ساختارهای همراه

اطلاعیه فنی و ایمنی مهم: این یک متن آموزشی بایگانی است، نه یک طراحی سازه، محاسبات استاتیک، استاندارد قابل اجرا، جزئیات مفصل یا دستورالعمل برای ساخت، جوشکاری، بتن ریزی، پایه گذاری، پیش تنیدگی یا بازسازی. تمام فرمول های اصلی، علامت گذاری ها، ابعاد، مواد، رویه ها و ادعاها بدون تایید طبق مقررات امروزی منتقل می شوند. طراحی و اجرای سازه های کوپله فولادی بتنی منحصراً متعلق به مهندسین عمران، طراحان سازه، پیمانکاران مجاز و نظارت بر اساس هدف، بار، خاک، مواد و استانداردهای قابل اجرا می باشد.

ساختارهای متصل خدمات خاصی در پیشنهاد عمومی فعلی ساوو کوسیچ نیستند. تمرکز فعلی پنجره‌های چوبی، پنجره‌های چوبی-آلومینیومی و درب‌های سفارشی است. برای پروژه پنجره یا در، می‌توانید درخواست پیشنهاد را ارسال کنید.

مقدمه

در برخی از ساخت و سازها از دال های بتن آرمه روی تکیه گاه های فولادی استفاده می شود، مانند دال روسازی پل ها روی تیرهای طولی و عرضی I یا سقف در ساختمان ها روی تیرهای I. پیش از این، چنین سیستم هایی با این فرض که این دو عنصر می توانند با یکدیگر حرکت کنند و ممان هایی در جهت دهانه اصلی فقط توسط تکیه گاه های فولادی دریافت می شدند، ابعاد می شدند. دال بتنی بار را به تیرهای فولادی منتقل کرد، اما در دریافت مقادیر استاتیکی مربوطه شرکت نکرد (شکل 1).

تصویر1- حامل جفت، سیستم

برای این روش ساخت، درزهای عرضی در دال بتنی در فواصل زمانی معین پیش بینی می شود تا امکان جمع شدگی بتن مسلح فراهم شود و از ترک های نامطلوب یعنی تنش های اضافی جلوگیری شود. با این حال، تجربه نشان داده است که نیروهای واقعی در چنین سیستمی به طور قابل توجهی با نیروهای محاسبه شده متفاوت است. در تماس بین دال بتن مسلح و تکیه گاه فولادی، یک اصطکاک بزرگ (تنش چسبندگی) رخ می دهد، به طوری که هر دو عنصر همیشه با هم همکاری می کنند.

عیب اثر کوپلینگ پیش بینی نشده ظاهر شدن اثر بریدگی در اتصالات دال بتنی است. تنش های برشی در امتداد سطح تکیه گاه به شدت در نزدیکی اتصال افزایش می یابد، مشابه تنش های برشی در انتهای درزهای جانبی. از آنجایی که موقعیت خط صفر در محل اتصال عملا تغییر نمی کند، تنش های معمولی در تکیه گاه فولادی می تواند به طور قابل توجهی بیشتر از تنش های محاسبه شده برای اتصال یکنواخت باشد. با شروع از این شکاف، تسلط چسبندگی ممکن است رخ دهد که بیشتر گسترش می یابد. بنابراین اتصالات در دال روسازی نقش خود را انجام نمی دهند و موثر نیستند.

براکت های جفت شده

در مورد تیرهای جفت شده، فرض بر این است که نیروهای برشی در سطح تماس بین تیر فولادی و دال بتنی می توانند به طور ایمن منتقل شوند (نیروهای موجود در تیرها). قاعده این است که دال بتنی مستقیماً روی تسمه بالایی تکیه گاه فولادی قرار می گیرد و هیچ حرکت نسبی وجود ندارد. در این به اصطلاح با کوپلینگ صلب از وسایل اتصال مخصوص (میله، رکاب، لنگر) استفاده می شود که در بتن جاسازی می شوند.

ما مورد یک تیر کوپل شده با دال بتنی بدون اتصالات عرضی را در نظر خواهیم گرفت. اگر یک بار معین (مثلاً گشتاور خمشی) فقط برای مدت کوتاهی عمل کند، تنش ها و تغییر شکل های مربوطه Δσ، به عنوان مثال. Δε طبق علم مقاومت اولیه، مشابه بتن مسلح. تنش ها در فولاد و بتن، در یک ازدیاد طول مشخص، نسبت به مدول الاستیسیته خود می ایستند: σst/σb = Est/Eb = n. اگر بارگذاری طولانی مدت باشد، تغییر شکل بتن در اثر انقباض و جریان ایجاد می شود. اگر با ε0= σ/E0 تغییر شکل ناشی از بار کوتاه مدت را در لحظه علامت گذاری کنید t =0, تغییر شکل تحت بار دائمی در اثر اصطکاک تا لحظه t به مقدار εt = ε افزایش می یابد.0(t + φt). در شرایط یکسان، تغییر شکل‌های تسلیم به‌گونه‌ای محاسبه می‌شوند که گویی متناسب با تنش‌ها هستند. به همین دلیل است که گفته می شود قانون هوک در مورد تغییر شکل های ناشی از جریان اعمال می شود. ضریب جریان φt بستگی به زمان، کلاس بتن، دمای خارجی، رطوبت هوا، لحظه بارگذاری عنصر و غیره دارد.

به جای خم شدن طبق Bernoulli\ و Navier\، روابط دیفرانسیل ظاهر می شود، یعنی توزیع تنش باید از معادله دیفرانسیل برای جریان تعیین شود. در نتیجه جریان، تنش ها در بتن کاهش می یابد، در حالی که تنش ها در فولاد افزایش می یابد. این تغییرات تنش، علاوه بر ابعاد مقطع، به ابعاد الاستیک و ممان بار بستگی دارد. پیامدهای مشابهی مانند جریان ناشی از انقباض بتن رخ می دهد. میزان انقباض εs به بتن، روش تولید آن و همچنین به شرایط آب و هوایی بستگی دارد. جمع شدگی بتن به بار وارد شده به عنصر بستگی ندارد.

کوپلینگ

وسیله کوپلینگ باید به دلیل بارهای وارده، تمامی نیروهای برشی در سطوح بتنی و فولادی در تماس را با خیال راحت منتقل کند و در نتیجه از لغزش جلوگیری کند. علاوه بر این باید نیروهای کششی اصلی مورب را دریافت کنند، در صورتی که به دلیل اندازه، خود مقطع بتنی نتواند آنها را دریافت کند. اندازه نیروها بر اساس تئوری خمشی اولیه تعیین می شود. عوامل جفت کننده زیر در نظر گرفته می شوند:

- لنگرهای کوپلینگ: گرد یا مسطح آهنی هستند که روی تسمه بالایی تکیه گاه فولادی جوش داده می شوند که شبیه آرماتورهای خمیده تیرهای بتن مسلح عمل می کنند. آنها به صورت قلاب یا رکاب به صورت مورب یا عمودی ساخته می شوند. این لنگرها فقط در یک جهت عمل می کنند و در صورت تغییر علامت نیروی برشی موثر نیستند.

- تیرآهن: به سطح بالایی تکیه گاه فولادی متصل می شوند، در هر دو جهت می توانند نیروهای برشی را دریافت کنند. باید بین مغزهای نرم و سفت در جهت نیروی برشی تمایز قائل شد. سلول های نرم مغز دچار تغییر شکل های قابل توجهی می شوند و نیروهای برشی را به طور نابرابر روی سطح خود توزیع می کنند. مهاربندهای صلب توزیع بهتر نیروها را در تغییر شکل های کوچکتر فراهم می کنند.

تصویر2- پل روی رودخانه روهر در نزدیکی هردکه

- آرماتور مارپیچ: روی تکیه گاه فولادی قرار دارد و در نقاط تماس جوش داده می شود. مارپیچ ها برای نیروهای جفت قابل توجهی مناسب نیستند. همین امر در مورد فولاد گرد راه راه نیز صادق است. به عنوان نمونه ای از وسایل اتصال بر روی پل ها، در شکل.2مغزهای پل روی رودخانه روهر در نزدیکی هردکه نشان داده شده است (مغز60x40با رکاب عمودی ϕ12که برای جلوگیری از بریدگی بیشتر در اثر جوشکاری به خود مغزها جوش داده می شوند). در شکل3وسیله ای برای اتصال تیرهای عرضی یک پل، بسته به اندازه نیروی عرضی، از رکاب های جوشی جانبی برای تیرها و همچنین از رکاب های جوش مستقیم برای کمربند فوقانی با تیرهای مخصوص استفاده شد. در مورد رکاب های بلند، رکاب ها را می توان از طرف مقابل نیز جوش داد، شکل.4الف در شکل4b محلولی را با رکاب های اریب نشان می دهد.

شکل 3 — تیر عرضی یک پل

تصویر 4 — مغزهای دارای رکاب

در ساخت و ساز از رکاب های صلب رکاب دار یا فقط رکابی نیز استفاده می شود، اما محلول هایی با رکاب نرم نیز به چشم می خورد، مانند م. گوشه های پرچ شده به دلایل اقتصادی، لنگرهای کوپلینگ بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند، که به صورت لب به لب به تکیه‌گاه فولادی جوش داده می‌شوند (شکل 5a)، یا روی تکیه‌گاه با یک انتهای خمیده قرار می‌گیرند (شکل 5b). در شکل 5c راه حل مربوطه را با قلاب های جابجا شده نشان می دهد. در شکل 6 یک راه حل معمولی برای تکیه گاه های سقف در ساخت و ساز ساختمان نشان می دهد، یعنی الف) تکیه گاه جفت شده از تیرهای I، ب) ساخته شده از تیرهای T که با برش تیرهای I ایجاد می شود. در انتهای تکیه گاه ها، مهاربندهای انتهایی مخصوصاً قوی باید همیشه وجود داشته باشد (شکل 7). لنگرهای شیبدار برای وارد کردن تنش های ناشی از انقباض و دما به دال استفاده می شود.

تصویر 5 — لنگرهای کوپلینگ

تصویر 6 — پشتیبانی از ساختار میزانسن

ابعاد وسایل کوپلینگ طبق اصول اولیه انجام می شود. وسایل منفرد باید نیروی برشی متناسب با فاصله آنها دریافت کنند. هنگام اندازه گیری اتصال جوشی ساقه مغز باید لحظه واژگونی را در نظر گرفت.

تصویر 7 — الف) پایان دادن به مغز با لنگر انداختن. ب) لنگر انداختن

کوپلینگ الاستیک

ارائه های قبلی مربوط به _کوپلینگ سفت و سخت بود که جابجایی نسبی بین تکیه گاه فولادی و صفحه برابر با صفر است و وسایل کوپلینگ پیوسته عمل می کنند. تغییر شکل وسیله کوپلینگ، تغییر شکل موضعی بتن و تکیه گاه فولادی نادیده گرفته می شود.

تصویر 8 — براکت با کوپلینگ الاستیک

با فرض جفت شدن صلب، نیروهای منتقل شده توسط وسایل جفت جداگانه با نیروی عرضی و فاصله مغز متناسب است. اگر حرکات نسبی قابل توجهی بین تکیه گاه فولادی و دال بتنی در نواحی خاصی اتفاق بیفتد، این امر باعث جمع‌بندی مجدد نیروها می‌شود. بتن می تواند تا حدی از عمل به عنوان صفحه فشار یک تیر جفت شده خودداری کند که در نتیجه حداکثر مقادیر نیروهای برشی به طور قابل توجهی کاهش می یابد. در شکل8نمونه ای از ساخت و ساز با یک جفت الاستیک، شبیه به پل روی راین، Koln-Rodenkirchen ارائه شده است. در شکل9اثر کوپلینگ الاستیک بر روی یک تکیه گاه پیوسته برای نیروی متمرکز و بار کاملاً یکنواخت نشان داده شده است. جابجایی ψ که معیاری از سفتی کوپلینگ برای دریافت برش است، در شکل 1 تعریف شده است.8. بنابراین، اگر ویژگی های کوپلینگ به طور هدفمند برای دریافت برش انتخاب شوند، تأثیر کوپلینگ الاستیک بسیار زیاد است.

تصویر9- نمونه ای برای پل با کوپلینگ الاستیک

محاسبه سازه های جفت شده

اصولاً مقرون به صرفه است که ضخامت دال بتنی تا حد امکان کم باشد و در عین حال حداقل ضخامت های تعیین شده توسط آیین نامه رعایت شود.

ساختارهای تعیین شده استاتیکی

برای سازه‌های تعیین‌شده استاتیکی (مثلاً تیرهای ساده)، تأثیرات استاتیکی در بخش مشترک برای یک بار معین ثابت یا مستقل از زمان است. فقط لنگرهای خمشی و نیروهای نرمال در قسمت های خاصی از مقطع به دلیل تأثیرات جریان و انقباض متغیر است.

اثر انقباض را می توان به صورت اختلاف دمای متناظر بین تکیه گاه فولادی و دال بتنی نشان داد. در نتیجه انقباض بتن، تنش‌های داخلی در بخش کوپل شده ظاهر می‌شود، یعنی تنش‌های کششی ناشی از انقباض در بتن، که از انقباض آن با تأثیر تکیه‌گاه فولادی (و همچنین خود آرماتور) جلوگیری می‌شود، در حالی که تنش‌های فشاری مربوطه در مقطع فولادی رخ می‌دهد (شکل 10). انقباض با گذشت زمان به مقدار نهایی مطابق با یک تابع نمایی افزایش می یابد. از آنجایی که تنش های انقباضی نیز با تغییر شکل های انقباض افزایش می یابد، به اصطلاح جریان انقباضی رخ می دهد.

شکل 10 — الف) انقباض صفحه آزاد بدون کوپلینگ. ب) تنش های ناشی از جمع شدگی در تکیه گاه های جفت شده

بسته به سیستم استاتیکی که وزن خود دال بتنی را فرض می کند، متفاوت است: کوپلینگ فقط برای بار متحرک (فقط تکیه گاه فولادی وزن خود را می گیرد و سیستم جفت شده فقط بارهایی را دریافت می کند که روی سازه تمام شده عمل می کنند)، کوپلینگ برای وزن خود و بار متحرک (کل وزن خود و بار متحرک روی جفت اثر می کنند).

اولین مورد زمانی اتفاق می افتد که تیرهای فولادی بدون تکیه گاه به عنوان تیرهای قالب عمل می کنند و در حین بتن ریزی می توانند در مزرعه خم شوند (شکل 1).11الف). در این حالت تکیه گاه فولادی خود وزن بتن و قالب را می گیرد. چسبندگی فقط زمانی اتفاق می افتد که بتن به اندازه کافی سخت باشد (شکل 2).11ب) و برای جلوگیری از آسیب یا جریان بیش از حد بتن، تکیه گاه نباید بلافاصله پس از بتن ریزی بارگیری شود.

در حالت دوم، زمانی که خودوزن دال بتنی توسط سیستم جفت شده دریافت می شود (شکل 1).11ج) فرض بر این است که تکیه گاه فولادی در حین بتن ریزی در مکان های کافی نگه داشته می شود، به طوری که ممان خمشی قابل توجهی دریافت نمی کند. توزیع ولتاژ پس از برداشتن داربست در شکل 1 نشان داده شده است.11د

تصویر11- کوپلینگ برای جابجایی و خود بارگیری، با توزیع ولتاژ قبل و بعد از برداشتن داربست

پیش بارگذاری

در مورد تیرهای ساده تنها به دلیل انقباض و اختلاف دما، تنش های کششی کمتری در بتن ایجاد می شود. تنش های کششی قابل توجهی در تیرهای پیشرو، تیرهای پیوسته و سایر سازه ها ایجاد می شود و این می تواند باعث ایجاد ترک در بتن شود. اگر ترک هایی در ناحیه ممان های منفی ظاهر شوند، اثر جفت از بین می رود. بنابراین، ایجاد تنش های فشاری کوچک در دال بتنی از قبل مفید است تا با خیال راحت از ایجاد ترک های ناشی از جمع شدگی بتن جلوگیری شود. تنش های کششی در دال بتنی تیرهای جفت شده را می توان کاهش داد:

1. با پیش بارگذاری منفی متناظر تیر فولادی (پیش تنیدگی لبه بالایی). در عین حال، توالی بتن ریزی باید به دقت مورد مطالعه قرار گیرد.

2. با بالا و پایین بردن تکیه گاه های میانی تکیه گاه های پیوسته. به موجب آن، با روش مناسب، تنش های فشاری در دال بتنی تکیه گاه کوپل شده ایجاد می شود.

3. با پیش تنیدگی. ساده ترین حالت زمانی است که یک دال بتنی آزاد پیش تنیده می شود و تنها متعاقباً به یک تکیه گاه فولادی متصل می شود. مزیت این روش نیروی پیش تنیدگی نسبتاً کم است، زیرا تسمه فشرده تکیه گاه فولادی پیش تنیده نیست. این تیرچه تنها در اثر جریان و جمع شدگی دال بتنی ممان خمشی دریافت می کند، بنابراین در اثر نیروی پیش تنیدگی مستقیم باقی می ماند. در شکل12و توزیع تنش برای این مورد از پیش تنیدگی نشان داده شده است (t=0) و در شکل.12b حالت نهایی در انتهای جریان (t=tE) و در شکل.12c تنش های خمشی ناشی از بارگذاری لحظه ای کوتاه مدت (t=a). در شکل12d توزیع ولتاژ را برای t= نشان می دهد0 در مورد پیش تنیدگی دال بتنی چسبانده شده.

تصویر12- پیش تنیدگی یک دال بتنی مستقل با کوپلینگ بعدی

ساختارهای ایستا نامعین

تیرهای پیوسته و سازه های مشابه ممان خمشی منفی دریافت می کنند که اغلب باعث ایجاد تنش های کششی بالا در دال بتن مسلح می شود. ترک ها به خصوص در پل ها با توجه به طول عمر تیرهای کوپل شده و تاثیر بریدگی ها بر روی ترک ها نامطلوب هستند. سیستم های استاتیکی نامعین برای بارهای کوتاه مدت (بارهای متحرک) طبق روش های معمول استاتیک برای یک سیستم بدون تغییر محاسبه می شوند. مقادیر استاتیکی و تغییر شکل‌های مربوطه مانند یک سیستم الاستیک ایده‌آل است. تحت تأثیر بارگذاری ثابت، به ویژه پیش تنیدگی زیاد، جریان بزرگ همیشه رخ می دهد. هنگام تعیین نیروی پیش تنیدگی، اصطکاک عناصر پیش تنیدگی خم شده باید در نظر گرفته شود. در طول ساخت و ساز، برآمدگی پل های جفت شده باید با دقت انتخاب شود. تکیه گاه های جفت شده آماده بسیار سفت و سخت هستند، بنابراین انجام اصلاحات بعدی در موقعیت ارتفاع تقریبا غیرممکن است. سطح نهایی تنها پس از چندین سال با در نظر گرفتن جریان به دست می آید. این تسطیح تا حدی نامشخص است، زیرا اثرات انقباض و روانگرایی متغیر است، بسته به شرایط آب و هوایی که قابل پیش بینی نیست.

نتیجه‌گیری

کاربرد کوپلینگ به تیرهای ورق فلزی محدود نمی‌شود، بلکه می‌تواند شامل تکیه‌گاه‌هایی برای سفت‌کردن تیرهای لانگر، پل‌های معلق و غیره و همچنین تیرهای مشبک با راهروی بالا یا پایین باشد. پل‌های مشبک - تنش‌های کششی بالا در دال‌های جاده در نزدیکی مسیر زیرین رخ می‌دهد، زیرا این دال‌ها باید به میزان کم یا زیاد طول کمربند کششی تیر اصلی را دنبال کنند. پیش تنیدگی طولی کافی برای جلوگیری از ایجاد ترک لازم است. در شکل13یک مورد مرزی وجود دارد که در آن شبکه فولادی دیگر به هیچ وجه تسمه پایینی ندارد و نقش آن به طور کامل توسط یک دال بتن مسلح پیش تنیده در هر دو جهت ایفا می شود. در شکل13b کانال های مقطع قابل مشاهده است60x180میلی متر در خود پشتیبانی.

تصویر13— پل گاله: الف) بخش؛ ب) گره کمربند پایین، سمت چپ در ایستگاه اصلی، سمت راست در Vešaljka