Beton w obszarze ściskanym

Wprowadzenie

Żelbeton jest heterogenicznym materiałem kompozytowym. Jego zachowanie jest głównie zdeterminowane przez następujące cztery komponenty.

• Nieliniowa relacja σ-ε
• Zniszczenie w ściskaniu
• Rozwój rys przy rozciąganiu
• Wzrost wytrzymałości dla betonu oplotkowanego

Beton w obszarze ściskania

Zachowanie materiału

Beton pod krótkotrwałym jednoosiowym obciążeniem ściskającym wykazuje przedstawione na poniższym rysunku zachowanie naprężenie-odkształcenie. Można je z grubsza podzielić na trzy obszary.

Nieliniowe zachowanie betonu pod obciążeniem

Obszar I W zakresie do około σ_c ≤ 0,4·f_c beton wykazuje niemal liniowo elastyczne zachowanie.

Obszar II Wraz ze wzrostem obciążenia tworzą się mikropęknięcia, które prowadzą do zmniejszenia sztywności i nadproporcjonalnego wzrostu odkształceń aż do osiągnięcia wytrzymałości na ściskanie f_c. Zarówno zmniejszenie sztywności, jak i osiągana wytrzymałość są silnie zależne od prędkości obciążenia. Wytrzymałość długotrwała jest zmniejszona w porównaniu do wytrzymałości krótkotrwałej.

Obszar III W próbach kontrolowanych przemieszczeniem napreżenia spadają wraz ze wzrostem odkształceń przy postępującym zniszczeniu struktury betonu. Przebieg krzywej w opadającym obszarze jest wynikiem lokalnego uszkodzenia względnie rozluźnienia struktury betonowej. W próbach kontrolowanych obciążeniem trzeci obszar nie wystąpiłby, dochodzi bowiem do kruchego pęknięcia.

Model materiału

Do opisu zachowania materiału w zakresie ściskania przy jednoosiowym obciążeniu w EN 1992-1-1 została zawarta następująca funkcja zgodnie z (3.14).

1. $$\frac{{\sigma }_c}{f_{cm}}=\frac{k·\eta -{\eta }^2}{1+(k-2)·\eta }$$

   η	=εc/εc1
   εc1	odkształcenie przy maksymalnej wartości naprężenia ściskającego w betonie
   k	1,05 · Ecm · |εc1 |/fcm

   Wykres naprężenie-odkształcenie betonu dla metod nieliniowych

Wynikowy przebieg krzywej pokazuje schematycznie poniższy rysunek.

Przebieg naprężenie-odkształcenie betonu w strefie ściskanej

Zgodnie z EC 2, 3.1.5(2) mogą być stosowane inne zidealizowane linie naprężenie-odkształcenie, jeśli odpowiednio odzwierciedlają zachowanie badanego betonu.

Założenia dla ULS

Linia naprężenie-odkształcenie zgodnie z EC 2, (3.14) dla betonu jest używana do dowodu przydatności użytkowej, licząc na średnich wytrzymałościach materiałów.

Założenia dla SLS

Linia naprężenie-odkształcenie zgodnie z EC 2, (3.14) dla betonu może być stosowana do dowodu nośności. W równaniu i współczynniku k f_cm zastępuje się wartością projektową wytrzymałości betonu na ściskanie f_cd, a E_cm przez E_cd = E_cm / γ_CE (5.20).