beton sprężony, ścinanie, długość transmisji, kablobeton, awaria zakotwienia
presstresed concrete, shear, transmission length, post-tensioned concrete, anchorage failure
W niniejszej dysertacji podjęto tematykę pracy betonowych, prefabrykowanych belek podsuwnicowych w przedłużonym okresie trwałości, w warunkach niepewności zakotwienia kabli sprężających. Głównym rozważanym zagadnieniem naukowym jest nośność na ścinanie elementów kablobetonowych z niskim stopniem zbrojenia poprzecznego wraz z analizą możliwości przekazania siły z kabla sprężającego w sytuacji utraty jego zakotwienia mechanicznego, np. w wyniku postępującej korozji.
Program badań eksperymentalnych niniejszej pracy obejmował badania niszczące belek podsuwnicowych, badania długości transmisji siły sprężającej w sytuacji odcięcia zakotwienia kabla oraz wybrane badania pomocnicze. Badania prowadzono na prefabrykowanych, kablobetonowych belkach podsuwnicowych, zdemontowanych z rzeczywistej konstrukcji po ponad 50. letnim okresie eksploatacji, zatem po przekroczeniu okresu ich projektowanej trwałości. Zdemontowane elementy cechowały się niskim stopniem zbrojenia poprzecznego, ponadto zakotwienia kabli sprężających w większości przypadków nie były zabezpieczone antykorozyjnie.
Na podstawie analiz wyników zrealizowanych badań eksperymentalnych, symulacji numerycznych oraz obliczeń według wybranych modeli analitycznych w pracy wykazano, że możliwe jest przyczepnościowe przekazanie siły sprężającej z kabla wielodrutowego typu Freyssinet na element, w sytuacji utraty zakotwienia mechanicznego kabla sprężającego. Przeanalizowano sposób pracy kablobetonowych belek podsuwnicowych w zależności od położenia obciążenia zewnętrznego (tj. smukłości ścinania a/d) oraz określono wypływ utraty zakotwień wybranych kabli sprężających na model zniszczenia oraz nośność graniczną elementów. Ponadto wykazano, że minimalny stopień zbrojenia poprzecznego umożliwia bezpieczną pracę kablobetonowych belek podsuwnicowych, nawet w sytuacji utraty zakotwień wybranych kabli sprężających i nie wpływa znacząco na nośność graniczną belek. Analizy wykonane w ramach niniejszej pracy zaowocowały stworzeniem analitycznych, inżynierskich modeli obliczeniowych, które umożliwiają analizę: długości transmisji siły sprężającej dla kabla wielodrutowego typu Freyssinet, w sytuacji utraty jego zakotwienia mechanicznego oraz nośności strefy ścinania kablobetonowych belek podsuwnicowych w sytuacji utraty zakotwień wybranych kabli sprężających.
The doctoral thesis investigates the topic of precast concrete crane beams in an extended period of service, in uncertain conditions of prestressing cable anchorages. The main scientific problems considered are: the shear capacity of post-tensioned concrete elements with a low transverse reinforcement ratio and the analysis of the prestressing force transmission in the situation of the cables’ mechanical anchorage failure, e.g. due to progressive corrosion.
The experimental research programme of the thesis consisted of failure tests of crane beams, an investigation of the transmission length of the prestressing force in the cable anchorage cut-off situation, and an additional supplementary tests. The tests were carried out on precast post-tensioned concrete crane girders, dismantled from the existing structure after a service life beyond 50 years, therefore over the designed period of use. The dismantled elements had a low transverse reinforcement ratio. In addition, the anchorages of the prestressing cables were not protected against corrosion in most cases.
Based on analyses of conducted experimental research results, numerical simulations and calculations of selected analytical models, the following research objectives were achieved:
- transfer of the prestressing force from a Freyssinet-type multistrand cable to the element in the situation of prestressing cables’ mechanical anchorages failure is possible;
- position of the external load (a/d shear slenderness) and the loss of anchorage of the selected prestressing cables impact on the operation, failure model and ultimate load capacity of the elements were determined;
- it was proved that the minimum transverse reinforcement ratio assures the safe operation of post-tensioned crane beams and does not affect the ultimate load capacity significantly, even in the situation of the selected prestressing cables anchorages failure.
Moreover, the performed analyses led to the development of analytical, engineering calculation models that enable the analysis of:
- transmission length of the prestressing force for a Freyssinet-type multistrand tendon, in the situation of its mechanical anchorage failure;
- the ultimate shear capacity of post-tensioned crane beams in the situation of selected prestressing cables anchorage failure.
