Wichteg technesch a Sécherheetsnotiz: Dëst ass en archivellen Bildungstext, net e strukturellen Design, statesche Berechnung, applicabel Norm, Gelenkdetail oder Instruktioun fir Konstruktioun, Schweißen, Beton, Shoring, Prespannung oder Rehabilitatioun. All originell Formulen, Marquage, Dimensiounen, Materialien, Prozeduren a Fuerderunge ginn ouni Verifizéierung no de Reglementer vun haut transferéiert. Den Design an d’Ausféierung vu gekoppelte Stolbetonstrukturen gehéiert exklusiv un autoriséierten Bauingenieuren, Strukturkonstrukteuren, Entrepreneuren an Iwwerwaachung baséiert op dem spezifeschen Objet, Laascht, Buedem, Material an applicabel Normen.
Zesummenhang Informatioun: Holzfenster no Ärem Projet gemaach. · Made-to-order Holz-Aluminium Fënsteren. · Hëlzent an Holz-Aluminium Dieren op Bestellung. · Schéckt eng Offer Ufro.
Aféierung
An e puer Konstruktioune gi Betonbetonplacke op Stahlstützen benotzt, wéi zum Beispill Trottoirplacke vu Brécke op I-Längs- a Quer-Girder oder Plafongen an Gebaier op I-Girders. Virdrun goufen esou Systemer ënner der Virgab dimensionéiert datt dës zwee Elementer matenee kënne beweegen an datt Momenter a Richtung Haaptspann nëmme vu Stahlstützen opgeholl goufen. D’Betonplack huet d’Belaaschtung op d’Stolbalken iwwerdroen, awer net un der Empfang vun den entspriechende statesche Wäerter deelgeholl (Fig.1).
Bild 1 — Gekoppelten Träger, System
Fir dës Konstruktiounsmethod sinn an der Betonplack a reegelméissegen Ofstänn transversal Gelenker virgesinn, fir d’Schrumpfung vum Betonbeton z’erméiglechen an ongewollt Rëss ze vermeiden, also zousätzlech Spannungen. D’Erfahrung huet awer gewisen, datt déi tatsächlech Kräften an esou engem System däitlech anescht sinn wéi déi berechent. Beim Kontakt tëscht der Betonplack an der Stahlunterlag entsteet eng grouss Reibung (Haftspannung), sou datt béid Elementer ëmmer zesummeschaffen.
Den Nodeel vum onerwaarten Kupplungseffekt ass d’Erscheinung vun engem Notch Effekt op d’Gelenker vun der Betonplack. Scherbelastungen laanscht d’Abutmentfläche vergréisseren schaarf no bei der Gelenk, ähnlech wéi Schéierspannungen op den Enn vun de Säitenähte. Well d’Positioun vun der Nulllinn am Gelenk praktesch net ännert, kënnen d’normale Spannungen an der Stahlunterstëtzung wesentlech méi héich sinn wéi déi fir eenheetlech Kupplung berechent. Vun dëser Notch unzefänken, kann Adhäsiounsmastering optrieden, déi sech weider verbreet. Dofir erfëllen d’Gelenker an der Trottoirplack hir Roll net a sinn net effektiv.
Gekoppelte Klammern
Am Fall vu gekoppelte Stützen gëtt ugeholl datt d’Schéierkraaft op der Kontaktfläch tëscht der Stahlstützung an der Betonplack sécher iwwerdroe kënne ginn (Kräften an de Balken). D’Regel ass datt d’Betonplack direkt op den ieweschte Gürtel vun der Stahlunterstëtzung läit an datt et keng relativ Beweegunge gëtt. Bei dëser sougenannter Mat steife Kupplung gi speziell Verbindungsmëttel benotzt (Stäben, Stiwwelen, Ankeren), déi a Beton agebonne sinn.
Mir betruechten de Fall vun engem gekoppelte Strahl mat enger Betonplack ouni transversal Gelenker. Wann eng bestëmmte Belaaschtung (z. B. Béiemoment) nëmme kuerzzäiteg wierkt, ginn déi entspriechend Spannungen an Deformatiounen Δσ, resp. Δε no elementarer Stäerktwëssenschaft, ähnlech wéi Betonbeton. Spannungen am Stol a Beton, bei enger gewësser Verlängerung, stinn par rapport zu hirem Elastizitéitsmodul: σst/σb = Est/Eb = n. Wann d’Laascht laangfristeg ass, entstinn Deformatiounen vum Beton wéinst Schrumpfung a Floss. Wann mat ε0= σ/E0 markéiert d’Verformung duerch kuerzfristeg Belaaschtung am Moment t =0, d’Verformung erhéicht ënner permanenter Belaaschtung duerch Reibung bis zum Moment t zum Wäert εt = ε0(t + φt). Ënnert deene selwechte Konditioune ginn Ausbezuelungsdeformatiounen berechent wéi wa se proportional zu Spannungen wieren. Dofir gëtt gesot datt dem Hooke säi Gesetz fir Deformatiounen duerch Flow gëlt. De Flowskoeffizient φt hänkt vun der Zäit, der Klass vum Beton, der externer Temperatur, der Loftfiichtegkeet, dem Moment vun der Belaaschtung vum Element, etc.
Amplaz sech no Bernoulli\ an Navier\ ze béien, entstinn Differentialverhältnisser, also d’Spannungsverdeelung soll aus der Differentialgleichung fir de Flux bestëmmt ginn. Als Resultat vum Floss ginn d’Spannungen am Beton erof, während d’Spannungen am Stol eropgoen. Dës Spannungsännerungen hänken, nieft de Querschnittsmoossnamen, vun den elastesche Dimensiounen an dem Laaschtmoment of. Ähnlech Konsequenze wéi vum Floss entstinn aus Schrumpfung vum Beton. D’Quantitéit u Schrumpfmoossnamen εs hänkt vum Beton, der Method vu senger Produktioun, wéi och vun de klimateschen Zoustänn of. Betonschrumpf hänkt net vun der Belaaschtung op d’Element of.
Kopplung heescht
D’Kupplungsmëttel solle sécher all Schéierkraaft an de Beton- a Stahlflächen a Kontakt iwwerdroen, duerch d’Laascht, déi optrieden, an domat rutschen. Zousätzlech sollten se déi schräg Haaptspannungskräften kréien, wann duerch hir Gréisst d’Betonsektioun selwer se net ophuelen kann. D’Gréisst vun de Kräfte gëtt no der elementarer Béietheorie bestëmmt. Déi folgend Kupplungsmëttel ginn ugesinn:
- Kupplungsanker: Dëst sinn ronn oder flaach Eiseplacke, geschweest un den ieweschte Rimm vun der Stahlunterstëtzung, déi ähnlech wéi gebéit Verstäerkung vu Betonstrahlen. Si ginn als Haken oder Bügel gemaach, diagonal oder vertikal. Dës Anker handelen nëmmen an eng Richtung a sinn net effektiv wann d’Schéierkraaft Zeechen ännert.
- Klammern: Si sinn op der ieweschter Uewerfläch vun der Stahlunterstëtzung befestegt, si kënne Schéierkraaft a béid Richtungen kréien. En Ënnerscheed soll tëscht mëllen a steife Gehirer a Richtung vun der Schéierkraaft gemaach ginn. Soft Gehirzellen leiden bedeitend Deformatiounen an ongläich verdeelen d’Schéierkräften iwwer hir Uewerfläch. Steife Gehirer ginn eng besser Verdeelung vu Kräfte bei méi klengen Deformatiounen.
Bild 2 — Bréck iwwer d’Ruhr bei Herdecke
- Spiralverstäerkung: Et läit op enger Stahlunterstëtzung a gëtt an de Kontaktpunkte geschweest. Spiralen sinn net gëeegent fir bedeitend Kupplungskräften. Dat selwecht gëllt fir gewellte Ronn Stahl. Als Beispill vu Mëttele fir Kopplung op Brécke, an der Fig. 2 sinn d’Girder vun der Bréck iwwer d’Ruhr bei Herdecka gewisen (Girders 60x40 mat vertikale Bügelen ϕ12, déi vun der Schweiße selwer an d’Schweißen net weider geschweest ginn; an fig. 3 Mëttel fir d’Verbindung vun de transversale Gürtel vun enger Bréck, jee no der Gréisst vun der transversaler Kraaft, lateral verschweißte Bügel fir d’Girder, wéi och direkt verschweißte Bügel fir den Uewergurt mat spezielle Gürtel, goufen ugewannt. Am Fall vu laange Bügel kënnen d’Bügelen och op entgéintgesate Säite verschweißt ginn, Fig. 4a. An der Fig. 4b ass déi ugewisen Léisung mat schräg Stiwwelen.
Figur 3 — Transversal Ënnerstëtzung vun enger Bréck
Bild 4 — Gehirer mat Stiwwelen
Beim Baukonstruktioun ginn och steife Stiwwelen mat Stiwwelen oder just Stiwwelen benotzt, awer och Léisunge mat mëllen Stiwwelen, wéi z.B. Nieten Ecker. Aus wirtschaftleche Grënn gi Kupplungsanker méi oft benotzt, déi op eng Stahlunterstëtzung (Fig. 5a) geschweest ginn, oder op der Ënnerstëtzung mat engem gebéiten Enn (Fig. 5b) riicht. An der Fig. 5c weist déi entspriechend Léisung mat verdrängten Haken. An der Fig. 6 weist eng normal Léisung fir Plafongsstützen am Baukonstruktioun, nämlech a) eng gekoppelt Ënnerstëtzung aus I-Träger, b) aus T-Träger, déi duerch Ausschneiden vun den I-Träger erstallt gëtt. Um Enn vun den Ënnerstëtzer sollten ëmmer besonnesch staark Ennklammern zur Verfügung gestallt ginn (Fig. 7). Schréiegt Anker gi benotzt fir Spannungen aus Schrumpfung an Temperatur an d’Plack anzeféieren.
- Bild5- Kupplungsanker*
- Bild6- Ënnerstëtzung vun der Mezzanine Struktur*
Dimensioun vun de Mëttele fir d’Kupplung gëtt no elementar Prinzipien duerchgefouert. Individuell Mëttel sollen eng Schéierkraaft kréien, déi zu hirem Ofstand entsprécht. Beim Dimensioun vun der geschweißte Verbindung vum Gehir, sollt den Iwwerdréimoment berücksichtegt ginn.
- Bild7- a) Enn Gehir mat Verankerung; b) Verankerung*
Elastesch Kupplung
Virdrun Präsentatiounen hunn op steife Kupplung bezeechent, wou d’relativ Verschiebung tëscht der Stahlunterstëtzung an der Plack gläich ass null, an d’Kupplungsmëttelen handelen kontinuéierlech. D’Verformung vun de Kupplungsmëttelen, d’lokal Verformung vum Beton an d’Stolunterstëtzung goufen vernoléissegt.
- Bild8- Klammer mat elastesche Kupplung*
Ënnert der Viraussetzung vun der steifer Kopplung sinn d’Kräften, déi duerch individuell Kupplungsmëttel iwwerdroe ginn, proportional zu der transversaler Kraaft an dem Ofstand vum Gehir. Wann bedeitend Relativbeweegungen tëscht der Stahlunterstëtzung an der Betonplack a bestëmmte Beräicher optrieden, verursaacht dëst eng merkbar Regruppéierung vu Kräfte. Beton kann deelweis ophalen als Drockplack vun engem gekoppelte Strahl ze handelen, wouduerch d’maximal Wäerter vun de Schéierkraaft wesentlech reduzéiert ginn. An der Fig.8e Beispill vun enger Konstruktioun mat enger elastescher Kupplung gëtt uginn, ähnlech wéi d’Bréck iwwer de Rhäin, Köln-Rodenkirchen. An der Fig.9den Effekt vun der elastescher Kupplung op eng kontinuéierlech Ënnerstëtzung gëtt gewisen, fir eng konzentréiert Kraaft an eng voll gläichméisseg verdeelt Belaaschtung. D’Verschiebung ψ, wat e Mooss fir d’Steifheit vun der Kupplung fir d’Erhalen vun der Schéier ass, ass an der Fig.8. Den Afloss vun der elastescher Kupplung ass also ganz grouss, wann d’Charakteristiken vun der Kupplung gezielt gewielt ginn fir Schéier ze kréien.
- Bild9— Beispill fir eng Bréck mat elastesche Kupplung*
Berechnung vu gekoppelte Konstruktiounen
Prinzipiell ass et wirtschaftlech datt d’Dicke vun der Betonplack sou kleng wéi méiglech ass, während d’Mindestdecken, déi duerch d’Reglementatioun festgeluegt sinn, respektéiert ginn.
Statesch bestëmmte Strukturen
Bei statesch bestëmmte Konstruktiounen (z.B. einfache Balken) sinn déi statesch Aflëss am gemeinsame Sektioun fir eng bestëmmte Last konstant oder onofhängeg vun der Zäit. Nëmmen d’Biegemomenter an d’normale Kräften a verschiddenen Deeler vun der Sektioun si variabel duerch d’Auswierkunge vum Stroum a Schrumpfung.
Den Effekt vum Schrumpfung kann als entspriechend Temperaturdifferenz tëscht der Stahlunterstëtzung an der Betonplack duergestallt ginn. Als Resultat vun der Betonschrumpfung erschéngen intern Spannungen an der gekoppelter Sektioun, nämlech Spannspannungen aus Schrumpfung am Beton, deenen hir Schrumpfung duerch den Afloss vun der Stahlunterstëtzung (wéi och vun der Verstäerkung selwer) verhënnert gëtt, während entspriechend Kompressiounsspannungen am Stahlabschnitt (Fig. 10). D’Schrumpfung erhéicht mat der Zäit bis zu engem definitive Wäert no enger eenzeger exponentieller Funktioun. Well d’Schrumpspannungen och mat Schrumpfdeformatiounen eropgoen, entsteet dat de sougenannte Schrumpffluss.
Figur 10 — a) Kontraktioun vun der fräier Plack ouni Kupplung; b) Spannungen duerch Schrumpfung a gekoppelte Stützen
Ofhängeg vum statesche System, deen d’Selbstgewiicht vun der Betonplack iwwerhëlt, gëtt et en Ënnerscheed: Kupplung nëmme fir d’Bewegungslast (d’Selbstgewiicht gëtt nëmme vun der Stahlunterstëtzung ugeholl, an de gekoppelte System kritt nëmmen d’Laascht, déi op der fäerdeger Struktur handelen), d’Kupplung fir d’Eegegewiicht an d’Selbstgewiichtbelaaschtung (d’Selbstgewiicht gëtt nëmme vun der Stahlunterstëtzung ugeholl, an de gekoppelte System kritt nëmmen d’Laascht, déi op der fäerdeger Struktur handelen), d’Kupplung fir d’Eegegewiicht an d’Selbstgewiichtbelaaschtung (d’Bewegungslaascht) system).
Den éischte Fall geschitt wann d’Stahlgitter als Schalungstützen déngen, ouni ze ënnerstëtzen, a beim Beton kënne se am Feld béien (Fig. 11a). An dësem Fall hëlt d’Stolstütz selwer d’Gewiicht vum Beton a Schalung. Bindung geschitt nëmmen wann de Beton haart genuch ass (Fig. 11b), sou datt d’Ënnerstëtzung net direkt nom Beton belaascht gëtt, fir Schued oder exzessive Floss vum Beton ze vermeiden.
Am zweete Fall, wann d’Selbstgewiicht vun der Betonplack och vum gekoppelte System kritt gëtt (Fig. 11c), gëtt ugeholl datt d’Stolstützung während der Betonung op genuch Plazen ënnerstëtzt gëtt, sou datt et keng bedeitend Béiemomenter kritt. D’Spannungsverdeelung no der Entfernung vum Steiger gëtt a Fig. 11d.
Figur 11 — Kupplung fir bewegt an doudebelaaschtung, mat Spannungsverdeelungen virun an no der Entfernung vum Steiger
Preload
Am Fall vun einfache Balken entstinn am Beton nëmme méi kleng Spannspannungen duerch Schrumpf an Temperaturdifferenz. Substantiell Spannspannungen entstinn an Iwwerhangstrahlen, kontinuéierleche Gürtelen an aner Strukturen, an dës kënnen Rëss am Beton verursaachen. Wann Rëss am Beräich vun negativ Momenter schéngen, ass de Kopplung Effekt verluer. Dofir ass et nëtzlech fir am Viraus kleng Kompressiounsspannungen an der Betonplack ze induzéieren, fir sécher d’Bildung vu Rëss duerch Betonschrumpfung ze vermeiden. Spannspannungen an der Betonplack vu gekoppelte Balken kënne reduzéiert ginn:
1. Duerch entspriechend negativ Virbelaaschtung vum Stahlgitter (Virspannung vun der ieweschter Kante). Zur selwechter Zäit soll d’Sequenz vum Beton suergfälteg studéiert ginn.
2. Duerch d’Erhéijung an d’Senkung vun den mëttleren Ënnerstëtzer vu kontinuéierlechen Ënnerstëtzer. wouduerch, mat der entspriechender Prozedur, Drockspannungen an der Betonplack vun der gekoppelter Ënnerstëtzung verursaacht ginn.
3. Duerch Prestress. Deen einfachste Fall ass wann e fräie Betonplack presséiert ass, an eréischt duerno mat enger Stahlunterstëtzung verbonnen ass. De Virdeel vun dëser Prozedur ass eng relativ kleng Spannkraaft, well de kompriméierte Gürtel vun der Stahlunterstëtzung net virgedréckt ass. Dëse Gier kritt nëmme Béiemomenter duerch de Floss an de Schrumpfung vun der Betonplack, sou datt et riicht bleift wéinst der Spannkraaft. An der Fig.12an d’Stressverdeelung fir dëse Fall vun der Prestress gëtt gewisen (t=0), an Abb.12b Finale Staat um Enn vum Flux (t = tE) an Fig.12c Béiespannungen duerch kuerzfristeg Momentbelaaschtung (t=a). An der Fig.12d weist d’Spannungsverdeelung fir t=0 am Fall vun der Virspannung vun der gebonnen Betonplack.
- Bild12- Virspannung vun enger fräi stänneger Betonplack mat uschléissender Kupplung*
Statesch onbestëmmten Konstruktiounen
Kontinuéierlech Gierder an ähnlech Strukture kréien negativ Béiemomenter, déi dacks héich Spannspannungen an der Betonplack verursaachen. Rëss sinn onerwënscht besonnesch a Brécke, andeems d’Liewensdauer vun de gekoppelte Trägere berücksichtegt gëtt an den Effekt vun Notches op de Rëss. Statesch onbestëmmte Systemer gi fir kuerzfristeg Lasten (Bewegungslasten) no den übleche Methode vun der Statik fir en onverännert System berechent. Déi entspriechend statesch Quantitéiten an Deformatiounen sinn déiselwecht wéi an engem ideal elastesche System. Ënnert dem Effekt vu konstanter Belaaschtung, besonnesch héich Prestressing, geschitt ëmmer e grousse Stroum. Bei der Bestëmmung vun der Spannkraaft soll d’Reibung vun de gebéiten Spannelementer berücksichtegt ginn. Wärend der Konstruktioun sollt den Iwwerhang vu gekoppelte Brécke suergfälteg ausgewielt ginn. Fäerdeg gekoppelt Ënnerstëtzer si ganz steif, also ass et bal onméiglech fir spéider Korrekturen vun der Héicht Positioun ze maachen. Den definitiven Niveau gëtt eréischt no e puer Joer erreecht, wann de Flux berücksichtegt gëtt. Dës Ausgläichung ass zu engem gewësse Mooss onsécher, well d’Auswierkunge vu Schrumpfung a Flux variabel sinn, jee no klimatesche Bedéngungen, déi net virausgesot kënne ginn.
Conclusioun
D’Uwendung vun der Kupplung ass net limitéiert op Blechstrahlen, mee kann och Ënnerstëtzer fir d’Versteifung vu Langer-Trägere, Ophiewebrécken, asw. Gitterbrécke - an de Stroosseplacke bei der Strooss drënner trëtt héich Spannspannungen op, well dës Plättercher méi oder manner der Verlängerung vum Spanngurt vum Haaptgitter verfollegen. Eng adequat Längsvirspannung ass néideg fir Rëss ze vermeiden. An der Fig. 13 ass e Grenzfall an deem d’Stolgitter net méi e méi nidderegen Rimm huet, a seng Roll komplett iwwerholl gëtt vun enger verstäerkter Betonplack, déi a béid Richtungen virgespannen ass. An der Fig. 13b Dir kënnt d’Querschnëttskanäl gesinn 60x180 mm an der Ënnerstëtzung selwer.
Bild 13 — Gahle Bridge: a) Sektioun; b) Kräizung vum ënneschte Gürtel, lénks op der Haaptstatioun, riets bei Vešaljka