Przyrost nośności

Doświadczenia wskazują, że w zakresie zbrojeń 0 < // < nm]n przyrost nośności jest znacznie większy niż wynika to z normowego przyjęcia granicznej wydłużalności betonu przy zginaniu er = 0,0001, prowadzącego w konsekwencji do naprężeń w stali ok. 200 kG/cm (program uprawnienia budowlane na komputer).

Ilość badań przeprowadzonych nad elementami słabo zbrojonymi jest niewielka. Zajmiemy się głównie omówieniem badań przeprowadzonych w Katedrze Konstrukcji Żelbetowych Politechniki Warszawskiej pod kierunkiem Suwalskiego. Obejmują one ok. 250 belek wykonanych z betonu o wytrzymałości 28-dniowej od 105 do 415 kG/cm2. Zbrojenie dobrane było w taki sposób, aby począwszy od belek betonowych dojść do minimum zbrojenia. Jedna z serii belek posiadała nawet zbrojenie powyżej minimum. Wartości (min ustalono orientacyjnie na podstawie projektowanej wytrzymałości betonu i zbadanej granicy plastyczności stali ze wzoru wyprowadzonego na podstawie kryterium porównawczego momentów niszczących (program uprawnienia budowlane na ANDROID).

Do doświadczeń użyto belek o wymiarach 20 x 20 x 100 cm, zginanych przy rozpiętości 90 cm. Jako kruszywo zastosowano żwir o wielkości ziaren 10 mm.
Zbrojenie belek składało się z wkładek podłużnych, doprowadzonych do strefy ściskanej w celu lepszego zakotwienia oraz ze strzemion ułożonych jedynie na podporach. Strzemiona miały zadanie zabezpieczać belki przed zniszczeniem na skutek ukośnego rozciągania. W środkowej części belek nie stosowano strzemion, gdyż ułatwiają one powstawanie rys. Brak wkładek montażowych miał również na celu wyeliminowanie wpływu wzmacniającego tych prętów (uprawnienia budowlane).

Belki obciążono dwoma równymi siłami, przyłożonymi w rozpiętości. Przyrost siły był powolny i równomierny, co umożliwiało - jak wiadomo - silniejszy rozwój odkształceń plastycznych w betonie.
Zachowanie się belek podczas ich obciążenia od zera do maksymalnej wartości siły miało następujący przebieg. Początkowo belki pracowały w fazie I, doznając ugięć prawie proporcjonalnych do obciążeń (program egzamin ustny).

Pomiar odkształceń

Pomiar odkształceń na krawędzi rozciąganej i ściskanej za pomocą tensometrów wykazywał narastanie coraz większych wydłużeń w miarę obciążenia. Bezpośrednio przed zarysowaniem tensometry sygnalizowały powstanie rysy. W chwili zarysowania przy P = Pr powstawała zwykle jedna rysa na odcinku belki między siłami. Jednocześnie ciśnienie na manometrze maszyny wytrzymałościowej doznawało natychmiastowego spadku, który następował w pierwszej chwili dość gwałtownie, następnie coraz wolniej. Ostatecznie ciśnienie stabilizowało się na pewnym poziomie Ps i następował chwilowy stan równowagi (opinie o programie).

W tym czasie niewielka początkowa rysa powoli się rozwierała. Dalsze zwiększenie siły powodowało szerokie rozwarcie rys i duże ugięcia. Przy słabszym zbrojeniu pęknięcie występowało na całej wysokości belki, zaś w końcowym okresie obciążania zdarzały się sporadyczne zerwania pojedynczych wkładek zbrojenia.

Opisany wyżej przebieg badania wszystkich belek miał prawie identyczny charakter z następującymi różnicami:
a. w belkach o większym zbrojeniu zarówno rysy początkowe, jak i końcowe były odpowiednio mniejsze,
b. wraz ze wzrostem przekroju stali spadek obciążenia po zarysowaniu by: coraz mniejszy, a przy odpowiednim dobraniu ilości stali w belkach ostatnie; serii, siła przy której następowało szerokie rozwarcie rys lub nawet zerwanie wkładek (stan obciążenia, przy którym nie występował dalszy przyrost siły przekraczała wartość siły rysującej (segregator aktów prawnych).

Zmiany wartości momentów rysujących Mf, momentów Ms odpowiadających sile Ps oraz momentów Mp odpowiadających obciążeniu, którego dalsze zwiększanie nie wywoływało przyrostu siły na manometrze, a jedynie zwiększenie ugięć.

Wyniki zestawione w tej tablicy zawierają trzy wielkości:
1) moment rysujący,
2) moment przenoszony przez belkę bezpośrednio po zarysowaniu zwykle niższy od Mf,
3) moment otrzymany po powtórnym zwiększeniu obciążenia Mn aż do chwili, gdy siła na manometrze przestała wzrastać (promocja 3 w 1)..