** Wichtige technyske en feiligens meidieling: ** Dit is in edukative argyftekst, gjin struktureel ûntwerp, statyske berekkening, jildende standert, mienskiplike detail of ynstruksje foar konstruksje, lassen, betonnen, skuorjen, foarspannjen of rehabilitaasje. Alle orizjinele formules, markearrings, dimensjes, materialen, prosedueres en oanspraken wurde oerdroegen sûnder ferifikaasje neffens hjoeddeistige regeljouwing. It ûntwerp en de útfiering fan keppele stiel-beton struktueren heart eksklusyf ta autorisearre sivile yngenieurs, strukturele ûntwerpers, oannimmers en tafersjoch basearre op it spesifike objekt, lading, boaiem, materiaal en tapassing noarmen.
Ferbûne konstruksjes binne gjin spesjale tsjinst yn it hjoeddeistige iepenbiere oanbod fan Savo Kusić. De hjoeddeistige fokus is houtfinsters, hout-aluminiumfinsters en oanpaste doarren. Foar in finster- of doarprojekt kinne jo oanfraach foar offerte stjoere.
Ynlieding
Yn guon konstruksjes wurde wapene betonplaten op stielen dragers brûkt, lykas stoepplaten fan brêgen op I-langs- en dwersbalken of plafonds yn gebouwen op I-dragers. Earder waarden sokke systemen dimensjeare ûnder de oanname dat dizze twa eleminten mei-inoar bewege koenen en dat mominten yn ’e rjochting fan ’e haadspan allinich troch stielen stipen ûntfongen waarden. De betonnen plaat brocht de lading oer nei de stielen balken, mar die net mei oan it ûntfangen fan de oerienkommende statyske wearden (fig.1).
Ofbylding 1 — Gekoppelde drager, systeem
Foar dizze boumetoade binne dwerse ferbiningen yn ’e betonnen plaat mei regelmjittige yntervallen foarsjoen, om it krimp fan it wapene beton mooglik te meitsjen en ûngewoane skuorren te foarkommen, dus ekstra spanningen. De ûnderfining hat lykwols bliken dien dat de eigentlike krêften yn sa’n systeem signifikant ferskille fan dy berekkene. By it kontakt tusken de wapene betonplaat en de stielen drager ûntstiet in grutte wriuwing (adhesion stress), sadat beide eleminten altyd gearwurkje.
It neidiel fan it ûnferwachte koppelingseffekt is it uterlik fan in notch-effekt op ‘e gewrichten fan’ e betonnen plaat. Skearspanningen lâns it abutment-oerflak ferheegje sterk tichtby de mienskiplike, fergelykber mei skuorspanningen oan ’e úteinen fan sydnaden. Om’t de posysje fan ‘e nulline oan’ e mienskiplike praktysk net feroaret, kinne de normale spanningen yn ’e stielenstipe signifikant heger wêze as dy berekkene foar unifoarme koppeling. Begjin fan dizze notch kin adhesion mastering foarkomme dy’t fierder ferspriedt. Dêrom ferfolje de ferbiningen yn ’e stoepeplaat har rol net en binne net effektyf.
Keppele heakjes
Yn it gefal fan keppele stipet wurdt oannommen dat de skuorkrêften op it kontaktflak tusken de stielen stipe en de betonnen plaat feilich oerdroegen wurde kinne (krêften yn ’e balken). De regel is dat de betonnen plaat direkt op de boppeste riem fan de stielen stipe leit en dat der gjin relative bewegingen binne. By dizze saneamde With rigid coupling wurde spesjale ferbiningsmiddels brûkt (stangen, beugels, ankers), dy’t yn beton ynboud binne.
Wy sille beskôgje it gefal fan in keppele beam mei in betonnen plaat sûnder dwerse gewrichten. As in beskate lading (bgl. bûgemomint) mar foar in koarte tiid wurket, binne de oerienkommende spanningen en deformaasjes Δσ, resp. Δε neffens elemintêre sterktewittenskip, fergelykber mei wapene beton. Spanningen yn stiel en beton steane by in bepaalde ferlinging yn relaasje ta harren elastisiteitsmodulus: σst/σb = Est/Eb = n. As de lading op lange termyn is, ûntsteane deformaasjes fan it beton troch krimp en trochstreaming. As mei ε0= σ/E0 markearje de ferfoarming fanwege koarte termyn lading op it stuit t =0, de ferfoarming nimt ta ûnder permaninte lêst troch wriuwing oant it momint t nei de wearde εt = ε0(t + φt). Under deselde omstannichheden wurde opbringstdeformaasjes berekkene as wiene se evenredich mei spanningen. Dêrom wurdt sein dat de wet fan Hooke jildt foar deformaasjes troch stream. De streamkoëffisjint φt hinget ôf fan tiid, klasse fan beton, eksterne temperatuer, luchtvochtigheid, momint fan laden fan it elemint, ensfh.
Ynstee fan bûgjen neffens Bernoulli\ en Navier\ ferskine differinsjaalrelaasjes, d.w.s. de spanningsferdieling moat bepaald wurde út de differinsjaalfergeliking foar stream. Troch trochstreaming geane de spanningen yn it beton ôf, wylst de spanningen yn it stiel tanimme. Dizze spanningsferoarings binne njonken de dwerstrochsneed ôfmjittings ôfhinklik fan de elastyske ôfmjittings en it loadmomint. Soartgelikense gefolgen as út stream komme foar fan krimp fan beton. De hoemannichte krimpmaatregelen εs hinget ôf fan it beton, de metoade fan syn produksje, en ek fan ’e klimatyske omstannichheden. Beton krimp is net ôfhinklik fan de lading tapast op it elemint.
Koppeling betsjut
De koppelingsmiddels moatte alle skuorkrêften feilich oerdrage yn ’e betonnen en stielen oerflakken dy’t yn kontakt komme, fanwegen de loads dy’t foarkomme, en dus slipjen foarkomme. Dêrneist moatte se de skuorre haadspanningskrêften krije, as de betonnen seksje sels har net troch har grutte kin ûntfange. De grutte fan ’e krêften wurdt bepaald neffens de elemintêre bûgeteory. De folgjende koppelingsmiddels wurde beskôge:
- Kopplingsankers: Dit binne rûne as platte izeren platen, laske oan ‘e boppeste riem fan’ e stielen stipe, dy’t fergelykber wurkje mei bûgde fersterking fan wapene betonbalken. Se wurde makke as heakjes of stûbels, diagonaal of fertikaal. Dizze ankers hannelje mar yn ien rjochting en binne net effektyf as de skuorkrêft fan teken feroaret.
- Beugels: Se binne hechte oan it boppeste oerflak fan ’e stielenstipe, se kinne skuorkrêften yn beide rjochtingen ûntfange. Der moat ûnderskie makke wurde tusken sêfte en stive harsens yn ’e rjochting fan ’e skuorkrêft. Sêfte harsensellen lije oan signifikante deformaasjes en fersprieden de skuorkrêften ûngelyk oer har oerflak. Stive harsens jouwe in bettere ferdieling fan krêften by lytsere deformaasjes.
Ofbyld 2 — Brêge oer de Ruhr by Herdecke
- Spiraalfersterking: It rêst op in stielen stipe en is laske op de kontaktpunten. Spiralen binne net geskikt foar wichtige coupling krêften. Itselde jildt foar corrugated rûn stiel. As foarbyld fan middels foar keppeljen op brêgen, yn fig. 2 binne te sjen de balken fan de brêge oer de Ruhr by Herdecka (balken 60x40 mei fertikale beugels ϕ12, dy’t laske binne oan ’e balken om sels net fierder te foarkommen); yn fig. 3 middels foar it ferbinen fan de dwersbalken fan ien brêge, ôfhinklik fan ‘e grutte fan’ e dwerskrêft, waarden laterale laske beugels foar de balken, en ek direkt laske beugels foar de boppeste riem mei spesjale balken tapast. By lange stuorren kinne de stuorren ek oan wjerskanten laske wurde, fig. 4a. Yn fig. 4b is de toand oplossing mei skuorre beugels.
Figure 3 — Dwarsstipe fan ien brêge
Ofbyld 4 — Harsens mei beugels
By de bou fan bou wurde ek stive stuorren mei stuorren of gewoan stuorren brûkt, mar komme ek oplossings mei sêfte stuorren tsjin, lykas bgl. klinkende hoeken. Om ekonomyske redenen wurde faker koppelingsankers brûkt, dy’t mei stomplaske binne oan in stielen stipe (fig. 5a), of mei ien bûgd ein op ’e stipe rêstje (fig. 5b). Yn fig. 5c toant de oerienkommende oplossing mei ferpleatst haken. Yn fig. 6 toant in normale oplossing foar plafondstipe yn boubou, nammentlik a) in keppele stipe makke fan I-balken, b) makke fan T-balken, dy’t ûntstien is troch it snijen fan de I-balken. Oan ‘e úteinen fan’ e stipe moatte altyd foaral sterke einbeugels oanbean wurde (fig. 7). Skaaie ankers wurde brûkt om spanningen fan krimp en temperatuer yn ’e plaat yn te fieren.
Ofbylding5- Koppelankers
*Ofbylding6- Stipe fan ’e mezzaninestruktuer *
Dimensionearring fan de middels foar koppeling wurdt útfierd neffens elemintêre prinsipes. Yndividuele middels moatte in skuorkrêft krije dy’t oerienkomt mei har ôfstân. By it dimensionearjen fan de laske ferbining fan ’e harsens moat rekken holden wurde mei it omslaanmomint.
Ofbylding7- a) End harsens mei ankering; b) ferankering
Elastyske koppeling
Foarige presintaasjes hawwe ferwiisd nei rigid coupling, dêr’t de relative ferpleatsing tusken de stielen stipe en de plaat is gelyk oan nul, en de coupling middels hannelje kontinu. De ferfoarming fan de koppelingsmiddels, de pleatslike ferfoarming fan it beton en de stielen stipe waarden ferwaarleazge.
Ofbylding8- Beugel mei elastyske koppeling
Under de oanname fan stive coupling, de krêften oerbrocht troch yndividuele middels fan coupling binne evenredich mei de dwerse krêft en de ôfstân fan it brein. As yn bepaalde gebieten signifikante relative bewegingen tusken de stielen stipe en de betonnen plaat foarkomme, soarget dat foar in merkber hergroepearring fan krêften. Beton kin foar in part stopje mei te hanneljen as in drukplaat fan in keppele balke, wêrby’t de maksimale wearden fan skuorkrêften signifikant fermindere wurde. Yn fig.8in foarbyld fan in konstruksje mei in elastyske koppeling wurdt jûn, fergelykber mei de brêge oer de Ryn, Koln-Rodenkirchen. Yn fig.9it effekt fan elastyske coupling op in trochgeande stipe wurdt werjûn, foar in konsintrearre krêft en in folslein lykmjittich ferdield load. De ferpleatsing ψ, dat is in maat fan ‘e stivens fan’ e koppeling foar it ûntfangen fan skuorre, is definiearre yn fig.8. De ynfloed fan elastyske koppeling is dêrom tige grut, as de skaaimerken fan ’e koppeling doelbewust keazen wurde om skea te ûntfangen.
Ofbylding9- Foarbyld foar in brêge mei elastyske koppeling
Berekkening fan keppele konstruksjes
Yn prinsipe is it rendabel dat de dikte fan de betonnen plaat sa lyts mooglik is, wylst de minimale dikten dy’t troch de regeljouwing fêststeld wurde moatte wurde hâlden.
Statysk bepaalde struktueren
By statysk fêststelde konstruksjes (bgl. ienfâldige balken) binne de statyske ynfloeden yn it mienskiplike diel foar in bepaalde lading konstant, of ûnôfhinklik fan tiid. Allinnich de bûgemominten en normale krêften yn bepaalde dielen fan ’e seksje binne fariabel troch de effekten fan stream en krimp.
It effekt fan krimp kin wurde fertsjintwurdige as in oerienkommende temperatuerferskil tusken de stielen stipe en de betonnen plaat. As gefolch fan betonkrimp ferskine yn it keppele diel ynterne spanningen, nammentlik trekspanningen troch krimp yn it beton, wêrfan de krimp foarkaam wurdt troch de ynfloed fan de stielen stipe (lykas de fersterking sels), wylst oerienkommende drukspanningen foarkomme yn it stielen diel (fig. 10). Krimp nimt mei de tiid ta in definitive wearde neffens in inkele eksponinsjele funksje. Om’t krimpspanningen ek tanimme by krimpferfoarmings, resultearret dat yn de saneamde krimpstream.
Figure 10 — a) Kontraksje fan frije plaat sûnder keppeling; b) spanningen troch krimp yn keppele stipen
Ofhinklik fan it statyske systeem dat it eigengewicht fan ’e betonnen plaat oannimt, is d’r in ferskil: koppeling foar allinich de bewegende lading (it eigengewicht wurdt allinich oannommen troch de stielen stipe, en it keppele systeem ûntfangt allinich de loads dy’t wurkje op ‘e ôfmakke struktuer), koppeling foar it eigen gewicht en de heule bewegende lading (it sels bewegende lading op’ e eigen gewicht en de sels bewegende lading (it sels bewegende lading) systeem).
It earste gefal komt foar as de stielen dragers tsjinje as bekistingssteunen, sûnder stipe te wurden, en by it betonnen kinne se yn it fjild bûge (fig. 11a). Yn dit gefal nimt de stielen stipe sels it gewicht fan it beton en bekisting. Binding komt allinnich foar as it beton hurd genôch is (fig. 11b), sadat de stipe net direkt nei it betonjen laden wurde moat, om skea of oermjittige trochstreaming fan it beton te foarkommen.
Yn it twadde gefal, as it selsgewicht fan ’e betonnen plaat ek ûntfongen wurdt troch it keppele systeem (fig. 11c), wurdt oannommen dat de stielenstipe by it betonjen op genôch plakken stipe wurdt, sadat it gjin signifikante bûgmominten krijt. De spanningsferdieling nei it fuortheljen fan de steigers wurdt werjûn yn fig. 11d.
Figure 11 — Koppeling foar bewegende en deade lading, mei spanningsferdielingen foar en nei it fuortheljen fan de steigers
Preload
Yn it gefal fan ienfâldige balken komme lytsere trekspanningen yn it beton allinnich foar troch krimp en temperatuerferskil. Yn oerhangbalken, trochgeande balken en oare struktueren komme grutte trekspanningen foar, en dy kinne barsten yn it beton feroarsaakje. As barsten ferskine yn it gebiet fan negative mominten, is it koppelingseffekt ferlern. Dêrom is it nuttich om fan tefoaren lytse kompresjespanningen yn ’e betonnen plaat op te bringen om de formaasje fan skuorren troch betonkrimp feilich te foarkommen. Trekspanningen yn ’e betonnen plaat fan keppele balken kinne wurde fermindere:
1. Troch oerienkommende negative pre-loading fan de stielen girder (pre-tensioning fan de boppeste râne). Tagelyk moat de folchoarder fan betonnen soarchfâldich bestudearre wurde.
2. Troch it opheffen en ferleegjen fan de middelste stipet fan trochgeande stipet. wêrby’t, mei de passende proseduere, drukspanningen feroarsake wurde kinne yn ’e betonnen plaat fan ’e keppele stipe.
3. Troch foarspanning. It ienfâldichste gefal is as in frije betonnen plaat wurdt foarspand, en pas dêrnei ferbûn mei in stielen stipe. It foardiel fan dizze proseduere is in relatyf lytse foarspanningskrêft, om’t de komprimearre riem fan ’e stielenstipe net foarspand is. Dizze drager krijt bûgmominten allinnich troch de trochstreaming en krimp fan de betonplaat, sadat it troch de foarspankracht rjocht bliuwt. Yn fig. 12a toant de spanningsferdieling foar dit gefal fan foarspanning (t=0), en yn fig. 12b einstân oan ’e ein fan stream (t=tE) en yn fig. 12c bûgspanningen fanwege koarte termyn momintbelading (t=a). Yn fig. 12d toant de spanningsferdieling foar t=0 yn it gefal fan foarspanning fan de bondele betonplaat.
⟦SKPH15
Figure 12 — Foarspannen fan in frijsteande betonnen plaat mei dêropfolgjende koppeling
Statysk ûnbepaalde konstruksjes
Trochrinnende balken en ferlykbere struktueren krije negative bûgmominten, wat faaks hege trekspanningen yn ’e wapene betonplaat feroarsaket. Skuorren binne net winsklik foaral yn brêgen, sjoen de libbensdoer fan de keppele balken en it effekt fan útkearingen op de skuorren. Statysk ûnbepaalde systemen wurde berekkene foar koarte termyn loads (moving loads) neffens de gewoane metoaden fan statika foar in net feroare systeem. De oerienkommende statyske hoemannichten en deformaasjes binne itselde as yn in ideaal elastysk systeem. Under it effekt fan konstante laden, benammen hege foarspanning, komt altyd grutte streaming foar. By it bepalen fan de foarspanningskrêft moat rekken hâlden wurde mei de wriuwing fan de bûgde foarspanningselementen. By de bou moat de oerhang fan keppele brêgen mei soarch selektearre wurde. Ready-makke keppele stipe binne tige stiif, dus it is hast ûnmooglik om folgjende korreksjes fan ’e hichteposysje te meitsjen. It definitive nivo wurdt berikt pas nei ferskate jierren, sjoen de stream. Dy nivellering is foar in part ûnwis, om’t de effekten fan krimp en trochstreaming fariabel binne, ôfhinklik fan klimatologyske omstannichheden dy’t net foarsizze wurde kinne.
Konklúzje
De tapassing fan koppeling is net beheind ta plaatmetaalbalken, mar kin ek stipe omfetsje foar it ferstevigjen fan Langerbalken, hingbrêgen ensfh. en ek lattebalken mei in rydbaan omheech of nei ûnderen. Roosterbrêgen - hege trekspanningen komme foar yn de dykplaten by de ûnderste rydbaan, om’t dy platen yn mear of mindere mjitte it ferlingjen fan de spanriem fan de haaddrager folgje moatte. Adekwate longitudinale foarspanning is nedich om skuorren te foarkommen. Yn fig. 13 is in grinsgefal wêryn it stielen roaster gjin legere riem mear hat, en syn rol wurdt folslein oernommen troch in wapene betonplaat dy’t yn beide rjochtingen foarspand is. Yn fig. 13b kinne jo de trochsneedkanalen sjen 60x180 mm yn ’e stipe sels.
Ofbylding 13 — Gahle Bridge: a) seksje; b) knooppunt fan ’e legere riem, lofts by it haadstasjon, rjochts by Vešaljka