Beton patří ke kompozitním materiálům s výrazně rozdílnými pevnostmi v tlaku a tahu. Pevnost v tahu je obvykle pouze kolem 1/10 pevnosti v tlaku. Zvýšení pevnosti betonu v tahu je možné přidáním drátků do betonu.
Posouzení průřezu podle normy EN 1994-1-1
Norma EN 1994-1-1 se při posudku betonového průřezu vyztuženého ocelovým profilem odvolává na normy EC2 a EC3. Dílčí únosnosti ocelových částí průřezu se tedy počítají podle EN 1993-1-1 a dílčí únosnosti betonových částí podle EN 1992-1-1, resp. EN 1992-2.
Posouzení smyku
Únosnost průřezu ve smyku je dána součtem:
- Vpl,a,Rd - návrhová únosnost ocelového průřezu ve smyku
- VRd,c - smyková únosnost betonové části průřezu
Vpl,a,Rd je dána podle EN 1993-1-1, kap. 6.2.6 vztahem:
kde:
Čtěte také: Vše o použití a pevnosti polystyrenu
- AV - smyková plocha ocelového průřezu
- fyd - návrhová pevnost oceli
VRd,c je dána podle EN 1992-1-1, kap. 6.2 vztahy:
kde:
- fck - charakteristická hodnota pevnosti betonu v tlaku
- k1 - součinitel s doporučenou hodnotou 0,15
- σcp - napětí betonu v tlaku
- bw - šířka průřezu
- d - výška průřezu
Smyková únosnost se posuzuje podle vztahu:
Hodnota využití je dána výrazem:
Pokud je hodnota využití na smyk vyšší než 50%, počítá se v dalších posudcích na tlak a ohyb s redukovanou hodnotou návrhové pevnosti oceli (1-ρ)fyd na těch částech ocelového průřezu, které přenášejí smyk. Součinitel redukce je dán vztahem.
Čtěte také: Složení betonu
Posouzení tlaku
Únosnost průřezu v tlaku se počítá podle EN 1994-1-1, kap. 6.7.3.2. Únosnost se počítá s vlivem redukce návrhové pevnosti oceli kvůli namáhání smykem. U betonové části průřezu vně ocelového profilu se počítá s redukovanou pevností betonu a v části, kde beton vyplňuje uzavřený průřez, se počítá s plnou hodnotou pevnosti betonu. Únosnost průřezu v tlaku je počítána následovně:
kde:
- Aa - plocha ocelového průřezu
- ρ - součinitel redukce pevnosti oceli vlivem smyku
- AV - smyková plocha ocelového průřezu
- fyd - návrhová hodnota pevnosti oceli
- A1,c - plocha betonu vně ocelového průřezu
- A2,c - plocha betonu uvnitř ocelového průřezu
- fcd - návrhová hodnota pevnosti betonu v tlaku
Tlaková únosnost se posuzuje podle vztahu:
Hodnota využití je dána výrazem:
Posouzení ohybu
Únosnost průřezu v ohybu se určuje z interakčního diagramu v souladu s EN 1994-1-1, kap. 6.7.3.2, čl. (5). Mezními hodnotami interakčního diagramu jsou únosnost v tlaku Npl,Rd a únosnost v čistém ohybu Mpl,Rd. Vychází se z předpokladu, že beton nepůsobí v tahu a předpokládá se průběh napětí podle teorie plasticity. Na betonové části vně ocelového průřezu se počítá s redukovanou hodnotou pevnosti 0,85*fcd, u betonu uvnitř ocelového průřezu se počítá s plnou pevností fcd. Na částech ocelového průřezu, které přenášejí smyk, se uvažuje redukovaná pevnost oceli (1-ρ)*fyd a na ostatních částech plná pevnost fyd.
Čtěte také: Betonová dlažba Brož
Únosnost v ohybu se posuzuje podle vztahu:
Součinitel αM má hodnotu 0,9 pro ocel s mezí kluzu fy < 400 MPa a hodnotu 0,8 pro ocel s mezí kluzu fy ≥ 400 MPa.
Hodnota využití je dána výrazem:
Zkoušení a stanovení pevnosti v tahu u drátkobetonu
Pevnost v tahu za ohybu je parametrem, který by měl být v projektové dokumentaci pro UHPC stanoven vždy, protože zásadním způsobem ovlivňuje skladbu a cenu směsi. Zároveň by mělo být stanoveno, jaké hodnoty a jakou metodou budou sledovány. Sleduje se zejména chování betonu po vzniku trhliny.
Pevnost betonu v prostém tahu (Direct tensile strength) je zkouška, která se provádí na trámci, výjimečně na válci nebo na jádrových vývrtech. Vždy se zkouší minimálně tři tělesa. Před vlastní zkouškou se ověří geometrie zkušebního tělesa. Vzorky, které se nestandardně poruší, se ze zkoušky vyloučí - předpokládá se u nich nějaká chyba. Zkouška betonu v prostém tahu se provádí jen výjimečně. Její provedení komplikuje nutnost přilepení ocelových desek ke vzorku. Přilepení musí mít perfektní geometrii a pevnost vyšší než je pevnost zkoušeného betonu.
Zvýšení pevnosti betonu v tahu je možné přidáním drátků do betonu. Článek se věnuje zkoušení a následnému stanovení tahové pevnosti drátkobetonu s podílem drátků 25, 50, 75 kg/m3. Testovaly se čtyři ucelené série, každá zkušební série zahrnovala více než 23 vzorků. V rámci testování bylo provedeno několik variant ohybových zkoušek.
Drátkobeton patří do širší skupiny vláknobetonů. Vláknobeton existuje v celé řadě variant, které se liší použitým materiálem a tvarem vláken. V některých případech je výhodnější využití drátkobetonu ve srovnání s prostým betonem nebo železobetonem. Jedná se zejména o návrh průmyslových podlah a základů. V případě návrhu těchto konstrukcí je potřebný podrobný popis materiálových vlastností drátkobetonu. Materiálovým vlastnostem a použití drátkobetonu se věnuje řada doporučení a standardů.
Vlastnosti drátkobetonu se prokazují zejména laboratorními zkouškami. Mechanické vlastnosti ovlivňuje kromě množství drátků také technologie zpracování, ošetřování a uložení. Je třeba věnovat pozornost ověřování vlastností a návrhu životnosti. Mezi klíčové materiálové vlastnosti drátkobetonu patří pevnost v tahu. Testování pevnosti betonu v jednoosém tahu je však náročné a často vzniká rozptyl naměřených hodnot. Mezi obvyklejší metody zkoušení patří testování pevnosti v tahu za ohybu. Zde však existuje celá řada variant. Konfigurace testů se liší rozměry zkušebních vzorků, metodou zkoušení a úpravou vzorků.
Laboratorní program zkoušení
Použitá betonová směs patří do skupiny běžných betonů určených pro konstrukční účely (např. základy, podlahy). Příprava směsi proběhla na betonárně specializované na transportbeton v průběhu roku 2016. Maximální zrno betonové směsi bylo 16 mm a vodní součinitel 0,6. Pro beton byl použit portlandský rychle tuhnoucí cement 42,5 MPa. Beton obsahuje také plastifikátor Stacheplast. Na základě průzkumu trhu a dostupnosti byl zvolen typ drátku Dramix 3D 65/60 BG. Tyto drátky patří k běžně dostupným v betonárnách a výrobnách betonových prvků v České republice, ale také ve světě (Evropa, Brazílie, Čína, Turecko).
Laboratorní program zkoušení byl rozdělen do čtyř částí. Zkušební série zahrnují vzorky bez drátků a vzorky s drátky s dávkováním drátků 25, 50, 75 kg/m3.
Pevnost v tlaku
Pevnost betonu v tlaku je základní mechanickou vlastností, která se určuje na krychlích 150×150×150 mm nebo válcích průměru 150 mm a výšky 300 mm. Pro širší možnost vyhodnocení bylo pro každou sérii zkoušek vyrobeno 6 krychlí a 3 válce. Vyhodnocením zkoušek krychelné a válcové pevnosti v tlaku je možné velmi dobře rozlišit příznivý vliv drátků. Pevnost v tlaku však velmi výrazně závisí také na orientaci vláken a ta může mít za následek, že výsledná pevnost v tlaku s množstvím přidaných drátků klesá. Tento problém je možné také nalézt u jiných experimentálních programů. Výsledný přepočtový koeficient 0,83 mezi krychelnou a válcovou pevností je v dobré shodě s doporučeními, které nejčastěji uvádějí hodnotu 0,85.
Kde fc,cube je krychelná pevnost v tlaku a fc válcová pevnost v tlaku.
Pevnost v příčném tahu
Mezi nejrozšířenější způsoby testování pevnosti v tahu patří zkouška v příčném tahu. Je možné využít zkušebních těles ve tvaru krychle nebo válce. S ohledem na kapacitu laboratoře a provádění zkoušek bylo pro testování využito krychlí.
kde Pmax je maximální zatížení, l délka dotykové přímky tělesa a d je zvolený příčný rozměr tělesa.
Z výsledků testů je patrný nárůst pevnosti v tahu u vzorků s obsahem drátků. Pevnost v tahu se zvětšila o necelý 1 MPa, to je přibližně o 50 %. Nárůst tahové pevnosti u vyztužených vzorků je však už velice malý. Zkoušky v příčném tahu velmi dobře ilustrují vliv drátků na růst tahové pevnosti, a to i při množství drátků 25 kg/m3. S větším množstvím drátků však také roste rozptyl naměřených hodnot tahových pevností. Zejména to platí pro směs s drátky 75 kg/m3.
Tříbodový ohyb
Tah za ohybu se prioritně zkouší na trámcích o rozměrech 700 × 150 × 150 mm zatížených buď 3bodovým ohybem na trámci se zářezem, nebo 4bodovým ohybem na trámci bez zářezu. Zkouška pevnosti v tahu za ohybu 3bodovým ohybem dává rovnoměrnější výsledky a umožňuje v průběhu zkoušky měřit šířku trhliny. Nejdůležitějšími zjišťovanými parametry jsou zbytková pevnost v tahu za ohybu dle ČSN EN 14651 + A1 při CMOD1 - fR,1 a poměr fR,3/fR,1 stanovený při stejné zkoušce. Zbytková pevnost fR,1 stanovuje napětí v tahu za ohybu při rozevření trhliny 0,5 mm a definuje tak jakousi pevnost v tahu za ohybu po vzniku trhliny. Poměr fR,3/fR,1 určuje poměr napětí v tahu za ohybu při rozevření trhliny 2,5 a 0,5 mm a jedním číslem popisuje tvar grafu závislosti tahu za ohybu a rozevření trhliny.
Mezi další běžné zkoušky patří tříbodový a čtyřbodový ohyb. Existují různé konfigurace, které se liší především rozpětím podpor, polohou zatížení nebo hloubkou zářezu. V rámci experimentálního programu byly vybrány čtyři varianty a každá zkouška se prováděla vždy pro dva vzorky. Výpočet pevnosti v tahu je ovlivněn předpokladem rozložení napětí po průřezu a nelineárním chováním betonu. Dochází zde k plastizaci betonu a vznikání mikrotrhlin.
Pevnost betonu v tahu za ohybu je zkouška, která se provádí na betonovém trámci rozměrů 400x150x150 mm. Vždy se zkouší nejméně tři vzorky. Před zkouškou je potřeba ověřit geometrii tělesa a pak ho správně osadit do zkušebního zařízení - lisu. Podle způsobu zatížení se jedná o tří nebo čtyřbodové uspořádání.
kde Pmax je maximální zatížení; L, b a h jsou rozměry: rozpětí, šířka a výška průřezu a výška zářezu je a0. Pro testování jsou zvoleny dvě varianty zkoušek. Zkouška označená 3B600 je pro trámec nominální velikosti 150×150×700 mm, rozpětí 600 mm a průřez má zářez vysoký 50 mm. V případě této zkoušky je lokalizováno místo vzniku trhliny. Druhá varianta označená 3B500 je pro trámec nominální velikosti 150×150×600 mm a rozpětí 500 mm. Místo vzniku trhliny se v tomto případě lokalizuje pod silou v místě, kde je nejmenší pevnost.
Čtyřbodový ohyb
K častým zkouškám zaměřených na tahovou pevnost patří také čtyřbodová zkouška na ohyb. Využívá se také například v doporučení/standardu [11]. V rámci experimentálního programu jsou opět navrženy také dvě varianty 4B600 a 4B500.
kde Pmax je maximální zatížení; L, b a h jsou rozměry: rozpětí, šířka a výška průřezu a e je vzdálenost mezi podporou a silou. Zkouška označená 4B600 je pro trámec nominální velikosti 150×150×700 mm a rozpětí 600 mm. Vzdálenost mezi podporami a silami je 200 mm. Vznik trhliny se lokalizuje u dolního povrchu trámce mezi silami. Druhá varianta čtyřbodové zkoušky na ohyb je označená 4B500 a je určena pro trámec nominální velikosti 150×150×600 mm a rozpětí 500 mm. Zkouška se liší od předchozí umístěním sil.
Čtyřbodové uspořádání zkoušky má vyšší vypovídací hodnotu o pevnosti betonu v tahu za ohybu - těleso se poruší ve střední třetině mezi oběma silami od zatížení. Protože jsou v této části nosníku při uvedeném zatížení posouvající síly rovny nule, dojde k porušení v oblasti namáhání čistým ohybem. U tříbodového uspořádání zkoušky se vždy jedná o kombinaci ohybu a smyku.
Porovnáním výsledných funkčních závislostí mezi tří a čtyřbodovou ohybovou zkouškou se ukázalo, že nižší hodnoty mají tahové pevnosti čtyřbodové zkoušky. Důvodem je větší oblast, kde se tahová trhlina může lokalizovat.
Převod tahových pevností
Zkoušení pevnosti v jednoosém tahu je náročné. Vzniká zde často velký rozptyl naměřených hodnot. Zkouška je citlivá na okrajové podmínky a to zejména na uchycení zkušebního tělesa. Právě tato mechanická vlastnost je však vyžadována jako fundamentální při využití pokročilých numerických simulací a analýz. Zkoušky pro určení tahové pevnosti v ohybu nebo pevnosti v příčném tahu je však možné využít k dopočtu pevnosti v jednoosém tahu pomocí známých vztahů, které jsou ověřeny na velkém množství experimentů. U betonu nižších pevností se doporučuje volit součinitele u dolní hranice.
Závěr experimentálního programu
Předložený článek prezentuje vybrané možnosti zkoušení a určení pevností v tahu pro drátkobeton založený na běžném betonu nižší třídy. Experimentální program zahrnuje čtyři série vzorků pro beton a drátkobeton s dávkováním drátků 25, 50, 75 kg/m3. K určení pevnosti v jednoosém tahu se využívá více zkoušek. Jedná se o ohybové zkoušky a zkoušky v příčném tahu. Pro získané hodnoty tahové pevnosti jsou stanoveny funkční závislosti s ohledem na množství drátků. Získané funkce velice dobře vystihují rostoucí trend tahové pevnosti. Výsledné rozdíly v tahových pevnostech pro odlišné zkoušky je možné považovat za malé.
tags: #co #je #ohyb #v #plaku #za