Tärkeä tekninen ja turvallisuushuomautus: Tämä on arkistoopetusteksti, ei rakennesuunnitelma, staattinen laskelma, sovellettava standardi, liitoskohta tai ohje rakentamiseen, hitsaukseen, betonoimiseen, tuentaan, esijännitykseen tai kunnostukseen. Kaikki alkuperäiset kaavat, merkinnät, mitat, materiaalit, menettelyt ja vaatimukset siirretään ilman todentamista tämän päivän määräysten mukaisesti. Kiinnitettyjen teräsbetonirakenteiden suunnittelu ja toteutus kuuluvat vain valtuutetuille rakennusinsinööreille, rakennesuunnittelijoille, urakoitsijoille ja valvonnalle kohteen, kuorman, maaperän, materiaalin ja sovellettavien standardien perusteella.
Yhdistetyt rakenteet eivät ole erikoispalvelu Savo Kusićin nykyisessä julkisessa tarjouksessa. Tällä hetkellä painopiste on puiset ikkunat, puu-alumiini-ikkunat ja muokatut ovet. Ikkuna- tai oviprojektia varten voit lähettää tarjouspyyntö.
Johdanto
Joissakin rakenteissa käytetään teräsbetonilaattoja teräskannattimissa, kuten siltojen jalkakäytävälaattoja I-pitkittäis- ja poikittaispalkeissa tai rakennusten kattoja I-palkeissa. Aiemmin tällaiset järjestelmät mitoitettiin sillä oletuksella, että nämä kaksi elementtiä voisivat liikkua toistensa kanssa ja että pääjännevälin suunnassa olevat momentit vastaanotettiin vain terästuilla. Betonilaatta siirsi kuorman teräspalkkiin, mutta ei osallistunut vastaavien staattisten arvojen vastaanottamiseen (kuva 1).
Kuva 1 — kytketty kantoaalto, järjestelmä
Tälle rakennustavalle on suunniteltu betonilaattaan säännöllisin väliajoin poikittaissaumat, jotta teräsbetoni kutistuisi ja vältetään ei-toivotut halkeamat eli lisäjännitykset. Kokemus on kuitenkin osoittanut, että tällaisen järjestelmän todelliset voimat eroavat merkittävästi lasketuista. Teräsbetonilaatan ja teräskannattimen välisessä kosketuksessa syntyy suuri kitka (tartuntajännitys), joten molemmat elementit toimivat aina yhdessä.
Odottamattoman kytkentävaikutuksen haittana on lovivaikutuksen ilmaantuminen betonilaatan saumoihin. Leikkausjännitykset tukipinnalla kasvavat jyrkästi liitoksen lähellä, kuten leikkausjännitykset sivusaumojen päissä. Koska nollaviivan paikka liitoksessa ei käytännössä muutu, voivat normaalit jännitykset teräskannattimessa olla huomattavasti suurempia kuin tasaiselle kytkennälle lasketut. Tästä lovesta alkaen voi tapahtua tartuntahallintaa, joka leviää edelleen. Siksi jalkakäytävälaatan saumat eivät täytä tehtäväänsä eivätkä ole tehokkaita.
Kytketyt sulut
Kytketyissä kannattimissa oletetaan, että teräskannattimen ja betonilaatan kosketuspinnan leikkausvoimat voidaan siirtää turvallisesti (voimat palkeissa). Sääntönä on, että betonilaatta lepää suoraan teräskannattimen ylähihnalla ja että suhteellisia liikkeitä ei tapahdu. Tässä ns. jäykällä kytkimellä käytetään erityisiä liitosvälineitä (karat, jalustimet, ankkurit), jotka upotetaan betoniin.
Harkitsemme betonilaatan kanssa kytketyn palkin tapausta ilman poikittaisliitoksia. Jos tietty kuorma (esim. taivutusmomentti) vaikuttaa vain lyhyen aikaa, vastaavat jännitykset ja muodonmuutokset Δσ, ts. Δε alkeislujuustieteen mukaan, samanlainen kuin teräsbetoni. Teräksen ja betonin jännitykset ovat tietyllä venymällä suhteessa niiden kimmomoduuliin: σst/σb = Est/Eb = n. Jos kuormitus on pitkäkestoista, betonissa tapahtuu muodonmuutoksia kutistumisen ja virtauksen vuoksi. Jos ε0= σ/E0 merkitse lyhytaikaisesta kuormituksesta johtuva muodonmuutos tällä hetkellä t =0, muodonmuutos kasvaa jatkuvassa kuormituksessa kitkan vuoksi hetkeen t arvoon εt = ε0(t + φt). Samoissa olosuhteissa myötörajan muodonmuutokset lasketaan ikään kuin ne olisivat verrannollisia jännityksiin. Siksi sanotaan, että Hooken laki koskee virtauksesta johtuvia muodonmuutoksia. Virtauskerroin φt riippuu ajasta, betoniluokista, ulkolämpötilasta, ilman kosteudesta, elementin kuormitushetkestä jne.
Bernoulli\ ja Navier\ mukaisen taivutuksen sijaan ilmaantuu differentiaalisuhteet, eli jännitysjakauma tulee määrittää virtauksen differentiaaliyhtälöstä. Virtauksen seurauksena betonin jännitykset pienenevät, kun taas teräksen jännitykset kasvavat. Nämä jännitysmuutokset riippuvat poikkileikkauksen mittojen lisäksi kimmomitoista ja kuormitusmomentista. Betonin kutistumisesta aiheutuu samanlaisia seurauksia kuin virtauksesta. Kutistumismittojen määrä εs riippuu betonista, sen valmistustavasta sekä ilmasto-olosuhteista. Betonin kutistuminen ei riipu elementtiin kohdistetusta kuormituksesta.
Kytkeminen tarkoittaa
Kytkennän tulee siirtää turvallisesti kaikki kosketuksissa olevien betoni- ja teräspintojen leikkausvoimat esiintyvien kuormien vuoksi ja siten estää liukastumista. Lisäksi niiden tulee ottaa vastaan vinot pääkiristysvoimat, jos betoniosa ei kokonsa vuoksi voi ottaa niitä vastaan. Voimien suuruus määräytyy taivutusteorian perusperiaatteen mukaisesti. Seuraavia pidetään kytkentäkeinoina:
- Kiinnitysankkurit: Nämä ovat pyöreitä tai litteitä rautalevyjä, jotka on hitsattu teräskannattimen ylähihnaan ja jotka toimivat samalla tavalla kuin teräsbetonipalkkien taivutettu raudoitus. Ne valmistetaan koukkuina tai jalustimina vinottain tai pystysuunnassa. Nämä ankkurit toimivat vain yhteen suuntaan eivätkä ole tehokkaita, jos leikkausvoima muuttaa etumerkkiä.
- Kiinnikkeet: Ne on kiinnitetty terästuen yläpintaan, ne voivat vastaanottaa leikkausvoimia molempiin suuntiin. Leikkausvoiman suunnassa tulee erottaa pehmeät ja jäykät aivot. Pehmeät aivosolut kärsivät merkittävistä muodonmuutoksista ja jakavat leikkausvoimat epätasaisesti pinnalle. Jäykät aivot antavat paremman voimien jakautumisen pienemmillä muodonmuutoksilla.
Kuva 2 — Silta Ruhr-joen yli lähellä Herdeckeä
- Spiraalivahvistus: Se lepää teräskannattimella ja on hitsattu kosketuspisteistä. Spiraalit eivät sovellu merkittäviin kytkentävoimiin. Sama koskee aallotettua pyöreää terästä. Esimerkkinä välineistä siltojen kytkemiseksi, kuvassa 10 2 on esitetty Herdeckan lähellä sijaitsevan Ruhrin ylittävän sillan palkit (palkit 60x40, joissa on pystysuorat jalustimet ϕ12, jotka on hitsattu järjestyksessä itse palkkeista jatkohitsaamatta). kuvassa 3 yhden sillan poikittaispalkkien yhdistämiseen käytettiin poikittaisen voiman suuruudesta riippuen palkkien sivuttaishitsatut jalustimet sekä ylemmän hihnan suoraan hitsatut jalustimet erikoispalkeilla. Pitkien jalusteiden tapauksessa jalustimet voidaan hitsata myös vastakkaisilta puolilta, kuva 18. 4a. Kuvassa 4b on esitetty ratkaisu vinoilla jalustimilla.
Kuva 3 — Yhden sillan poikittaistuki
Kuva 4 — Aivot jalustimilla
Talonrakennuksessa käytetään myös jäykkiä jalustimia tai vain jalustimia, mutta myös pehmeillä jalustimilla on ratkaisuja, kuten esim. niitatut kulmat. Taloudellisista syistä käytetään useammin kytkinankkureita, jotka hitsataan päittäin teräskannattimeen (kuva 5a) tai lepäävät kannattimella toisessa päässä taivutettuna (kuva 5b). Kuvassa 5c näyttää vastaavan ratkaisun siirretyillä koukuilla. Kuvassa 6 esittää normaalin ratkaisun talonrakentamisen kattokannattimiin, nimittäin a) I-palkeista tehtyä kytkentätukea, b) T-palkeista valmistettua, joka syntyy I-palkkeja leikkaamalla. Tukien päissä tulee aina olla erityisen vahvat päätytuet (kuva 7). Kaltevia ankkureita käytetään tuomaan kutistumisen ja lämpötilan aiheuttamia jännityksiä laattaan.
Kuva 5 — Kytkinankkurit
Kuva 6 — Mezzanine-rakenteen tuki
Kytkennän välineiden mitoitus tehdään perusperiaatteiden mukaan. Yksittäisten välineiden tulee saada leikkausvoima, joka vastaa niiden etäisyyttä. Aivorungon hitsausliitoksen mitoituksessa tulee ottaa huomioon kaatumismomentti.
Kuva 7 — a) Aivot ankkuroimalla; b) ankkurointi
Elastinen kytkin
Edelliset esitykset liittyivät jäykkään kytkimeen, jossa teräskannattimen ja levyn välinen suhteellinen siirtymä on nolla ja kytkentäelimet toimivat jatkuvasti. Kytkentävälineiden muodonmuutos, betonin ja teräskannattimen paikallinen muodonmuutos jätetään huomiotta.
Kuva 8 — Kiinnike elastisella liittimellä
Jäykän kytkennän oletuksena yksittäisten kytkentäkeinojen välittämät voimat ovat verrannollisia poikittaisvoimaan ja aivojen väliin. Jos tietyillä alueilla tapahtuu merkittäviä suhteellisia liikkeitä teräskannattimen ja betonilaatan välillä, tämä aiheuttaa huomattavaa voimien uudelleenryhmittymistä. Betoni voi osittain lakata toimimasta kytketyn palkin painelevynä, jolloin leikkausvoimien maksimiarvot pienenevät merkittävästi. Kuvassa8esimerkki rakenteesta, jossa on elastinen liitos, samanlainen kuin Reinin ylittävä silta, Koln-Rodenkirchen. Kuvassa9elastisen kytkimen vaikutus jatkuvaan tukeen on esitetty keskitetylle voimalle ja täysin tasaisesti jakautuneelle kuormitukselle. Siirtymä ψ, joka on leikkauksen vastaanottavan kytkimen jäykkyyden mitta, on määritelty kuvassa 1.8. Elastisen kytkennän vaikutus on siis erittäin suuri, jos kytkimen ominaisuudet valitaan tarkoituksenmukaisesti vastaanottamaan leikkausvoimaa.
Kuva9— Esimerkki sillasta, jossa on joustava liitos
Kytkettyjen rakenteiden laskenta
Periaatteessa on taloudellista, että betonilaatan paksuus on mahdollisimman pieni, mutta määräysten mukaisia vähimmäispaksuuksia tulee noudattaa.
Staattisesti määrätyt rakenteet
Staattisesti määrätyissä rakenteissa (esim. yksinkertaiset palkit) yhteisen poikkileikkauksen staattiset vaikutukset tietylle kuormitukselle ovat vakioita tai ajasta riippumattomia. Ainoastaan taivutusmomentit ja normaalivoimat tietyissä osan osissa vaihtelevat virtauksen ja kutistumisen vaikutuksista johtuen.
Kutistumisen vaikutus voidaan esittää vastaavana lämpötilaerona teräspalkin ja betonilaatan välillä. Betonin kutistumisen seurauksena kytkentäosaan ilmaantuu sisäisiä jännityksiä, nimittäin betonin kutistumisen aiheuttamia vetojännitystä, jonka kutistuminen estyy teräskannattimen (sekä itse raudoituksen) vaikutuksesta, kun taas vastaavat puristusjännitykset esiintyvät teräsosassa (kuva 1).10). Kutistuminen kasvaa ajan myötä lopulliseen arvoon yhden eksponentiaalisen funktion mukaan. Koska myös kutistumisjännitykset kasvavat kutistumisen muodonmuutosten myötä, tuloksena on ns. kutistumisvirtaus_.
Kuva10— a) Vapaan levyn kutistuminen ilman kytkentää; b) jännitykset, jotka johtuvat kutistumisesta kytketyissä tuissa
Betonilaatan omapainon ottavasta staattisesta järjestelmästä riippuen se eroaa: kytkentä vain liikkuvalle kuormalle (vain teräskannatin ottaa oman painonsa ja kytkentäjärjestelmä vastaanottaa vain valmiiseen rakenteeseen vaikuttavat kuormat), kytkentä omaan painoon ja liikkuvaan kuormaan (koko omapaino ja liikkuva kuorma vaikuttavat kytkettyyn järjestelmään).
Ensimmäinen tapaus tapahtuu, kun teräskannattimet toimivat muottipalkkeina ilman tukea, ja betonoinnin aikana ne voivat taipua kentällä (kuva 1).11a). Tässä tapauksessa terästuki ottaa itse betonin ja muotin painon. Kiinnitys tapahtuu vain, kun betoni on riittävän kovaa (kuva.11b), eikä alustaa saa kuormittaa välittömästi betonoinnin jälkeen, jotta vältetään betonin vaurioituminen tai liiallinen valuminen.
Toisessa tapauksessa, kun kytkentäjärjestelmä vastaanottaa myös betonilaatan omapainon (kuva 11c), oletetaan, että terästukea tuetaan betonoinnin aikana riittävästi, jotta se ei saa merkittäviä taivutusmomentteja. Jännitteen jakautuminen telineen irrottamisen jälkeen on esitetty kuvassa. 11d.
Kuva 11 — Liikkuvan ja kuolleen kuorman kytkentä, jännitteenjako ennen ja jälkeen telineen irrottamisen
Esilataus
Yksinkertaisten palkkien tapauksessa pienempiä vetojännitystä esiintyy betonissa vain kutistumisen ja lämpötilaeron vuoksi. Ylityspalkeissa, jatkuvissa palkeissa ja muissa rakenteissa esiintyy huomattavia vetojännityksiä, jotka voivat aiheuttaa halkeamia betoniin. Jos negatiivisten hetkien alueelle ilmaantuu halkeamia, kytkentävaikutus menetetään. Siksi betonilaattaan on hyödyllistä saada aikaan pienet puristusjännitykset etukäteen, jotta vältetään turvallisesti betonin kutistumisesta johtuvien halkeamien muodostuminen. Kytkettyjen palkkien betonilaatan vetojännitykset voidaan vähentää:
1. Teräspalkin vastaavalla negatiivisella esikuormituksella (yläreunan esijännitys). Betonoinnin järjestystä tulee tutkia huolellisesti.
2. Nostamalla ja laskemalla jatkuvien tukien keskitukia. jolloin sopivalla menettelyllä voidaan aiheuttaa puristusjännitystä kytketyn tuen betonilaattaan.
3. Esijännittämällä. Yksinkertaisin tapaus on, kun vapaa betonilaatta esijännitetään ja vasta sen jälkeen liitetään teräskannattimeen. Tämän menetelmän etuna on suhteellisen pieni esijännitysvoima, koska teräskannattimen kokoonpuristettu hihna ei ole esijännitetty. Tämä palkki saa taivutusmomentteja vain betonilaatan virtauksen ja kutistumisen vuoksi, joten se pysyy suorana esijännitysvoiman vaikutuksesta. Kuvassa 12a näyttää jännitysjakauman tässä esijännitystapauksessa (t=0), ja kuvassa 12b lopullinen tila virtauksen lopussa (t=tE) ja kuvassa 12c lyhytaikaisesta momenttikuormituksesta johtuvat taivutusjännitykset (t=a). Kuvassa 12d näyttää jännitysjakauman arvolle t=0, kun kyseessä on sidotun betonilaatan esijännitys.
Kuva 12 — Vapaasti seisovan betonilaatan esijännitys myöhemmällä liittämisellä
Staattisesti määrittelemättömät rakenteet
Jatkuvat palkit ja vastaavat rakenteet saavat negatiivisia taivutusmomentteja, mikä aiheuttaa usein suuria vetojännitystä teräsbetonilaatassa. Halkeamat eivät ole toivottavia erityisesti silloissa, kun otetaan huomioon kytkettyjen palkkien käyttöikä ja lovien vaikutus halkeamiin. Staattisesti määrittelemättömät järjestelmät lasketaan lyhytaikaisille kuormille (liikkuvat kuormat) tavanomaisten muuttumattoman järjestelmän staattisten menetelmien mukaisesti. Vastaavat staattiset suureet ja muodonmuutokset ovat samat kuin ihanteellisesti elastisessa järjestelmässä. Jatkuvan kuormituksen, erityisesti suuren esijännityksen, vaikutuksesta syntyy aina suuri virtaus. Esijännitysvoimaa määritettäessä tulee ottaa huomioon taivutettujen esijännityselementtien kitka. Rakentamisen aikana kytkettävien siltojen ulkonemat tulee valita huolellisesti. Valmiit kytketyt tuet ovat erittäin jäykkiä, joten on lähes mahdotonta tehdä myöhempiä korjauksia korkeusasennossa. Lopullinen taso saavutetaan vasta useiden vuosien kuluttua virtaus huomioon ottaen. Tämä tasoitus on jossain määrin epävarmaa, koska kutistumisen ja virtauksen vaikutukset vaihtelevat ilmasto-olosuhteiden mukaan, joita ei voida ennustaa.
Johtopäätös
Kytkennän käyttö ei rajoitu peltipalkkeihin, vaan se voi sisältää myös tuet Langer-palkkien jäykistämistä varten, ripustussiltoja jne. sekä ristikkopalkkeja ajoradalla ylös tai alas. Ristosillat - alta ajoradan lähellä olevissa tielaatoissa esiintyy suuria vetojännitystä, koska näiden laattojen on seurattava enemmän tai vähemmän pääpalkin kiristetun hihnan venymistä. Riittävä pituussuuntainen esijännitys vaaditaan halkeamien välttämiseksi. Kuvassa 13 on rajatapaus, jossa teräsristikolla ei enää ole alahihnaa ja sen roolin ottaa kokonaan haltuun molempiin suuntiin esijännitetty teräsbetonilaatta. Kuvassa 13b näet poikkileikkauskanavat 60x180 mm itse tuessa.
Kuva 13 — Gahle-silta: a) osa; b) alemman vyön risteys, vasemmalla päärautatieasemalla, oikealla osoitteessa Vešaljka