Uplatnenie efektu spojitej dosky v rámci prípoja stropnej dosky k nosníku

Špecifikácia hybridnej sústavy

Vzhľadom na požiadavku dosahovať čoraz vyššiu efektivitu jednotlivých systémov, je potrebné upraviť a zvoliť čo najefektívnejšie moduly jednotlivých komponentov v rámci systému. Vhodnou kombináciou materiálov sa vie dosiahnuť omnoho efektívnejšia konštrukcia, avšak pri stropných konštrukciách aj výška stropnej konštrukcie hrá značnú úlohu. Práve z tohto dôvodu je tendencia vytvárať čo najtenšie konštrukcie tzv. Slim-Floor, to sa vie docieliť uložením stropných panelov na dolnú pásnicu nosníku [5] [6]. Na základe tohoto princípu dochádza k redukcii výšky o výšku stropného prievlaku, keďže už stropné dosky nie sú uložené na hornej hrane prievlakov (obr. 1). Častá kombinácia pri štíhlych stropných konštrukciách je oceľový prievlak kombinovaný s masívnou drevenou stropnou doskou, najčastejšie sa používa krížom lepené lamelové drevo (CLT).

Kombinácia stropných dosiek z CLT a DELTABEAM nosníku od spoločnosti Peikko sa používa od roku 2011 [8]. A však aj pri tejto sústave dochádza k vývoju. V dnešnej dobe už je možné použiť spriahnuté CLT- betónové stropné dosky uložené na spriahnutom DELTABEAM nosníku ktorý je vyplnený betónom. V rámci systému je dosky možné aplikovať ako prosto uložené dosky alebo ako spojité. Avšak nastáva otázka, ako vzájomne prepojiť jednotlivé dosky na opačných stranách prievlaku aby bolo možné sústavu považovať za spojitú.

Vykonaný výskum

Výskum prebiehajúci v rámci spoločnosti Peikko sa zaoberá aplikovaním ich certifikovaných nosníkov DELTABEAM s použitím drevených masívnych dosiek. Jedná sa o laboratórny výskum zameriavajúci sa na overenie prenosu zaťaženia z dosky do nosníku. Overujú sa dve štádia, štádium užívania a požiarna situácia. Počas experimentu boli používané tri skupiny vzoriek (obr. 2). V prvej skupine (A1-A4) sa jednalo o CLT dosku vzájomne prepojenú s nosníkom, v druhej (B1-B4) a tretej (C1 a C2) skupine sa jednalo už o spriahnuté CLT-betónové dosky prepojené s nosníkom s tým, že v tretej skupine bol použitý nosník obsahujúci zahnutú prírubu (downstand) na dolnom páse DELTABEAM nosníku.

V rámci skupiny A a B boli vyhotovené po štyri vzorky a v poslednej skupine C boli zhotovené dve vzorky, s tým, že vzorka 1 a 3 mala kolmú hranu CLT panelu v mieste ukončenia pri nosníku, vo vzorkách 2 a 4, hrana už bola upravená a sklon hrany bol identický so šikmou stenou nosníku. S tým, že vo vzorkách 3 a 4 došlo k odstráneniu dolného pásu v dôsledku simulácie požiarnej situácie. Skupina vzoriek A, teda aplikované CLT dosky sú zaťažované 3 kN/m² v rámci rastru 6 × 6 m. Skupiny vzoriek B a C reprezentujúce kompozitové dosky sú taktiež zaťažované s 3 kN/m² v rámci rastru 6 × 6 m (obr. 3). Výsledky experimentálnych skúšok preukázali, že všetky overované vzorky sú schopné odolávať násobnému zaťaženiu so zreteľom na predpokladané odolnosti (obr. 4). Práve výsledky potvrdili predpokladanú hypotézu zvýšenia únosnosti použitím zošikmenej hrany CLT panelu. Na základe tejto analýzy je možné usúdiť, že zvolenie naklonenej hrany je výhodnejším riešením aj vďaka mechanizmu prenosu zaťaženia (klenbový efekt) (obr. 5).

Príprava experimentu

V rámci pripravovaného experimentu sa nadviaže na získané poznatky z komerčného výskumu. Keďže v predošlom výskume sa potvrdila účinnosť použitia zošikmenej hraný CLT panelu, aplikuje sa to aj v nastávajúcom experimente. Budú overované dve vzorky (vzorka A a B). Vzorka A je obdobná zo vzorkou A2 (obr. 2). Na základe podobnosti vzorky A zo vzorkou A2 sa predpokladá dosiahnutie primerane rovnakých výsledkov. Vzorka bude pozostávať z CLT panelu typu: CLT 200 L5s do ktorého budú vyfrézované drážky zaznačené v rámci obr. 6, DELTABEAM nosníku D20-400, betonárskej výstuže B500B priemeru 10 mm a betónovej zálievky triedy C 20 / 25. Vzorka B (obr. 7) bude pozostávať z podobných súčastí ako predošlá vzorka. S tým, že dôjde k úprave tvaru drážok a tým potrebnému ohýbaniu výstuže. Dôjde k vytvoreniu kapsy v tvare U. Predpokladá sa vyššia odolnosť oproti vzorke A.

Zaťažovanie vzoriek

Vzorky budú zaťažované podľa zaťažovacích schém znázornených na obr. 8. Zaťažovacia skúška bude simulovať pôsobiace zaťaženie pôsobiace na stropné dosky. DELTABEAM nosník bude podoprený líniovo v strednicovej rovine pod dolnou pásnicou. Zaťaženie bude pôsobiť na oboch stranách konzol vytvorených zo stropných dosiek z CLT panelov (obr. 6 a 7). Tiaž bude aplikovaná vo vzdialenosti od podopretia v hodnote trojnásobku výšky prierezu, na základe čoho bude maximalizovaný účinok šmykového namáhania v blízkosti overovaného prípojového detailu. V počiatočnej fáze bude aplikované zaťaženie odpovedajúce 3 kN/m² z pôvodného rastru 6 × 6 m s tým že sa predpokladá dosiahnutie porušenia vzorky až pri zaťažení približujúcom sa 9 kN/m² z pôvodného rastru 6 × 6 m. Predpokladá sa porušenie v okolí výstuže v dôsledku ťahových účinkov. Z tohto dôsledku dôjde k nadmernému praskaniu betónu. Z týchto dôvodov budú na vzorkách umiestnené meracie ihly, pomocou ktorých bude možné dôkladne vyhodnotiť jednotlivé vzájomné deformácie (obr. 8). Pomocou tenzometrov umiestnených na výstuži sa stanovia vznikajúce napätia vo výstuži. Taktiež sa predpokladá, že vplyvom šmykových účinkov dôjde k porušeniu CLT panela od valivého šmyku.

Aj na základe výsledkov z vykonaných experimentov spoločnosťou Peikko je možné nadviazať v overovaní a vo vytváraní čo najefektívnejšieho prípoja v rámci prenosu zaťaženia zo stropných dosiek do prievlaku. Už z tejto série experimentov možno pozorovať, že zvolené usporiadanie prvkov je dostatočne efektívne a spĺňa predpoklad zavedenia do praxe. Využitie klenbového efektu na zlepšenie prenosu síl z dosky do prievlaku sa prejavil ako efektívne vylepšenie prípoja, na základe čoho sa nadviaže aj v pripravovanej sérii experimentov. Pri zhotovovaní vzoriek bude potrebné zohľadniť rozličnosť jednotlivých použitých materiálov. Zároveň pristupovať k zhotovovanému prípoju komplexne. Na základe čoho bude možné overiť namáhanie a tým aj prípadné porušenia pre jednotlivé materiály. Predpokladá sa, že pri dosiahnutí limitnej odolnosti materiálu dôjde k jeho postupnému porušeniu. Tým pádom aj k narušeniu vzájomnej integrity celej overovanej vzorky. Zlyhanie konštrukcie vyvolá značný narasť deformácií, ktoré budú podrobne sledované v priebehu celého experimentu.

Meracie ihly slúžiace na zaznamenanie vzájomných posunov sú použité aj z dôvodu predpokladanej nepresnosti zaznamenanej pomocou tenzometrov, keďže sa predpokladá ich porušenie už v počiatku zaťažovania. Prvotné zlyhanie oboch vzoriek sa predpokladá z dôvodu pôsobenia šmykových účinkov zapríčiňujúce valivý šmyk. Zároveň by malo dochádzať k porušeniu súdržnosti betónu v okolí výstuže. Očakáva sa, že vytvorením kapsy dôjde pri simulovanom zaťažení k aktivácii nie len výstuže ako v prípade vzorky A ale aj k otláčaniu betónovej výplne v kapse o drevenú časť prierezu. Táto úprava by mala mať za následok dosiahnutia menších deformácii. Taktiež sa predpokladá dosiahnutie väčšej odolnosti prípojového detailu. Výsledky získane z laboratórnych skúšok budú vyhodnotené a na základe získaných poznatkov spätne upravené numerické modely. K dodatočnej úprave numerických modelov bude dochádzať aj v dôsledku získania korešpondujúcich charakterov správania vzoriek, následne sa za pomoci numerických modelov vyhodnotia hodnoty napätí v kritických oblastiach. Výsledkom experimentu bude vyhodnotenie efektivity úpravy detailu pripojenia vykonanom na vzorke B. Stanovením materiálovej efektivity na základe schopnosti prenosu zaťaženia k miere dosahovania limitných odolností a vyhodnotením pracnosti a náročnosťou zhotovovania jednotlivých konštrukčných detailov dôjde ku zváženiu nasledovného smerovania v rámci vývoja prípoja medzi CLT stropnými doskami a DELTABEAM nosníkom.