Wpływ parametrów styku na pracę statyczną żelbetowych belek zespolonych o przekroju teowym

Przedmiotem monografii są zagadnienia pracy statycznej żelbetowych
elementów zespolonych w strefach przypodporowych oraz w styku pod
obciążeniem doraźnym. Skoncentrowano się w szczególności na elementach
belkowych o przekroju teowym analizując wpływ położenia styku, uogólnionej
przyczepności oraz zbrojenia zszywającego na ich pracę statyczną. W tym celu
wykorzystano badania doświadczalne przeprowadzone w skali półtechnicznej,
metody analityczne mechaniki konstrukcji oraz analizy numeryczne.
W ramach opracowania przeanalizowano stan wiedzy w zakresie żelbetowych
konstrukcji zespolonych. Opisano i usystematyzowano zjawiska występujące
w styku wpływające na jego pracę statyczną, najczęściej stosowane w praktyce
modele obliczeniowe nośności styku, konstrukcje zespolone o przekroju teowym
z punktu widzenia praktyki budowlanej oraz dokonano przeglądu
dotychczasowych badań nad przedmiotowymi elementami. Podkreślono, że brak
jest badań i analiz elementów zespolonych o przekroju teowym, w szczególności
uwzględniających postać zarysowania styku w strefie przypodporowej oraz, że
poszukiwane są charakterystyki sztywnościowe wpływające na zmianę rozkładu
sił wewnętrznych i ogólną ich nośność. Zwrócono również uwagę na brak
precyzyjnych danych dotyczących parametrów styku przyjmowanych do obliczeń
oraz jego modelowania numerycznego, zwłaszcza zagadnień kontaktu oraz
kohezji.

Spis treści
Streszczenie .......................................................................................................... 8
Summary ............................................................................................................. 11
Wstęp ............................................................................................................. 17
1.1. Wprowadzenie ....................................................................................... 17
1.2. Problem badawczy i cel pracy................................................................ 18
1.3. Przedmiot i zakres pracy ........................................................................ 19
Aktualny stan wiedzy o żelbetowych elementach zespolonych .................... 22
2.1. Zespolenie w pracy statycznej elementów żelbetowych ........................ 22
2.1.1. Cechy charakterystyczne żelbetowych elementów zespolonych . 22
2.1.2. Zjawiska występujące w styku wpływające na pracę statyczną
żelbetowych belek zespolonych................................................... 22
2.1.3. Modele obliczeniowe nośności styku .......................................... 31
2.2. Żelbetowe elementy zespolone o przekrojach teowych w praktyce
budowlanej ............................................................................................. 39
2.2.1. Przykłady ..................................................................................... 39
2.2.2. Przekrój teowy i jego parametry geometryczne........................... 44
2.3. Dotychczasowe badania czynników wpływających na pracę statyczną
żelbetowych elementów zespolonych .................................................... 47
2.3.1. Rodzaje badanych elementów ..................................................... 47
2.3.2. Modele badawcze ........................................................................ 52
2.3.3. Położenie styku w badanych elementach..................................... 53
2.3.4. Sposoby przygotowania powierzchni styku................................. 57
2.3.5. Zbrojenie styku ............................................................................ 62
2.4. Wnioski oraz problemy naukowo-badawcze wynikające z przeglądu
literatury ................................................................................................. 69
Podstawy, założenia programu własnych badań i analiz oraz cząstkowe
cele pracy ....................................................................................................... 72
Własne badania laboratoryjne ........................................................................ 75
4.1. Badania wpływu położenia styku na wysokości elementu na pracę
statyczną zespolonej belki żelbetowej o przekroju teowym .................. 75
4.1.1. Badane elementy i przebieg badań .............................................. 75
6
4.1.2. Wyniki badań ............................................................................... 78
4.1.3. Analiza wyników badań............................................................... 88
4.1.4. Parametryczna analiza wpływu położenia styku na naprężenia
styczne ......................................................................................... 92
4.1.5. Wnioski z badań i analiz .............................................................. 93
4.2. Badania wpływu różnie kształtowanego styku na pracę statyczną
zespolonej belki żelbetowej o przekroju teowym .................................. 94
4.2.1. Badane elementy i przebieg badań .............................................. 94
4.2.2. Wyniki badań ............................................................................... 97
4.2.3. Analiza wyników badań............................................................. 112
4.2.4. Wnioski z badań i analiz ............................................................ 115
Analiza numeryczna żelbetowych belek zespolonych o przekroju teowym 117
5.1. Modele konstytutywne materiałów ...................................................... 118
5.1.1. Model konstytutywny betonu .................................................... 118
5.1.2. Model konstytutywny stali zbrojeniowej ................................... 126
5.1.3. Pozostałe założenia modelu numerycznego............................... 126
5.2. Model numeryczny belek zespolonych ................................................ 127
5.2.1. Założenia modelu numerycznego belki ..................................... 127
5.2.2. Dane materiałowe ...................................................................... 127
5.2.3. Model numeryczny i jego kalibracja ......................................... 131
5.3. Wyniki analiz numerycznych............................................................... 134
5.3.1. Uwagi ogólne ............................................................................. 134
5.3.2. Deformacja i zarysowanie ......................................................... 135
5.3.3. Ugięcia – badania parametryczne .............................................. 141
5.3.4. Odkształcenia zbrojenia ............................................................. 148
5.3.5. Stan naprężeniowy w styku ....................................................... 151
5.3.6. Podatność styku ......................................................................... 170
5.4. Wnioski z przeprowadzonych symulacji numerycznych ..................... 173
Zalecenia do projektowania żelbetowych belek zespolonych,
w szczególności o przekroju teowym .......................................................... 174
6.1. Klasyfikacja mechanizmów zniszczenia belek zespolonych ............... 174
6.2. Kryteria obliczeniowe dotyczące stref przypodporowych
w projektowaniu belek zespolonych .................................................... 177

6.2.1. Kryteria główne ......................................................................... 177
6.2.2. Parametry warunkujące zarysowanie styku ............................... 178
6.3. Algorytm obliczania nośności stref przypodporowych belek
zespolonych.......................................................................................... 180
6.4. Weryfikacja algorytmu obliczeniowego na wynikach badań
własnych............................................................................................... 181
Podsumowanie i wnioski końcowe .............................................................. 183
7.1. Wpływ położenia styku na wysokości ................................................. 184
7.2. Wpływ różnie kreowanego styku ......................................................... 184
7.3. Analizy numeryczne żelbetowych elementów zespolonych ................ 185
7.4. Zalecenia do projektowania żelbetowych elementów zespolonych ..... 186
Literatura ........................................................................................................... 187