Hidden capital as an alternative method for increasing punching shear resistance of LWCA flat slabs

In the paper an alternative method for increasing punching shear resistance of the flat slabs from lightweight aggregate concrete by means of hidden steel fibre reinforced capital was presented. Previous experimental studies demonstrated that the addition of steel fibres to concrete allows for increase in the punching shear resistance of flat slab. Steel fibres modify the tensile strength of concrete, which translates into increased ductility of the material. The results of the experimental investigations were presented, the aim of which was to assess the effectiveness of the proposed solution. For economic and technological reasons, a hidden capital of a height equal to half of the slabs depth was made so that the top reinforcement could be installed later. It was found that presented solution allowed to increase the load carrying capacity by about 36% with respect to the control element, made entirely of lightweight aggregate concrete.

Ustroje płytowo – słupowe stanowią jedno z popularniejszych rozwiązań konstrukcyjnych, ponieważ umożliwiają dużą swobodę kształtowania przestrzeni wewnątrz budynków. Dominującym obciążeniem stropów płaskich jest z reguły ciężar własny, dlatego też często dąży się do jego ograniczenia poprzez wprowadzenie elementów odciążających (np. system Cobiax) lub wykonanie płyty stropowej z lekkiego betonu kruszywowego. Przy typowych rozpiętościach stropów płaskich z reguły konieczne jest stosowanie dodatkowego zbrojenia na przebicie, które może składać się ze strzemion lub trzpieni dwugłówkowych. Możliwość stosowania pierwszego ze wspomnianych rodzajów zbrojenia została znacznie ograniczona w wyniku wprowadzenia w życie w 2014 roku poprawki do normy EN 1992-1-1. W przypadku płyt z lekkich betonów kruszywowych stanowi to istotne utrudnienie, bowiem Europejskie Aprobaty Techniczne – dokumenty, zgodnie z którymi należy projektować zastosowanie trzpieni dwugłówkowych, ograniczają zastosowanie tego rodzaju zbrojenia wyłącznie do płyt z betonu zwykłego. Powyższe ograniczenie stanowiło dla autorów artykułu przesłankę do poszukiwania alternatywnych rozwiązań, pozwalających na zwiększenie nośności na przebicie płyt płaskich z lekkich betonów kruszywowych bez konieczności ich kłopotliwego pogrubiania w strefie podporowej. Jednym z możliwych rozwiązań może być wprowadzenie ukrytej głowicy wykonanej z betonu o wyższej wytrzymałości. W zależności od rozmiaru i sztywności głowicy krytyczna rysa ukośna może formować się poza głowicą (o nośności na przebicie decyduje słabszy beton płyty) lub też może formować się na krawędzi słupa i przecinać głowicę (o nośności decyduje wówczas wytrzymałość obu betonów). W obu przypadkach należy jednak oczekiwać wyższej nośności na przebicie względem płyty wykonanej w całości z lekkiego betonu kruszywowego. W celu oceny skuteczności ukrytej głowicy w Laboratorium Katedry Budownictwa Betonowego Wydziału Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska Politechniki Łódzkiej przeprowadzono badania niszczące elementów wykonanych z betonu lekkiego na kruszywie CERTYD, stanowiącym produkt spiekania popiołów lotnych. Głowica wykonana została z betonu o wysokiej wytrzymałości zbrojonego włóknami stalowymi. Dotychczasowe badania eksperymentalne wykazały bowiem, iż dodatek włókien stalowych do betonu może bardzo korzystnie wpływać na nośność płyt na przebicie, prowadząc do nawet 40÷60% jej wzrostu, zależnie od stopnia zbrojenia głównego. Wynika to przede wszystkim ze zwiększenia wytrzymałości betonu na rozciąganie. Włókna stalowe sprawiają jednak również, iż beton wykazuje zachowanie bardziej ciągliwe, co jest istotne w przypadku elementów wrażliwych na zniszczenie ze względu na ścinanie.