Konstruksi gabungan

Pemberitahuan teknis dan keselamatan penting: Ini adalah teks pendidikan arsip, bukan desain struktural, perhitungan statis, standar yang berlaku, detail sambungan atau instruksi untuk konstruksi, pengelasan, beton, penopang, pratekan, atau rehabilitasi. Semua formula asli, penandaan, dimensi, bahan, prosedur dan klaim dialihkan tanpa verifikasi sesuai dengan peraturan saat ini. Perancangan dan pelaksanaan struktur baja-beton berpasangan secara eksklusif dimiliki oleh insinyur sipil, perancang struktur, kontraktor, dan pengawasan yang berwenang berdasarkan pada objek tertentu, beban, tanah, material dan standar yang berlaku.

Konstruksi terhubung bukan merupakan layanan khusus dalam penawaran umum Savo Kusić saat ini. Fokus saat ini adalah jendela kayu, jendela kayu-aluminium dan pintu khusus. Untuk proyek jendela atau pintu, Anda dapat mengirimkan permintaan penawaran.

Pendahuluan

Pada beberapa konstruksi, digunakan pelat beton bertulang dengan penyangga baja, seperti pelat perkerasan jembatan pada balok I memanjang dan melintang, atau langit-langit pada bangunan pada balok I. Sebelumnya, sistem seperti ini diukur dengan asumsi bahwa kedua elemen ini dapat bergerak satu sama lain dan momen dalam arah bentang utama hanya diterima oleh tumpuan baja. Pelat beton memindahkan beban ke balok baja, namun tidak ikut menerima nilai statis yang sesuai (gbr. 1).

Gambar 1 — Operator berpasangan, sistem

Untuk metode konstruksi ini, sambungan melintang pada pelat beton direncanakan secara berkala, untuk memungkinkan penyusutan beton bertulang dan menghindari retakan yang tidak diinginkan, yaitu tegangan tambahan. Namun, pengalaman menunjukkan bahwa gaya-gaya aktual dalam sistem tersebut berbeda secara signifikan dari gaya-gaya yang telah dihitung. Pada kontak antara pelat beton bertulang dan baja penyangga, terjadi gesekan (tegangan rekat) yang besar, sehingga kedua elemen selalu bekerja sama.

Kerugian dari efek kopling yang tidak terduga adalah munculnya efek takik pada sambungan pelat beton. Tegangan geser di sepanjang permukaan penyangga meningkat tajam di dekat sambungan, serupa dengan tegangan geser di ujung lapisan samping. Karena posisi garis nol pada sambungan praktis tidak berubah, tegangan normal pada penyangga baja bisa jauh lebih tinggi daripada tegangan yang dihitung untuk kopling seragam. Bermula dari notch ini, dapat terjadi penguasaan adhesi yang menyebar lebih jauh. Oleh karena itu, sambungan pada pelat perkerasan tidak memenuhi perannya dan tidak efektif.

Tanda kurung berpasangan

Dalam hal tumpuan berpasangan, diasumsikan bahwa gaya geser pada permukaan kontak antara tumpuan baja dan pelat beton dapat disalurkan dengan aman (gaya pada balok). Aturannya adalah pelat beton bertumpu langsung pada sabuk atas penyangga baja dan tidak ada pergerakan relatif. Pada apa yang disebut Dengan rigid copling, digunakan alat penyambung khusus (spindel, sengkang, angkur), yang ditancapkan pada beton.

Kita akan mengamati kasus balok kopel dengan pelat beton tanpa sambungan melintang. Jika beban tertentu (misalnya momen lentur) hanya bekerja dalam waktu singkat, tegangan dan deformasi yang bersangkutan Δσ, resp. Δε menurut ilmu kekuatan dasar, mirip dengan beton bertulang. Tegangan pada baja dan beton, pada perpanjangan tertentu, berhubungan dengan modulus elastisitasnya: σst/σb = Est/Eb = n. Jika bebannya berkepanjangan, terjadi deformasi beton akibat penyusutan dan aliran. Jika dengan ε0 = σ/E0 kita menandai deformasi akibat beban jangka pendek pada momen t = 0, maka deformasi tersebut bertambah pada beban permanen akibat gesekan hingga momen t hingga nilai εt = ε0 (t + φt). Pada kondisi yang sama, deformasi luluh dihitung seolah-olah sebanding dengan tegangan. Oleh karena itu dikatakan bahwa hukum Hooke berlaku pada deformasi akibat aliran. Koefisien aliran φt bergantung pada waktu, kelas beton, suhu luar, kelembaban udara, momen beban elemen, dll.

Alih-alih menekuk menurut Bernoulli\ dan Navier, muncul hubungan diferensial, yaitu distribusi tegangan harus ditentukan dari persamaan diferensial aliran. Akibat aliran, tegangan pada beton berkurang, sedangkan tegangan pada baja meningkat. Perubahan tegangan ini, selain dimensi penampang, juga bergantung pada dimensi elastis dan momen beban. Konsekuensi serupa seperti aliran juga terjadi akibat penyusutan beton. Besarnya penyusutan εs tergantung pada beton, metode produksinya, serta kondisi iklim. Penyusutan beton tidak bergantung pada beban yang diberikan pada elemen.

Kopling

Alat penggandeng harus memindahkan seluruh gaya geser pada permukaan beton dan baja yang bersentuhan dengan aman, akibat beban yang terjadi, dan dengan demikian mencegah terjadinya selip. Selain itu, mereka harus menerima gaya tarik utama yang miring, jika karena ukurannya, bagian beton itu sendiri tidak dapat menerimanya. Besar kecilnya gaya ditentukan menurut teori lentur dasar. Berikut ini dianggap sebagai sarana penggandengan:

- Jangkar kopling: Ini adalah pelat besi bulat atau datar, dilas ke sabuk atas penyangga baja, yang berfungsi serupa dengan tulangan bengkok pada balok beton bertulang. Mereka dibuat sebagai pengait atau sanggurdi, secara diagonal atau vertikal. Jangkar ini hanya bekerja satu arah dan tidak efektif jika gaya gesernya berubah tanda.

- Braket: Dipasang pada permukaan atas penyangga baja, dapat menerima gaya geser di kedua arah. Perbedaan harus dibuat antara otak lunak dan otak kaku dalam arah gaya geser. Sel-sel otak lunak mengalami deformasi yang signifikan dan mendistribusikan gaya geser secara tidak merata ke seluruh permukaannya. Otak kaku memberikan distribusi kekuatan yang lebih baik dengan deformasi yang lebih kecil.

Gambar 2 — Jembatan di atas Sungai Ruhr dekat Herdecke

- Tulangan spiral: Ditumpukan pada penyangga baja dan dilas pada titik kontak. Spiral tidak cocok untuk gaya kopling yang signifikan. Hal yang sama berlaku untuk baja bulat bergelombang. Sebagai contoh alat penggandeng pada jembatan, pada gambar. 2 diperlihatkan balok penopang jembatan di atas Ruhr dekat Herdecka (balok 60x40 dengan sanggurdi vertikal ϕ12, yang dilas ke balok penopang itu sendiri, untuk menghindari lekukan lebih lanjut akibat pengelasan); pada gambar. 3 sarana untuk menyambung gelagar melintang suatu jembatan, tergantung pada besarnya gaya transversal, digunakan sengkang yang dilas lateral untuk gelagar, serta sengkang yang dilas langsung untuk sabuk atas dengan gelagar khusus. Dalam kasus sengkang yang panjang, sengkang juga dapat dilas pada sisi yang berlawanan, gbr. 4a. Pada gambar. 4b adalah solusi yang ditunjukkan dengan sanggurdi miring.

Gambar 3 — Tumpuan melintang sebuah jembatan

Gambar 4 — Otak dengan sanggurdi

Dalam konstruksi bangunan juga digunakan sengkang kaku dengan sengkang atau sengkang saja, namun solusi dengan sengkang lunak juga banyak ditemui, seperti misalnya. sudut terpaku. Untuk alasan ekonomi, jangkar kopling lebih sering digunakan, yang dilas dengan butt ke penyangga baja (gbr. 5a), atau bertumpu pada penyangga dengan salah satu ujung bengkok (gbr. 5b). Pada gambar. 5c menunjukkan solusi yang sesuai dengan kait yang dipindahkan. Pada gambar. 6 menunjukkan solusi normal untuk penyangga langit-langit pada konstruksi bangunan, yaitu a) penyangga berpasangan yang terbuat dari balok-I, b) terbuat dari balok-T, yang dibuat dengan cara memotong balok-I. Pada ujung tumpuan, harus selalu disediakan penyangga ujung yang sangat kuat (gbr. 7). Jangkar miring digunakan untuk memberikan tegangan akibat penyusutan dan suhu pada pelat.

Gambar 5 — Jangkar kopling

Gambar 6 — Dukungan struktur mezzanine

Pengukuran alat penggandeng dilakukan berdasarkan prinsip dasar. Masing-masing sarana harus menerima gaya geser yang sesuai dengan jaraknya. Saat menentukan dimensi sambungan las batang otak, momen guling harus diperhitungkan.

Gambar 7 — a) Akhiri otak dengan penahan; b) penahan

Kopling elastis

Presentasi sebelumnya berkaitan dengan kopling kaku, dimana perpindahan relatif antara penyangga baja dan pelat sama dengan nol, dan sarana kopling bekerja secara kontinyu. Deformasi alat kopling, deformasi lokal beton dan penyangga baja diabaikan.

Gambar 8 — Braket dengan kopling elastis

Dengan asumsi kopling kaku, gaya yang ditransmisikan melalui alat kopling individu sebanding dengan gaya transversal dan jarak otak. Jika pergerakan relatif yang signifikan antara penyangga baja dan pelat beton terjadi di area tertentu, hal ini menyebabkan pengelompokan kembali gaya yang nyata. Beton sebagian dapat berhenti bertindak sebagai pelat tekanan dari balok berpasangan, sehingga nilai maksimum gaya geser berkurang secara signifikan. Pada gambar. 8 adalah contoh struktur dengan kopling elastis, mirip dengan jembatan di atas sungai Rhine, Koln-Rodenkirchen. Pada gambar. 9 menunjukkan efek kopling elastis pada tumpuan kontinu, untuk gaya terkonsentrasi dan beban terdistribusi secara merata. Perpindahan ψ, yang merupakan ukuran kekakuan kopling untuk menerima geser, didefinisikan pada gambar. 8. Oleh karena itu, pengaruh kopling elastis sangat besar, jika sifat-sifat kopling sengaja dipilih untuk menerima geser.

Gambar 9 — Contoh jembatan dengan kopling elastis

Perhitungan struktur berpasangan

Pada prinsipnya, adalah ekonomis jika ketebalan pelat beton dibuat sekecil mungkin, dengan tetap memperhatikan ketebalan minimum yang ditentukan oleh peraturan.

Konstruksi yang ditentukan secara statis

Untuk konstruksi statis (misalnya balok sederhana) pengaruh statis pada penampang umum untuk beban tertentu adalah konstan, resp. tidak bergantung pada waktu. Hanya momen lentur dan gaya normal pada bagian tertentu saja yang berubah-ubah akibat pengaruh aliran dan penyusutan.

Efek penyusutan dapat direpresentasikan sebagai perbedaan suhu antara penyangga baja dan pelat beton. Akibat penyusutan beton, timbul tegangan-tegangan dalam pada bagian yang digandeng, yaitu tegangan tarik akibat penyusutan pada beton, yang penyusutannya dicegah oleh pengaruh penopang baja (serta tulangan itu sendiri), sedangkan tegangan tekan yang bersangkutan terjadi pada bagian baja (gbr. 10). Penyusutan meningkat seiring waktu hingga mencapai nilai akhir berdasarkan fungsi eksponensial tunggal. Karena tegangan penyusutan juga meningkat seiring dengan deformasi penyusutan, hal ini menghasilkan apa yang disebut aliran penyusutan.

Gambar 10 — a) Kontraksi pelat bebas tanpa kopling; b) tegangan akibat penyusutan pada tumpuan berpasangan

Tergantung pada sistem statis yang mengasumsikan berat sendiri pelat beton, terdapat perbedaan: kopling untuk beban bergerak saja (berat sendiri diasumsikan hanya oleh penopang baja, dan sistem kopel hanya menerima beban yang bekerja pada struktur jadi), kopling untuk berat sendiri dan beban bergerak (seluruh berat sendiri dan beban bergerak bekerja pada sistem kopel).

Kasus pertama terjadi ketika balok baja berfungsi sebagai penyangga bekisting, tanpa ditopang, dan pada saat pengecoran dapat bengkok di lapangan (gbr. 11a). Dalam hal ini, penyangga baja itu sendiri menanggung beban beton dan bekisting. Ikatan hanya terjadi jika beton sudah cukup keras (gbr. 11b), sehingga penyangga tidak boleh dibebani segera setelah beton, untuk menghindari kerusakan atau aliran beton yang berlebihan.

Dalam kasus kedua, bila berat sendiri pelat beton juga diterima oleh sistem kopel (gbr. 11c), diasumsikan bahwa tumpuan baja ditumpu selama pengecoran pada tempat yang cukup, sehingga tidak menerima momen lentur yang berarti. Distribusi tegangan setelah perancah dilepas ditunjukkan pada gambar. 11d.

Gambar 11 — Kopling untuk beban bergerak dan beban mati, dengan distribusi tegangan sebelum dan sesudah pelepasan perancah

Pramuat

Dalam kasus balok sederhana, tegangan tarik yang lebih kecil terjadi pada beton hanya karena penyusutan dan perbedaan suhu. Tegangan tarik yang besar terjadi pada balok gantung, balok penopang kontinu dan struktur lainnya, dan hal ini dapat menyebabkan keretakan pada beton. Jika retakan muncul di area momen negatif, efek kopling akan hilang. Oleh karena itu, ada gunanya untuk menginduksi tegangan tekan kecil pada pelat beton terlebih dahulu untuk menghindari pembentukan retakan akibat penyusutan beton dengan aman. Tegangan tarik pada pelat beton balok kopel dapat dikurangi:

1. Dengan preloading negatif yang sesuai pada balok baja (pretensioning pada tepi atas). Urutan pembetonan harus dipelajari dengan cermat.

2. Dengan cara menaikkan dan menurunkan tumpuan tengah tumpuan secara terus menerus. dimana, dengan prosedur yang tepat, tegangan tekan dapat timbul pada pelat beton tumpuan yang digandeng.

3. Dengan memberikan pratekan. Kasus paling sederhana adalah ketika pelat beton bebas diberi pratekan, dan baru kemudian disambungkan ke penyangga baja. Keuntungan dari prosedur ini adalah gaya prategang yang relatif kecil, karena sabuk tekan pada penopang baja tidak diberi pratekan. Gelagar ini hanya menerima momen lentur akibat aliran dan penyusutan pelat beton, sehingga tetap lurus akibat gaya prategang. Pada gambar. 12a menunjukkan distribusi tegangan untuk kasus pratekan ini (t=0), dan pada gambar. 12b keadaan akhir di akhir aliran (t=tE) dan pada gambar. 12c tegangan lentur akibat pembebanan momen jangka pendek (t=a). Pada gambar. 12d menunjukkan distribusi tegangan untuk t=0 pada kasus prategang pada pelat beton terikat.

Gambar 12 — Pratekan pada pelat beton yang berdiri bebas dengan sambungan berikutnya

Konstruksi statis tak tentu

Gerder menerus dan struktur serupa menerima momen lentur negatif, yang seringkali menyebabkan tegangan tarik tinggi pada pelat beton bertulang. Retakan tidak diinginkan, terutama pada jembatan, mengingat masa pakai balok penopang dan pengaruh takik pada retakan. Sistem statis tak tentu dihitung untuk beban jangka pendek (beban bergerak) sesuai dengan metode statika biasa untuk sistem tidak berubah. Besaran statis dan deformasi yang bersangkutan sama dengan sistem elastis ideal. Di bawah pengaruh pembebanan konstan, terutama prategang tinggi, aliran besar selalu terjadi. Saat menentukan gaya pratekan, gesekan elemen prategang yang tertekuk harus diperhitungkan. Selama konstruksi, overhang jembatan berpasangan harus dipilih dengan cermat. Penyangga berpasangan yang sudah jadi sangat kaku, sehingga hampir tidak mungkin untuk melakukan koreksi posisi ketinggian selanjutnya. Tingkat akhir dicapai hanya setelah beberapa tahun, dengan mempertimbangkan alirannya. Ketinggian tersebut masih belum pasti karena dampak penyusutan dan aliran bervariasi, bergantung pada kondisi iklim yang tidak dapat diprediksi.

Kesimpulan

Penerapan kopling tidak terbatas pada balok lembaran logam, tetapi juga dapat mencakup penyangga untuk pengaku balok Langer, jembatan gantung, dan lain-lain, serta balok penopang kisi dengan jalur lalu lintas naik atau turun. Jembatan kisi - tegangan tarik yang tinggi terjadi pada pelat jalan dekat jalan raya di bawahnya, karena pelat tersebut sedikit banyak harus mengikuti pemanjangan sabuk tegangan gelagar utama. Pratekan longitudinal yang cukup diperlukan untuk menghindari retak. Pada gambar. 13 adalah kasus batas di mana jaringan baja tidak lagi memiliki sabuk bawah, dan perannya sepenuhnya diambil alih oleh pelat beton bertulang pratekan di kedua arah. Pada gambar. 13b Anda dapat melihat saluran penampang 60x180 mm di penyangga itu sendiri.

Gambar 13 — Jembatan Gahle: a) bagian; b) persimpangan sabuk bawah, kiri di stasiun utama, kanan di Vešaljka