Oluline tehniline ja ohutusalane teade: See on arhiivihariduslik tekst, mitte konstruktsiooniprojekt, staatiline arvutus, kohaldatav standard, vuugidetail või juhis ehitamiseks, keevitamiseks, betoneerimiseks, toestamiseks, eelpingestamiseks või taastamiseks. Kõik originaalvalemid, märgised, mõõtmed, materjalid, protseduurid ja nõuded antakse üle ilma kontrollimiseta vastavalt tänastele eeskirjadele. Seotud terasbetoonkonstruktsioonide projekteerimine ja teostamine on eranditult volitatud ehitusinseneride, konstruktsiooniprojekteerijate, töövõtjate ja konkreetse objekti, koormuse, pinnase, materjali ja kehtivate standardite alusel teostatav järelevalve.
Ühendatud ehitised ei ole Savo Kusići praeguses avalikus pakkumises eriteenus. Praegu keskendutakse puitaknad, puit-alumiinium aknad ja kohandatud uksed. Akna- või ukseprojekti puhul võite saata pakkumistaotlus.
Sissejuhatus
Mõnedes konstruktsioonides kasutatakse terastugedel raudbetoonplaate, näiteks sildade sildade sildade plaate I-piki- ja põiktaladel või lagesid hoonetes I-taladel. Varem olid sellised süsteemid dimensioonitud eeldusel, et need kaks elementi saavad üksteisega liikuda ja põhiava suunalised momendid võtsid vastu ainult terastuged. Betoonplaat kandis koormuse üle terastaladele, kuid ei osalenud vastavate staatiliste väärtuste vastuvõtmisel (joon. 1).
Pilt 1 – ühendatud kandja, süsteem
Selle ehitusmeetodi puhul on betoonplaadis ette nähtud korrapäraste ajavahemike järel põikivuugid, et võimaldada raudbetooni kokkutõmbumist ja vältida soovimatuid pragusid, st lisapingeid. Kogemus on aga näidanud, et tegelikud jõud sellises süsteemis erinevad oluliselt arvutatutest. Raudbetoonplaadi ja terastoe kokkupuutel tekib suur hõõrdumine (haardumispinge), mistõttu mõlemad elemendid teevad alati koostööd.
Ootamatu haakeefekti puuduseks on sälgu efekti tekkimine betoonplaadi vuukidele. Nihkepinged piki tugipinda suurenevad vuugi lähedal järsult, sarnaselt külgõmbluste otste nihkepingetele. Kuna nulljoone asend liitekohas praktiliselt ei muutu, võivad normaalpinged terastoes olla oluliselt suuremad kui ühtlase sidumise korral arvutatud. Alates sellest sälgust võib toimuda haardumisvõime, mis levib edasi. Seetõttu ei täida sillutusplaadi vuugid oma rolli ega ole tõhusad.
Seotud sulud
Ühendatud tugede puhul eeldatakse, et terastoe ja betoonplaadi vahelisele kontaktpinnale mõjuvad lõikejõud on ohutult ülekantavad (jõud talades). Reegel on, et betoonplaat toetub otse terastoe ülemisele vööle ja suhtelisi liikumisi ei toimu. Selle nn jäiga sidemega puhul kasutatakse spetsiaalseid ühendusvahendeid (vardad, kangid, ankrud), mis on betooni sisse põimitud.
Vaatleme ilma põikvuukideta betoonplaadiga ühendatud tala juhtumit. Kui teatud koormus (nt. paindemoment) mõjub vaid lühiajaliselt, tekivad vastavad pinged ja deformatsioonid Δσ, resp. Δε elementaarse tugevusteaduse järgi, sarnane raudbetooniga. Terase ja betooni pinged on teatud pikenemise juures nende elastsusmooduli suhtes: σst/σb = Est/Eb = n. Pikaajalise koormuse korral tekivad betooni deformatsioonid kokkutõmbumise ja voolamise tõttu. Kui koos ε0= σ/E0 märkida lühiajalisest koormusest tingitud deformatsioon hetkel t =0, deformatsioon suureneb püsikoormusel hõõrdumise tõttu hetkeni t väärtuseni εt = ε0(t + φt). Samadel tingimustel arvutatakse voolavusdeformatsioonid nii, nagu need oleksid võrdelised pingetega. Seetõttu öeldakse, et voolust tingitud deformatsioonidele kehtib _Hooke’i seadus. Voolutegur φt sõltub ajast, betooni klassist, välistemperatuurist, õhuniiskusest, elemendi laadimishetkest jne.
Bernoulli\ ja Navier\ järgi painutamise asemel tekivad diferentsiaalseosed, st pingejaotus tuleks määrata voolu diferentsiaalvõrrandist. Voolu mõjul pinged betoonis vähenevad, terases aga suurenevad. Need pingemuutused sõltuvad lisaks ristlõike mõõtmetele ka elastsusmõõtmetest ja koormusmomendist. Betooni kokkutõmbumisel tekivad sarnased tagajärjed nagu voolamisel. Kokkutõmbumismõõtude εs suurus sõltub betoonist, selle tootmismeetodist ja ka kliimatingimustest. Betooni kokkutõmbumine ei sõltu elemendile rakendatavast koormusest.
Sidumine tähendab
Haakeseadised peaksid tekkivatest koormustest tulenevalt ohutult üle kandma kõik kokkupuutuvatel betoon- ja teraspindadel tekkivad lõikejõud ja vältima seega libisemist. Lisaks peaksid need vastu võtma kaldus põhipingestusjõude, kui nende suuruse tõttu ei saa betoonosa ise neid vastu võtta. Jõudude suurus määratakse elementaarse paindeteooria järgi. Arvesse võetakse järgmisi sidestusaineid:
- Ühendusankrud: need on ümmargused või lamedad raudplaadid, mis on keevitatud terastoe ülemise vöö külge ja mis toimivad sarnaselt raudbetoontalade painutatud armatuuriga. Need on valmistatud konksude või jalustena, diagonaalselt või vertikaalselt. Need ankrud toimivad ainult ühes suunas ja ei ole efektiivsed, kui nihkejõud muudab märki.
- Klambrid: need on kinnitatud terastoe ülemise pinna külge, võivad vastu võtta nihkejõude mõlemas suunas. Lõikejõu suunas tuleks vahet teha pehmete ja jäikade ajude vahel. Pehmed ajurakud kannatavad märkimisväärsete deformatsioonide all ja jaotavad nihkejõud oma pinnale ebaühtlaselt. Jäigad ajud annavad jõudude parema jaotuse väiksemate deformatsioonide korral.
Pilt 2 – sild üle Ruhri jõe Herdecke lähedal
- Spiraaltugevdus: see toetub terasest toele ja on kokkupuutepunktides keevitatud. Spiraalid ei sobi märkimisväärsete ühendusjõudude jaoks. Sama kehtib gofreeritud ümarterase kohta. Sildade ühendamise vahendite näitena joonisel fig. 2 on kujutatud Herdecka lähistel üle Ruhri silla kandetalasid (püsttaladega talad 60x40 ϕ12, mis on keevitatud taladest, et vältida edasikeevitamist); joonisel fig. 3 ühe silla põiktalade ühendamiseks rakendati olenevalt põikjõu suurusest külgkeevitatud kangid talade jaoks, aga ka spetsiaalsete taladega otsekeevitatud kangid ülemise lindi jaoks. Pikkade tiibade puhul saab jalusid keevitada ka vastaskülgedelt, joon. 4a. Joonisel fig. 4b on näidatud lahendus, millel on kaldus jalus.
Joonis 3 – ühe silla risttugi
Pilt 4 – ajud jalustega
Hoonete ehitamisel kasutatakse ka jäikaid jalustajaid või lihtsalt jalusid, kuid tuleb ette ka pehmete jalustega lahendusi, nagu nt. needitud nurgad. Majanduslikel põhjustel kasutatakse sagedamini ühendusankruid, mis on põkkkeevitatud terastoele (joonis 5a) või toetuvad ühe painutatud otsaga toele (joonis 5b). Joonisel fig. 5c näitab vastavat lahendust nihutatud konksudega. Joonisel fig. 6 näitab tavalist lahendust laetugedele hoonete ehituses, nimelt a) I-taladest haaketugi, b) T-taladest, mis tekib I-talade lõikamisel. Tugede otstes tuleks alati varustada eriti tugevad otsatoed (joonis 7). Kaldankruid kasutatakse kokkutõmbumisest ja temperatuurist tulenevate pingete tekitamiseks plaadile.
Pilt 5 – ühendusankrud
Pilt 6 — mezzanine struktuuri tugi
Sidustusvahendite mõõtmete määramine toimub elementaarsete põhimõtete järgi. Üksikud vahendid peaksid vastu võtma nende vahekaugusele vastava nihkejõu. Ajutüve keevisühenduse dimensioonimisel tuleks arvestada ümberminekumomenti.
Pilt 7 — a) Aju lõpp ankurdamisega; b) ankurdamine
Elastne ühendus
Eelmised esitlused olid seotud jäiga siduriga, kus terastoe ja plaadi suhteline nihe on võrdne nulliga ning ühendusvahendid toimivad pidevalt. Tähelepanuta jäetakse haakevahendite deformatsioon, betooni ja terastoe lokaalne deformatsioon.
Pilt 8 — elastse siduriga kronstein
Jäiga sidestuse eeldusel on üksikute sidestusvahenditega ülekantavad jõud võrdelised põikjõu ja aju vahekaugusega. Kui teatud piirkondades tekivad märkimisväärsed suhtelised liikumised terastoe ja betoonplaadi vahel, põhjustab see märgatavat jõudude ümberrühmitamist. Betoon võib osaliselt lakata töötamast ühendatud tala surveplaadina, mistõttu nihkejõudude maksimaalsed väärtused vähenevad oluliselt. Joonisel fig.8on toodud elastse haakeseadise konstruktsiooni näide, mis sarnaneb sillale üle Reini, Koln-Rodenkirchen. Joonisel fig.9on näidatud elastse sideme mõju pidevale toele kontsentreeritud jõu ja täielikult ühtlaselt jaotatud koormuse jaoks. Nihe ψ, mis on nihke vastuvõtva haakeseadise jäikuse mõõt, on määratletud joonisel fig.8. Elastse sidestuse mõju on seega väga suur, kui siduri omadused on sihipäraselt valitud nihke vastuvõtmiseks.
Pilt9— Elastse siduriga silla näide
Seotud konstruktsioonide arvutamine
Põhimõtteliselt on ökonoomne, et betoonplaadi paksus oleks võimalikult väike, samas tuleks kinni pidada eeskirjadega määratud minimaalsetest paksustest.
Staatiliselt määratud struktuurid
Staatiliselt määratud konstruktsioonide (nt lihttalad) puhul on staatilised mõjud ühislõikes teatud koormuse korral konstantsed ehk ajast sõltumatud. Ainult paindemomendid ja normaaljõud lõigu teatud osades on muutuvad voolu ja kokkutõmbumise mõju tõttu.
Kokkutõmbumise mõju võib kujutada vastava temperatuuri erinevusena terastala ja betoonplaadi vahel. Betooni kokkutõmbumise tulemusena tekivad sidestatud sektsioonis sisepinged, nimelt betooni kokkutõmbumisest tulenevad tõmbepinged, mille kokkutõmbumist takistab terastoe (nagu ka armatuuri enda) mõju, samal ajal kui terasprofiilis tekivad vastavad survepinged (joon.10). Kokkutõmbumine suureneb aja jooksul lõpliku väärtuseni vastavalt ühele eksponentsiaalfunktsioonile. Kuna kokkutõmbumisdeformatsioonidega suurenevad ka kokkutõmbumispinged, on tulemuseks nn kahanemisvool.
Pilt10— a) vaba plaadi kokkutõmbumine ilma sidumiseta; b) ühendatud tugede kokkutõmbumisest tingitud pinged
Olenevalt staatilisest süsteemist, mis võtab betoonplaadi omakaalu, on see erinev: haakeseadis ainult liikuva koormuse jaoks (ainult terastugi võtab oma raskuse ja ühendatud süsteem võtab vastu ainult need koormused, mis mõjuvad valmiskonstruktsioonile), sidumine omaraskuse ja liikuva koormuse jaoks (kogu omakaal ja liikuv koormus mõjuvad ühendatud süsteemile).
Esimene juhtum juhtub siis, kui terastalad toimivad raketise kandetaladena, ilma neid toetamata, ja betoneerimise ajal võivad need põllul painduda (joon.11a). Sellisel juhul võtab terastugi ise betooni ja raketise raskuse. Liimimine toimub ainult siis, kui betoon on piisavalt kõva (joon.11b) ja tuge ei tohi kohe pärast betoneerimist koormata, et vältida betooni kahjustusi või liigset voolamist.
Teisel juhul, kui haakesüsteem võtab vastu ka betoonplaadi omakaalu (joonis 11c), siis eeldatakse, et terastugi on betoneerimisel piisavalt toestatud, nii et see ei saa olulisi paindemomente. Pingejaotus pärast tellingute eemaldamist on näidatud joonisel fig. 11d.
Joonis 11 – Ühendus liikuva ja tühikoormuse jaoks koos pingejaotusega enne ja pärast tellingute eemaldamist
Eellaadimine
Lihttalade puhul tekivad betoonis väiksemad tõmbepinged ainult kokkutõmbumise ja temperatuuride erinevuse tõttu. Üleulatuvates talades, pidevates talades ja muudes konstruktsioonides tekivad olulised tõmbepinged, mis võivad põhjustada betooni pragusid. Kui negatiivsete momentide piirkonda tekivad praod, kaob sidestusefekt. Seetõttu on kasulik eelnevalt betoonplaadis esile kutsuda väikesed survepinged, et ohutult vältida betooni kokkutõmbumisest tingitud pragude teket. Ühendatud talade betoonplaadi tõmbepingeid saab vähendada:
1. Terasest tala vastava negatiivse eelkoormusega (ülemise serva eelpingutamine). Samal ajal tuleks hoolikalt uurida betoneerimise järjekorda.
2. Pidevate tugede kesktugede tõstmise ja langetamisega. kusjuures sobiva protseduuriga saab ühendatud toe betoonplaadis tekitada survepingeid.
3. Eelpingestusega. Lihtsaim juhtum on siis, kui vaba betoonplaat on eelpingestatud ja alles seejärel ühendatud terastoega. Selle protseduuri eeliseks on suhteliselt väike eelpingestusjõud, kuna terastoe kokkusurutud rihm ei ole eelpingestatud. See tala saab paindemomente ainult betoonplaadi voolu ja kokkutõmbumise tõttu, seega püsib see sirge tänu eelpingestusjõule. Joonisel fig. 12a näitab pingejaotust selle eelpingestuse korral (t=0) ja joonisel fig. 12b lõppseisund voolu lõpus (t=tE) ja joonisel fig. 12c lühiajalisest momentkoormusest tingitud paindepinged (t=a). Joonisel fig. 12d näitab pingejaotust t=0 jaoks liimitud betoonplaadi eelpingestamisel.
Joonis 12 – eraldiseisva betoonplaadi eelpingestamine koos järgneva haakeseadisega
Staatiliselt määramatud konstruktsioonid
Pidevad talad jms konstruktsioonid saavad negatiivseid paindemomente, mis sageli põhjustab raudbetoonplaadis suuri tõmbepingeid. Praod on ebasoovitavad eelkõige sildades, arvestades ühendatud talade kasutusiga ja sälkude mõju pragudele. Staatiliselt määramatud süsteemid arvutatakse lühiajalistele koormustele (liikuvad koormused) tavapäraste muutumatu süsteemi staatika meetodite järgi. Vastavad staatilised suurused ja deformatsioonid on samad, mis ideaalelastses süsteemis. Pideva koormuse, eriti suure eelpinge mõjul tekib alati suur vooluhulk. Eelpingestusjõu määramisel tuleks arvestada painutatud eelpingestuselementide hõõrdumist. Ehitamise ajal tuleks ühendatud sildade üleulatus hoolikalt valida. Valmis ühendatud toed on väga jäigad, nii et hilisemaid kõrgusasendi parandusi on peaaegu võimatu teha. Lõplik tase saavutatakse voolu arvestades alles mitme aasta pärast. See nivelleerimine on teatud määral ebakindel, kuna kokkutõmbumise ja voolu mõjud on erinevad, olenevalt kliimatingimustest, mida ei saa ennustada.
Järeldus
Haakeseadise rakendus ei piirdu lehtmetallist taladega, vaid võib hõlmata ka tugisid Langeri talade, rippsildade jms jäigastamiseks, aga ka sõrestiktalasid, mille sõidutee on üles või alla. Sõresillad - allpool sõidutee lähedal asuvates teeplaatides tekivad suured tõmbepinged, kuna need plaadid peavad suuremal või vähemal määral järgima peatala pingutatud rihma pikenemist. Pragude vältimiseks on vajalik piisav pikisuunaline eelpinge. Joonisel fig. 13 on piirjuhtum, kus terasvõres ei ole enam alumist rihma ja selle rolli võtab täielikult üle mõlemas suunas eelpingestatud raudbetoonplaat. Joonisel fig. 13b näete toes endas ristlõike kanaleid 60x180 mm.
Pilt 13 — Gahle sild: a) lõik; b) alumise vöö ristmik, vasakul peajaama juures, paremal Vešaljka