Stropy płytowe sprężone cięgnami bez przyczepności. Teoria, projektowanie, badania

Od początków sprężania betonu kablobetonowe stropy płytowe stosowane są w wielu krajach jako cienkie, płaskie przegrody w budynkach. Ich rozwój i popularyzacja ściśle wiążą się z obecnością cięgien bez przyczepności, które zostały opracowane i wprowadzone do szerokiego użycia w budownictwie do sprężania konstrukcji w USA w latach 50. ubiegłego stulecia. W ostatnich dziesięcioleciach obserwuje się ciągły wzrost użycia sprężenia cięgnami bez przyczepności jako zbrojenia betonu.

Obecnie, do sprężania betonowych płyt stropowych, zarówno na świecie jak i w naszym kraju, stosowane są głównie sploty bez przyczepności (monostrandy). Lekkość, łatwość i szybkość montażu oraz niewielka średnica cięgien, umożliwiająca realizację dużych mimośrodów sprężenia i zwisów cięgien w cienkich płytach, wygrała z wadami tego typu sprężenia i niemal całkowicie wyparła (z realizacji stropów płytowych) tradycyjny system sprężania cięgnami z przyczepnością (gdzie wymagana jest iniekcja kanałów zaczynem cementowym). Autor pracy jest czynnie działającym projektantem oraz badaczem. Zaprojektował kilka stropów sprężonych cięgnami bez przyczepności o niespotykanych jak dotąd w świecie smukłościach (L/h), wynoszących nawet powyżej 55. Wśród nich jest strop o pełnym przekroju i prawdopodobnie największej w świecie rozpiętości liczącej 17,6 m przy grubości płyty 350 mm.

Praca, prócz syntezy istniejących przepisów światowych i wytycznych projektowych, przedstawia wyniki kilkuletniej działalności badawczej autora nad płytami stropowymi sprężonymi cięgnami bez przyczepności, poprawą ich efektywności i udoskonalaniem metod projektowych.

Jednym z warunków rozpowszechnienia w Polsce stropów kablobetonowych jest możliwość wykorzystania w projektowaniu powszechnego i ogólnie dostępnego oprogramowania inżynierskiego. W pracy podano informacje pomocne w prostym, inżynierskim modelowaniu stropów oraz weryfikacjach stanów granicznych na pod-stawie uzyskanych wyników analizy statycznej.Dodatkowo, na przykładach realizacji stropów, autor wykazał, że możliwe jest wykonywanie stropów kablobetonowych, nawet o dużych rozpiętościach, wykorzystując niskiej jakości kruszywa skalne.

Praca zawiera również pierwsze analizy obliczeniowe i opis badań laboratoryjnych przeprowadzonych w Polsce, które potwierdzają możliwość stosowania w płytach sztucznego kruszywa otrzymywanego przez spiekanie popiołów lotnych. Informacje te mogą być pomocne w dobie kurczenia się zapasów kruszyw naturalnych oraz zachęcające do wykorzystania lokalnych kruszyw dostępnych na rynku budowlanym

SPIS TREŚCI:

Wykaz ważniejszych oznaczeń  7

1. Wstęp  13

2. Materiały  17

2.1. Beton  17

2.1.1. Kruszywo  17

2.1.2. Wytrzymałość  18

2.1.3. Moduł sprężystości  20

2.1.4. Skurcz  21

2.1.5. Pełzanie 23

2.1.6. Beton lekki 25

2.2. Cięgna sprężające  31

2.2.1. Właściwości stali do sprężania  31

2.2.2. Cięgna bez przyczepności  34

2.3. Zakotwienia  38

3. Kształtowanie płyt  41

3.1. Układ podpór, rozpiętości przęseł 41

3.2. Typ płyty  44

3.2.1. Płyta jedno- i dwukierunkowa  45

3.2.2. Płyta pełna i użebrowana  47

3.3. Minimalna grubość płyty i stosunek rozpiętości do grubości  48

3.4. Wewnętrzne wkłady odciążające jako sposób poprawy efektywności płyty kablobetonowej  51

3.5. Analiza efektywności różnych typów przekrojów  53

4. Płyty płaskie  59

4.1. Praca statyczna płyt płaskich  59

4.2. Kryteria analizy płyt płaskich  61

4.3. Zachowanie się płaskich płyt pod wpływem obciążenia cięgnami sprężającymi  62

5. Dobór sprężenia  67

5.1. Układ sprężenia w planie  67

5.2. Profil cięgna, obciążenie zastępcze, wymagana liczba cięgien  70

5.2.1. Minimalne otulenie cięgien  70

5.2.2. Profil cięgna i obciążenie zastępcze  71

5.2.3. Określenie wymaganego sprężenia  77

6. Modelowanie stropów kablobetonowych  83

6.1. Modelowanie sprężenia  83

6.2. Efekty II rzędu  85

6.3. Analiza statyczna płyt  88

6.3.1. Metoda ram zastępczych  90

6.3.2. Analiza płyt metodą elementów skończonych  91

6.3.3. Wybór metody  94

7. Projektowanie z uwagi na stany graniczne nośności  95

7.1. Zginanie  95

7.2. Przebicie  99

7.2.1. Nośność obszarów niezbrojonych na przebicie  100

7.2.2. Nośność obszarów zbrojonych na przebicie 103

7.2.3. Zasięg zbrojenia na przebicie  104

8. Projektowanie z uwagi na stany graniczne użytkowalności  105

8.1. Naprężenia normalne w przekroju  105

8.1.1. Płyty zwykłe (oparte na krawędziach)  106

8.1.2. Płyty płaskie  107

8.2. Naprężenia w kierunku poprzecznym  109

8.2.1. Jedno- i dwukierunkowe płyty zwykłe  109

8.2.2. Płyty płaskie  110

8.3. Zarysowanie  110

8.4. Zbrojenie zwykłe  113

8.4.1. Zbrojenie z uwagi na równowagę sił przekrojowych  113

8.4.2. Zbrojenie minimalne  114

8.5. Ugięcia  117

8.5.1. Płyty jednokierunkowe  119

8.5.2. Płyty dwukierunkowe  119

8.5.3. Ugięcia długotrwałe 123

8.6. Drgania  124

8.6.1. Określenie częstości drgań własnych  126

8.6.2. Tłumienie  129

8.6.3. Przewidywanie odpowiedzi stropu na drgania wywołane ich użytkowaniem  130

9. Wybrane szczegóły konstrukcyjne 133

9.1. Układ cięgien  133

9.2. Rozstawy cięgien  134

9.3. Zbrojenie na siły rozrywające pod zakotwieniami  135

9.4. Zbrojenie stref pomiędzy zakotwieniami  139

9.5. Stabilizacja cięgien  140

9.6. Otwory w płytach  140

9.7. Oznaczenia na rysunkach  142

10. Zagraniczne realizacje a wytyczne kształtowania płyt  145

10.1. Strop kasetonowy w Bibliotece Publicznej w Bostonie  145

10.2. Stropy w budynku centrum handlowego Fuenlabrada w Madrycie  148

10.3. Strop w budynku hotelu VidaMar Resort Madeira w Funchal  151

11. Badania płyt kablobetonowych  153

11.1. Badania płyt przy zginaniu  153

11.2. Badania przebicia płyt  164

11.3. Badania płyt w warunkach pożaru  172

11.4. Badania stropów w skali naturalnej  179

11.5. Analizy teoretyczne stropów  183

11.6. Badania płyt z betonu lekkiego  184

12. Badania własne  187

12.1. Metodyka badań  188

12.1.1. Technologia pomiarów bazująca na drgającej strunie  188

12.1.2. Pomiar odkształceń betonu  188

12.1.3. Pomiar ugięć  190

12.1.4. Pomiar siły w cięgnach  192

12.2. Płaska płyta w budynku Małopolskiego Centrum Budownictwa Energooszczędnego  192

12.3. Płyty dużych rozpiętości w budynku Centrum Kulturalno--Artystycznego w Kozienicach  203

12.3.1. Charakterystyka budynku  203

12.3.2. Charakterystyka stropów kablobetonowych 204

12.3.3. Ugięcia stropów  209

12.3.4. Próbne obciążenie płyty Pł-3  213

12.4. Badania lekkiego betonu kruszywowego przeznaczonego do konstruowania kablobetonowych płyt dużej rozpiętości  219

13. Inne nietypowe, autorskie zastosowania płyt sprężonych cięgnami bez przyczepności w budynkach  229

13.1. Strop z wkładami odciążającymi w budynku Samorządowego Centrum Kultury w Busku-Zdroju 229

13.2. Płyta kablobetonowa w Pawilonie Muzycznym w Muszynie  233

13.2. Płyta antresoli dla chóru w kościele św. Jacka w Krakowie  239

14. Podsumowanie  245

Literatura  249