Pretláčacie testy spriahovacích pásov

Článek byl oceněn a vydán v rámci 21. ročníku odborné konference doktorského studia Juniorstav.

1 Úvod

V spriahnutých oceľobetónových mostoch je jednou z najdôležitejších vlastností odolnosť spriahovacích prvkov. Stále novšie a novšie typy a tvary spriahovacích prvkov sú vyvíjané za účelom, aby odolnosť spriahovacích prvkov bola čo najvyššia. Na zistenie odolnosti týchto spriahovacích prvkov musia byť realizované pretláčacie testy.

Tento článok prezentuje dva jednoduché typy spriahovacích pásov a popisuje proces pretláčacích testov realizovaných na týchto vzorkách.

2 Vzorky

Fig. 1 Geometria PT1 a PT2 (zľava)

Odskúšané boli dva typy spriahovacích pásov (Fig. 1). Oba boli navrhnuté z I nosníkov, špecificky IPE 220, rozrezaných na polovicu v pozdĺžnom smere. Prvý typ, PT1, je veľmi jednoduchý – zahŕňa jeden rad štyroch otvorov, každý s priemerom 20 mm, umiestnený v strede pásu. Cez otvory prechádzajú 12mm výstužné tyče. Druhý typ, PT2, obsahuje dva rady otvorov priemeru 32 mm, avšak vzdialenejší rad tvoria otvorené otvory (pozri obrázok 1). Výstuž prechádza dvoma uzatvorenými otvormi – druhými zhora a dvoma otvorenými otvormi – druhými zdola. Tento typ sa viac sústreďuje na spriahnutie pomocou betónových kolíkov, na rozdiel od prvého, ktorý je viac univerzálny. Obe vzorky boli zabetónované do dvoch 200×600×600mm blokov.

3 Pretláčacie testy

Fig. 2 Pretláčacie testy

Na získanie šmykovej odolnosti kontinuálnych spriahovacích prvkov boli realizované príslušné pretláčacie testy. Experimentálne vzorky pre pretláčacie skúšky (Fig. 2) boli navrhnuté tak, aby bolo možné sledovať závislosť preklzu na tlakovej sile. Každá vzorka bola vložená do hydraulického lisu a následne bola postupnými krokmi zaťažovaná tlakom hydraulického lisu na oceľovú časť experimentálnej vzorky. Na meranie preklzu boli použité dva indukčné snímače. Pretože hlavným cieľom týchto testov bolo zistiť odolnosť spriahovacej lišty v šmyku zabetónovaná lišta na konci bola oddelená 10 mm hrubou vrstvu polystyrénu, ktorá mala za úlohu zabrániť pretláčaniu ocele o betón. Z každého typu vzoriek boli vykonané tri experimentálne skúšky a zo získaných výsledkov bola stanovená priemerná odolnosť kontinuálneho spriahovacieho prvku. Experimentálna vzorka PT1 bola zaťažená maximálnou silou 1200 kN a vzorka PT2 silou 1150 kN.

4 Výpočet predbežnej odolnosti

Pred samotnou realizáciou experimentálnych skúšok, bolo nevyhnutné stanoviť predbežné odolnosti jednotlivých typov kontinuálnych spriahovacích prvkov. Na to boli použité vzorce navrhnuté Oguejioforom a Husainom a neskôr upravené Rovňákom. [1]

(1)

Predbežná odolnosť PT1 bola vypočítaná pomocou vzťahu (1) a dosiahla hodnotu 694,431 kN. Kvôli rozdielnej geometrii experimentálnej vzorky PT2, bol vzorec na výpočet odolnosti upravený pre dva rady otvorov.

(2)

kde d₂ je priemer náhradnej plochy – plochy otvoreného otvoru mínus odrezaná časť. Podľa vzťahu (2) bola vypočítaná predbežná odolnosť vzorky PT2 na 725,295 kN.

5 Experimentálna odolnosť

Fig. 3 Výsledky pretláčacích testov PT1

Realizovaním pretláčacích testov boli získané experimentálne odolnosti jednotlivých vzoriek. Na obrázku 3 je vynesená závislosť sila/deformácia ako priemerná hodnota z troch experimentálnych meraní. Tento graf bol rozdelený do troch sekcií, kde prvá reprezentuje lineárny nárast deformácie, druhá výraznejší plastický nárast deformácie a posledná, tretia sekcia nárast preklzu až do porušenia vzorky – a teda ukončenia zaťažovacej skúšky. Šmyková odolnosť bola stanovená hodnotou 750 kN, čo reprezentuje hľadanú hodnotu odolnosti.

Fig. 4 Výsledky pretláčacích testov PT2

Realizovanými experimentálnymi skúškami bola dosiahnutá odolnosť spriahovacích prvkov 750 kN pre PT1 (Fig. 3) a 700 kN pre PT2 (Fig. 4). Pomer predbežne vypočítanej odolnosti a odolnosti získanej experimentálnymi pretláčacími skúškami bol pri vzorke PT1 rovný 1,08 a pri vzorke PT2 rovný 0,97.

6 Softwérová odolnosť

Fig. 5 Porovnanie softvérovej a experimentálnej odolnosti PT1

Oba typy spriahovacích pásov boli modelované v softvéri Abaqus/CAE, kde bol simulovaný celý priebeh experimentu. Dosiahnutie zhody medzi experimentom a teoretickým riešením softvérom ABAQUS umožňuje realizovať parametrickú štúdiu s rôznymi charakteristikami ocele a betónu. [2]

Fig. 6 Porovnanie softvérovej a experimentálne odolnosti PT2

Softvérová odolnosť bola stanovená pre vzorku PT1 hodnotou 737,902 kN (Fig. 5) a pre vzorku PT2 hodnotou 650 kN (Fig. 6). Pomer experimentálnej a softvérovej odolnosti sa priblížil k ideálnej hodnote 1 s hodnotami 1,016 pre PT1 a 1,077 pre PT2. S oboma pomermi väčšími ako 1 je softvérová odolnosť na strane bezpečnej.

7 Záver

Z realizovaných experimentálnych pretláčacích skúšok boli získané šmykové odolnosti, ktoré môžu byť pre daný typ spriahnutia použité pri návrhu reálnej konštrukcie. Overený teoretický model v programe ABAQUS umožňuje realizovať ďalšie parametrické štúdie bez potreby náročných experimentálnych skúšok.

Poďakovanie

Prezentovaný článok bol podporovaný projektom: VEGA 1/0188/16 „Statická a únavová odolnosť uzlov a prvkov oceľových a kompozitných oceľobetónových konštrukcií“ Vedeckej grantovej agentúry Ministerstva školstva, vedy, výskumu a športu SR a Slovenskej akadémie vied.

Literatúra

1. Marián Rovňák, Antónia Ďuricová, Konštantín Kundrát, Ľudovít Naď: Spriahnuté oceľovo-betónové mosty. Elfa s. r. o., Košice 2006. ISBN: 80-8073-485-2
2. ABAQUS/CAE: User’s Manual. Available on the internet: https://classes.engineering.wustl.edu/2009/spring/mase5513/abaqus/docs/v6.6/books/usi/default.htm?startat=pt03ch15s12hlb03.html