Omówiono przebieg badań doświadczalnych zakrytego, nietypowego połączenia płyt warstwowych z ryglami ściennymi. Potrzeba przeprowadzenia badań wynikała z uszkodzeń płyt warstwowych hali magazynowej, które polegały na wybrzuszeniach i pofalowaniu płyt w miejscach łączenia ich z ryglami. W celu określenia przyczyn powstałych uszkodzeń przeprowadzono kompleksowe badania nośności samego połączenia, a także badania właściwości samych paneli. Badania połączenia prowadzono na specjalnie przygotowanym do tego celu stanowisku. Rezultatem badań jest zidentyfikowanie mechanizmu zniszczenia połączenia oraz określenie dla niego granicznej wartości obciążenia. Określono również przyczynę nadmiernych deformacji i odkształceń płyty (panelu) w obrębie połączenia.

W odróżnieniu od bezpośredniego połączenia zakrytego pokazanego na rys. 1b [1, 4] jeden z producentów paneli (płyt) warstwowych zaproponował połączenie pośrednie zakryte, które pokazano na rys. 2. W połączeniu tym nie ma potrzeby konstruowania specjalnego zamka (por. rys. 1b). Można więc, po wybraniu części izolacji z rdzenia, zastosować tradycyjne warstwowe panele (płyty) ścienne. Efekt ten osiągnięto, wprowadzając pośredni łącznik wykonany z blachy. Taki sposób łączenia ściennych paneli (płyt) warstwowych uzyskał również aprobatę techniczną Instytutu Techniki Budowlanej.
W tym przypadku obciążenie wynikające ze ssania wiatru i z temperatury przekazuje się przez zamek na pośredni łącznik wykonany z blachy o grubości 1 mm, a następnie poprzez samowiercący wkręt na konstrukcję wsporczą obudowy. Powoduje to lokalne wytężenie zamka, w związku z czym sposób wykonania łącznika jest niezwykle istotny.

Stanowisko i modele do badań

Nośność zakrytych połączeń płyt warstwowych z ryglami ściennymi zbadano na specjalnym stanowisku wykonanym zgodnie z normą [5] (por. też [1, 4]), które miało odwzorować warunki panujące na rzeczywistym obiekcie. Badania przeprowadzono na czterech modelach połączeń: P1, P2, P3 i P4. Szczegóły dotyczące stanowiska oraz metodyka badań zostały przedstawione na rys. 3 i 4, a na rys. 5
pokazano model P1 w trakcie badań. Warto przy tym zwrócić uwagę na kształt i wymiary badanego łącznika, które odbiegały od pokazanych na rys. 2.
W przypadku dwóch pierwszych modeli (P1, P2) wykorzystano panele (płyty) o długości 2,8 m, co pozwoliło na rozstawienie podpór w osiowej odległości L = 2,6 m, natomiast do budowy dwóch pozostałych modeli (P3, P4) zastosowano panele (płyty) o długości 3,0 m, co pozwoliło na zwiększenie rozstawu podpór do L = 2,8 m. Warto dodać, że odległości między ryglami ściennymi (podporami) w hali są jeszcze większe, gdyż wynoszą nawet 3,21 m.

Przebieg badań i analiza wyników [3]

Obciążenie zakrytego połączenia było wymuszane przez siłownik śrubowy zakotwiony do podłogi (por. rys. 5). Obciążał on rurę kwadratową, która odwzorowywała rygiel ścienny, a następnie stalowy wkręt, badany łącznik i pośrednio płytę warstwową. Siłownik połączony był również z siłomierzem, dzięki czemu możliwe było rejestrowanie wartości obciążeń. Z kolei do pomiaru przemieszczeń wykorzystano 6 czujników indukcyjnych, których rozmieszczenie pokazano na rys. 3. Czujniki ustawione po zewnętrznej stronie okładziny rejestrowały bezwzględne przemieszczenia w połowie szerokości paneli (płyt) i w okolicach zamka. Natomiast czujniki znajdujące się po stronie wewnętrznej rejestrowały przemieszczenie rygla ściennego względem płyty warstwowej.
Badania zakrytych połączeń paneli warstwowych z ryglami ściennymi miały na celu zarówno określenie ich nośności, jak i poznanie mechanizmu zniszczenia. Aby te cele osiągnąć, obciążenie było realizowane w kilku etapach, ze stopniowym jego wzrostem co 0,2 kN do coraz to większych wartości, aż do zniszczenia. Po każdym etapie badany element odciążano do zera. Wskazania siłomierza i czujników przemieszczeń (por. rys. 3) rejestrowano automatycznie kilka razy na sekundę, co pozwoliło sporządzić odpowiednie ścieżki równowagi statycznej (por. rys. 6). Analiza tych ścieżek wraz z zarejestrowanym fotograficznie zachowaniem się badanych połączeń pozwalają na poznanie mechanizmu niszczenia połączeń, w którym można wyodrębnić następujące 3 fazy:
–    plastyczną deformację podkładki pod łbem wkrętu samowiercącego przy obciążeniu ok. 0,6-0,8 kN, skutkującą powstaniem trwałej szczeliny między płytą warstwową i ryglem wynoszącą ok. 3 mm,
–    otwarcie zamka przy obciążeniu ok. 1,0-1,4 kN, skutkujące kilkakrotnym powiększeniem trwałej szczeliny między płytą i ryglem (rys. 7a),
–    wysunięcie łącznika z pióra płyty warstwowej przy obciążeniu ok. 1,6-2,0 kN, a w konsekwencji zniszczenie (separacja) badanego połączenia (rys. 7b).
W świetle otrzymanych wyników należy stwierdzić, że obciążenie obliczeniowe badanych połączeń zakrytych nie powinno być większe niż odpowiadające fazie 1 (0,6-0,8 kN) ze względu na stan graniczny użytkowalności, uwarunkowany przemieszczeniami. Na obciążenie odpowiadające fazie 1 ma oczywiście wpływ materiał, z którego jest wykonana podkładka. Stosując np. podkładkę stalową, można byłoby zwiększyć to obciążenie do ok. 0,8-1,0 kN. Wątpliwości jednak budzi celowość stosowania jakiejkolwiek podkładki z uszczelką neoprenową w tego typu połączeniach. Głównym zadaniem podkładek jest zapewnienie szczelności między łbami a blachą okładziny na opady atmosferyczne, co jest potrzebne w przypadku połączeń bezpośrednich. Należy przypuszczać, że zastosowanie w badanych połączeniach wkrętów bez podkładek uszczelniających umożliwiłoby podwyższenie nośności obliczeniowej badanych połączeń do odpowiadającej fazie 2 (ok. 1,0 kN). Wyeliminowanie z badanych połączeń podkładek uszczelniających pozwoliłoby usunąć przyczynę powstawania odkształceń trwałych powstających w fazie 1. Konieczne jednak byłoby zmniejszenie średnicy otworu na wkręt w łączniku z blachy z obecnych 8,0 mm do 6,0-6,5 mm. Celowe byłoby oczywiście doświadczalne zweryfikowanie pracy tak zmodyfikowanych połączeń zakrytych. Analizując zachowanie badanych połączeń, wyjaśnienia wymaga przyczyna pojawiania się przy nieco większych obciążeniach (1,0-1,4 kN) fazy 2, tzn. otwierania się zamka między płytami w miejscach połączeń. Z takim zachowaniem się omawianej obudowy mieliśmy do czynienia także na obiekcie. Przyczyną tego jest wadliwie wykonany wpust w płytach warstwowych z powodu zastosowania podczas ich produkcji zbyt wąskiej blachy na okładziny. W poprawnie wykonanych panelach (płytach) blacha wpustu powinna obejmować z obu stron pióro płyty na całej długości (ok. 13 mm). W badanych panelach natomiast blacha wpustu od strony wewnętrznej płyty nachodzi na pióro tylko ok. 4-5 mm. Jest to wyraźnie widoczne na rys. 8 i wyjaśnia, dlaczego dochodzi do otwierania zamków między panelami (płytami) warstwowymi w miejscach połączeń. W przypadku tego typu wad paneli (płyt) warstwowych z całą pewnością nie powinno się zbadanych połączeń zakrytych polecać do łączenia paneli z konstrukcją wsporczą.

Uwagi ogólne i wnioski szczegółowe z badań [3]

Przedstawione badania nośności zakrytego pośredniego połączenia paneli (płyt) warstwowych z ryglem ściennym pozwoliły m.in. na wyznaczenie dla tych połączeń ścieżek równowagi statycznej oraz poznanie ich mechanizmów zniszczenia. Pozwalają one na sformułowanie następujących wniosków szczegółowych:
–    Nośność zastosowanych do połączenia paneli (płyt) warstwowych z ryglami ściennymi, specjalnych połączeń zakrytych opracowanych przez producenta paneli jest uwarunkowana stanem granicznym użytkowalności (nadmiernymi przemieszczeniami w miejscach połączeń). Na nośność tych połączeń mają istotny wpływ zarówno zastosowane wkręty, jak i konstrukcja zamka między panelami. To niewłaściwa konstrukcja zamka, a uściślając – ich wpustów, miała bezpośredni wpływ na deformacje okładziny zewnętrznej badanych paneli warstwowych w strefach połączeń przy obciążeniu wynoszącym ok. 1,0-1,4 kN. Można przypuszczać, że w przypadku prawidłowo skonstruowanych zamków między panelami (płytami) warstwowymi nie powinno w ogóle dochodzić do ich otwierania, tzn. występowania fazy 2, a obciążenie odpowiadające fazie 3 powinno być znacznie większe.
–    Zachowanie badanych połączeń w przypadku obciążeń ponad wartość dopuszczalną przez producenta – 0,9 kN – a mianowicie 1,0-1,4 kN, było podobne jak na rzeczywistym obiekcie. Następowało otwieranie się zamków między panelami warstwowymi, co wiązało się z widocznymi deformacjami okładziny zewnętrznej paneli warstwowych w strefie połączenia (por. rys. 2 w [2]). Towarzyszyły temu przemieszczenia trwałe, których nie można zaakceptować. Zniszczenie (separacja) połączenia następowała przy obciążeniu 1,6-2,0 kN.
Podsumowując, należy stwierdzić, że powstałe deformacje zamontowanych paneli były efektem nałożenia się kilku czynników. Były to ww. błędy producenta oraz błędy na etapie projektowania obudowy i jej łączników. Analiza statyczno-wytrzymałościowa wykazała, że nawet w przypadku prawidłowego wykonania zamków w panelach połączenia tego typu, głównie z powodu ograniczenia do jednego na szerokości panelu, nie były w stanie zapewnić właściwego połączenia obudowy. W tym przypadku konieczne było zastosowanie łączników bezpośrednich (wkrętów samowiercących) w liczbie co najmniej dwóch, a w strefach przykrawędziowych – trzech na szerokości panelu (płyty) warstwowej.q

Piśmiennictwo
1. Davies J.M. (red.): Lightweight sandwich construction. Blackwell Science. Oxford 2001.
2. Gosowski B.: Doświadczalna weryfikacja nośności wybranych połączeń płyt (paneli) warstwowych z konstrukcją wsporczą. Wstęp i połączenia pośrednie widoczne. „Nowoczesne Hale”, nr 1/2019, s. 72-80.
3. Gosowski B., Organek P., Redecki M.: Nośność zakrytego połączenia płyt warstwowych z ryglami ściennymi. „Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury”, 2015, t. 32, z. 62, nr 4, s. 119-128.
4. Möller R., Pöter H., Schwarze K.: Planen und Bauen mit Trapezprofilen und Sandwichelementen. Band 1: Grundlagen, Bauweisen, Bemessung mit Beispielen, Verlag Ernst & Sohn, Berlin 2004.
5. PN-EN 14509:2010 Samonośne izolacyjno-konstrukcyjne płyty warstwowe z dwustronną okładziną metalową – Wyroby fabryczne – Specyfikacje.

Rys. 1. Sposoby łączenia ściennych paneli (płyt) warstwowych, 1 – rdzeń płyty, 2 – okładzina, 3 – łącznik: a) połączenie bezpośrednie, b) połączenie bezpośrednie zakryte

Rys. 2. Widok zakrytego połączenia z ryglem ściennym według producenta

Rys. 3. Stanowisko do badań pośredniego połączenia zakrytego

Rys. 4. Szczegół pośredniego połączenia zakrytego na stanowisku badawczym

Rys. 5. Widok stanowiska badawczego z modelem P1 w trakcie badań

Rys. 6. Ścieżki równowagi statycznej z czujników badanego połączenia w modelach P4 i P2

Rys. 7. Widok: a) okładziny górnej płyty w miejscu zakrytego połączenia podczas badań, b) zniszczonego połączenia po zdemontowaniu jednej płyty

Rys. 8. Szczegóły zamka badanych paneli (płyt) warstwowych: a) okładzina górna, b) okładzina dolna

 

W związku z wejściem w dniu 25 maja 2018 roku nowych przepisów w zakresie ochrony danych osobowych (RODO), chcemy poinformować Cię o kilku ważnych kwestiach dotyczących bezpieczeństwa przetwarzania Twoich danych osobowych. Prosimy abyś zapoznał się z informacją na temat Administratora danych osobowych, celu i zakresu przetwarzania danych oraz poznał swoje uprawnienia. W tym celu przygotowaliśmy dla Ciebie szczegółową informację dotyczącą przetwarzania danych osobowych.
Wszelkie informacje znajdziesz tutaj.
Zachęcamy również do zapoznania się z naszą nową Polityką Prywatności.
W przypadku pytań zapraszamy do kontaktu z naszym Inspektorem Ochrony Danych Osobowych pod adresem iodo@elamed.pl

Zamknij