Hidden capital as an alternative method for increasing punching shear resistance of LWCA flat slabs

• Autorzy: Gołdyn M. , Urban T.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2019-0062

Warianty tytułu

PL

Ukryta głowica z fibrobetonu jako alternatywny sposób zwiększenia nośności na przebicie płyt płaskich z lekkiego betonu kruszywowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper an alternative method for increasing punching shear resistance of the flat slabs from lightweight aggregate concrete by means of hidden steel fibre reinforced capital was presented. Previous experimental studies demonstrated that the addition of steel fibres to concrete allows for increase in the punching shear resistance of flat slab. Steel fibres modify the tensile strength of concrete, which translates into increased ductility of the material. The results of the experimental investigations were presented, the aim of which was to assess the effectiveness of the proposed solution. For economic and technological reasons, a hidden capital of a height equal to half of the slabs depth was made so that the top reinforcement could be installed later. It was found that presented solution allowed to increase the load carrying capacity by about 36% with respect to the control element, made entirely of lightweight aggregate concrete.

PL

Ustroje płytowo – słupowe stanowią jedno z popularniejszych rozwiązań konstrukcyjnych, ponieważ umożliwiają dużą swobodę kształtowania przestrzeni wewnątrz budynków. Dominującym obciążeniem stropów płaskich jest z reguły ciężar własny, dlatego też często dąży się do jego ograniczenia poprzez wprowadzenie elementów odciążających (np. system Cobiax) lub wykonanie płyty stropowej z lekkiego betonu kruszywowego. Przy typowych rozpiętościach stropów płaskich z reguły konieczne jest stosowanie dodatkowego zbrojenia na przebicie, które może składać się ze strzemion lub trzpieni dwugłówkowych. Możliwość stosowania pierwszego ze wspomnianych rodzajów zbrojenia została znacznie ograniczona w wyniku wprowadzenia w życie w 2014 roku poprawki do normy EN 1992-1-1. W przypadku płyt z lekkich betonów kruszywowych stanowi to istotne utrudnienie, bowiem Europejskie Aprobaty Techniczne – dokumenty, zgodnie z którymi należy projektować zastosowanie trzpieni dwugłówkowych, ograniczają zastosowanie tego rodzaju zbrojenia wyłącznie do płyt z betonu zwykłego. Powyższe ograniczenie stanowiło dla autorów artykułu przesłankę do poszukiwania alternatywnych rozwiązań, pozwalających na zwiększenie nośności na przebicie płyt płaskich z lekkich betonów kruszywowych bez konieczności ich kłopotliwego pogrubiania w strefie podporowej. Jednym z możliwych rozwiązań może być wprowadzenie ukrytej głowicy wykonanej z betonu o wyższej wytrzymałości. W zależności od rozmiaru i sztywności głowicy krytyczna rysa ukośna może formować się poza głowicą (o nośności na przebicie decyduje słabszy beton płyty) lub też może formować się na krawędzi słupa i przecinać głowicę (o nośności decyduje wówczas wytrzymałość obu betonów). W obu przypadkach należy jednak oczekiwać wyższej nośności na przebicie względem płyty wykonanej w całości z lekkiego betonu kruszywowego. W celu oceny skuteczności ukrytej głowicy w Laboratorium Katedry Budownictwa Betonowego Wydziału Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska Politechniki Łódzkiej przeprowadzono badania niszczące elementów wykonanych z betonu lekkiego na kruszywie CERTYD, stanowiącym produkt spiekania popiołów lotnych. Głowica wykonana została z betonu o wysokiej wytrzymałości zbrojonego włóknami stalowymi. Dotychczasowe badania eksperymentalne wykazały bowiem, iż dodatek włókien stalowych do betonu może bardzo korzystnie wpływać na nośność płyt na przebicie, prowadząc do nawet 40÷60% jej wzrostu, zależnie od stopnia zbrojenia głównego. Wynika to przede wszystkim ze zwiększenia wytrzymałości betonu na rozciąganie. Włókna stalowe sprawiają jednak również, iż beton wykazuje zachowanie bardziej ciągliwe, co jest istotne w przypadku elementów wrażliwych na zniszczenie ze względu na ścinanie.

Słowa kluczowe

EN

lightweight aggregate concrete; fibre reinforced concrete; punching shear; capital; sintered fly ash

PL

beton kruszywowy; beton lekki; fibrobeton; przebicie; głowica; popiół lotny spiekany

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 65, nr 4
• Strony: 309--328
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Gołdyn M.

• Lodz University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Architecture and Environmental Engineering, Department of Concrete Structures, Łódź

autor

Urban T.

• Lodz University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Architecture and Environmental Engineering, Department of Concrete Structures, Łódź

Bibliografia

• 1. Fédération Internationale du Béton (FIB). Model Code 2010 – first complete draft, vol. 1 and 2, Fédération Internationale du Béton, Bulletin 55. Lausanne (Switzerland): 2010.
• 2. European Standard. EN 1992-1-1:2004/A1:2014, Design of Concrete Structures-Part 1: General Rules and Rules for Buildings (Including the Amendment A1:2014), European Committee for Standardization, Brussels, Belgium, 2004.
• 3. ACI Committee 318. Building code requirements for structural concrete (ACI 318-14) and commentary (ACI 318R-14), Farmington Hills, American Concrete Institute, 2014.
• 4. J. Einpaul, F. Brantschen, M. Fernández Ruiz, A. Muttoni, “Performance of Punching Shear Reinforcement under Gravity Loading: Influence of Type and Detailing”, ACI Structural Journal 113(4):827-838, 2016.
• 5. European Technical Approval ETA-12/0454, HALFEN HDB shear rail: Double-headed studs as punching reinforcement, Deutsches Institut für Bautechnik, December 2012.
• 6. European Technical Approval ETA-13/0076, Punching reinforcement Schöck Bole: Double-headed studs as punching reinforcement for flat slabs and footings. Berlin: Deutsches Institut für Bautechnik, March 2013.
• 7. European Technical Approval ETA-13/0136, JORDAHL punching reinforcement JDA: Double-headed studs as punching reinforcement for flat slabs and footings. Berlin: Deutsches Institut für Bautechnik, March 2013.
• 8. European Technical Approval ETA-13/0151, PEIKKO PSB punching reinforcement: Double-headed studs as punching reinforcement. Berlin: Deutsches Institut für Bautechnik, March 2013.
• 9. T. Godycki-Ćwirko, A. Kosińska, T. Urban, “Badania eksperymentalne pewnej koncepcji wzmocnienia strefy przysłupowej” (Experimental investigations on some concept for strengthening of the support zone). XXXVIII Konferencja Naukowa KILiWPAN i KN PZITB, Krynica 1992, t. II, 139-144 (in Polish).
• 10. T. Godycki-Ćwirko, A. Kosińska, T. Urban, „Badania eksperymentalne strefy przysłupowej stropu bezryglowego” (Experimental investigations of the support zone of the flat slab floor system). Inżynieria i Budownictwo, (4):174-178, 1994 (in Polish).
• 11. A. Ajdukiewicz, J. Hulimka, A. Kliszczewicz, „Badania połączeń płyta-słup o konstrukcji zespolonej” (Experimental investigations of composite column-and-slab connections). XLIII Konferencja Naukowa KILiW PAN i KN PZITB, Krynica, t. IV, 13-18, 1997 (in Polish).
• 12. A. Ajdukiewicz, A. Kliszczewicz, “Application of High-Strength Concrete in Composite Skeletal Structures”, 3rd International FIP/CEB/ACI Symposium on Utilization of High Strength Concrete, Norwegian Concrete Association, Lillehammer, Norway, Vol. 1, June 1993, 449-456
• 13. J. Hulimka, “Strefa podporowa żelbetowego stropu płaskiego o podwyższonej nośności na przebicie” (Support zone of RC flat floor of increased punching shear capacity). Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2009 (in Polish)
• 14. R.N. Swamy, S.A.R. Ali, “Punching Shear Behaviour of Reinforced Slab-Column Connections Made with Steel Fibre Concrete”, ACI Structural Journal 79(5):392-406, 1982.
• 15. T. Urban, “Badania żelbetowych złączy płytowo-słupowych z dodatkiem drutu ciętego w strefie przysłupowej” (Experimental investigations of RC column-and-slab connection joints with addition of the steel-cut wire within connection zone) Inżynieria i Budownictwo 41(10): 223-228, 1984 (in Polish).
• 16. S.D.B. Alexander, S.H. Simmonds, “Punching shear tests of concrete slab-column joints containing fibre reinforcement”, ACI Structural Journal 89(4):425-32, 1992.
• 17. D.D. Theodorakopoulos, N. Swamy, “Contribution of steel fibres to the strength characteristics of lightweight concrete slab-column connections failing in punching shear”, ACI Structural Journal 90(4):342-55, 1993.
• 18. P.J. McHarg, W.D. Cook, D. Mitchell, Y.S. Yoon, “Benefits of concentrated slab reinforcement and steel fibres on performance of slab-column connections”, ACI Structural Journal 97(2):225-34, 2000.
• 19. M.Y. Cheng, G.J. Parra-Montesinos, “Evaluation of steel fibre reinforcement for punching shear resistance in slab–column connections – Part I: Monotonically increased load”, ACI Structural Journal 107(1):101-109, 2010.
• 20. M.Y. Cheng, G.J. Parra-Montesinos, “Evaluation of steel fibre reinforcement for punching shear resistance in slab– column connections – Part II: Lateral Displacement Reversals”, ACI Structural Journal 107(1):110-118, 2010.
• 21. L. Nguyen-Minh, M. Rovnak, T. Tran-Quoc, “Punching shear capacity of interior SFRC slab-column connections”, Journal of Structural Engineering ASCE: 613-624, 2012, doi:10.1061(ASCE)ST.1943-541x.0000497.
• 22. N.D. Gouveia, N.A.G. Fernandes, D.M.V. Faria, A.M.P. Ramos, V.J.G. Lúcio, “SFRC flat slabs punching behaviour – Experimental research”, Composites: Part B 63:161-171, 2014, doi:10.1016/j.compositesb.2014.04.005.
• 23. A. Muttoni, M. Fernández Ruiz, “MC2010: The critical shear crack theory as a mechanical model for punching shear design and its application to code provisions: In: fib Bulletin 57: shear and punching shear in RC and FRC elements. Lausanne (Switzerland), 31-60, 2010.
• 24. N.D. Gouveia, M. Lapi, M. Orlando, D.M.V. Faria, A.M.P. Ramos, “Experimental and theoretical evaluation of punching strength of steel fibre reinforced concrete slabs”, Structural Concrete 19: 217-229, 2018, doi:10.1002/suco.201700136.
• 25. M. Gołdyn, Ł. Krawczyk, W. Ryżyński, T. Urban, “Experimental Investigations on Punching Shear of Flat Slabs Made from Lightweight Aggregate Concrete”, Archives of Civil Engineering 44(4): 293-306, 2018, doi:10.2478/ace-2018-0058.
• 26. T. Urban, M. Gołdyn, Ł. Krawczyk, Ł. Sowa, “Experimental investigations on punching shear of lightweight aggregate concrete flat slabs”, Engineering Structures 197, 2019, doi:10.1016/j.engstruct.2019.109371
• 27. M. Gołdyn, Ł. Krawczyk, T. Urban, “Punching Shear of Lightweight Aggregate Concrete Flat Slabs”, In: Proceedings of International fib Congress: Better, Smarter, Stronger, Melbourne 2018;