Minimum reinforcement for crack width control in RC tensile elements

• Autorzy: Knauff M. , Grzeszykowski B. , Golubińska A.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2019-0008

Warianty tytułu

PL

Minimum zbrojenia ze względu na zarysowanie w żelbetowych elementach poddanych rozciąganiu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

New approach using direct crack width calculations of the minimum reinforcement in tensile RC elements is presented. Verification involves checking whether the provided reinforcement ensures that the crack width that may result from the thermal-shrinkage effects does not exceed the limit value. The Eurocode provisions were enriched with addendums derived from the German national annex. Three levels of accuracy of the analysis were defined - the higher the level applied, the more significant reduction in the amount of reinforcement required can be achieved. A methodology of determining the minimum reinforcement for crack width control on the example of a RC retaining wall is presented. In the analysis the influence of residual and restraint stresses caused by hydration heat release and shrinkage was considered.

PL

W żelbetowych elementach które nie mogą się swobodnie odkształcać, takich jak ściany na fundamentach i niektóre płyty, na skutek odpływu ciepła hydratacji i skurczu betonu mogą powstać poważne zarysowania. W artykule zwięźle omówiono związany z tymi zjawiskami mechanizm pojawiania się własnych i wymuszonych naprężeń rozciągających. Zdefiniowano dwa krytyczne terminy. W terminie 1, kilka dni po ułożeniu betonu, największe znaczenie mają naprężenia wywołane odpływem ciepła hydratacji. W drugim terminie, który może wystąpić po kilku miesiącach, a nawet latach, podstawową rolę odgrywają naprężenia wymuszone wywołane skurczem betonu. Do obliczenia zbrojenia potrzebnego ze względu na naprężenia Termiczno-Skurczowe (TS) stosuje się przepisy o minimalnym zbrojeniu ze względu na zarysowanie (mincr). W artykule zaproponowano ulepszoną metodę sprawdzania stanu granicznego zarysowania, polegającą na tym, że przepisy Eurokodu 2 wzbogaca się o uzupełnienia pochodzące z niemieckiego załącznika krajowego. Nie stosuje się uproszczeń (niezbyt zresztą trafnych), polegających na stosowaniu tablic zawartych w Eurokodzie. Projektowanie mincr polega na bezpośrednim obliczaniu szerokości rys powstałych pod wpływem obciążeń rysujących (lub na podstawie uzupełnienia niemieckiego, mniejszych od rysujących) i porównywanie ich z wartością dopuszczalną. Zbrojenie, dla którego szerokość rys jest równa granicznej jest z definicji minimalnym zbrojeniem ze względu na zarysowanie. Zdefiniowano trzy poziomy analizy. Poziom 0, w którym obliczenie polega na stosowaniu zgodnych z literą normy (ewentualnie z uzupełnieniami niemieckimi) bardzo prostych obliczeń. Na tym poziomie minimalne zbrojenie nie zależy od kształtu i schematu statycznego elementu i warunków cieplno-wilgotnościowych. Naprężeń TS nie oblicza się. Na poziomie 1 do wyznaczenia naprężeń TS stosuje się proste sposoby oraz MES przy założeniu liniowej sprężystości, co pozwala na zastosowanie powszechnie dostępnych programów komputerowych. Wyniki obliczeń zależą od licznych danych reprezentujących warunki dojrzewania elementu. Metody poziomu 3, które nie są przedmiotem tego artykułu, polegają na stosowaniu zaawansowanych modeli mechanicznych uwzględniających zagadnienia nieliniowe, w szczególności spadek sztywności betonu po zarysowaniu. W artykule umieszczono przykład obliczania minimalnego zbrojenia ze względu na zarysowanie w ścianie oporowej oraz przedyskutowano inne przypadki.

Słowa kluczowe

EN

reinforced concrete; minimum reinforcement; cracking; crack control; crack width; shrinkage; hydration heat; restraint stress; residual stress

PL

konstrukcja żelbetowa; zbrojenie minimalne; zarysowanie; szerokość rys; ciepło hydratacji; naprężenie własne; naprężenie wymuszone

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 65, nr 1
• Strony: 111--128
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Knauff M.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

autor

Grzeszykowski B.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

autor

Golubińska A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. K. Flaga, B. Klemczak, "Konstrukcyjne i technologiczne aspekty naprężeń termiczno-skurczowych w masywnych i średniomasywnych konstrukcjach betonowych", 2016.
• 2. W. Kiernożycki, "Betonowe konstrukcje masywne: teoria, wymiarowanie, realizacja", Polski Cement, 2003.
• 3. M. Knauff, B. Grzeszykowski, A. Golubińska, "Przykłady obliczania konstrukcji żelbetowych. Zeszyt 3. Zarysowanie", Warszawa, PWN, 2018.
• 4. ACI Committee, "Prediction of Creep, Shrinkage, and Temperature Effects in Concrete Structures", 1982.
• 5. CEN, EN 1992-1-1:2008 - Eurocode 2, Design of concrete structures - Part 1-1 : General rules and rules for buildings, 2008.
• 6. DIN, EN 1992-1-1/NA, Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter – Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton und Spannbetontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau, 2011.
• 7. A. Muttoni, R. M. Fernández, "Concrete cracking in tension members and application to deck slabs of bridges", Journal of Bridge Engineering, 12(5): pp 646-653, 2007.
• 8. M. Nobuhiro, U. Kazuo, "Nonlinear thermal stress analysis of a massive concrete structure", Computers & Structures, 26(1-2): pp 287-296, 1987.
• 9. Portland Cement Association, "Portland cement, concrete, and heat of hydration", Concrete Technology Today, 18(2): p. 1-4, 1997.
• 10. J. K. Kim, H. K. Kim, J. K. Yang, "Thermal analysis of hydration heat in concrete structures with pipe-cooling system", Computers & Structures, 79(2): pp 163-171, 2001.
• 11. K. B. Park, N. Y. Jee, I. S. Yoon, H. S. Lee, "Prediction of temperature distribution in high-strength concrete using hydration model", ACI Materials Journal, 105(2): pp 180, 2008.
• 12. Z. Yunchuan, B. Liang, Y. Shengyuan, C. Guting, "Simulation analysis of mass concrete temperature field", Procedia Earth and Planetary Science, 5: pp 5-12, 2012.
• 13. B. Kuriakose, B. N. Rao, G. R. Dodagoudar, "Early-age temperature distribution in a massive concrete foundation", Procedia Technology, 25: pp 107-114, 2016.
• 14. J. K. Kim, C. S. Lee, "Prediction of differential drying shrinkage in concrete", Cement and Concrete Research, 28(7): pp 985-994, 1998.
• 15. C. de Sa, F. Benboudjema, M. Thiery, J. Sicard, "Analysis of microcracking induced by differential drying shrinkage", Cement and Concrete Composites, 30(10): pp 947-956, 2008.
• 16. H. Samouh, E. Rozière, A. Loukili, "The differential drying shrinkage effect on the concrete surface damage: Experimental and numerical study", Cement and Concrete Research, 102: pp 212-224, 2017.
• 17. J. Bödefeld, "Rissmechanik in dicken Stahlbetonbauteilen bei abfließender Hydratationswärme", Beiträge zum Doktorandensymposium 2010-51, Forschungskolloquium, Beton-Werkstoff der Superlative, 11.-12: pp 757-768, 2010.
• 18. B. Klemczak, "Modeling thermal-shrinkage stresses in early age massive concrete structures–Comparative study of basic models", Archives of Civil and Mechanical Engineering, 14(4): pp 721-733, 2014.
• 19. D. Schlicke, N. V. Tue, "Minimum reinforcement for crack width control in restrained concrete members considering the deformation compatibility", Structural Concrete, 16(2): pp 221-232, 2015.
• 20. H. Sasano, I. Maruyama, A. Nakamura, Y. Yamamoto, M. Teshigawara, "Impact of Drying on Structural Performance of Reinforced Concrete Shear Walls", Journal of Advanced Concrete Technology, 16(5): pp 210- 232, 2018.
• 21. ACI Committee, "Effect of Restraint, Volume Change, and Reinforcement on Cracking of Mass Concrete", ACI Manual of Concrete Practice, 2002.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).