ÚSTAV PRE STAVEBNÉ MATERIÁLY A ŽELEZOBETÓNOVÚ VÝSTAVBU TECHNICKEJ UNIVERZITY BRAUNSCHWEIG DIRECTOR PROF
; u ÚSTAV PRE STAVEBNÉ MATERIÁLY A ŽELEZNUTÚ BETÓNOVÚ VÝSTAVBU TECHNICKEJ UNIVERZITY V RÁMCI BRAUNSCHWEIG: PROF. DR.-ING. K. KORDINA Záverečná správa 30-021> 2/001 k výskumnému projektu „Skúmanie nosného a deformačného správania štíhlych železobetónových stien vystavených excentrickému zaťaženiu“ KNIŽNICA Jnstltut 1l1r stavebné materiály, hromadná výstavba a 8mr.dschutz
"s; t, -t 8:;: Uil.3ci" lweig Beethovenstra'Ja 52. Q - 3300 Braunschw
Dipl.-Ing. K.H. Klient spoločnosti Storkebaum ministerstva vnútra Severného Porýnia-Vestfálska VB 1-72.02 - č. 48/74 Braunschweig, v auguste 1976
Obsah Strana 1. Úvod 1 1.1 Všeobecne 1 1.2 Cieľ 2 1.3 Definícia stien 3 1.4 Metódy výpočtu pre excentricky zaťažené štíhle steny a prehľad literatúry 4 2. Metóda výpočtu 7 2.1 Popis riešenia 7 2.2 Definícia únosnosti 9 2
-3 Výpočtové predpoklady 9 2.4 Metóda riešenia 12 2.5 Diskusia o kritériách zlyhania 15 2.6 Zohľadnenie torznej tuhosti 18 3. Výpočet testovaných stien 23 s porovnaním experimentálnych a výpočtových výsledkov 3.1 Prehľad 23 3.2 Rozmery,
Charakteristické hodnoty výfuku a výstuže 26 3.3 Výsledky merania 26 3.4 Prepočty skúšky 27 3.5 Porovnanie vypočítaných medzných zaťažení s inými metódami a s výsledkami skúšky 31 4. Všeobecné nosné a deformačné správanie a štúdie parametrov 34 4.1 Všeobecné nosné a deformačné správanie 34 4.2 Štúdie parametrov 45 5. Závery s návrhmi na zdokonalenie súčasnej dimenzovacej cesty pre železobetónové steny držané na štyroch stranách v DIN 1045 6. zhrnutie 58
Bibliografia [1] Betónové a železobetónové konštrukcie, dimenzovanie a prevedenie - D1N 1045, vydanie z januára 1972. [2] Nemecký výbor pre železobetón, číslo 220, Dimenzovanie betónových a železobetónových prvkov, Berlín, 1972. [3] Lewicki, Karwoski, Pawlikowski: Obytné budovy z betónu a železobetónu, Düsseldorf, 1971. [4] Wiegand, E .: Príspevok k stabilite vzpery železobetónových stien pomocou zákona o nelineárnych elastických materiáloch. Dizertačná práca, T.H. Darmstadt, 1970. [5] Wiegand, E.; Uhlisch, D.: Tabuľky na určovanie únosnosti železobetónových stien, 1973, zatiaľ neuverejnené. [6] Kordina, K.; Storkebaum, K.H .: Výskumy únosnosti excentricky namáhaných železobetónových stien, výskumná správa, T.U. Braunschweig, 1973. [7] Huber, "'. T.: The theory of cross-železobetónových dosiek, Der Bauingenieur, 1923, 1924, 1925, 1926 [8] Storkebaum, K.H .: Stanovenie únosnosti štvorstranných ge-
držanie železobetónových dosiek, publikácia sa pripravuje
, [9] Quast, U.: Vhodné zjednodušenia na riešenie nosného problému excentricky lisovaného stĺpu primárneho železobetónu s obdĺžnikovým prierezom, dizertačná práca T.U. Braunschweig, 1970. [10] Chwalla, E.: Pomocné tabuľky pre výpočet problémov napätia v teórii 11. rádu a Knic: k: problemen, Cologne, 1959. [11] HSU, T.T.C .: Torzia štrukturálneho betónu - správanie vystuženého betónu
ncrete MeQlbers, ACI Publication, SP - 18, 1968.! iH "l. '& Wüt", 8'
[12] Bay, H.: Axiálna rotácia z torzie v II. Stupni so súčasným pôsobením ohybového momentu, šmykovej sily a normálnej sily, betónová a železobetónová konštrukcia, 7/1970. [13] Ojha, S.K .: Tuhosť a deformačné správanie železobetónových a predpätých betónových nosníkov pri kombinovanom namáhaní krútením, ohybovým momentom, priečnou silou a osovou silou. Výskumná správa T.U. Braunschweig, 1973. [14J Nemecký výbor pre železobetón, zväzok 240: Pomôcky na výpočet vnútorných síl a zmien tvaru železobetónových konštrukcií, Berlín 1976 [15J Ernst, G.C.; Hromandik, J. J.; Riveland, A.R .: Neelastické vybočenie vystužených dosiek, Universita v Nebraske, 1953
- 1-1. Úvod 1.1 Všeobecne Výskumný projekt „Vyšetrovanie únosnosti a deformačného správania excentricky namáhaných tenkých železobetónových stien“ je pokračovaním teoretických výskumov základov železobetónových tyčí a povrchových štruktúr, ako aj skúšobného programu uskutočňovaného v mene štátu Severné Porýnie-Vestfálsko na štvorstranných zaťaženiach. Železobetónové steny. Medzi základné vyšetrovania patrí. Vytvorenie elektronického počítačového programu bolo financované z vlastných zdrojov. Výsledky skúšky pre prvé prepočty
Ukázalo sa, že počítačový model v tom čase použitého mrežového roštu s mäkkými zákrutami prináša príliš nízke zaťaženie v porovnaní s výsledkami testu a tiež s výsledkami Wieganda [4J. V kontexte súčasných vyšetrení by sa mala torzná tuhosť zohľadniť aspoň približne a mal by sa študovať jej vplyv na výšku zaťaženia. Ďalej by sa mali vypracovať realistické kritériá zlyhania, aby sa lepšie zaznamenali rezervy ložísk steny. Podrobnejšie vysvetlenie teoretických základov a popis počítačového programu vyvinutého na tento účel možno nájsť v ďalšej pripravovanej práci, ktorá sumarizuje výsledky našich vlastných výskumov s podstatnými súčasťami dvoch vyššie uvedených výskumných projektov [8J.
- 2-1.2 Ciele V tejto práci je potrebné študovať únosnosť a deformačné správanie železobetónových stien držaných na štyroch stranách pri excentrickom jednoosom zaťažení. Za týmto účelom sa vykonávajú výpočty ložiskového zaťaženia na vhodne zvolených nosníkoch s prihliadnutím na realistické zákonitosti materiálu a deformácie podľa teórie 11. rádu
- 3-1.3 Definícia stien Podľa [1J sú steny prevažne komponenty podobné disku, ktoré sú podrobené stlačeniu. Okrem podpier a rámov v železobetónovej konštrukcii predstavujú ďalší vertikálny nosný prvok, ktorým sa - na rozdiel od prvých dvoch - teória alebo experimenty zatiaľ ťažko zaoberali; Dôvodom je predovšetkým všeobecne nízke využitie diskových štruktúr. V jü
Vývoj, ktorý sa stal v priebehu času rozoznateľným - t. J. Neustále sa zvyšujúca štíhlosť a využitie väčších stredov zaťaženia - vedie k vyšetrovaniu, ktorého cieľom by malo byť presnejšie zohľadnenie skutočného správania pri zaťažení a deformácii. Pri stenách sa všeobecne rozlišuje medzi a) nosnými stenami pre absorpciu zvislých a vodorovných zaťažení, b) výstužnými stenami, ktoré slúžia na podopieranie nosných stien, a c) nenosnými stenami, ktoré sú namáhané vlastnou hmotnosťou a okrem iného: Prijaté úlohy na rozloženie a vystuženie záťaže. So zvyšujúcou sa štíhlosťou a výstrednosťou sa otázka podoprenia steny stáva čoraz dôležitejšou. V závislosti od výberu pravouhlých hrán, ktoré nie je možné presunúť na úroveň steny, sa rozlišuje medzi stenami, ktoré sú držané na dvoch, troch alebo štyroch stranách. Nasledujúce výskumy sa týkajú nosných stien držaných na štyroch stranách s kolmým L pôsobiacim rovnobežne s rovinou steny
- 4-1.4 Výpočtové metódy pre výstredne zaťažené štíhle steny a prehľad literatúry Podľa vysvetlení v časti 1.3 sa tu bude diskutovať iba o tých výpočtových metódach, ktoré okrem únosnosti dosky môžu zohľadniť aj únosnosť dosky, aby vyhoveli obavám zo štíhlych, výstredne zaťažených - a Je potrebné brať do úvahy železobetónové steny, ktoré sú preto ohrozené stabilitou. V [1] bola daná ideálna štíhlosť podľa teórie pružnosti pre štíhly, výstredne namáhaný betón a železobetónové steny v závislosti od skladovacích podmienok hrán. Dimenzovanie a dôkaz stability sú založené na postupoch vyvinutých pre kolóny v náhradnom systéme. Uvádzajú sa koeficienty ß, ktoré umožňujú určiť vzpernú dĺžku v nasledujúcom tvare h k = ß h s. Hodnoty ß sú nezávislé od výstuže. Podľa podmienok skladovania sa majú zvoliť nasledovne: a) steny držané na dvoch stranách ß = 1,0 b) steny držané na troch stranách ß =
c) steny 1, 0,5 držané na štyroch stranách
"; (3 $ A b h s> b -1 + f 1 s j" f3 s 0 500 600 700 800 P [Mp) 120 3 ---- 9 (bar Ne). ". '"., 110. " ",", ".
" 80 "\." "-, \ \ \ I, \ \. 70 I. 100 1,4,1 2 5 8 3,6,9 (stĺpec Ne) Veľké pruhy 200 300« Xl 500 600 100 800
- 42 - -------- tok teórie 11. rádu a nelineárne správanie účinnej látky z zaťaženej hrany do vnútra stenového disku (obr. 16). Koncentrácia torzných momentov v rohových oblastiach steny (obr. 15) má významný vplyv na krivku priečneho momentu. Napätie v ohybe v priečnom smere je najväčšie v blízkosti zvislých bočných okrajov (obr. 17). Pri výpočte únosnosti s postupným zvyšovaním zaťaženia sa dajú nájsť značné straty tuhosti ako pre priečne, tak aj pre pozdĺžne tyče. Pre pevnosť v ohybe sa hodnoty v priečnom smere pohybujú medzi 20% a 50%. Obrázok 18 poskytuje prehľad poklesu ohybovej a torznej tuhosti steny s pomermi H/W = 1,0 H/d = 30 eid = 0,4 v celom rozsahu zaťaženia až do medzného zaťaženia. Krivky tuhosti sú charakteristické pre steny, ktoré dosahujú svoju únosnosť pretrhnutím materiálu v stene. Ak sa pozriete na jednotlivé tyče, v čiastočnej tuhosti tyče možno nájsť viac alebo menej veľké rozdiely v závislosti od prítomnej výstrednosti. Obrázok 19 zobrazuje pokles tuhosti v ohybe ------------------------------ ------
- 43 - medzi pracovným zaťažením a únosnosťou na hornej stene. Veľké straty tuhosti (až 90%) v priečnych tyčiach sú zarážajúce. V prípade poruchy v dôsledku straty stability sa tuhosť v ohybe jednotlivých tyčí správa ako tyč až do hodnoty zaťaženia tesne pod medzným zaťažením. Až potom sa začne odlišné znižovanie tuhosti jednotlivca. V dôsledku takmer rovnomerného namáhania v ohybe v pozdĺžnom smere všetky torzné tuhosti v tu zobrazenej stene podľa definície klesajú na stanovenú minimálnu hodnotu 25% ich počiatočnej tuhosti, zatiaľ čo torzné tuhosti priečnych tyčí klesajú v rôznych stupňoch. Pokles tuhosti kolíše - v závislosti od prítomnosti stability alebo porušenia materiálu - medzi 30% a 60% pre priečne tyče a medzi 5% a 75% pre pozdĺžne tyče. Prehľad d
e Deformácie stien s pomerom H/B - 1,0 sú uvedené v tabuľke 4. e Zobrazuje variáciu štíhlosti a veľkosti použitého a Hld ----_. eid 20 0,10 30 0,10 30 0,20 30 0,40 30 0,60 50 0,10 50 0,40 50 0,60 - 1 _ . _----- t ---- -. - . f G [em] H/f G i f T [em] H/f T 0,23 1288 1,01 297! 0,43 1047 2,46 183 0,77 584 3,55 127 1,32 341 4,85 93 1,61 280 5,30 85 0,72 1042 3,34 225 1,70 441 13,50 56 2. 40 312 14,10 53 tabuľka. Vychýlenie stredu pri použití a stave zaťaženia
- 44 - Stredové priehyby spojené s únosnosťou ako absolútne hodnoty a hodnoty týkajúce sa výšky steny (d = 15 cm). V priemere je pomer stredných priehybov v nosnom stave a v stave použitia ak dôjde k poruche stability, môže sa táto hodnota zvýšiť na 8,0.