:

• gładkie ze stali węglowej konstrukcyjnej zwykłej jakości klasy A-0 i A-I, gatunek St0S-b, St3SX-b, St3SY-b, St3S-b, PB-240, o średnicach od 5,5÷6 do 28÷40 mm;

• żebrowane spiralne ze stali niskostopowej klasy A-II, gatunek 18G2-b, 20G2Y-b, St50B, o średnicach od 6 do 28÷32 mm, (rys. 1a, b);

• żebrowane w jodełkę ze stali niskostopowej klasy A-III, gatunek 25G2S, 34GS, 35G2Y, RB400, RB400W, Grade 60, o średnicach od 6÷10 do 16÷40 mm, (rys. 1c, d);

• żebrowane w jodełkę ze stali niskostopowej o podwyższonej wytrzymałości klasy A-IIIN, gatunek 20G2VY, RB500, RB500W, o średnicach od 6 do 18÷40 mm (rys. 1e);

• okrągłe druty gładkie i profilowane klasy A-IIIN, gatunek St3-b-500, o średnicach od 4 do 14 mm.

Pręty o średnicach nominalnych do 8 mm są dostarczane zazwyczaj w kręgach. Pręty o średnicach 10 i 12 mm ze stali od A-0 do A-III mogą być dostarczane w kręgach; także w kręgach mogą być dostarczane pręty o średnicy 14 mm ze stali klasy A-0 i A-I. Pozostały asortyment zbrojenia dostarcza się w postaci prętów prostych o długości 6÷12 m. Większe długości prętów można uzyskać tylko w uzgodnieniu z producentem.

Podstawowym gatunkiem stali stosowanym do wykonywania zbrojenia nośnego konstrukcji żelbetowych jest stal klasy A-III i A-IIIN.

Jako zbrojenie:

• konstrukcyjne, rozdzielcze i na strzemiona można stosować stale gatunku St0S-b lub St3SX-b, ewentualnie gatunków wyższych;

• nośne w elementach o niskim stopniu zbrojenia i dla betonów najniższej klasy można stosować stal St0S-b;

• nośne w elementach konstrukcyjnych należy stosować stale gatunków St3SY-b, St3S-b i wyższych, przy czym stale klasy A-IIIN jedynie w elementach zginanych;

• konstrukcyjne i nośne można stosować siatki, ale wyłącznie zgrzewane, z drutów gładkich lub profilowanych.

Rys.1 Profilowanie wybranych typów wkładek zbrojeniowych (opis w tekście).

Zaleca się stosować następujące gatunki stali zbrojeniowej w konstrukcjach pracujących:

• pod obciążeniem wielokrotnie zmiennym: St3SY-b, St3Sb, 18G2-b, 20G2Y-b, 34GS;

• pod obciążeniem dynamicznym: St3SY-b, St3-b, 18G2-b;

• pod obciążeniem sejsmicznym: St3SY-b, St3S-b, 18G2-b;

• w warunkach działania ciśnienia gazów lub cieczy: St3Sy-b, St3S-b, 18G2-b;

• w warunkach możliwości gwałtownego działania ciśnienia powietrza (podmuchy): 18G2-b;

• w podwyższonych temperaturach: 18G2-b, 34GS;

• w środowisku agresywnym: St3SY-b, St3S-b, 18G2-b.

Jako dobrą uznaje się spawalność:

• prętów ze stali gatunków 20G2Y i 18G2 o średnicy do 28 mm;

• prętów ze stali gatunków 35G2Y i 34GS o średnicy do 12 mm;

• prętów ze stali gatunków RB40W o średnicy do 32 mm;

• prętów ze stali gatunków 20G2VY-b o średnicy do 28 mm;

• prętów ze stali gatunków RB500W o średnicy do 32 mm;

• walcówki ze stali gatunków 34GS o średnicy do 12 mm;

• walcówki ze stali gatunków 20G2VY-b o średnicy do 10 mm;

Jeżeli konstrukcja ma być narażona na obciążenia sejsmiczne, wybuchy (schrony), obciążenia dynamiczne albo obciążenia wielokrotnie zmienne, pręty zbrojeniowe należy łączyć wyłącznie przez stosowanie wiązania !

Wszelkiego typu wyroby ze stali stosowane w konstrukcjach żelbetowych (blach, profile walcowane) powinny być wykonywane ze stali gatunku St3S.

Uchwyty montażowe dla elementów prefabrykowanych zalecano wykonywać wyłącznie ze stali klasy A-I, gatunek St3SY-b.

Ze względu na konieczność wykorzystania właściwości wytrzymałościowych stali zbrojeniowej wymaga się, aby w konstrukcjach zbrojonych stalą klasy:

• A-0 i A-I (zbrojenie gładkie) stosowano beton klasy co najmniej B15;

• A-II i A-III stosowano beton klasy co najmniej B20;

• A-IIIN stosowano beton klasy co najmniej B25.

Zbrojenie należy kształtować w sposób możliwie najprostszy, zapewniający jednak niezmienność położenia zbrojenia w czasie zagęszczania betonu.

Pręty nośne nieżebrowane (stal klasy A-0 i A-I) można kończyć hakiem ukośnym, pręty nośne żebrowane (stal klasy A-II, A-III i A-IIIN) można kończyć bez haka, hakiem prostym lub pętlą.

Pręty ściskane, niezależnie od klasy stali, kończy się bez haka.

Średnica trzpieni φ_r, przy której wykonuje się formowanie haka półokrągłego, haka prostego i pętli, nie może być mniejsza niż:

rodzaj prętów	Średnica prętów
		φ < 20 mm	φ > 20 mm
gładkie	2,5φ	5φ
żebrowane	4φ	7φ

Zbrojenie główne odgina się zasadniczo pod kątem 45⁰ w stosunku do osi podłużnej elementu. W belkach wysokich dopuszcza się odgięcie pod kątem 60⁰, a w belkach niskich i płytach pod kątem 30⁰.

W miejscach, gdzie zmianie kierunku podlegają jednocześnie wszystkie pręty zbrojenia rozciąganego (np. naroże ramy) zaleca się, aby średnica odgięcia prętów nie była mniejsza niż 20 - krotności średnicy pręta. Średnica zagięcia strzemion i prętów montażowych powinna spełniać warunki jak dla haków.

rys. Odgięcie prętów w węźle ramy.

W trakcie wykonywania konstrukcji żelbetowych, szczególnie prefabrykowanych, zachodzi niekiedy potrzeba prostowania zagiętych uprzednio prętów zbrojeniowych. Tego rodzaju operację odginania można wykonać na zimno jedynie dla prętów o średnicy φ ≥ 14 mm².

Zagięcie pierwotne pręta powinno spełniać podane na rysunku warunki.

rys. Kształtowanie pręta przeznaczonego do odgięcia.

W przypadku prawidłowego odgięcia początek łuku wkładki powinien trafić na krawędź betonu (rys. a). Jeżeli początek łuku znajduje się dalej niż 30 mm od krawędzi betonu, to do prawidłowego odgięcia konieczne jest dodatkowe przytrzymanie wkładki (rys. b), w przeciwnym razie nie uda się jej wyprostować (rys. c). Także w przypadku, gdy rurka odginająca zostanie włożona zbyt płytko (nie dojdzie do łuku), nie uzyska się prawidłowego odgięcia wkładki (rys. d). Przewidując odgięcia wkładki należy ją osadzić na tyle daleko od krawędzi zewnętrznej, aby w czasie prostowania nie nastąpiło odłupanie betonu (rys. e).

rys. Prawidłowe i nieprawidłowe sposoby prostowania prętów (opis w tekście):

1 - rurka, 2 - sztywne przytrzymanie.

Gdy zachodzi konieczność prostowania zbrojenia, np. w ścianach, można stosować pierwotne zagięcie w dół (rys. a) lub na zewnątrz (rys. b), wykonując w tym ostatnim przypadku bruzdę w miejscu odgięcia. Jeżeli wkładki te znajdują się blisko zewnętrznej płaszczyzny ściany, nie można ich zaginać od tej ściany (rys. c).

a) b)

c)

rys. Zasady kształtowania zbrojenia odginanego wzdłuż krawędzi pionowych (opis w tekście).

WYMAGANA DŁUGOŚĆ ZAKOTWIENIA PRĘTÓW

Zaleca się, aby rozciągane pręty zbrojeniowe nie były kotwione w tej strefie rozciągań, w której pracują. W miarę możliwości należy dążyć do kotwienia prętów rozciąganych w strefie ściskanej. Prętów o średnicy φ > 32 mm nie wolno kotwić w strefie rozciąganej.

Norma uzależnia wymaganą długość zakotwienia prętów l_bd od rodzaju prętów i warunków pracy. Długość tę wyznacza się z wzoru:

We wzorze tym α_a jest to współczynnik efektywności zakotwienia, A_s,req,A_s,prov - pola przekroju poprzecznego zbrojenia wymaganego zgodnie z obliczeniami oraz przekroju poprzecznego zbrojenia zastosowanego, l_b,min - minimalna wymagana długość zakotwienia prętów, l_b - podstawowa długość zakotwienia, przy czym:

• dla prętów prostych α_a =1;

• dla zagiętych prętów rozciąganych pod warunkiem, że w strefie haka lub pętli grubość otulenia w kierunku prostopadłym do płaszczyzny zagięcia wynosi nie mniej niż 3φ: α_a = 0,7;

• w przypadku prętów rozciąganych:

• w przypadku prętów ściskanych obliczeniowo niezbędnych:

Podstawowa długość zakotwienia l_b jest określona jako długość prostego odcinka pręta wymaganego dla przekazania z pręta na beton siły o wartości A_sf_yd przy założeniu, że na rozpatrywanej długości pręta naprężenie przyczepności ma wartość stałą równą f_bd. Stąd podstawowa długość zakotwienia wyraża się wzorem:

W przypadku zbrojenia parami prętów, średnicę φ w powyższym wzorze należy zastąpić średnicą równoważną:

Jeżeli konstrukcja jest poddana obciążeniom wielokrotnie zmiennym, to podstawową długość zakotwienia l_b należy zwiększyć o 50%.

WARUNKI PRZYCZEPNOŚCI

Rozróżnia się dobre i mierne warunki przyczepności stali do betonu. Warunki przyczepności stali do betonu można uznawać jako dobre:

• dla wszystkich prętów nachylonych podczas betonowania pod kątem od 45⁰ do 90⁰ w stosunku do poziomu (rys. a);

• dla wszystkich prętów nachylonych podczas betonowania pod kątem od 0⁰ do 45⁰ w stosunku do poziomu pod warunkiem, że znajdują się:

• w elementach, których całkowita grubość nie przekracza 250 mm (rys. b);

• w dolnej połowie elementów o grubości większej niż 250 mm (rys. c);

• co najmniej 300 mm poniżej górnej krawędzi elementu (rys. d);

Wszystkie inne sytuacje traktować należy jako mierne.

a) kierunek betonowania b) kierunek betonowania

45⁰ ≤ α ≤ 90⁰ h ≤ 250 mm

c) kierunek betonowania d) kierunek betonowania

250 mm < h ≤ 600 mm h > 600 mm

rys. Sytuacje pozwalające na określenie warunków przyczepności jako dobrych: a), b) - na całej grubości elementu, c), d) - na nie wyróżnionym kreskowaniem obszarze elementu.

GRANICZNE NAPRĘŻENIA PRZYCZEPNOŚCI

Naprężenia przyczepności między stalą a betonem f_bd oblicza się dla „dobrych warunków przyczepności”:

• w przypadku prętów zbrojeniowych gładkich z wzoru:

• w przypadku prętów zbrojeniowych żebrowanych z wzoru:

gdzie γ_c = 1,5.

W sytuacji zakotwień nie spełniających dobrych warunków przyczepności otrzymane w powyższy sposób wartości f_bd należy pomnożyć przez 0,7.

W celu uproszczenia obliczeń w tabeli podano graniczne wartości naprężeń obliczeniowych f_bd.

klasa betonu	B15	B20	B25	B30	B37	B45	B50	B55	B60	B65	B70
pręty gładkie	0,8	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9
pręty żebrowane φ ≤ 32 mm	1,6	2,0	2,3	2,7	3,0	3,4	3,7	4,0	4,3	4,6	4,8

Jeżeli pręty kotwione są poddane naprężeniom ściskającym prostopadłym do prawdopodobnej płaszczyzny odłupania o wartości σ_cb, to wartości f_bd można zwiększyć, mnożąc przez:

W przypadku zbrojenia za pomocą prętów o średnicy φ > 32 mm wartości f należy pomnożyć przez współczynnik:

w którym φ podstawia się w mm.

OTULENIE WKŁADEK ZBROJENIOWYCH

Nowa norma żelbetowa przywiązuje dużą wagę do trwałości konstrukcji żelbetowych, a co za tym idzie - do prawidłowego określenia grubości otulenia wkładek zbrojeniowych. Wymaga się, aby wartość otulenia była dobrana w sposób zapewniający:

• bezpieczne przekazanie sił przyczepności,

• należyte zagęszczenie betonu,

• ochronę stali przed korozją.

Otulenie zbrojenia c powinno z uwagi na prawidłowe przekazanie sił i zapewnienie możliwości dobrego zagęszczenia betonu spełniać następujące warunki:

c_min ≥ φ lub φ_n, gdy d_g ≤ 32 mm,

c ≥ d_g + 5 mm, gdy d_g > 32 mm,

w których:

φ - średnica pojedynczego pręta,

φ_n - zastępcza średnica wiązki prętów,

d - maksymalny wymiar kruszywa.

Zastępcza średnica wiązki prętów φ_n jest określana dla wiązki jednakowych prętów o tej samej średnicy i wytrzymałości zgodnie ze wzorem:

W którym n_b jest liczbą prętów w wiązce.

Istotny jest obowiązek zwiększenia nominalnej wartości otuliny o wartość dopuszczalnej odchyłki Δc. Należy przyjmować w przypadku elementów:

• prefabrykowanych Δc = 0÷5 mm;

• betonowanych na miejscu wbudowania Δc = 5÷10 mm;

UCHWYTY TRANSPORTOWE

W każdym elemencie prefabrykowanym powinny być jednoznacznie zlokalizowane uchwyty transportowe. Zaleca się, aby uchwyty te nie powodowały dodatkowego zużycia stali zbrojeniowej, a więc aby wykorzystywały kształt elementu w postaci zazębień, otworów i przewężeń. Często jednak konieczne jest wykonanie uchwytu ze stali zbrojeniowej, najczęściej w postaci pętli.

Pętle montażowe powinny być wykonywane wyłącznie ze stali klasy A-I, przy czym zaleca się stosowanie średnic zbrojenia od 10 mm do 18 mm. Jeśli jest to tylko możliwe, należy kotwić pręty w jednej płaszczyźnie z pętlą, jakkolwiek dopuszcza się i inne rozwiązania.

STABILIZACJA POŁĄCZENIA ZBROJENIA

Dla zapewnienia stabilizacji zbrojenia podczas betonowania szkielet zbrojeniowy musi być scalony. W tym celu zasadniczo każde skrzyżowanie prętów zbrojeniowych powinno być unieruchomione poprzez związanie drutem wiązadełkowym lub zgrzanie.

Do wiązania zbrojenia można stosować uprzednio przygotowane druty z pętlami na końcu. Istnieje wtedy możliwość użycia sprężynowego haka zmniejszającego pracochłonność wiązania. Zamiast wiązania zbrojenia drutem wiązadełkowym są stosowane też specjalne zaciski sprężynowe. Zaciski pozwalają łączyć wzajemnie pręty ”φ6 aż po połączenie prętów φ12 z prętami φ20.

Aby zapewnić właściwe otulenie zbrojenia, stosuje się różne elementy dystansowe, obecnie najczęściej wykonywane z tworzyw sztucznych.

_{Własności mechaniczne stali}

13

_{03 Własności mechaniczne stali. Zasady kształtowania zbrojenia w konstrukcjach żelbetowych wg PN-B-03264:2002}

---