nr 1.inddC E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
1
KONSTRUKCJI ELBETOWYCH
WACIWOCI GATUNKU
B500SP - EPSTAL®
1 B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
ZNACZENIE CIGLIWOCI STALI ZBROJENIOWEJ W PROJEKTOWANIU
KONSTRUKCJI ELBETOWYCH
WACIWOCI GATUNKU
B500SP - EPSTAL®
CENTRUM PROMOCJI JAKOCI STALI
Promocja wsród srodo- wisk projektantów bez- piecznych rozwiaza z zastosowaniem no- wych gatunków stali o podwyszonej cigli- wosci. Z bada przepro- wadzonych przez CPJS wynika, e rodzaj za- stosowanej do zbrojenia ustrojów elbetowych stali wpywa znaczco na bezpieczenstwo caej konstrukcji.
Dodatkowa certyfikacja wyrobów na znak jakosci
. Wyroby oznaczone zna- kiem pochodz z produkcji podlegaj- cej staemu nadzorowi i odznaczaj sie du powtarzalnosci i stabil- nosci wasciwosci. CPJS przeprowadza cia- g analiz statystyczn wyników bada przepro- wadzonych w akredy- towanych laboratoriach producentów.
Innowacyjno w dzie- dzinie stali zbrojeniowej, opracowanie i publikacja wyników badan zwiaza- nych z certyfikowanymi wyrobami, we wspópra- cy z czonkami Komitetu Doradczego CPJS.
Monitorowanie i czyn- ny udzia w dziaaniach normalizacyjnych i cer- tyfikacyjnych na pozio- mie instytucji krajowych i europejskich.
Centrum Promocji Jakoci Stali jest organizacj zrzeszajc producentów stali zbrojenio- wej w Polsce. Naszym celem jest zapewnienie wysokiej jakoci wyrobów stalowych ofero- wanych przez zrzeszonych producentów oraz promocja nowych rozwiza technicznych i materiaowych.
Dziaalno CPJS:
06 - 07 Wstp 08 - 13 Wprowadzenie – Definicja ciagliwoci – Ciagliwoc w praktyce – Parametry ciagliwoci – Ciagliwoc w normalizacji 14 - 31 STAL B500SP - EPSTAL®
– Czym jest EPSTAL®
– Walory marki EPSTAL®: - Bezpieczestwo - Pena spajalno - Identyfikowalno - Odporno na obciaenia dynamiczne - Przyczepno do betonu 32 - 35 Rozszerzony program badawczy 36 - 38 Dane projektowe: – Waciwoci mechaniczne – Charakterystyka geometryczna prtów – Przekrój zbrojenia w cm2/m w zalenoci od rozstawu prtów – Przekrój zbrojenia w cm2 w zalenoci od iloci prtów
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
Spis treci
B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y
4
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
5
B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
Praktyka pokazuje, e naj- prostsza i najchtniej sto- sowana metoda liniowa, czyli teoria sprystoci, nie oddaje w peni rzeczy- wistego charakteru pracy konstrukcji. Prawa fizycz- ne dla elbetu s silnie nieliniowe – zaoenie, e materia ten jest sprysty jest zbyt dalekie od praw- dy. Sprawdza si jedynie przy bardzo niewielkich odksztaceniach. Gdy na-
prenia przekrocz war- to granicy plastycznoci elementy zaczynaj praco- wa nieliniowo – nastpuje zjawisko znacznego przy- rostu odksztace przy bar- dzo niewielkich zmianach napre. Przetrwanie konstrukcji w tej fazie jest uwarunkowane jej zdolno- ci do uplastycznienia. W elementach elbeto- wych plastyczno jest za- pewniona przez stal zbroje-
niow. A zatem jej wysoka wytrzymao, która nadal jest bardzo podana, nie wystarczy, aby zapewni waciw prac elemen- tów – musi ona posiada równie odpowiedni ci- gliwo.
Wstp
Projektowanie konstruk- cji rozpoczyna analiza statyczna – wyznaczenie uogólnionych si wewn- trznych (normalnych, po- przecznych oraz momen- tów zginajcych i skr- cajcych). Eurokod 2 (EC2), czyli europejska norma do projektowania konstrukcji elbetowych, opisuje trzy metody obli- czania:
• liniow, u podstaw któ- rej ley zaoenie, e zaleno napre (σ) od odksztace (ε) jest liniowa, tzn. e spenio- ne jest prawo Hooke`a, a elementy konstrukcji po zdjciu obcienia wracaj do stanu pier- wotnego (s spry- ste);
• nieliniow lub liniow z redystrybucj mo- mentów, w której sto- suje si sprysto – pla- styczne zalenoci σ – ε. W uproszczeniu ozna- cza to zaoenie, i ma- teria zachowuje si w sposób sprysty do pewnego poziomu na- pre, powyej którego postpujce odksztace- nia s ju nieodwracal- ne (plastyczne). W ob- liczeniach wykorzystuje si fakt, i w konstruk- cjach statycznie niewy- znaczalnych istniej re- zerwy nonoci – dziki cechom plastycznym materiaów w miejscach newralgicznych powsta- j przeguby plastycz- ne, które pozwalaj na przeniesienie czci na- pre na strefy mniej wytone (redystrybu- cj momentów);
• plastyczn, zwan te analiz nonoci gra- nicznej. Teoria nono- ci granicznej zajmuje si analiz konstrukcji w stanie zniszczenia, w którym konstrukcja traci zdolno do prze- noszenia obcie i staje si ukadem geo- metrycznie zmiennym. Aby byo to moliwe przekroje ustroju mu- sz charakteryzowa si du odksztacal- noci (zdolnoci do obrotu) - dotyczy to zwaszcza przekrojów krytycznych, w których mog powsta przegu- by plastyczne. Duego znaczenia nabiera ci- gliwo zastosowanej stali – zaleca si zbroi elementy stal o duej cigliwoci.
W przeszoci stal zbro- jeniowa miaa cigliwo na takim poziomie, e nie zakócaa procesu upla- stycznienia w konstruk- cji – miaa ona mniejsz wytrzymao, a przez to wiksz cigliwo (np. stal A-I czy A-0). Postp w produkcji prowadzi do
wzrostu wytrzymaoci stali, co odbywao si po- przez zwikszenie zawar- toci wgla, bd przez zgniot podczas walcowa- nia na zimno. Efektem tych procesów byo obni- enie cigliwoci. A zatem doskonalenie wasnoci wytrzymaociowych odby-
wao si kosztem plastycz- noci stali. Do dzi zreszt nie wykorzystuje si tego parametru w projektowa- niu i klasyfikacji, a wiedza o zjawisku cigliwoci jest cigle niedostateczna.
6 7
B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y
6
Cigliwo stali mona zdefiniowa najprociej jako jej zdolno do uzy- skiwania znacznych od- ksztace bez wyranego przyrostu napre po przekroczeniu granicy plastycznoci.
Pojcie to odnosi si do pracy konstrukcji w sytu- acji, gdy naprenia prze- kroczyy granic plastycz- noci – w fazie odksztace
plastycznych. Odkszta- cenia zaczynaj wów- czas przyrasta nieliniowo w stosunku do napre. W przeciwiestwie do fazy I – odksztace liniowych (sprystych) – deforma- cje prtów stalowych s tu nieodwracalne.
Stal o duej cigliwoci ma lepsz ni stal maocigli- wa zdolno absorbowania energii. Przy napreniach wikszych ni granica pla- stycznoci moe „prze-
trwa” znacznie duej, deformujc si w sposób plastyczny – w przeciwie- stwie do stali o maej ci- gliwoci, która jest bardziej krucha, niszczy si w spo- sób nagy ulegajc niewiel- kim wydueniom.
Co takie waciwoci ozna- czaj w praktyce?
Ciagliwosc w praktyce
Zbrojenie zastosowane w konstrukcji poddanej napreniom niszym ni granica plastycznoci deformuje si w sposób sprysty – s to zmiany odwracalne, po zdjciu obcienia prty wróciy- by do stanu pocztkowe- go. Mimo, i w konstrukcji mog powsta zarysowa- nia i pknicia – beton nie jest materiaem sprystym – jest ona bezpieczna. Bezpieczestwo to zale- y w duej mierze od wy- trzymaoci na rozciganie zastosowanej stali. Im jest ona wiksza, tym wiksze obcienie jest potrzeb- ne, aby przekroczy war- to granicy plastycznoci w konstrukcji, czyli aby za- chowa sprysty charak- ter pracy jej elementów.
Czy zatem zastosowanie stali o wysokiej wytrzyma- oci rozwizuje wszystkie problemy i gwarantuje bez- pieczestwo?
Co si stanie jeli napre- nia, pod wpywem rosncego obcienia, przekrocz war- to granicy plastycznoci?
Konstrukcja zacznie wów- czas pracowa w fazie odksztace plastycznych. Ugicia przyrastaj bardzo szybko, nieliniowo w sto- sunku do napre. S te nieodwracalne. Cigliwo stali, czyli jej zdolno do przybierania duych odksztace, nabiera tu ogromnego znaczenia. To ona decyduje o charakte- rze zniszczenia elementu, a take o czasie, po jakim konstrukcja runie.
Konstrukcja krucha, zbrojo- na maocigliw stal ule- ga najczciej zniszczeniu w sposób gwatowny, bez widocznych goym okiem ugi i zarysowa. Elementy uplastycznione poprzez zastosowanie ci- gliwej stali maj znacznie wiksz zdolno ugicia, przed zniszczeniem daj nam znaki ostrzegawcze
w postaci widocznych de- formacji i zarysowa. Ma to decydujce znaczenie dla bezpieczestwa uyt- kowników – widzc ozna- ki przecienia moemy w por zareagowa. Kru- cha konstrukcja niestety nie daje nam takiej moliwoci.
Co zatem charakteryzuje dobr stal zbrojeniow? 1. dobre wasnoci wytrzy- maociowe, aby jak naj- duej zapewni sprysty charakter pracy zbrojenia; 2. wysoka plastyczno, aby w przypadku przeci- enia umoliwi dusze zachowanie nonoci.
Szczególn uwag na pla- styczno elementów na- ley zwróci w przypadku konstrukcji naraonych na nieprzewidziane obcie- nia, takie jak uderzenia, trzsienia ziemi, czy nage zniszczenia podczas wy- buchu. W takich konstruk- cjach podany jest zapas bezpieczestwa, jaki ma konstrukcja plastyczna.
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
9
Waciwoci stali najlepiej okrela wykres zalenoci napre od odksztace, otrzymywany podczas
próby rozcigania, na któ- ry nanosi si zmiany od- ksztace powodowane przyrostem obcienia.
Rys. 1. Wykres zalenoci
a) b)
Typowy wykres zalenoci napre od odksztace mona w duym uprosz- czeniu podzieli na dwie strefy:
• Strefa odksztace li- niowo – sprystych. Odksztacenia s wprost proporcjonalne do ob- cie (wykres stanowi linia prosta, której tan- gens kta nachylenia jest wartoci moduu Younga E dla stali), a do osignicia granicy plastycznoci.
• Strefa odksztace plastycznych.
Po przekroczeniu gra- nicy plastycznoci odksztacenia nie s wprost proporcjonalne do obcie, lecz wzra- staj krzywoliniowo a do osignicia wytrzy- maoci na rozciganie. W pierwszej fazie za- uwaa si tzw. „pyni- cie stali” zobrazowane prawie poziomym frag- mentem wykresu.
W strefie odksztace spr- ystych deformacja nie jest trwaa, w przeciwiestwie do strefy odksztace pla- stycznych, gdzie pod wpy- wem obcie w materiale nastpuj nieodwracalne zmiany.
W przypadku stali walco- wanej na gorco odczy- tanie z wykresu wartoci granicy plastycznoci jest bardzo proste ze wzgldu na wyrane przejcie ze strefy I do II oraz obszar „pynicia stali”.
Wykres dla stali walcowa- nej na zimno nie posiada wyranego przejcia ze strefy sprystej w pla- styczn. Wyznaczenie gra- nicy plastycznoci w tym przypadku jest trudniejsze. Do jej okrelenia przyjmu- je si, e warto ta odpo- wiada napreniu powsta- emu przy odksztaceniu równym 0,2%. Jest to tzw. „umowna granica plastycz- noci” – fy0,2. Wyznaczanie tej wartoci na wykresie polega na po- prowadzeniu linii równole- gej do wykresu w czci sprystej, zaczynajcej si na osi poziomej w punk- cie odpowiadajcym od- ksztaceniu równemu 0,2%. Punkt przecicia tej prostej z krzyw wykresu zrzuto- wany na o napre wy- znacza warto umownej granicy plastycznoci fy0,2.
Cigliwo stali zbrojenio- wej jest definiowana przez dwa parametry (które mo- na odczyta z wykresu):
• Stosunek ftk/fyk (Rm/Re w oznaczeniach norm dla stali) - jest to para- metr wyraajcy sto- sunek charakterystycz- nej wytrzymaoci sta- li na rozciganie (ftk) do charakterystycznej wartoci granicy pla- stycznoci (fyk). Para- metr ten okrela zapas wytrzymaoci stali po przekroczeniu granicy plastycznoci.
• Wyduenie przy mak- symalnej sile εuk (Agt w oznaczeniach norm dla stali) - parametr ten definiuje wydue- nie próbki przy mak- symalnej wartoci ob- cienia, czyli inaczej
wyduenie odpowiada- jce najwikszemu na- preniu (ftk). Warto t wyznaczy mona na wykresie przez po- prowadzenie prostej poziomej, przechodz- cej przez najwyszy punkt wykresu. Punkt przecicia si prostej z wykresem, zrzutowa- ny na o odksztace jest wartoci εuk.
Im wikszy jest stosunek ftk/fyk oraz warto εuk tym wiksza jest cigliwo stali.
B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y
10
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
11
Wedug obecnie obowi- zujcej Polskiej Normy do projektowania konstruk- cji elbetowych PN-B- -03264:2002 podzia stali
zbrojeniowej na klasy pro- wadzony jest na podstawie wartoci obliczeniowej gra- nicy plastycznoci fyd:
Klasa stali
A-III 34GS trudno spajalna 410 350
A-IIIN RB500W spajalna 500 420
Klasa stali
Obliczeniowa fyd [MPa]
Norma zaznacza przy tym, i stale klasy A-0 do A-III charakteryzuj si du cigliwoci, natomiast stal klasy A-IIIN – redni cigliwoci. Rónica ta jest spowodowana proce- sami, które, w miar roz- woju technologii produkcji, prowadzono w celu zwik- szenia walorów wytrzyma- ociowych stali. Uzyska- nie wyszej wytrzymaoci na rozciganie do tej pory
byo osigane przez zwik- szenie zawartoci wgla – co skutkowao pogor- szeniem spawalnoci, lub przez zgniot podczas wal- cowania na zimno. Oba te zabiegi niekorzystnie wpy- way na plastyczno stali.
Europejska Norma do projektowania konstrukcji elbetowych PN-EN-1992- -1-1:2005 czyli Eurokod 2 wprowadza zupenie now
klasyfikacj, w której para- metrem decydujcym jest cigliwo (patrz Tabela 2).
Dla kadej klasy warunki dotyczce zarówno para- metru k, jak i εuk musz by spenione jednoczenie.
Klasa stali
Granica plastycznosci
[%]
wg. Eurokodu 2
W klasyfikacji tej granica plastycznoci nie jest ju czynnikiem decydujcym – parametr ten dla kadej klasy musi wynosi nie mniej ni 400 i nie wicej ni 600 MPa, co dyskwali- fikuje niektóre obecnie sto- sowane w Polsce gatunki. Klasy od A-0 do A-II, a wic takie gatunki jak St3SY-b czy 18G2-b, nie speniaj wymogów Eurokodu 2 – fyk dla tych klas nie przekra- cza 400 MPa.
Rónice w parametrach stali rónych cigliwoci dobrze obrazuj wykresy zalenoci napre od odksztace. Ich analiza porównawcza pozwala zauway, i dla podob- nego poziomu napre odksztacenia stali klasy C s wiksze od odksztace stali klasy B i A – stal cigli- wa ma wiksze moliwoci absorbowania energii, nie ulega kruchemu, nagemu rozerwaniu lecz wydua si, w przeciwiestwie do stali kruchej.
Próba sklasyfikowania pod wzgldem cigliwoci powszechnych w Polsce gatunków stali pokazuje, e tylko jeden z nich spe- nia wymagania klasy C – gatunek B500SP (patrz Tabela 3).
Klasa stali A B C
Gatunek wg PN St3SY-b-500 RB500W Bst500S B500SP
Tabela 3. Przykadowe gatunki
Rys. 2. Wykresy zalenoci
napre od odksztace dla stali o rónych cigliwociach
B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y
12
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
13
STAL B500SP - EPSTAL®
Czym jest EPSTAL®?
EPSTAL® jest znakiem jakoci wyrobów ze sta- li gorcowalcowanej o podwyszonej cigliwo- ci, przeznaczonych do
zbrojenia betonu (gatu- nek B500SP).
Producenci, którzy chc otrzyma ten znak musz podda si dobrowolnej certyfikacji, prowadzonej
przez Centrum Promocji Jakoci Stali. Wyraaj jednoczenie zgod na publikacj wyników staty- stycznych z bada swoich wyrobów.
Certyfikat EPSTAL® daje gwarancj, e produkt:
• zosta wprowadzony do obrotu i stosowania w budownictwie zgodnie z obowizujcymi prze- pisami i posiada waci- woci zgodne z norma- mi:
- PN-H 93220:2006 “Stal B500SP o podwyszo- nej cigliwoci do zbro- jenia betonu - Prty i walcówka ebrowana”
- PN EN 10080:2007 “Stal do zbrojenia beto- nu - Spajalna stal zbro- jeniowa - Postanowie- nia ogólne”
- PN-B 03264:2002 “Konstrukcje betonowe, elbetowe i sprone - Obliczenia statyczne i projektowanie”
- PN EN 1992-1-1:2005 – „Eurokod 2 „Projek- towanie konstrukcji z betonu - Cz 1-1: Reguy ogólne i reguy dla budynków”
• posiada wszystkie obo- wizkowe dokumenty dopuszczajce produkt do stosowania w bu- downictwie
• przenosi obcienia dynamiczne, wielokrot- nie zmienne i cykliczne, potwierdzone w bada- niach na nowoczesnych maszynach elektrore- zonansowych
• jest objty rozszerzon polis ubezpieczeniow
• posiada wasnoci me- chaniczne gwaranto- wane w caym zakre- sie swojej pracy, a do osignicia wytrzyma- oci na rozciganie
• posiada atwe do roz- poznania znaki literowe nawalcowane na prcie.
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
15
Znak EPSTAL®
Znak jakoci EPSTAL jest wasnoci CPJS – Centrum Promocji Jako- ci Stali (Centre for Pro- motion of Steel Quality),
które jest odpowiedzial- ne za zarzdzanie nim i jego funkcjonowanie.
CPJS w ramach swojej dziaalnoci prowadzi: • nadzór techniczny oraz
certyfikacj produk- tów na znak jakoci EPSTAL®
• inicjowanie i wspóre- alizowanie projektów badawczych ukierun- kowanych na popraw
jakoci wyrobów oraz bezpieczestwo kon- strukcji inynierskich
• wspieranie wspópra- cy grup badawczych z przemysem
• przekazywanie infor- macji na temat wyro- bów stalowych wysokiej jakoci
• organizowanie oraz wspóorganizowanie spotka szkoleniowych, seminariów, warsztatów
• tworzenie pomostu po- midzy uytkownikami wyrobów stalowych i ich producentami
• uczestniczenie w pol- skich i europejskich procesach normaliza- cyjnych dotyczcych wyrobów stalowych
Dziaania i publikacje zwizane ze znakiem EPSTAL® s nadzorowa- ne i weryfikowane przez Komitet Doradczy CPJS, w skad którego wcho- dz uznani profesjonalici w dziedzinach zwizanych z sektorem stalowym, kon- strukcjami elbetowymi, architektur, procesami stochastycznymi, a take przedstawiciele admini- stracji pastwowej.
Waciwoci mecha- niczne stali EPSTAL® - gatunku B500SP
B500SP – EPSTAL® jest stal ebrowan do zbro- jenia betonu o wysokiej cigliwoci:
• 500 oznacza warto charakterystycznej gra- nicy plastycznoci, wy- raonej w MPa
• SP oznacza, e jest to stal spajalna
fyk [MPa] 500
ftk [MPa] 575
Klasa C wg Eurokodu 2 εuk [%] 8
Ceq [%] ≤ 0,50 Stal dobrze spajalna Tabela 4.
Parametry mecha- niczne stali EPSTAL®
fyk - charakterystyczna granica plastycznoci fyd - obliczeniowa granica plastycznoci ftk - charakterystyczna wytrzymao na rozciganie (ft/fy)k - stosunek wytrzymaoci na rozciganie do granicy plastycznoci εuk - wyduenie pod maksymalnym obcieniem Ceq - ekwiwalent wgla
B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y
16
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
17
pokazuj niezawodno i niezmienno powy- szych parametrów.
Rys 4. Wyniki bada
m )
[MPa]
• Bezpieczestwo
Stal B500SP – EPSTAL® ma dwie najwaniejsze dla stali zbrojeniowej cechy: - wysok wytrzymao - du cigliwo
Jako jedyny gatunek produ- kowany obecnie w Polsce jest zaliczany do klasy C cigliwoci wg Eurokodu 2, a wedug obecnej Polskiej Normy do projektowania konstrukcji elbetowych do klasy A-IIIN – najwyszej klasy wytrzymaociowej. Dlatego stosowanie EP- STAL-u do zbrojenia ele- mentów konstrukcji jest bezpieczniejsze, gdy mo- emy wówczas uzyska:
• ostrzeenie przed zniszczeniem konstruk- cji poprzez widoczne goym okiem deforma- cje, szerokie rysy i pk- nicia w stanie obci- e przedkrytycznych,
• lepsz odporno konstrukcji na skutki nieprzewidzianych ob- cie takich jak ude- rzenia, trzsienia czy nage zniszczenia cz- ci konstrukcji np. pod- czas wybuchu,
• lepsz odporno kon- strukcji na deformacje nabyte (temperatura, osiadanie, pezanie itp.).
[-]
R oz
k ad
n or
m al
ny R
oz k
ad n
or m
al ny
R oz
k ad
n or
m al
ny R
oz k
ad n
or m
al ny
B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y
18
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
19
• Pena spajalno
Wan cech stali zbro- jeniowej jest jej spajal- no (spawalno i zgrze- walno). Stal B500SP – EPSTAL®, poprzez stale i uwanie kontrolowany proces produkcji posiada
skad chemiczny gwaran- tujcy pen spajalno prtów – ekwiwalent wgla Ceq nie przekracza 0,50%.
Aby to udowodni stal EPSTAL® zostaa prze- badana pod tym ktem w Instytucie Spawalnictwa w Gliwicach. Celem bada
byo wykonanie i zbadanie zczy nakadkowych spa- wanych elektrod otulon i metod MAG oraz zczy zgrzewanych rezystan- cyjnie na krzy. Zakres badan obejmowa: prób statycznego rozcigania, prób cinania i prób od- ginania.
Kombinacja czonych rednic
Rm [MPa] Uwagi
Tabela 5. Wyniki bada
spajalnoci rónego rodzaju zczy
Rm [MPa] Uwagi
Tabela 6. Wyniki bada
spajalnoci rónego rodzaju zczy
Rm [MPa] Fmax [kN] Kt zgicia Kt odgicia
10 + 10 632,5 636,9 637,1 646,2
49,1 52,8 47,5 51,6
90 90 90 90
70 70 70 70
16 + 16 634,1 639,4 643,3 632,2
104,5 82,7
103,6 130,5
10 + 16 632,5 648,9 638,9 649,4
40,7 52,5 39,8 38,2
90 90 90 90
70 70 70 70
37,2 49,1 39,8 41,5
90 90 90 90
70 70 70 70
Wymaganie wg DIN 488 ≥ 550 ≥ 35,2 - -
2) wartoci obliczone na podstawie prEN ISO 17660 oraz danych z atestów hutniczych
Tabela 7. Wyniki bada
spajalnoci rónego rodzaju zczy
B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y
20
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
21
Pozytywne wyniki, opisa- ne w Orzeczeniu Instytutu Spawalnictwa, wiadcz o tym, e wszystkie bada- ne zcza wykazay dobre waciwoci wytrzymao- ciowe i plastyczne:
• w badaniach rozciga- nia zczy spawanych i zgrzewanych wszyst- kie próbki zerway si poza spoin i zgrzein
• w próbach cinania z- czy krzyowych otrzy- mano wiksze siy nisz- czce, ni wskazuj wymagania normowe
• w próbach odginania zcza wykazay dobr plastyczno w miejscu zgrzania – wszystkie próbki zgiy si bez rys i pkni
Zgodnie z instrukcj Insty- tutu Techniki Budowlanej nr 415/2005 „Zbrojenie
konstrukcji elbetowych” dla stali zbrojeniowej za- leca si przyjmowa elek-
trody zgodne z norm PN-EN 499:1994:
Klasa stali Oznaczenie elektrody
a) b)
c) d)
próbie odginania b) i d) próbki zniszczo-
ne w próbie rozciagania c) próba odginania
• Identyfikowalno
Gatunek B500SP - EPSTAL®
mona atwo zidentyfiko-
wa poprzez nowy, zop- tymalizowany wzór ue- browania skadajcy si z dwóch rzdów przeciwle-
gych eber poprzecznych o rónym kcie nachylenia.
Ponadto prty EPSTAL® cechuje trway znak litero-
wy EPSTAL, nawalcowany na kadej rednicy (od 8
do 32 mm) miejscu 6 kolej- nych eber.
Jednoczenie kada wizka prtów, oprócz tych oznacze, dostar-
czana jest wraz z etykie- t identyfikujc z logo- typem znaku EPSTAL,
gatunkiem stali i danymi producenta.
B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y
22
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
23
• Odporno na obcienia dynamiczne
Producenci, którzy staraj si o przyznanie certyfikatu EPSTAL® na stal B500SP musz udowodni, e jest ona odporna na obcie- nia dynamiczne.
Zgodnie z wymaganiami normy PN-H-93220:2006 stal ta poddawana jest dwóm rodzajom testów na obcienia dynamiczne:
1. Badanie odpornoci zmczeniowej – po- lega ono na poddawa- niu próbki osiowemu rozciganiu w zakresie napre 150 do 300 MPa, zmieniajcych si sinusoidalnie ze sta czstotliwoci. Czsto- tliwo ta powinna si waha w przedziale 1 do 200 Hz. (patrz Rys. 9).
Odporno okrelana jest na podstawie liczby cykli obciania, jakie próbka jest w stanie przenie.
Minimalna liczba cykli obciania w badaniu zmczeniowym wyno- si 2 mln.
2. Badanie odpornoci na obcienia cyklicz- ne – próbka poddawa- na jest dziaaniu siy osiowej naprzemiennie ciskajcej i rozci- gajcej – pracuje ona w zakresie napre naprzemiennie dodat- nich i ujemnych. Wy- kres zalenoci napr- e od odksztace dla tego badania rysuje si w tzw. cykl histerezy (patrz Rys. 10).
Minimalna liczba cykli obciania w badaniu cyklicznym wynosi 3.
Próbki z kadej partii produkcyjnej musz pozytywnie przej po- wysze testy.
150
0
300
a
• Przyczepno stali do betonu
Wanym czynnikiem pro- cesu uplastycznienia kon- strukcji jest take dobra przyczepno stali do be- tonu. Umoliwia ona okre- lony ulizg – zarysowania i pknicia przebiegaj w konstrukcji w zaoony podczas projektowania sposób.
Dziki optymalnemu wzo- rowi uebrowania oraz wysokiemu parametrowi wzgldnej powierzchni e- ber fR prty EPSTAL posia- daj dobr przyczepno do betonu, co wykazay badania wykonane w In- stytucie Techniki Budowla- nej w Warszawie. Polegay one na wyrywaniu prtów zbrojeniowych z kostek betonowych (tzw. badania pull-out).
Do badania przygotowane zostay próbki betonowe (beton klasy B15) w po- staci kostek szeciennych o boku dugoci 150 mm, z zakotwionym w kadej z nich prtem ze stali EP- STAL o rednicy 16 mm. Na dugoci zakotwienia, któr przyjto jako 5 red- nic prta (5d = 80 mm) znajdowa si napis EP- STAL lub samo uebro- wanie. Przeprowadzono 3 serie bada, kada po 12 próbek – 6 z napisem EPSTAL na dugoci zako- twienia i 6 bez napisu. Si wyrywajc zwikszano stopniowo co 5 kN, tak aby uzyska okoo 10 kroków dla kadej próbki.
Okrelenie siy wyrywajcej prt oraz przemieszczenia jego nieobcionego ko- ca pozwoliy wyznaczy naprenia przyczepno- ciowe w badanych mode- lach. Naprenia te okaza- y si kilkakrotnie wiksze ni minimalne napre- nia normowe (wg PN-EN 10080:2005) – zarówno w strefie uebrowanej, jak i strefie z napisem EPSTAL.
B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y
24
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
25
rednia wytrzymao betonu na ciskanie po 28 dniach: fcm = 13,4 Mpa
Sia obciaj- ca prt
Przemieszczenia nieobcionego koca prta dla próbki nr:
F [kN] fc [MPa] τ/fcm 1 2 3 4 5 6
0
13,41
2 0,04 0 0 0 0 0 0
5 0,09 0,0005 0,0005 0 0 0 0
10 0,19 0,0020 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010
15 0,28 0,0030 0,0020 0,0020 0,0030 0,0030 0,0030
20 0,37 0,0050 0,0050 0,0060 0,0070 0,0080 0,0060
25 0,46 0,0100 0,0100 0,0210 0,0250 0,0360 0,0120
30 0,56 0,0240 0,0230 0,0750 0,0790 0,1010 0,0390
35 0,65 0,0550 0,0640 0,1690 0,1630 0,2060 0,0870
40 0,74 0,1030 0,0320 0,3210 0,2980 0,3860 0,1750
45 0,83 0,2490 0,2350 0,7840 0,3230
50 0,93 0,2910 0,4100
Wartoci w momencie zniszczenia:
Sia niszczca Fn [kN] 52,5 53,5 45,0 44,5 45,0 49,0
Naprenie w prcie σn [MPa] 261,2 266,2 223,9 221,4 223,9 243,8
Sprowadzone naprenie przyczepnoci (τ/fcm)n 0,97 0,99 0,83 0,83 0,83 0,91
Naprenie przyczepnoci τn [MPa] 13,05 13,30 11,19 11,06 11,19 12,18
Tabela 8. Wyniki badan pull-out dla jedenj serii: dla strefy bez napisu.
rednia wytrzymao betonu na ciskanie po 28 dniach: fcm = 13,4 Mpa
Sia obciaj- ca prt
Przemieszczenia nieobcionego koca prta dla próbki nr:
F [kN] fc [MPa] τ/fcm 1 2 3 4 5 6
0
13,41
2 0,04 0 0 0 0 0 0
5 0,09 0 0 0 0 0 0
10 0,19 0,001 0 0,001 0,001 0,001 0
15 0,28 0,002 0,002 0,003 0,002 0,003 0,002
20 0,37 0,005 0,005 0,007 0,005 0,007 0,004
25 0,46 0,011 0,013 0,019 0,013 0,037 0,010
30 0,56 0,034 0,059 0,076 0,051 0,088 0,026
35 0,65 0,096 0,178 0,194 0,098 0,170 0,066
40 0,74 0,193 0,503 0,496 0,215 0,323 0,133
45 0,83 0,363 0,698 0,678 0,353
50 0,93 0,628
Sia niszczca Fn [kN] 50,0 41,0 41,5 45,0 47,0 53,0
Naprenie w prcie σn [MPa] 248,8 204,0 206,5 223,9 233,9 263,7
Sprowadzone naprenie przyczepnoci (τ/fcm)n 0,93 0,76 0,77 0,83 0,87 0,98
Naprenie przyczepnoci τn [MPa] 12,43 10,19 10,32 11,19 11,69 13,18
Tabela 9. Wyniki badan pull-out dla jedenj serii: dla strefy z napisem.
B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y
26
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
27
Δl [mm] 1 2 3 4 5 6
0,010 0,46 0,46 0,37 0,37 0,37 0,4
0,100 0,74 0,74 0,65 0,56 0,56 0,65
1,000 0,93 0,93 0,83 0,74 0,74 0,83
τbm/fcm 0,71 0,71 0,62 0,56 0,56 0,63
Tabela 10. rednie wartoci
Δl [mm] 1 2 3 4 5 6
0,010 0,46 0,4 0,4 0,4 0,4 0,32
0,100 0,65 0,6 0,58 0,65 0,56 0,7
1,000 0,83 0,74 0,74 0,83 0,83 0,93
τbm/fcm 0,65 0,58 0,57 0,63 0,60 0,65
Tabela 11. rednie wartoci
Sprowadzone naprenia przyczepnoci τbm/fcm dla danej serii bada wynosiy:
• dla próbek bez napisu - od 0,56 do 0,71 (red- nia warto to 0,63)
• dla próbek z napisem od 0,57 do 0,65 (red- nia warto to 0,61)
Oznacza to, e warto tego naprenia dla próbek z napisem jest mniejsza
o 3,18 % od naprenia zmierzonego w próbkach bez napisu. Jeeli we- miemy pod uwag wyma- gania normowe dotyczce dugoci zakotwienia dla betonu B15 (wg PN-B- -03264) - maksymalna 53 d i minimalna 22,5 d – dojdziemy do wniosku, i w zakotwieniu prta wy- konanym zgodnie z tymi wymaganiami rónica napre przyczepnoci
dla strefy z napisem i bez napisu bdzie kilkakrot- nie mniejsza ni obliczona w badaniu, gdzie dugo zakotwienia wynosia tylko 5 d. Tak mae rónice na- pre nie maj wpywu na prac zakotwienia pod obcieniami obliczenio- wymi.
Idc o krok dalej CPJS zle- ci równie zbadanie przy- czepnoci stali EPSTAL® do betonu w warunkach termicznych, jakie wyst- puj w trakcie oraz po prze- bytym poarze. Badania te
wykonane zostay w Szko- le Gównej Suby Poarni- czej w Warszawie i dzieliy si na dwa rodzaje:
Badanie „na zimno” – próbki wczeniej pod-
grzane i ponownie ocho- dzone poddawano testom wyrywania, których celem byo okrelenie wartoci siy przyczepnoci.
Rys. 11. Modele badawcze
poddawane podgrzaniu w piecu
Rys. 12. Typowe zniszczenie
próbki w badaniu „na zimno”
B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y
28
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
29
Stal EPSTAL®, w porówna- niu ze stal zimnowalcowa- n o maej cigliwoci, dla której równie wykonano w tym samym czasie wszystkie testy, wykazaa
lepsz przyczepno do betonu. Analiza wyników prowadzi do wniosku, e stal wysokocigliwa gwarantuje dusze za- chowanie nonoci przez
konstrukcj w momencie wybuchu poaru, a take dusz ywotno ele- mentów ju po jego uga- szeniu.
Temp. [°C] Sia [kN] Sia [kN]
Rónica EPSTAL Stal A
700°C 8,08 6,68 17,3% Tabela 12.
Wyniki badania „na zimno”
Tabela 13. Wyniki badania
wewntrz- nych
wewn. zewn. wewn. zewn.
12 kN 425,05°C 595,0°C 293,3°C 525,0°C 45%
20 kN 265,7°C 510,3°C 203,0°C 432,3°C 31%
Badanie „na gorco” – obciona sta, ustalo- n wczeniej si wyrywa- jc próbka, umieszczona
w piecu, podgrzewana bya do momentu utraty przy- czepnoci. Parametrem poszukiwanym bya tempe-
ratura krytyczna, czyli taka, przy której sia jest w stanie wyrwa prt z betonu.
Rys. 13. Model badawczy,
wykonano testy
próbki w badaniu „na goraco”
B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y
30
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
31
Rozszerzony program badawczy CPJS jest inicjatorem
i zleceniodawc wielu innowacyjnych bada, które daj szerokie pole do rozwaa naukowych na temat waciwoci konstrukcji elbetowych, potwierdzaj teoretycz- n wiedz na ich temat, a take s impulsem do wprowadzania nowych rozwiza w projektowa- niu i wykonawstwie.
Dotychczas wykonane ba- dania (wszystkie wykonano na Politechnice lskiej):
• „Badanie wpywu pla- stycznoci zbrojenia na zachowanie si dwuprzsowej belki elbetowej” – Poli- technika lska.
Badanie porównujce za- chowanie si belek zgi- nanych zbrojonych sta- l wysokiej cigliwoci (klasa C – EPSTAL) lub maej cigliwoci (klasa A – stal zimnowalcowa- na) – warto granicy plastycznoci dla obu ga- tunków wynosia 500 MPa
– wymienicie potwierdzi- y znane z teorii zjawisko redystrybucji momentów. Belka ze stal maocigliw zniszczya si gwatownie nad podpor z niewielki- mi ugiciami w przsach. W belce zbrojonej stal o duej cigliwoci utwo- rzy si przegub plastyczny, co pozwolio na przenie- sienie napre z podpory na przsa. Skutkowao to wikszymi ugiciami i za- rysowaniami przsowymi oraz mniej gwatownym zniszczeniem.
Rys. 15. Schemat statyczny
Rys. 16. Belka zbrojona
stal EPSTAL po zniszczeniu
Rys. 17. Belka zbrojona
stal klasy A po zniszczeniu
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
33
• „Badanie porównaw- cze belek elbeto- wych na cinanie” – Politechnika lska.
Modele badawcze w posta- ci belek jednoprzsowych zazbrojono poprzecznie stalami o rónych cigli- wociach: klasy C – wy- sokocigliw (EPSTAL®) oraz klasy B – redniocia-
gliw (stal zimnowalcowa- na), lecz tej samej klasy wytrzymaociowej A-IIIN (Fyd dla obu gatunków wy- nioso 500 MPa). W przypadku strzemion wykonanych ze stali zim- nowalcowanej rezultatem dziaania si cinajcych byo ich zerwanie si i nage zniszczenie belki. Strze- miona ze stali EPSTAL®
ulegay odksztaceniu – otwieray si ich ramio- na – co nie pozwalao na pene wykorzystanie ich waciwoci plastycznych. W przygotowaniu s kolej- ne badania, które pozwol ustali optymalny ksztat strzemion umoliwiajcy wiksze wykorzystanie przez nich cigliwoci stali.
Rys. 18. Schemat statyczny
mi ze stali EPSTAL®
a) b)
• „Badania ustrojów pytowo – supowych zbrojonych stal zró- nicowanej cigliwoci” – Politechnika lska.
Badanie miao na celu wykazanie, e w sytuacji zniszczenia poczenia py- ta-sup o moliwoci prze- trwania konstrukcji decyduje krzyujce si nad supem dolne zbrojenie pyty. Jeli
bdzie ono w stanie przej obcienia spoczywajce na stropie mimo zniszcze- nia strefy przysupowej jest szansa przetrwania caej konstrukcji. Sprawdzono, jak w takiej roli wypadnie stal EPSTAL w porównaniu ze stal o maej cigliwoci (oba gatunki w tej samej klasie wytrzymaociowej A-IIIN). Wyniki dowiody, e przy znacznych przemiesz-
czeniach, jakie wystpuj w stadium awaryjnym po- czenia pyta – sup bardzo podan cech zbrojenia dolnego jest jego zdolno do znacznych odkszta- ce czyli dua cigliwo. A zatem istotnym wnio- skiem jest nie tylko sama potrzeba zastosowania zbrojenia dolnego pyty nad supem, lecz równie rodzaj uytej do tego stali.
Rys. 21. Schemat pyty
i sposobu jej obciania
Rys. 22. Obraz górnej powierzchni pyty w chwili zakoczenia bada
B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y
34
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
35
Waciwoci mechaniczne.
rednica d
Zakresy masy obliczane dla
Tabela 13. Charakterystyka
*) Masa obliczona na podstawie ciaru objtociowego stali 7850 kg/m3
C E N T R U M P R O M O C J I J A K O C I S T A L I
37
10 cm 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm
8 0,503 5,03 3,35 2,51 2,01 1,68
10 0,785 7,85 5,24 3,93 3,14 2,62
12 1,13 11,13 7,54 5,65 4,52 3,77
16 2,01 20,11 13,40 10,05 8,04 6,70
20 3,14 31,42 20,94 15,71 12,57 10,47
25 4,91 49,09 32,72 24,54 19,63 16,36
32 8,04 80,42 53,62 40,21 32,17 26,81
rednica nominalna
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
8 0,50 1,01 1,51 2,01 2,51 3,02 3,52 4,02 4,52 5,03
10 0,79 1,57 2,36 3,14 3,93 4,71 5,50 6,28 7,07 7,85
12 1,13 2,26 3,39 4,52 5,65 6,79 7,92 9,05 10,18 11,31
16 2,01 4,02 6,03 8,04 10,05 12,06 14,07 16,08 18,10 20,11
20 3,14 6,28 9,42 12,57 15,71 18,85 21,99 25,13 28,27 31,42
25 4,91 9,82 14,73 19,63 24,54 29,45 34,36 29,27 44,18 49,09
32 8,04 16,08 24,13 32,17 40,21 48,25 56,30 64,34 72,38 80,42
Tabela 14. Przekrój zbrojenia
Tabela 15. Przekrój zbrojenia w cm2 w zalenoci
od iloci prtów
B I U L E T Y N I N F O R M A C Y J N Y
38
CPJS - Centrum Promocji Jakoci Stali Sp. z o.o. ul. Koszykowa 54 00-675 Warszawa
tel. +48 22 630 83 75 tel. kom. +48 509 206 188
fax +48 22 625 50 49 www.cpjs.pl