Τάση διαρροής – Ονομαστική και χαρακτηριστική τιμή.

Δεδομένου ότι ο χάλυβας χρησιμοποιείται στο οπλισμένο σκυρόδεμα υπό μορφή ράβδων κυκλικής διατομής μας ενδιαφέρει μόνον η μηχανική συμπεριφορά του σε μονοαξονικές τάσεις και μάλιστα εφελκυστικές. Το διάγραμμα σ-ε είναι αρχικά ευθύγραμο με μέτρο ελαστικότητας Ε_s = 200 Gpa. Μετά το ευθύγραμμο τμήμα ακολουθεί η διαρροή του υλικού. Οι χάλυβες οπλισμού χαρακτηρίζονται από την ονομαστική τιμή του ορίου διαρροής f_y η οποία αναγράφεται σε Mpa μετά το συμβολισμό του χάλυβα.

Λόγο μεταβλητότητας της παραγωγής των χαλυβουργείων ως προς την ποιότητα του υλικού και την πραγματική διάμετρο των ράβδων, υπάρχει σημαντική διασπορά των ιδιοτήτων αντοχής του χάλυβα από ράβδο σε ράβδο μια παρτίδας υλικού από παρτίδα σε παρτίδα και από χαλυβουργείο σε χαλυβουργείο. Η μέση τιμή του πραγματικού ορίου διαρροής f_ym είναι περίπου 1,15 f_y όπου f_y συμβολίζεται το ονομαστικό όριο διαρροής για τη συγκεκριμένη κατηγορία χάλυβα. Τέλος μπορεί να θεωρηθεί ότι η ονομαστική τιμή του ορίου διαρροής ισούνται περίπου με τη χαρακτηριστική τιμή f_yk με ποσοστό υποαντοχής 5% και ότι η μέση τιμή της τάσης διαρροής, f_ym ισούνται περίπου με 1,15 f_y . Η τιμή του ορίου διαρροής αναφέρεται γενικά σε στατική, δηλ. πολύ αργή, φόρτιση. Η τάση διαρροής αυξάνει με την ταχύτητα παραμόρφωσης.

Εφελκυστική αντοχή και συνολική μήκυνση στη μέγιστη τάση.

Στο διάγραμμα σ-ε του χάλυβα, μετά το πλατώ διαρροής ακολουθεί η περιοχή κράτυνσης, δηλ. η περιοχή όπου η τάση αυξάνεται με την περαμόρφωση, καταλήγοντας στην κορυφή του διαγράμματος, δηλ. στην εφελκυστική αντοχή ή όριο θραύσης f_t και στη μήκυνση ε_u στη μέγιστη τάση. Ο λόγος f_t/f_y αποτελεί το μέτρο της κράτυνσης του χάλυβα μετά τη διαρροή, ή δε τιμή της συνολικής μήκυνσης στη μέγιστη τάση ε_u, είναι το μέτρο της ολκιμότητάς του.

Κατά κανόνα είναι καθοριστικός ο ρόλος του χάλυβα των οπλισμών για την αντοχή των στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος. Στην περίπτωση αυτή η κράτυνση του χάλυβα επιτρέπει την αύξηση της αντοχής του στοιχείου πέραν από την τιμή που αντιστοιχεί στη διαρροή του οπλισμού. Έτσι όσο μεγαλύτερη είναι η δυνατότητα κράτυνσης του χάλυβα , δηλ. όσο μεγαλύτερος είναι ο λόγος f_t/f_y , τόσο υψηλότερο είναι το περιθώριο αντοχής και ασφάλειας των στοιχείων πέραν της αντοχής υπολογισμού. Αυτό ισχύει βεβαίως αν στα στοιχεία επιβάλλονται καθορισμένες δυνάμεις, όπως οι δυνάμεις βαρύτητας, οπότε καθοριστική τιμή για την αστοχία των στοιχείων είναι η αντοχή του. Αντίθετα αν τα στοιχεία των κατασκευών υποβάλλονται σε επιβεβλημένες παραμορφώσεις όπως ο σεισμός, τότε καθοριστική τιμή για την αστοχίας των στοιχείων είναι η παραμόρφωση θραύσης των επιμέρους υλικών. Για να μην αστοχήσει το στοιχείο λόγο θραύσης των ράβδων οπλισμού θα πρέπει ο χάλυβας να είναι όλκιμος, δηλ. η συνολική παραμόρφωση στη μέγιστη τάση να είναι μεγάλη.

Η παραμόρφωση θραύσης του χάλυβα είναι επίσης καθοριστική και της δυνατότητας κάμψης των ράβδων του οπλισμού, για τη μόρφωση συνδετήρων. Ο Ευρωκώδικας 8 (Αντισεισμικός) περιλαμβάνει τρεις Κατηγορίες Πλαστιμότητας των κατασκευών, τη Χαμηλή, τη Μέση και την Υψηλή για τους οπλισμούς.     

Υπολογιστικά διαγράμματα σ-ε χάλυβα κατά των Ευρωκώδικα 2

Για τους υπολογισμούς της αντοχής και τη διαστασιολόγηση μελών από οπλισμένο σκυρόδεμα, ο Ευρωκώδικας 2 δέχεται για το χάλυβα ένα απλοποιημένο ελαστοπλαστικό διάγραμμα σ-ε με ευθύγραμμο κλάδο μετά τη χαρακτηριστική τάση διαρροής, f_yk , ο οποίος τερματίζεται στην παραμόρφωση ε_uk στη μέγιστη τάση που λαμβάνεται σαν όριο αστοχίας του χάλυβα. Εναλλακτικά ο Ευρωκώδικας 2 υιοθετεί ένα λιγότερο απλό διγραμμικό διάγραμμα, με κρατυνόμενο κλάδο που ενώνει το σημείο διαρροής, σε τάση και παραμόρφωση f_yk και f_yk/E_s αντίστοιχα, και το σημείο της μέγιστης τάσης, f_tk , σε παραμόρφωση ε_uk .

Βιβλιογραφία :    ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΜΙΧΑΗΛ Ν. ΦΑΡΔΗ Ομότιμος καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Τομέας Κατασκευών