Nośność słupów żelbetowych z betonu o wysokiej wytrzymałości przewarstwionych żelbetową płytą z betonu o niższej wytrzymałości

Abstrakt

Względy ekonomiczne jak również konstrukcyjne przemawiają za różnicowaniem wytrzymałości betonu słupów oraz płyt obiektów wielokondygnacyjnych. Powstaje jednak wówczas pytanie, na ile przewarstwienie betonem płyty może wpływać na zmniejszenie nośności słupa. Celem badań było przeanalizowanie czynników nierozważanych w dotychczasowych pracach, mogących determinować nośność słupów z betonów o wysokiej wytrzymałości, przewarstwionych słabszym betonem płyty.
W ramach realizowanego projektu badawczego wykonano w skali około 1:2 i zbadano łącznie 10 elementów, zgrupowanych w czterech seriach badawczych. Podstawowe modele badawcze stanowiły słupy o przekroju 200 × 200 mm i wysokości całkowitej 1320 mm, wykonane z betonu o wysokiej wytrzymałości. Były one przewarstwione płytą o grubości 120 mm, wykonaną z betonu zwykłego lub lekkiego betonu kruszywowego. Elementom podstawowym towarzyszyły modele porównawcze, stanowiące słupy o przekroju 200 × 200 mm i wysokości 600 mm, wykonane w całości z betonu o wysokiej wytrzymałości i zbrojone w taki sam sposób jak słupy modeli podstawowych. Ich nośność stanowiła poziom odniesienia dla oceny wpływu przewarstwienia słabszym betonem płyty na nośność słupów modeli podstawowych. 
Pierwsza i druga seria badawcza obejmowały modele wewnętrznych słupów. Parametry zmienne stanowiły: rodzaj betonu płyty: zwykły (seria M) lub lekki kruszywowy (seria ML), jak również wielkość obciążenia płyty: 50, 100 lub 150 kN. Wyniki badań pokazały, iż nośność słupów modeli z płytami z lekkiego betonu kruszywowego była o około 20% niższa od nośności modeli odniesienia – niezależnie od wielkości obciążenia płyt, a tym samym wykorzystania ich nośności na przebicie. Stwierdzono jednocześnie wyraźne różnice w zachowaniu i nośności modelu z płytą z betonu lekkiego i elementu z płytą z betonu zwykłego, mimo jednakowego obciążenia ich płyt.
Badania serii trzeciej obejmowały trzy modele krawędziowych słupów. Jedyny parametr zmienny stanowiło położenie słupa względem krawędzi płyty. Odległość ta równa była pełnej bądź połowie grubości płyty, zaś słup jednego z modeli zlicowany był z jej krawędzią. Nośność modelu z płytą zlicowaną z krawędzią słupa była o około 20% niższa od nośności słupa odniesienia. Jednocześnie stwierdzono, iż nieznaczne przewieszenie płyty poza krawędź słupa może skutkować znaczącym podniesieniem nośności elementu, tak iż o zniszczeniu będzie decydowało wyczerpanie nośności słupa z betonu o wysokiej wytrzymałości – nie zaś zmiażdżenie betonu w strefie węzłowej.
Czwarta seria badawcza obejmowała trzy modele narożnych słupów. Jedyny parametr zmienny stanowiła lokalizacja słupa względem krawędzi płyty. Poczynione obserwacje były zbliżone jak w przypadku badań elementów serii trzeciej. Nośność modelu ze słupem zlicowanym z obiema krawędziami płyty była o około 25% niższa od nośności słupa odniesienia. O zniszczeniu modeli z płytami przewieszonymi zadecydowało wyczerpanie nośności słupów poza strefą węzłową. Zarysowanie dolnych powierzchni płyt modeli z płytami przewieszonymi korespondowało z obrazem zarysowania płyt modeli wewnętrznych połączeń płytowo – słupowych.
Wyniki badań pokazały istotny wpływ odkształcalności betonu płyty na nośność słupów przewarstwionych, wykonanych z betonu o wysokiej wytrzymałości. Stwierdzono jednocześnie bardzo korzystny wpływ zabiegu polegającego na przewieszaniu płyty poza krawędzie słupa. W rozważanych badaniach pozwoliło to podnieść nośność o około 20 ÷ 25% względem modeli z płytami zlicowanymi z krawędziami słupów.