English
Język Polski
EN 1992-1-1:2023 – nowe spojrzenie na problem przebicia w żelbecie
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2025.155093Abstrakt
Nowe wydanie Eurokodu 2 (EN 1992-1-1:2023) wprowadziło istotne i długo wyczekiwane zmiany w projektowaniu konstrukcji żelbetowych. Na podstawie wyników badań i prac analitycznych rozszerzono oraz uszczegółowiono zasady dotyczące wymiarowania stref podporowych stropów płaskich. W celu opisania zjawiska przebicia wykorzystano model mechaniczny bazujący na Teorii Krytycznej Rysy Ukośnej (Critical Shear Crack Theory – CSCT), opracowanej i rozwijanej przez zespół pod kierunkiem Muttoniego. W porównaniu do procedury obliczeniowej przedstawionej w prenormie fib Model Code 2010 w nowym podejściu zrezygnowano z koncepcji kolejnych poziomów aproksymacji kąta obrotu płyty ψ, zastępując je gotowymi formułami obliczeniowymi. W stosunku do Eurokodu 2 (EN 1992-1-1:2004) zmodyfikowano położenie podstawowego obwodu kontrolnego, ustalając go w odległości 0,5dv, zamiast 2d od krawędzi słupa. Ujednolicono także zasady dotyczące płyt smukłych i fundamentów, rezygnując z podejścia iteracyjnego i przyjmując, że rysa formuje się pod kątem 45°. Rozróżniono także wysokości użyteczne uwzględniane w analizie zginania (d) oraz przebicia (dv i dv,out), przy czym wysokość dv,out powiązano z rodzajem i sposobem kotwienia zbrojenia poprzecznego. Jednym z nowych parametrów przy obliczaniu nośności na przebicie stał się rozmiar ziarna kruszywa, który determinuje mechanizm zazębiania kruszywa i wpływa na sposób przekazywania sił ścinających. Dodatkowo, wprowadzono parametr kpb, który uwzględnia przejście z płaskiego na przestrzenne ścinanie, łącząc naprężenia graniczne z kształtem i wielkością podpory, a także wysokością użyteczną płyty. W artykule dokonano oceny wprowadzonych zmian na naośność na przebicie płaskich płyt żelbetowych. W przypadku podpór o przekroju prostokątnym stwierdzono zwiększającą się różnicę pomiędzy teoretycznymi nośnościami na przebicie, określonymi według reguł dotychczasowego i nowego Eurokodu 2, która, w zależności od stosunku wysokości użytecznej do szerokości słupa wynosiła od 5 do nawet 30%. W przypadku podpór o przekroju kołowym nośności obliczone według nowego Eurokodu 2 były o 8÷10% niższe, niezależnie od omawianej relacji. Kolejną ważną i pożądaną zmianą było wprowadzenie nowej formuły do wyznaczania współczynnika zwiększającego β, odpowiadającego za koncentrację naprężeń stycznych wynikających z działania momentu niezrównoważonego przekazywanego z płyty na słup. Jak pokazały wcześniejsze analizy, przewidywania dotychczasowego Eurokodu 2 prowadziły do znacznego niedoszacowania nośności, nawet o 50%.Bibliografia
[1] P.M. Lewiński and P.P. Więch, “Finite element model and test results for punching shear failure of RC slabs”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol. 20, no. 2, pp. 1-16, 2020, doi: 10.1007/s43452-020-00037-x.
[2] L. Buda-Ożóg, J. Zięba, K. Sieńkowska, and D. Nykiel, “Influence of the tie reinforcement on the development of a collapse caused by the failure of an edge column in RC flat slab system”, Archives of Civil Engineering, vol. 69, no. 1, pp. 39-54, 2023, doi: 10.24425/ace.2023.144158.
[3] M. Grabski and A. Ambroziak, “Experimental and analytical analysis of punching shear in flat slabs supported on column topped with concrete head”, Construction and Building Materials, vol. 364, art. no. 129961, 2023, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.129961.
[4] A. Ambroziak and M. Grabski, “Verification of punching shear outside the shear cap by the direct method”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 4, pp.359-375, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.143043.
[5] T. Urban, M. Gołdyn, J. Krakowski, and Ł. Krawczyk, “Experimental Investigation on Punching Behavior of Thick Reinforced Concrete Slabs”, Archives of Civil Engineering, vol. 59, no. 2, 2013, doi: 10.2478/ace-2013-0008.
[6] A. Muttoni, “Punching shear strength of reinforced concrete slabs without transverse reinforcement”, ACI Structural Journal, vol. 105, no. 4, pp. 440-450, 2008, doi: 10.14359/19858.
[7] M.F. Ruiz and A. Muttoni, “Applications of critical shear crack theory to punching of reinforced concrete slabs with transverse reinforcement”, ACI Structural Journal, vol. 106, no. 4, pp. 485-494, 2009, doi: 10.14359/56614.
[8] A. Muttoni, J.T. Simőes, D.M.V. Faria, and M.F. Ruiz, „A Mechanical Approach for the Punching Shear Provisions in the Second Generation of Eurocode 2”, Hormigon y Acero, vol. 74, no. 299-300, pp. 61-77, 2023, doi: 10.33586/hya.2022.3091.
[9] C. Siburg, M. Ricker, and J. Hegger, “Punching shear design of footings: Critical review of different code provisions”, Structural Concrete, vol. 15, no. 4, pp. 497-508, 2014, doi: 10.1002/suco.201300092.
[10] J. Einpaul, F. Brantschen, M. Fernández Ruizm and A. Muttoni, „Performance of punching shear reinforcement under gravity loading: Influence of type and detailing”, ACI Structural Journal, vol. 113, no. 4, pp. 827-838, 2016, doi: 10.14359/51688630.
[11] R. Beutel and J. Hegger, “The effect of anchorage on the effectiveness of the shear reinforcement in the punching zone”, Cement and Concrete Composites, vol. 24, no. 6, pp. 539-549, 2002, doi: 10.1016/S0958-9465(01)00070-1.
[12] M. Fernández Ruiz and A. Muttoni, “Size effect in shear and punching shear failures of concrete members without transverse reinforcement: Differences between statically determinate members and redundant structures”, Structural Concrete, vol. 19, no. 1, pp. 65-75, 2018, doi: 10.1002/suco.201700059.
[13] D. Abu-Salma, R.L. Vollum, and L. Macorini, “Design of biaxially loaded external slab column connections”, Engineering Structures, vol. 249, 2021, doi:10.1016/j.engstruct.2021.113326.
[14] F. Brantschen, D.M.V. Faria, M. Fernández Ruiz, and A. Muttoni, „Bond behaviour of straight, hooked, U-shaped and headed barsin cracked concrete”, Structural Concrete, vol. 17, no. 5, pp. 799-810, 2016, doi:10.1002/suco.201500199.
[15] A. Muttoni and J. Schwartz, “Behaviour of beams and punching in slabs without shear reinforcement”, in IABSE Colloquium. 1991, vol. 62, pp. 703-708.
[16] A. Muttoni, M.F. Ruiz, E. Bentz, S. Foster, and V. Sigrist, “Background to fib Model Code 2010 shear provisions – Part II: Punching shear”, Structural Concrete, vol. 14, no. 3, pp. 204-214, 2013, doi:10.1002/suco.201200064.
[17] M. Gołdyn, “Application of the Critical Shear Crack Theory for calculation of the punching shear capacity of lightweight aggregate concrete slabs”, Archives of Civil Engineering, vol. 69, no. 1, pp. 55-70, 2023, doi:10.24425/ace.2023.144159.
[18] M. Gołdyn and T. Urban, “UHPFRC hidden capitals as an alternative method for increasing punching shear resistance of LWAC flat slabs”, Engineering Structures, vol. 271, art. no. 114906, pp. 1-18, 2022, doi:10.1016/j.engstruct.2022.114906.
[19] A. Muttoni, “Schubfestigkeit und Durchstanzen von Platten ohne Querkraftbewehrung (Shear capacity and punching shear of slabs without shear reinforcement)”, Beton- und Stahlbetonbau, vol. 98, no. 2, pp. 74-84, 2003, doi: 10.1002/best.200300400.
[20] Model Code 2010 – Final draft, vol. 2. FIB, 2012.
[21] EN 1992-1-1:2023 Eurocode 2 – Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings, bridges and civil engineering structures. CEN, 2023.
[22] SIA 262:2003 Concrete Structures, SIA, 2003.
[23] ACI 318-25 Building Code for Structural Concrete- Code Requirements and Commentary (ACI 318-25). ACI, 2025.
[24] A. Muttoni, M. Fernández Ruiz, and J. Simőes, “Recent improvements of the Critical Shear Crack Theory for punching shear design and its simplification for code provisions”, presented at fib Congress 2018 Better, Smarter, Stronger, 2018.
[25] A. Muttoni and M. Fernández Ruiz, “The Critical Shear Crack Theory for punching design: From a mechanical model to closed-form design expressions”, in fib Bulletin 81. Punching shear of structural concrete slabs FIB, 2017, pp. 237-252, doi: 10.35789/fib.BULL.0081.Ch12.
[26] EN 1992-1-1:2004 Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings. CEN, 2004.
[27] M. Gołdyn and T. Urban, “Komentarz do zasad obliczania płyt na przebicie w strefie słupów narożnych według Eurokodu 2 (Commentary on design provisions for punching shear at corner columns according to Eurocode 2)”, Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, vol. 64, no. 3, pp. 235-245, 2017, doi:10.7862/rb.2017.118.
[28] M. Gołdyn and T. Urban, “Effect of load level of corner columns on punching shear resistance of flat slabs”, Budownictwo i Architektura, vol. 19, no. 3, pp. 41-51, 2020, doi: 10.35784/bud-arch.2123.
[29] D.H. Fraile, J.T. Simőes, M.F. Ruiz, and A. Muttoni, “A mechanical approach for the maximum punching resistance of shear-reinforced slab-column connections”, in fib Symposium. 2021, pp. 1628-1639.
[30] M. Ricker and F. Häusler, “Europäische Bemessungsregeln für Doppelkopfanker als Durchstanzbewehrung (European design provisions for double headed studs as punching shear reinforcement)”, Beton- und Stahlbetonbau, vol. 109, no. 1, pp. 30-42, 2014, doi: 10.1002/best.201300056.
[31] T. Urban and M. Gołdyn, “Projektowanie zbrojenia na przebicie płyt żelbetowych w świetle znowelizowanego Eurokodu 2 (Design of punching shear reinforcement in reinforced concrete slabs in light of the revised Eurocode 2)”, Inżynieria i Budownictwo, 2025 (submitted for publication).
[32] A. Muttoni, M. Fernández Ruiz, and J.T. Simőes, “The theoretical principles of the critical shear crack theory for punching shear failures and derivation of consistent closed-form design expressions”, Structural Concrete, vol. 19, no. 1, pp. 174-190, 2018, doi: 10.1002/suco.201700088.
[33] R. Walkner, “Kritische Analyse des Durchstanznachweises nach EC2 und Verbesserung des Bemessungsansatzes (Critical review of EC 2 regarding punching and improving the design approach)”, Innsbruck University, 2014.
[34] D. Kueres, C. Siburg, M. Herbrand, M. Classen, and J. Hegger, “Uniform Design Method for punching shear in flat slabs and column bases”, Engineering Structures, vol. 136, pp. 149-164, 2017, doi:10.1016/j.engstruct.2016.12.064.
[35] T. Urban, M. Sitnicki, and J. Tarka, Badania połączeń płyta – słup wzmacnianych zewnętrznie na przebicie (Investigations on column-and-slab connection externally strengthened). Katedra Budownictwa Betonowego, Politechnika Łódzka, 2010.
[36] T. Urban and M. Sitnicki, “Badania podparcia żelbetowej płyty na słupie, wzmocnionej zbrojeniem poprzecznym BAUMA (Investigation of the support of a reinforced concrete slab on a column, strengthened with transverse reinforcement BAUMA)”, Inżynieria i Budownictwo, vol. 59, no. 9, pp. 527-533, 2003.
[37] EOTA, “Increase of punching shear resistance of flat slabs or footings and ground slabs – double headed studs – Calculation Methods. TR 060”, 2017.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
