Badania krótkich wsporników żelbetowych wzmacnianych zbrojeniem wklejanym i stalowymi akcesoriami

Abstract

Przedmiotem zeszytu jest problematyka wzmacniania istniejących krótkich wsporników żelbetowych. Postawiono tezę, że można skutecznie zwiększyć nośność wsporników za pomocą, wklejanego zbrojenia stalowego. Zasadniczą część pracy stanowi opis własnych badań eksperymentalnych. Dotyczyły one dwóch kategorii wsporników: z umiarkowaną smukłością ścinania (ac/d = 0;5÷0;6) i bardzo krępych (ac/d ≈ 0,3). Nim rozpoczęto proces wzmacniania, na każdy ze wsporników działała siła odpowiadająca około połowie obciążenia niszczącego, które ustalano na modelach referencyjnych. Wszystkie elementy były wzmacniane pod działającym obciążeniem. Jako dodatkowe zbrojenie stosowano pręty gwintowane M16 klasy 8.8. Część wsporników została zaopatrzona w stalowe akcesoria kotwione do betonu za po-mocą śrub wklejanych. W trakcie badań mierzono odkształcenia na zbrojeniu wsporników i powierzchni betonu oraz rejestrowano rysy i szerokość ich rozwarcia. W jednej z serii wykonywano pomiary za pomocą˛ systemu cyfrowej korelacji obrazu (Aramis). W sumie zbadano dziewiętnaście wsporników: sześć referencyjnych i trzynaście wzmocnionych. Uzyskano stopień wzmocnienia do 64% (przy zastosowaniu prętów wklejanych) i ponad 150% dla wzmocnienia akcesorium stalowym. W wyniku analiz obliczeniowych stwierdzono, że dla wsporników z umiarkowaną smukłością ścinania metody oparte na modelach kratownicowych bardzo dobrze korespondują z wynikami badań własnych, a zbrojenie wklejone można traktować, tak jak pręty zabetonowane. Odmienna sytuacja jest w przypadku wsporników bardzo krępych. Wykazano, że istniejące sposoby obliczeń prowadzą do wyników tym bardziej konserwatywnych im mniejszy jest mechaniczny stopień zbrojenia elementu. Ze względu na odmienny sposób niszczenia osobno analizowano zachowanie wspornika z akcesorium stalowym (C – III), gdzie o zniszczeniu zadecydowała nośność wklejenia akcesorium. W wyniku przeprowadzonych badań i analiz stwierdzono, że wsporniki o umiarkowanej i dużej smukłości ścinania ac/d ≈ 0,5 i niskim stopniu zbrojenia można skutecznie wzmacniać zbrojeniem wklejanym. Taki sposób wzmacniania jest mniej skuteczny dla elementów bardzo krępych ac/d ≈ 0,3.

The subject of the Bulletin is strengthening of existing reinforced concrete corbels and the proposed thesis is that it is possible to effectively increase the carrying capacity of the corbels with embedded through-section (ETS) rods. The main part of the dissertation is the author’s own experimental research. The study covers two categories of corbels: one with moderate shear slenderness (ac/d = 0;5÷0;6) and one with short span-to-depth ratios (ac/d ≈ 0,3). Prior to the start of the strengthening process, a force equivalent to about half of the ultimate load determined on the reference elements was applied to each corbel. All corbels were being strengthened under load. Threaded rods (M16, class 8.8) were used as additional reinforcement. Some of the corbels were equipped with a steel accessory anchored to the concrete with post-installed screws. During the tests deformations on the reinforcement and the concrete surface were measured and the cracks and their width were recorded. A digital image correlation system (Aramis) was used during one of the test series. On the whole, nineteen corbels were tested: six reference and thirteen strengthened ones. Increase of load capacity of up to 64% (using embedded through-section rods only) and over 150% for the steel accessory was observed. As a result of calculation analyses, it was found that the methods based on the strut-and-tie models correspond very well with the results of the author’s own tests for the moderate shear slenderness corbels and the post-installed reinforcement can be treated in the same way as the cast-in bars. The situation is different in the case of corbels with short span-to-depth ratios. It has been shown that the existing calculation methods lead to more conservative results if the mechanical reinforcement ratio of the element is smaller. Due to the different method of destruction the corbel with steel accessory (C – III) was analyzed separately. In that case the ultimate load was determined by the load capacity of anchors. As a result of the studies and analyses it was found that corbels with moderate and high shear slenderness ac/d ≈ 0,5 and low reinforcement ratio can be effectively strengthened by embedded through-section rods. Such reinforcement is less effective in corbels with short span-to-depth ratios ac/d ≈ 0,3.