Definicja strat naprężeniowych od relaksacji dla obliczeń w betonie sprężonym

Ogólne informacje

Pełzanie i skurcz są właściwościami betonu, które są zależne od czasu. Podczas gdy straty wynikające ze skurczu betonu są niezależne od obciążenia, przyłożone obciążenie ściskające odgrywa istotną rolę w przypadku pełzania. Pełzanie stanowi dodatkowe ujemne odkształcenie (ściskanie) betonu przy stałym naprężeniu ściskającym. Pełzanie i skurcz powodują redukcję przyłożonego odkształcenia rozciągającego w cięgnie w wyniku ujemnego odkształcenia przekroju betonu.

Relaks jest właściwością materiałową stali sprężającej i zachowuje się odwrotnie do pełzania betonu. Termin "relaks" opisuje redukcję istniejącego naprężenia przy stale przyłożonym odkształceniu materiału. Rysunek 01 przedstawia graficznie wpływ pełzania i relaksacji na wykresy naprężenie-odkształcenie stali sprężającej.

Straty odprężeniowe Zgodnie z EN 1992-1-1 [1]

Relaksacja stali sprężających jest określana zgodnie z normą EN 15630 w stałej temperaturze ciągłej 20°C. Pod względem relaksacji zależnej od czasu i naprężeń, stale sprężające są klasyfikowane w różnych klasach. Druty i splotki ciągnione na zimno są obecnie produkowane z odpowiednią obróbką cieplną o małej i bardzo małej relaksacji. Pręty sprężające są w większości przypadków walcowane na gorąco i hartowane i zwykle mają większe straty na relaksację.

Zakres, w jakim należy uwzględnić straty naprężeń od relaksacji w obliczeniach z betonu sprężonego, zależy od odpowiedniej normy obliczeniowej obowiązującej w danym kraju. Może się zdarzyć, że stal sprężająca wyprodukowana przez producenta z krajów europejskich, takich jak Niemcy, Austria czy Szwajcaria, będzie musiała być projektowana z różnymi stratami od relaksacji [4]. Eurokod 2 [1] klasyfikuje stale sprężające w trzech różnych klasach relaksacji:

• Klasa 1: druty i splotki sprężające o dużej relaksacji
• Klasa 2: druty i sploty sprężające o małej relaksacji
• Klasa 3: pręty ze stali sprężającej gorącowalcowanej lub hartowane

W rozdziale 3.3.2 w normie EN 1992-1-1 [1] wymieniono metody obliczeń, które umożliwiają określenie strat w stali sprężanej wywołanych relaksacją w zależności od czasu po sprężaniu, przyłożonego naprężenia w stali sprężającej i wartości odniesienia ρ₁₀₀₀. Wartość odniesienia_ρ1000 określa straty od relaksacji po 1000 godzinach rozciągania w średniej temperaturze 20°C i naprężeniu wstępnym 0,7 ∙ f_p. f_p jest tutaj rzeczywistą, wyznaczoną doświadczalnie wytrzymałością na rozciąganie stali sprężającej. Wartości odniesienia ρ₁₀₀₀ , które należy zastosować, muszą zostać zaczerpnięte z protokołu badań zastosowanej stali sprężającej lub mogą zostać oszacowane na podstawie wartości podanych w [1]. Rysunek 02 przedstawia graficzny rozkład strat od relaksacji zgodnie z EN 1992-1-1, sekcja 3.3.2 dla trzech możliwych klas relaksacji przy naprężeniu wstępnym 0,7 ∙ f_pk.

W przypadku wybrania stali sprężającej z biblioteki materiałów w module RF-TENDON, w opcji "Definicja relaksacji" zostanie wstępnie ustawione "Według normy". Oznacza to, że obliczenia strat na relaksacji opierają się na zdefiniowanej klasie relaksacji zgodnie z EN 1992-1-1 [1] na podstawie równań 3.28 do 3.30 oraz na wartościach odniesienia ρ₁₀₀₀ oszacowanych w [1] dla strat na relaksacji po 1000 godzin. W lewym oknie dialogowym, Rysunek 03 pokazuje splot wybrany z biblioteki materiałów RF-TENDON o niskiej relaksacji. Wstępnie ustawiona klasa relaksacji (Klasa 2) i wartość odniesienia ρ₁₀₀₀ = 2,5 są zgodne ze specyfikacjami w rozdziale 3.3.2, sekcje (6) do (7), od [1]. W prawym oknie dialogowym Rysunku 03, do definicji relaksacji wybrano opcję "Przez użytkownika ρ₁₀₀₀ ". W ten sposób można zdefiniować klasę relaksacji i wartość odniesienia ρ₁₀₀₀ z aprobaty stali sprężającej. Przebieg w czasie strat relaksacyjnych jest również zdefiniowany w tym przypadku wejściowym zgodnie z równaniami 3.28 do 3.30 z [1].

Straty odprężeniowe po aprobacie technicznej stali sprężającej

Niemiecki załącznik krajowy [2] do EN 1992-1-1 określa, że straty z relaksacji należy uwzględnić w aprobacie technicznej stali sprężającej. Straty relaksacyjne można określić na kilka sposobów.

W Europie powszechną metodą określania strat naprężeniowych spowodowanych relaksacją jest wskazanie dwóch tabel. Pierwsza tabela wskazuje maksymalne straty relaksacji w punkcie czasowym nieskończonym (zgodnie z 3.3.2 [9] z [1] , można zdefiniować ostateczną wartość dla punktu czasowego t = 500 000 godzin), w zależności od przyłożonego naprężenia . Druga tabela definiuje przebieg strat relaksacyjnych w czasie jako stosunek do maksymalnej straty naprężeniowej z pierwszej tabeli. Ta podzielona definicja strat relaksacji pojawia się również w RF-TENDON, jeśli w opcji wprowadzania definicji relaksacji zostanie wybrana opcja "Według tabeli użytkownika". W tym miejscu użytkownik może zdefiniować przebieg czasowy jako globalną definicję dla wszystkich stopni naprężeń (=tablica czasowa dla całej tabeli całkowitych strat relaksacyjnych) lub zdefiniować go osobno jako lokalne dane wejściowe dla każdego stopnia naprężenia (=a dla każdego wiersza tabeli całkowitych strat relaksacyjnych). Na rysunku 04 pokazano przykładową definicję strat naprężeniowych dla stalowego splotu o małej relaksacji.

W Niemczech powszechnie definiuje się również straty od relaksacji wynikające z aprobat stali sprężających w osnowie. Straty naprężeń są wskazywane w zależności od zastosowanego naprężenia w stali sprężającej i trwałości. Rysunek 05 przedstawia wyciąg z niemieckiej aprobaty technicznej na stal sprężającą Z-12.3-107.

Aby wprowadzić macierz strat relaksacyjnych pokazaną na Rysunku 05 do dwuczęściowej tabeli RF-TENDON, konieczne jest pobranie całkowitych strat naprężeniowych z ostatniej tabeli. W RF-TENDON przebieg strat relaksacyjnych należy zdefiniować jako stosunek do wartości maksymalnej. Oznacza to, że pośrednie wartości czasu macierzy muszą zostać przekonwertowane na wartości względne, odniesione do wartości maksymalnej. Rysunek 05 pokazuje przypisanie wartości macierzy w tabelach pojedynczych danych wejściowych modułu RF-TENDON.

Na końcu tego artykułu dostępny jest do pobrania plik Excel, który umożliwia automatyczne przekształcenie macierzy aprobaty w dwuczęściową tabelę. Pojedyncze tabele można wyeksportować do RF-TENDON za pomocą schowka. To narzędzie upraszcza konwersję macierzy relaksacji do dwuczęściowej tabeli.