Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Zkouška únosnosti stropních dílců

Článek představuje experiment provedený na Univerzitním centru energeticky efektivních budov (UCEEB) ČVUT ve spolupráci s Cihlářským svazem. Experiment byl proveden na dvou stropních konstrukcích shodných rozměrů, z nichž jedna byla provedena jako keramický a druhá jako filigránový stropní dílec. Cílem zkoušky bylo ověření únosnosti a přetvoření konstrukcí a jejich vzájemné porovnání.

1. Úvod

Pro daný experiment porovnání únosnosti a přetvoření byla zvolena dvě zkušební tělesa. Prvním z nich byl keramický stropní dílec s použitím tradičních keramických stropních nosníků délky 575 cm a vložek Miako 19/50 Obr. 1. Druhým zkoumaným tělesem byl monolitický filigránový stropní dílec Obr. 2, tvořený filigránovou deskou o tloušťce 60 mm a trigony 10/6/6 o výšce 180 mm. Aby bylo vzájemné porovnání obou zkoumaných dílců relevantní, byly oba dva prvky vyrobeny ve shodných půdorysných rozměrech 2,16 × 5,75 m, tloušťce 250 mm a ploše tahové výztuže 1696,5 mm2. Betonáž zkoumaných těles byla provedena přímo v laboratořích UCEEB betonem třídy pevnosti C 20/25 – XC1, který byl dodaný ze stejné betonárky. Ke zkoušce bylo v obou případech přistoupeno až po uběhnutí 28 dní potřebných pro zrání betonu. Oba stropní dílce byly provedeny bez montážního nadvýšení.

Obr. 1 Keramický strop – provedení zkoušky
Obr. 1 Keramický strop – provedení zkoušky
Obr. 2 Filigránová stropní deska – provedení zkoušky
Obr. 2 Filigránová stropní deska – provedení zkoušky

2. Průběh zkoušky

Oba porovnávané experimenty byly provedeny jako statická zatěžovací zkouška. Zatěžovací schéma zkoušených vzorků odpovídalo prostě podepřenému nosníku zatíženému dvěma osamělými silami umístěnými ve třetinách rozpětí. Uspořádání obou experimentů ukazuje Obr. 1, 2 a 3. Zatížení nosníku bylo řízeno nárůstem síly a v průběhu zkoušek byl zaznamenáván průhyb dolní hrany stropního dílce uprostřed rozpětí nosníku a v místě vnášení zatížení. Součástí měření bylo i použití tenzometrů, pomocí kterých bylo měřeno poměrné přetvoření uprostřed rozpětí, které v případě keramického stropního dílce bylo měřeno u horního líce stropní desky a na horním líci zabetonovaných keramických nosníků a v případě filigránové desky u horního a spodního líce betonové desky. Změřená hodnota síly F při porušení nosníku byla navýšena o vlastní tíhu roznášecích prvků, která odpovídala hodnotě 6,6 kN. Celkové maximální zatížení stropního dílce při porušení zkušebního vzorku odpovídalo síle Fmax. Způsob zatěžování keramického stropního dílce a filigránového stropního dílce byl v obou případech shodný, nicméně průhyb a způsob konečného porušení dílců se lišil.

Při statické zatěžovací zkoušce byla v obou případech použita měřicí linka složená z měřicí ústředny DEWE2602 za použití softwaru Dewesoft, která je určena k měření statického i dynamického chování sledovaných objektů. Výhodou použité měřicí ústředny je zabudovaný mikropočítač, který automaticky vyvažuje napojené snímače, kalibruje zesilovač a v režimu měření obsluhuje jednotlivá měřená místa. Pro každý snímač je vkládána jeho konstanta, takže měřené hodnoty jsou pak přímo uváděny ve fyzikálních jednotkách sledovaných veličin. Pro měření průhybu byly použity potenciometrické snímače dráhy s měřeným rozsahem 100 resp. 180 mm.

Boční pohled:

Obr. 3a Statické schéma při zkoušce únosnosti stropních dílců s označením měřených bodů

Půdorys:

Obr. 3b Statické schéma při zkoušce únosnosti stropních dílců s označením měřených bodů
Obr. 3 Statické schéma při zkoušce únosnosti stropních dílců s označením měřených bodů

Legenda:
T1,2,3 – tenzometry umístěné na horním líci stropního dílce
T4,5,6 – tenzometry umístěné na spodního dílce líci stropního dílce
W1,2, W5,6 – měření průhybu v místě zatížení silou
W3,4 – měření průhybu uprostřed rozpětí zkušebního tělesa

 
Obr. 4 Zatěžovací diagram
Obr. 4 Zatěžovací diagram

Zatěžovaní stropních dílců bylo provedeno podle normy ČSN 73 2030. Zatěžovací síla byla do prvků vnášena pomocí hydraulického zatěžovacího válce, z něhož byla pomocí vahadla roznesena do dvojice zatěžovacích břemen patrných na Obr. 1 a 2. Síla ve válci byla postupně navyšována v krocích až do hodnoty 100 kN, která odpovídala součtu provozní hodnoty stálého zatížení a extrémní hodnoty nahodilého zatížení dle definice normy ČSN 73 2030. Poté následovalo odtížení na 50 kN (odpovídá provozní hodnotě stálého zatížení) a následně opět postupně narůstala až do porušení stropního dílce viz Obr. 4.

 

3. Vyhodnocení experimentu

Po statické zatěžovací zkoušce, která probíhala u obou zkoumaných prvků shodným způsobem, nebylo u keramického stropního dílce, a to ani při maximálním vysunutí hydraulického zatěžovacího válce, dosaženo porušení stropního prvku. Tento stav odpovídal síle ve válci F1 = 208,9 kN (zatížení včetně roznášecích prvků F1,max = 215,5 kN) a z tohoto důvodu byla zkouška přerušena a pomocí vymezovacích těles byl navýšen celkový průhyb stropního dílce až do jeho porušení. Síla při porušení zkušebního tělesa byla F2 = 218 kN (zatížení včetně roznášecích prvků F2,max = 224,6 kN). Při dosažení této síly došlo k protažení nosné výztuže a podrcení betonu na horní straně desky viz Obr. 6.

U filigránového stropního dílce byl, v porovnání s předchozí zkouškou, způsob porušení zcela odlišný. Síla při porušení zkušebního tělesa byla F3 = 200,9 kN (zatížení včetně roznášejících prvků F3,max = 207,5 kN). V průběhu zatěžování byl pozorován rozvoj trhlin a zkušební vzorek se nakonec porušil křehce v důsledku přetržení nosné výztuže a došlo k náhlému kolapsu konstrukce Obr. 6.

Obr. 5 Pracovní diagram – porovnání průhybu filigránové desky a keramického stropního dílce
Obr. 5 Pracovní diagram – porovnání průhybu filigránové desky a keramického stropního dílce

Na Obr. 5 je znázorněn pracovní diagram obou stropních dílců, z něhož je patrné porovnání průhybu filigránové desky a keramického stropního dílce. Průběh zkoušky, zjištěné průhyby i síla při porušení obou zkoumaných stropních dílců byly v obou případech velmi podobné. Z hlediska únosnosti jsou tedy oba zkoumané prvky víceméně shodné.

Vzhledem k rozdílnému množství použitého betonu se lišily celkové hmotnosti obou stropních dílců. Zatímco v případně keramického stropního dílce byla celková hmotnost 4500 kg (plošná hmotnost 362,3 kg/m2), tak v případě filigránového stropního dílce to bylo 7182 kg (plošná hmotnost 578,3 kg/m2).

Obr. 6a Způsob porušení keramického dílce
Obr. 6b Způsob porušení filigránového dílce
Obr. 6 Způsob porušení keramického dílce (nahoře) a filigránového dílce

4. Závěr

Na zkoumaných stropních konstrukcích bylo experimentálně stanoveno maximální zatížení stropních dílců při porušení a průhyby v průběhu zatěžování. Z důvodu relevantního vzájemného porovnání obou zkoumaných dílců byly oba stropní dílce vyrobeny ve shodných půdorysných rozměrech se stejnou plochou tahové výztuže a byly dobetonovány ze stejné třídy betonu C 20/25. Na základě porovnání výsledků z obou experimentů bylo u keramického stropu dosaženo o 8 % vyšší zkušební síly na mezi únosnosti než u filigránového stropu. Rovněž průhyb uprostřed rozpětí v okamžiku destrukce vycházel v neprospěch filigránového stropu, který byl 156 mm, což bylo o 20 % více než u keramického stropu při stejném zatížení. Rozdíl mezi oběma experimenty byl také pozorován po dosažení maximálního zatížení. U filigránového stropu došlo k nečekanému kolapsu – téměř až křehkému lomu v důsledku přetržení nosné výztuže oproti stropu keramickému, kde postupně narůstající průhyb jednoznačně „varoval“ před kolapsem.

Poděkování

Tento článek vznikl za finanční podpory MŠMT v rámci programu NPU I č. LO1605 – Univerzitní centrum energeticky efektivních budov – Fáze udržitelnosti.

Literatura

  1. ČSN 73 2030 – Zatěžovací zkoušky stavebních konstrukcí. Společná ustanovení; platná od 05/1994.
  2. ČSN EN 1992-1-1 – Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby; platná od 12/2006.
English Synopsis

The paper presents an experiment carried out at the University Center of Energy Efficient Buildings (UCEEB) at CTU in cooperation with the Cihlářský svaz. The experiment was performed on two ceiling samples of the same size. One of them was ceramic-concrete ceiling and the second was the filigree concrete. The aim of the test was to verify the load-bearing capacity and deformation of the structures and their comparison.