Wzmocnienie konstrukcji żelbetowych za pomocą zewnętrznych cięgien bez przyczepności jest obecnie powszechnie stosowaną metodą zwiększenia nośności konstrukcji żelbetowych, w szczególności elementów belkowych. Nie budzi wątpliwości fakt, że dodanie dodatkowego zbrojenia sprężającego do zarysowanej belki, przy odpowiednio dobranej wartości siły naciągowej zewnętrznych cięgien sprężających, skutkuje wzrostem nośności belki. Pojawiają się wątpliwości dotyczące zasadności, ze względu na nakład pracy i koszt, zastosowania iniekcji rys przed wzmocnieniem belek za pomocą zewnętrznych cięgien sprężających.
W pracy podjęto problem określenia wpływu iniekcji rys żywicami epoksydowymi w zginanych belkach żelbetowych, wzmocnionych sprężonymi cięgnami zewnętrznymi, na ich pracę i stany graniczne. Przedstawiono studium dostępnej literatury.
W celu uszczegółowienia tematu, zakresu i tez pracy przeprowadzono wstępne badania doświadczalne na rzeczywistej konstrukcji przykrycia hali produkcyjnej. Badano odkształcenia betonu, podczas wzmocnienia zewnętrznymi cięgnami bez przyczepności, 3 żelbetowych dźwigarów dachowych o rozpiętości 25 m, których wzmocnienie było konieczne ze względu na nadmierne zarysowania ujawnione po intensywnych opadach śniegu. Przedstawiono szczegółowy opis konstrukcji, przyczyny powstania uszkodzeń, metodologię badań, analizę numeryczną oraz wnioski wynikające z badań, których głównym celem była odpowiedź na pytanie, czy podjęty sposób wzmocnienia zapewnia optymalne i skuteczne wzmocnienie dźwigarów dachowych.
W dalszej części pracy dotyczącej badań wstępnych przedstawiono wyniki badania dwóch belek laboratoryjnych, sprężonych wewnętrznym cięgnem bez przyczepności. Badanie pozwoliło wstępnie ocenić pracę belek, określić morfologię zarysowań, rozpoznać możliwości pomiarowe przed badaniami właściwymi. Podczas badania dwóch belek laboratoryjnych przeprowadzono w jednej z belek iniekcję zarysowań, która była niezbędna do określenia możliwości iniekcji belek podczas planowanych badań głównych. Przedstawiono wyniki pomiarów: odkształceń, morfologię rys, zmiany naprężenia w cięgnie podczas obciążenia oraz sformułowano wnioski.
Badania właściwe, mające na celu potwierdzenie lub zaprzeczenie postawionych tez pracy, składały się z badania 6 belek żelbetowych. Belki cechowały się taką samą geometrią, układem zbrojenia, sposobem podparcia i obciążenia. Cięgna sprężające o trasie łamanej poprowadzono w części pomiędzy dewiatorami poniżej dolnej krawędzi belek. Dwie belki były elementami referencyjnymi. Pierwsza belka – żelbetowa (D1) – została bez sprężenia w jednym etapie badań obciążona do zniszczenia. Druga belka (D2) została sprężona, bez wcześniejszego zarysowania i obciążona do zniszczenia. Pozostałe 4 belki (D3a, D3b, D4 i D5) zostały w pierwszym etapie zarysowane do ponadnormowego rozwarcia rys, następnie wzmocnione za pomocą zewnętrznego sprężenia i w trzecim etapie obciążone do zniszczenia. Belki D3a i D3b zostały sprężone bez wcześniejszej iniekcji rys, natomiast belki D4 i D5 z iniekcją rys. W belce D4 zainiektowano wybrane rysy, w elemencie D5 zainiektowano wszystkie zarysowania występujące w belce wzdłuż odcinka pomiędzy dewiatorami cięgien sprężających. Podczas badania belki D3b zastosowano nową metodę pomiaru odkształceń betonu – za pomocą zabetonowanych w belce włókien światłowodowych. W części pracy dotyczącej właściwych badań przedstawiono plan badań, badania materiałowe, szczegółowy opis metodologii pomiarów i rozmieszczenia czujników pomiarowych. Podczas badań mierzono odkształcenia betonu i stali za pomocą różnych technik pomiarowych: czujnikiem nasadowym DEMEC czujnikami strunowymi GEOKON, tensometrami elektrooporowymi oraz za pomocą włókien światłowodowych. Rejestrowano też ugięcia oraz siły: obciążającą i sprężającą. Badanie każdej belki szczegółowo opisano i przedstawiono wyniki pomiarów. Całość badań właściwych podsumowano i sformułowano wnioski.
W końcowej części pracy przedstawiono wyniki analiz obliczeniowych, wykonanych metodą analityczną – opartą na dostępnym w literaturze algorytmie obliczeniowym dla belek sprężonych cięgnami bez przyczepności. W dalszej części przedstawiono wyniki obliczeń wykonanych za pomocą metody elementów skończonych programem DIANA, uwzględniającej przybliżone do rzeczywistych charakterystyki materiałowe.
W podsumowaniu zebrano wnioski wynikające z poszczególnych części pracy, które odniesiono do postawionych tez.
Strengthening reinforced concrete structures with external unbonded tendons is currently a widely-used method increasing load capacity of reinforced concrete structures, especially their beams. There can be no doubt that adding supplementary prestressed reinforcement to a cracked beam, with an appropriately matched value of prestressed force of external tendons, results in higher load capacity of that beam. There are questions pertaining to the efficacy of this procedure due to its workload and costs, the use of cracks injection before beam reinforcement with external prestressed tendons.
The thesis attempts to describe the influence of cracks injection with epoxy resin performed in bent reinforced beams strengthened with external prestressed tendons, on their functioning and limit state. The dissertation presents a review of available expert literature.
In order to make the topic more precise and to define its range and theses, initial experimental research was conducted on a real structure of a production plant cover. The focus was on concrete strain when strengthened with external unbonded tendons, in three 25-meter reinforced roof girders whose strengthening was necessary due to extensive cracking which occurred after heavy snowfall. The construction was described in detail, together with causes of cracking, research methodology, numerical analysis and conclusions deriving from the research whose main aim was to answer a question whether the strengthening method in question provides optimal and efficient reinforcement of the roof girders.
The further part of the work pertaining to the initial research contains research results for two laboratory beams prestressed with an external unbonded tendon. The research made it possible to initially evaluate beam functioning, define the morphology of cracking, learn about measuring possibilities before the main research. During the research of these two laboratory beams, one of them was subject to cracks injection, which was necessary in order to define beam injection possibility during the main research to come. The following factors were measured: strains, crack morphology, change in tendon stresses during its strain. The conclusions were drawn.
The main research, aiming to confirm or deny the dissertation theses, consisted of testing six reinforced beams. The beams were characterised by the same geometry, reinforcement distribution, support and strain. The prestressing tendons of a broken line were placed partially between deviators below the lower beam edge. Two beams constituted referential elements. The first reinforced beam (D1) was, without prestressing, strained in one research stage till its destruction. The second beam (D2) was prestressed without former cracking and strained till its destruction. The other four beams (D3a, D3b, D4 and D5) were in the first research stage subject to cracking so that crack width was too big, then they were strengthened with external prestressing, and in the third stage they were strained till their destruction Beams D3a and D3b were prestressed without former cracks injection, whereas beams D4 and D5 were subject to cracks injection before their prestressing. In beam D4 only selected cracks were injected, in beam D5 all cracks occurring along the distance between the deviators of prestressing tendons were injected. During the test of beam D3b, a new method of measuring concrete strain was used – it made use of optic fibres placed in the beam. The dissertation part pertaining to the main research presents a research schedule, material tests, a detailed description of the measurement methodology and the distribution of measurement sensors. Research time was devoted to measuring concrete and steel strain with the help of various measurement techniques: the DEMEC strain gauge, GEOKON strain gauge, electric resistance wire strain gauges and optic fibres. Moreover, beam deflection and loading and prestressing forces were registered. The test of each beam was described in detail and the measurement results were presented.
The whole main research was summarised and conclusions were drawn.
The final part of the dissertation presents the results of calculation analyses conducted with the analytical method based on the available calculating algorithm for beams prestressed with unbonded tendons. Further on, the paper presents the results of calculations made with the help of the finite elements calculation method in DIANA programme, taking into account estimate material properties.
The summary contains the conclusions deriving from particular parts of the dissertation, with references to the formulated theses.
