Viktig teknisk og sikkerhetsmessig merknad: Dette er en pedagogisk arkivtekst, ikke en strukturell utforming, statisk beregning, gjeldende standard, skjøtedetalj eller instruks for konstruksjon, sveising, betongstøping, støtte, forspenning eller rehabilitering. Alle originale formler, merker, dimensjoner, materialer, prosedyrer og krav overføres uten verifisering i henhold til dagens regelverk. Prosjektering og utførelse av sammenkoblede stål-betongkonstruksjoner tilhører utelukkende autoriserte sivilingeniører, konstruksjonsdesignere, entreprenører og tilsyn basert på det spesifikke objektet, belastning, jord, materiale og gjeldende standarder.
Tilkoblede konstruksjoner er ikke en spesiell tjeneste i det nåværende offentlige tilbudet til Savo Kusić. Det nåværende fokuset er trevinduer, tre-aluminiumsvinduer og tilpassede dører. For et vindus- eller dørprosjekt kan du sende forespørsel om tilbud.
Introduksjon
I enkelte konstruksjoner benyttes armerte betongplater på stålstøtter, som fortauplater av bruer på I-langsgående og tverrgående dragere eller himlinger i bygninger på I-dragere. Tidligere ble slike systemer dimensjonert under forutsetning av at disse to elementene kunne bevege seg med hverandre og at momenter i retning av hovedspennet kun ble mottatt av stålstøtter. Betongplaten overførte lasten til stålbjelkene, men var ikke med på å motta de tilsvarende statiske verdiene (fig.1).
Figur 1 — Koblet holder, system
For denne konstruksjonsmetoden er det forutsatt tverrgående skjøter i betongplaten med jevne mellomrom, for å muliggjøre krymping av armert betong og unngå uønskede sprekker, dvs. tilleggsspenninger. Erfaring har imidlertid vist at de faktiske kreftene i et slikt system er vesentlig forskjellige fra de som er beregnet. Ved kontakten mellom den armerte betongplaten og stålstøtten oppstår det en stor friksjon (heftespenning), slik at begge elementene alltid samarbeider.
Ulempen med den uventede koblingseffekten er utseendet til en hakkeffekt på skjøtene til betongplaten. Skjærspenninger langs anleggsflaten øker kraftig nær skjøten, på samme måte som skjærspenninger i endene av sidesømmene. Siden posisjonen til nulllinjen ved skjøten praktisk talt ikke endres, kan normalspenningene i stålstøtten være betydelig høyere enn de som er beregnet for jevn kobling. Fra dette hakket kan det oppstå adhesjonsmestring som sprer seg videre. Derfor oppfyller ikke skjøtene i fortausplaten sin rolle og er ikke effektive.
Sammenkoblede braketter
Ved koblede støtter forutsettes det at skjærkreftene på kontaktflaten mellom stålstøtten og betongplaten trygt kan overføres (krefter i bjelkene). Regelen er at betongplaten hviler direkte på det øvre båndet av stålstøtten og at det ikke er noen relative bevegelser. Ved denne såkalte With rigid coupling brukes spesielle tilkoblingsmidler (spindler, stigbøyler, ankere) som er innstøpt i betong.
Vi vil vurdere tilfellet med en koblet bjelke med en betongplate uten tverrgående skjøter. Dersom en viss last (f.eks. bøyemoment) kun virker i kort tid, vil tilsvarende spenninger og deformasjoner Δσ, hhv. Δε i henhold til elementær styrkevitenskap, lik armert betong. Spenninger i stål og betong, ved en viss forlengelse, står i forhold til deres elastisitetsmodul: σst/σb = Est/Eb = n. Hvis belastningen er langvarig, oppstår deformasjoner av betongen på grunn av krymping og flyt. Hvis med ε0= σ/E0 merk deformasjonen på grunn av kortvarig belastning i øyeblikket t =0, deformasjonen øker under permanent belastning på grunn av friksjon til øyeblikket t til verdien εt = ε0(t + φt). Under de samme forholdene beregnes flytdeformasjoner som om de var proporsjonale med spenninger. Det er derfor det sies at _Hooke_s lov gjelder deformasjoner på grunn av flyt. Strømningskoeffisienten φt avhenger av tid, betongklasse, ytre temperatur, luftfuktighet, belastningsmoment for elementet, etc.
I stedet for å bøye etter Bernoulli\ og Navier\ oppstår differensialrelasjoner, dvs. spenningsfordelingen bør bestemmes ut fra differensialligningen for strømning. Som følge av flyt avtar spenningene i betongen, mens spenningene i stålet øker. Disse spenningsendringene avhenger, i tillegg til tverrsnittsdimensjonene, av de elastiske dimensjonene og belastningsmomentet. Lignende konsekvenser som ved flyt oppstår ved krymping av betong. Mengden av krympingstiltak εs avhenger av betongen, produksjonsmetoden, samt av de klimatiske forholdene. Betongsvinn er ikke avhengig av belastningen på elementet.
Kobling betyr
Koblingsanordningen skal trygt overføre alle skjærkrefter i betong- og ståloverflatene som er i kontakt, på grunn av belastningene som oppstår, og dermed forhindre sklir. I tillegg bør de motta de skrå hovedspennkreftene, hvis betongseksjonen selv på grunn av deres størrelse ikke kan motta dem. Størrelsen på kreftene bestemmes i henhold til den elementære bøyeteorien. Følgende regnes som koblingsmåter:
- Koblingsankre: Disse er runde eller flate jernplater, sveiset til det øvre beltet av stålstøtten, som fungerer på samme måte som bøyd armering av armerte betongbjelker. De er laget som kroker eller stigbøyler, diagonalt eller vertikalt. Disse ankrene virker bare i én retning og er ikke effektive hvis skjærkraften endrer fortegn.
- Braketter: De er festet til den øvre overflaten av stålstøtten, de kan motta skjærkrefter i begge retninger. Det bør skilles mellom myke og stive hjerner i retning av skjærkraften. Myke hjerneceller lider av betydelige deformasjoner og fordeler skjærkreftene ujevnt over overflaten. Stive hjerner gir en bedre fordeling av krefter med mindre deformasjoner.
Bilde 2 — Bro over Ruhr-elven nær Herdecke
- Spiralforsterkning: Den hviler på en stålstøtte og er sveiset ved kontaktpunktene. Spiraler er ikke egnet for betydelige koblingskrefter. Det samme gjelder for korrugert rundstål. Som et eksempel på midler for kobling på broer, i fig. 2 er vist bjelkene til broen over Ruhr nær Herdecka (dragere 60x40 med vertikale stigbøyler ϕ12, som er sveiset til bjelkene for å unngå å sveise videre); i fig. 3 midler for å koble sammen tverrdragerne til en bro, avhengig av størrelsen på tverrkraften, ble sidesveisede bøyler for bjelkene, samt direktesveisede bøyler for det øvre beltet med spesialbjelker, brukt. Ved lange bøyler kan bøylene også sveises på motsatte sider, fig. 4a. I fig. 4b er den viste løsningen med skråstilte stigbøyler.
Figur 3 — Tverrgående støtte av én bro
Bilde 4 — Hjerner med stigbøyler
I bygningskonstruksjon brukes også stive bøyler med bøyler eller bare bøyler, men man møter også løsninger med myke bøyler, som f.eks. klinkede hjørner. Av økonomiske årsaker brukes oftere koblingsankere, som er stumpsveiset til en stålstøtte (fig. 5a), eller hviler på støtten med en bøyd ende (fig. 5b). I fig. 5c viser den tilsvarende løsningen med forskjøvne kroker. I fig. 6 viser en normal løsning for takstøtter i bygningskonstruksjon, nemlig a) en koplet støtte laget av I-bjelker, b) laget av T-bjelker, som skapes ved å kutte I-bjelkene. Ved endene av støttene skal det alltid være spesielt sterke endestøtter (fig. 7). Skrå ankre brukes til å innføre spenninger fra krymping og temperatur inn i platen.
Bilde5— Koblingsankere
Bilde6— Støtte av mesaninstrukturen
Dimensjonering av midlene for kobling utføres i henhold til elementære prinsipper. Individuelle midler bør motta en skjærkraft som tilsvarer deres avstand. Ved dimensjonering av den sveisede forbindelsen til hjernen bør veltemomentet tas i betraktning.
Bilde7— a) Endehjerne med forankring; b) forankring
Elastisk kobling
Tidligere presentasjoner har referert til stiv kobling hvor den relative forskyvningen mellom stålstøtten og platen er lik null, og koblingsmidlene virker kontinuerlig. Deformasjonen av koblingsmidlene, den lokale deformasjonen av betongen og stålstøtten ble neglisjert.
Bilde8— Brakett med elastisk kobling
Under forutsetning av stiv kobling er kreftene som overføres av individuelle koblingsmidler proporsjonale med tverrkraften og avstanden til hjernen. Dersom det oppstår betydelige relative bevegelser mellom stålstøtten og betongplaten i enkelte områder, forårsaker dette en merkbar omgruppering av krefter. Betong kan delvis slutte å fungere som en trykkplate til en koplet bjelke, hvorved maksimalverdiene av skjærkrefter reduseres betydelig. I fig.8et eksempel på en konstruksjon med elastisk kopling er gitt, lik broen over Rhinen, Koln-Rodenkirchen. I fig.9effekten av elastisk kobling på en kontinuerlig støtte er vist, for en konsentrert kraft og en fullstendig jevnt fordelt belastning. Forskyvningen ψ, som er et mål på stivheten til koblingen for mottak av skjær, er definert i fig.8. Påvirkningen av elastisk kobling er derfor meget stor, dersom egenskapene til koblingen er valgt målrettet for å motta skjærkraft.
Bilde9— Eksempel på en bro med elastisk kobling
Beregning av koblede konstruksjoner
I prinsippet er det økonomisk at tykkelsen på betongplaten skal være så liten som mulig, mens minimumstykkelsene fastsatt av forskriftene skal overholdes.
Statisk bestemte strukturer
Ved statisk bestemte konstruksjoner (f.eks. enkle bjelker) er de statiske påvirkningene i fellessnittet for en viss last konstant, eller uavhengig av tid. Bare bøyemomentene og normalkreftene i enkelte deler av strekningen er variable på grunn av effektene av strømning og svinn.
Effekten av svinn kan representeres som en tilsvarende temperaturforskjell mellom stålstøtten og betongplaten. Som følge av betongkrymping oppstår det indre spenninger i den koblede seksjonen, nemlig strekkspenninger fra krymping i betongen, hvis krymping forhindres ved påvirkning av stålunderlaget (samt selve armeringen), mens tilsvarende trykkspenninger oppstår i stålseksjonen (fig. 10). Krymping øker med tiden til en endelig verdi i henhold til en enkelt eksponentiell funksjon. Siden krympespenninger også øker med krympingsdeformasjoner, resulterer dette i den såkalte krympestrømmen.
Figur 10 — a) Sammentrekning av fri plate uten kobling; b) spenninger på grunn av krymping i koblede støtter
Avhengig av det statiske systemet som forutsetter betongplatens egenvekt, er det en forskjell: kobling kun for den bevegelige lasten (egenvekten antas kun av stålstøtten, og det koblede systemet mottar kun belastningene som virker på den ferdige konstruksjonen), kobling for egenvekten og den bevegelige egenlasten (den bevegelige egenvekten virker på egenvekten og den bevegelige egenlasten). system).
Det første tilfellet oppstår når ståldragerne fungerer som forskalingsstøtter, uten å bli støttet, og under støping kan de bøye seg i feltet (fig. 11a). I dette tilfellet tar selve stålstøtten vekten av betongen og forskalingen. Liming skjer kun når betongen er hard nok (fig. 11b), så støtten må ikke belastes umiddelbart etter støping, for å unngå skade eller overdreven flyt av betongen.
I det andre tilfellet, når betongplatens egenvekt også mottas av det koblede systemet (fig. 11c), antas det at stålstøtten støttes under støping på tilstrekkelige steder, slik at den ikke får betydelige bøyemomenter. Spenningsfordelingen etter fjerning av stillaset er vist i fig. 11d.
Figur 11 — Kopling for flytting og egenlast, med spenningsfordelinger før og etter fjerning av stillaset
Forhåndslast
Ved enkle bjelker oppstår mindre strekkspenninger i betong kun på grunn av krymping og temperaturforskjell. Det oppstår betydelige strekkspenninger i overhengsbjelker, gjennomgående dragere og andre konstruksjoner, og disse kan gi sprekker i betongen. Hvis det oppstår sprekker i området med negative øyeblikk, går koblingseffekten tapt. Derfor er det nyttig å indusere små trykkspenninger i betongplaten på forhånd for på en sikker måte å unngå dannelse av sprekker på grunn av betongkrymping. Strekkspenninger i betongplaten til koblede bjelker kan reduseres:
1. Ved tilsvarende negativ forspenning av ståldrageren (forspenning av overkant). Rekkefølgen av støping bør studeres nøye.
2. Ved å heve og senke midtstøttene til kontinuerlige støtter. hvorved, med passende prosedyre, kan det oppstå trykkspenninger i betongplaten til den koblede støtten.
3. Ved å forspenne. Det enkleste tilfellet er når en fri betongplate forspennes, og først senere kobles til en stålstøtte. Fordelen med denne prosedyren er en relativt liten forspenningskraft, siden det komprimerte beltet til stålstøtten ikke er forspent. Denne drageren mottar kun bøyemomenter på grunn av flyt og krymping av betongplaten, så den forblir rett på grunn av forspenningskraften. I fig.12og spenningsfordelingen for dette tilfellet av forspenning vises (t=0), og i fig.12b slutttilstand ved slutten av strømningen (t=tE) og i fig.12c bøyespenninger på grunn av kortvarig momentbelastning (t=a). I fig.12d viser spenningsfordelingen for t=0 ved forspenning av den limte betongplaten.
Bilde12— Forspenning av en frittstående betongplate med påfølgende kobling
Statisk ubestemte konstruksjoner
Kontinuerlige dragere og lignende konstruksjoner får negative bøyemomenter, som ofte gir høye strekkspenninger i den armerte betongplaten. Sprekker er uønsket, spesielt i broer, med tanke på levetiden til de sammenkoblede dragerne og effekten av hakk på sprekkene. Statisk ubestemte systemer beregnes for kortsiktige laster (bevegelige laster) i henhold til vanlige metoder for statikk for et uendret system. De tilsvarende statiske mengdene og deformasjonene er de samme som i et ideelt elastisk system. Under påvirkning av konstant belastning, spesielt høy forspenning, oppstår alltid stor strømning. Ved bestemmelse av spennkraften bør det tas hensyn til friksjonen til de bøyde spennelementene. Under konstruksjonen bør overhenget av koblede broer velges nøye. Ferdige sammenkoblede støtter er veldig stive, så det er nesten umulig å foreta påfølgende korrigeringer av høydeposisjonen. Det endelige nivået oppnås først etter flere år, med tanke på flyten. Denne utjevningen er til en viss grad usikker, siden effekten av svinn og flyt er varierende, avhengig av klimatiske forhold som ikke kan forutsies.
Konklusjon
Anvendelse av kobling er ikke begrenset til platebjelker, men kan også omfatte støtter for avstivning av Langer-bjelker, hengebruer etc. samt gitterdragere med kjørebane opp eller ned. Gitterbruer - høye strekkspenninger oppstår i veghellene nær kjørebanen under, siden disse hellene i større eller mindre grad må følge forlengelsen av hoveddragerens oppspente belte. Tilstrekkelig langsgående forspenning er nødvendig for å unngå sprekker. I fig. 13 er et grensetilfelle der stålgitteret ikke lenger har et nedre belte, og dens rolle er fullstendig overtatt av en armert betongplate forspent i begge retninger. I fig. 13b kan du se tverrsnittskanalene 60x180 mm i selve støtten.
Bilde 13 — Gahle Bridge: a) seksjon; b) krysset mellom det nedre beltet, til venstre ved sentralstasjonen, til høyre ved Vešaljka