הודעה טכנית ובטיחותית חשובה: זהו טקסט חינוכי ארכיוני, לא תכנון מבני, חישוב סטטי, תקן ישים, פרט מפרק או הוראה לבנייה, ריתוך, בטון, חיזוק, חיזוק או שיקום. כל הנוסחאות המקוריות, הסימונים, המידות, החומרים, הנהלים והתביעות מועברים ללא אימות על פי התקנות של היום. התכנון והביצוע של מבני פלדה-בטון מחוברים שייכים אך ורק למהנדסים אזרחיים מורשים, מתכנני מבנים, קבלנים ופיקוח על בסיס האובייקט הספציפי, העומס, הקרקע, החומר והתקנים החלים.
מבנים מחוברים אינם שירות מיוחד בהצעה הציבורית הנוכחית של סאבו קוסיץ’. המיקוד הנוכחי הוא חלונות עץ, חלונות עץ-אלומיניום ודלתות מותאמות אישית. עבור פרויקט חלון או דלת, אתה יכול לשלוח בקשה להצעת מחיר.
מבוא
בקונסטרוקציות מסוימות משתמשים בלוחות בטון מזוין על תומכי פלדה, כמו לוחות ריצוף של גשרים על קורות I-אורך ורוחבי או תקרות במבנים על קורות I. בעבר, מערכות כאלה תועדו בהנחה ששני האלמנטים הללו יכולים לנוע זה עם זה ושרגעים בכיוון הטווח הראשי התקבלו רק על ידי תומכי פלדה. לוח הבטון העביר את העומס אל קורות הפלדה, אך לא לקח חלק בקבלת הערכים הסטטיים המתאימים (איור 1).1).
איור 1 — מנשא מצמד, מערכת
לשיטת בנייה זו, צפויים חיבורים רוחביים בלוח הבטון במרווחים קבועים, על מנת לאפשר את הצטמקות הבטון המזוין ולמנוע סדקים לא רצויים, כלומר מתחים משלימים. עם זאת, הניסיון הראה כי הכוחות בפועל במערכת כזו שונים באופן משמעותי מאלה המחושבים. במגע בין לוח הבטון המזוין לבין תומך הפלדה, נוצר חיכוך גדול (מתח הידבקות), כך ששני האלמנטים תמיד משתפים פעולה.
החיסרון של אפקט הצימוד הבלתי צפוי הוא הופעת אפקט חריץ על החיבורים של לוח הבטון. מתחי הגזירה לאורך משטח ההידוק גדלים בחדות ליד המפרק, בדומה למתחי הגזירה בקצות תפרי הצד. מכיוון שמיקום קו האפס במפרק כמעט ולא משתנה, הלחצים הרגילים בתמיכת הפלדה יכולים להיות גבוהים משמעותית מאלה המחושבים עבור צימוד אחיד. החל מהחריץ הזה, שליטה בהדבקה יכולה להתרחש שמתפשטת עוד יותר. לכן, החיבורים בלוח הריצוף אינם ממלאים את תפקידם ואינם יעילים.
סוגריים משולבים
במקרה של תומכים מצמודים, ההנחה היא שניתן להעביר בבטחה את כוחות הגזירה על משטח המגע בין תומך הפלדה ללוח הבטון (כוחות בקורות). הכלל הוא שלוח הבטון מונח ישירות על החגורה העליונה של תומך הפלדה ושאין תנועות יחסיות. במה שנקרא With rigid coupling הזה, נעשה שימוש באמצעי חיבור מיוחדים (צירים, סטירופים, עוגנים), המשובצים בבטון.
נשקול את המקרה של קורה משולבת עם לוח בטון ללא חיבורים רוחביים. אם עומס מסוים (למשל מומנט כיפוף) פועל רק לזמן קצר, הלחצים והעיוותים המתאימים Δσ, בהתאמה. Δε לפי מדע החוזק היסודי, בדומה לבטון מזוין. מתחים בפלדה ובבטון, בהתארכות מסוימת, עומדים ביחס למודול האלסטיות שלהם: σst/σb = Est/Eb = n. אם העומס הוא ארוך טווח, נוצרים עיוותים של הבטון עקב התכווצות וזרימה. אם עם ε0= σ/E0 סמן את העיוות עקב עומס לטווח קצר ברגע t =0, העיוות גדל בעומס קבוע עקב חיכוך עד לרגע t לערך εt = ε0(t + φt). באותם תנאים, עיוותי תשואה מחושבים כאילו היו פרופורציונליים ללחצים. לכן נאמר שחוק הוק חל על עיוותים עקב זרימה. מקדם הזרימה φt תלוי בזמן, סוג הבטון, טמפרטורה חיצונית, לחות האוויר, רגע העמסת האלמנט וכו’.
במקום כיפוף לפי Bernoulli\ ו_Navier_, מופיעים יחסים דיפרנציאליים, כלומר יש לקבוע את התפלגות המתח מתוך משוואת הדיפרנציאלית לזרימה. כתוצאה מהזרימה יורדים הלחצים בבטון ואילו הלחצים בפלדה עולים. שינויי מתח אלו תלויים, בנוסף למידות החתך, במידות האלסטיות ובמומנט העומס. השלכות דומות כמו זרימה מתרחשות מהתכווצות הבטון. כמות מדדי ההתכווצות εs תלויה בבטון, בשיטת ייצורו וכן בתנאי האקלים. התכווצות בטון אינה תלויה בעומס המופעל על האלמנט.
אמצעי צימוד
אמצעי הצימוד צריכים להעביר בבטחה את כל כוחות הגזירה במשטחי הבטון והפלדה במגע, עקב העומסים המתרחשים, ובכך למנוע החלקה. בנוסף, הם צריכים לקבל את כוחות המתיחה האלכסוניים, אם מפאת גודלם, קטע הבטון עצמו אינו יכול לקלוט אותם. גודל הכוחות נקבע על פי תורת הכיפוף היסודית. הדברים הבאים נחשבים כאמצעי צימוד:
- עוגני צימוד: אלו לוחות ברזל עגולים או שטוחים, מרותכים לחגורה העליונה של תומך הפלדה, הפועלים בדומה לחיזוק כפוף של קורות בטון מזוין. הם עשויים כווים או כסטיות, באלכסון או אנכי. עוגנים אלו פועלים רק בכיוון אחד ואינם יעילים אם כוח הגזירה משנה סימן.
- סוגריים: הם מחוברים למשטח העליון של תומך הפלדה, הם יכולים לקבל כוחות גזירה בשני הכיוונים. יש להבדיל בין מוח רך ונוקשה בכיוון כוח הגזירה. תאי מוח רכים סובלים מעיוותים משמעותיים ומפזרים בצורה לא אחידה את כוחות הגזירה על פני השטח שלהם. מוחות קשיחים נותנים פיזור טוב יותר של כוחות עם עיוותים קטנים יותר.
תמונה 2 — גשר מעל נהר הרוהר ליד Herdecke
- חיזוק ספירלי: הוא נשען על תומך פלדה ומרותך בנקודות המגע. ספירלות אינן מתאימות לכוחות צימוד משמעותיים. הדבר נכון גם לגבי פלדה עגולה גלית. כדוגמה לאמצעי צימוד על גשרים, באיור. 2 מוצגות הקורות של הגשר מעל הרוהר ליד הרדקה (קורות 60x40 עם קורות אנכיות ϕ12, אשר מרותכות לריתוך לרתכות הלאה בעצמן; באיור. 3 אמצעים לחיבור הקורות הרוחביות של גשר אחד, בהתאם לגודל הכוח הרוחבי, הופעלו קורות מרותכות לרוחב עבור הקורות, כמו גם ערכות מרותכות ישירות לחגורה העליונה עם קורות מיוחדות. במקרה של ערכות ארוכות, ניתן לרתך את המדרגות גם בצדדים הנגדיים, איור. 4a. באיור. 4b הוא הפתרון המוצג עם ערבולות מלוכסנות.
איור 3 — תמיכה רוחבית של גשר אחד
תמונה 4 — מוחות עם סטרופים
בבניית מבנים משתמשים גם בגיחות קשיחות עם מפלסים או סתם מפלסים, אך נתקלים גם בפתרונות עם מפלסים רכים, כמו למשל. פינות מסומרות. מסיבות כלכליות, משתמשים לעתים קרובות יותר בעוגני צימוד, אשר מרותכים בקת לתומך פלדה (איור 5a), או נחים על התמיכה עם קצה כפוף אחד (איור 5b). באיור. 5c מציג את הפתרון המתאים עם ווים עקורים. באיור. 6 מציג פתרון נורמלי לתומכי תקרה בבניית מבנים, כלומר א) תומך מצמד עשוי קורות I, ב) עשוי קורות T, שנוצר על ידי חיתוך קורות I. בקצוות התומכים, יש לספק תמיד פלטות קצה חזקות במיוחד (איור 7). עוגנים משופעים משמשים להחדרת מתחים מהתכווצות וטמפרטורה לתוך הלוח.
תְמוּנָה5— עוגני צימוד
תְמוּנָה6- תמיכה במבנה הביניים
מימד האמצעים לצימוד מתבצע על פי עקרונות אלמנטריים. אמצעים בודדים צריכים לקבל כוח גזירה המתאים למרווח שלהם. בעת מימדים של החיבור המרותך של המוח, יש לקחת בחשבון את רגע ההתהפכות.
תְמוּנָה7- א) מוח סוף עם עיגון; ב) עיגון
צימוד אלסטי
מצגות קודמות התייחסו ל_צימוד קשיח_, כאשר התזוזה היחסית בין תומך הפלדה ללוח שווה לאפס, ואמצעי הצימוד פועלים ברציפות. הוזנח העיוות של אמצעי הצימוד, העיוות המקומי של הבטון ותמיכת הפלדה.
תְמוּנָה8— תושבת עם צימוד אלסטי
בהנחה של צימוד קשיח, הכוחות המועברים באמצעי צימוד בודדים הם פרופורציונליים לכוח הרוחבי ולמרווח המוח. אם מתרחשות תנועות יחסיות משמעותיות בין תומך הפלדה ללוח הבטון באזורים מסוימים, הדבר גורם להתקבצות מחדש של הכוחות. בטון יכול להפסיק חלקית לפעול כפלטת לחץ של קורה משולבת, לפיה הערכים המרביים של כוחות הגזירה מופחתים באופן משמעותי. באיור.8מובאת דוגמה לקונסטרוקציה עם צימוד אלסטי, בדומה לזו של הגשר על הריין, Koln-Rodenkirchen. באיור.9מוצגת ההשפעה של צימוד אלסטי על תמיכה מתמשכת, עבור כוח מרוכז ועומס מפוזר באופן שווה לחלוטין. התזוזה ψ, שהיא מדד לקשיחות הצימוד לקליטת גזירה, מוגדרת באיור.8. לכן ההשפעה של הצימוד האלסטי היא גדולה מאוד, אם מאפייני הצימוד נבחרים בכוונה לקבל גזירה.
תְמוּנָה9— דוגמה לגשר עם צימוד אלסטי
חישוב של קונסטרוקציות מצמדות
באופן עקרוני, חסכוני שעובי לוח הבטון יהיה קטן ככל האפשר, תוך הקפדה על העוביים המינימליים שנקבעו בתקנות.
מבנים שנקבעו סטטית
במקרה של קונסטרוקציות שנקבעו סטטית (למשל קורות פשוטות), ההשפעות הסטטיות בקטע המשותף לעומס מסוים הן קבועות, או בלתי תלויות בזמן. רק מומנטי הכיפוף והכוחות הנורמליים בחלקים מסוימים של החתך משתנים עקב השפעות הזרימה וההתכווצות.
השפעת ההתכווצות יכולה להיות מיוצגת כהפרש טמפרטורה מתאים בין תומך הפלדה ללוח הבטון. כתוצאה מהתכווצות הבטון מופיעים בחתך המצורף מתחים פנימיים, דהיינו מתחי מתיחה מהתכווצות בבטון, שההתכווצות שלהם נמנעת בהשפעת תומך הפלדה (כמו גם החיזוק עצמו), בעוד שבחתך הפלדה מתרחשים מתחי לחיצה מתאימים (איור 10). הצטמקות גדלה עם הזמן עד לערך סופי לפי פונקציה מעריכית אחת. מכיוון שגם מתחי ההתכווצות גדלים עם עיוותי הצטמקות, הדבר גורם למה שנקרא זרימת הצטמקות.
איור 10 — א) כיווץ של צלחת חופשית ללא צימוד; ב) מתחים עקב התכווצות בתומכים מצמודים
בהתאם למערכת הסטטית שמניחה את המשקל העצמי של לוח הבטון, יש הבדל: צימוד עבור העומס הנע בלבד (המשקל העצמי מוחל רק על ידי תומך הפלדה, והמערכת המצמדת מקבלת רק את העומסים הפועלים על המבנה המוגמר), צימוד עבור המשקל העצמי והעומס הנע כולו (העומס העצמי הנעים) מערכת).
המקרה הראשון מתרחש כאשר קורות הפלדה משמשות כתומכות טפסות, מבלי להיות נתמכות, ובמהלך בטון הן יכולות להתכופף בשטח (איור 11a). במקרה זה, תומך הפלדה עצמו לוקח את משקל הבטון והטפסות. ההדבקה מתרחשת רק כאשר הבטון קשה מספיק (איור 11b), לכן אסור להעמיס את התמיכה מיד לאחר הבטון, על מנת למנוע נזק או זרימה מוגזמת של הבטון.
במקרה השני, כאשר המשקל העצמי של לוח הבטון מתקבל גם על ידי המערכת המשולבת (איור 11c), מניחים שתומכת הפלדה נתמכת במהלך בטון במקומות מספיקים, כך שהיא לא מקבלת מומנטי כיפוף משמעותיים. חלוקת המתח לאחר הסרת הפיגום מוצגת באיור. 11d.
איור 11 — צימוד לעומס מת, עם התפלגות מתח לפני ואחרי הסרת הפיגום
טעינה מראש
במקרה של קורות פשוטות, מתחי מתיחה קטנים יותר מתרחשים בבטון רק עקב התכווצות והפרשי טמפרטורה. מתחי מתיחה משמעותיים מתרחשים בקורות עיליות, בקורות רציפות ובמבנים אחרים, ואלה עלולים לגרום לסדקים בבטון. אם מופיעים סדקים באזור של רגעים שליליים, אפקט הצימוד אובד. לכן, כדאי לגרום ללחצים קטנים בלוח הבטון מראש על מנת למנוע בבטחה היווצרות סדקים עקב התכווצות בטון. ניתן להפחית מתחי מתיחה בלוח הבטון של קורות מצמודות:
1. על ידי טעינה שלילית מקבילה של קורת הפלדה (מתיחת פנים של הקצה העליון). יש ללמוד בקפידה את רצף הבטון.
2. על ידי הרמה והורדה של התומכים האמצעיים של תומכים רציפים. לפיה, בהליך המתאים, ניתן להיגרם מתחי לחיצה בלוח הבטון של התמיכה המצורפת.
3. על ידי לחיצה מוקדמת. המקרה הפשוט ביותר הוא כאשר לוח בטון חופשי נלחץ, ורק לאחר מכן מחובר לתומך פלדה. היתרון של הליך זה הוא כוח לחיצה קטן יחסית, שכן החגורה הדחוסה של תומך הפלדה אינה נלחצת. קורה זו מקבלת רגעי כיפוף רק בגלל הזרימה וההתכווצות של לוח הבטון, ולכן היא נשארת ישרה בגלל כוח הלחיצה. באיור.12והתפלגות המתח עבור מקרה זה של מאמץ מוקדמת מוצגת (t=0), ובאיור.12b מצב סופי בסוף הזרימה (t=tE) ובאיור.12c מתחי כיפוף עקב עומס מומנט קצר טווח (t=a). באיור.12d מראה את התפלגות המתח עבור t=0 במקרה של חיזוק לוח הבטון המלוכד.
תְמוּנָה12— לחיצת חוץ של לוח בטון עצמאי עם צימוד לאחר מכן
קונסטרוקציות בלתי מוגדרות
קורות רציפות ומבנים דומים מקבלים מומנטי כיפוף שליליים, אשר לרוב גורמים למתחי מתיחה גבוהים בלוח הבטון המזוין. סדקים אינם רצויים, במיוחד בגשרים, בהתחשב בחיי השירות של הקורות הצמודות והשפעת החריצים על הסדקים. מערכות בלתי מוגדרות סטטית מחושבות לעומסים קצרי טווח (עומסים נעים) לפי השיטות הרגילות של סטטיקה למערכת ללא שינוי. הכמויות והדפורמציות הסטטיות התואמות זהות לאלו במערכת אלסטית באופן אידיאלי. תחת השפעת העמסה מתמדת, במיוחד דחיסה גבוהה, תמיד מתרחשת זרימה גדולה. בעת קביעת כוח הלחיצה, יש לקחת בחשבון את החיכוך של רכיבי הלחץ הכפופים. במהלך הבנייה, יש לבחור בקפידה את התלייה של גשרים מצמודים. תומכים משולבים מוכנים הם קשיחים מאוד, כך שכמעט בלתי אפשרי לבצע תיקונים לאחר מכן של מיקום הגובה. הרמה הסופית מושגת רק לאחר מספר שנים, בהתחשב בזרימה. פילוס זה אינו ודאי במידה מסוימת, מכיוון שההשפעות של הצטמקות וזרימה משתנות, בהתאם לתנאי אקלים שלא ניתן לחזות מראש.
מַסְקָנָה
היישום של צימוד אינו מוגבל לקורות מתכת, אלא יכול לכלול גם תומכים להקשחת קורות לנגר, גשרים תלויים וכו’ וכן קורות סריג עם מסילה למעלה או למטה. גשרי סריג - מתחי מתיחה גבוהים מתרחשים בלוחות הכביש בסמוך לכביש למטה, שכן לוחות אלו צריכים לעקוב במידה רבה או פחותה אחר התארכות החגורה המתוחה של הקורה הראשית. נדרשת חיזוק אורך נאות כדי למנוע סדקים. באיור. 13 הוא מקרה גבולי שבו לרשת הפלדה אין עוד רצועה תחתונה, ותפקידה משתלט לחלוטין על ידי לוח בטון מזוין הנמתח לשני הכיוונים. באיור. 13b אתה יכול לראות את ערוצי החתך 60x180 מ“מ בתמיכה עצמה.
תמונה 13 — גשר Gahle: א) קטע; ב) צומת של החגורה התחתונה, שמאלה בתחנה המרכזית, ימינה ב-Vešaljka