Önemli teknik ve güvenlik uyarısı: Bu bir arşiv niteliğindeki eğitim metnidir; yapısal bir tasarım, statik hesaplama, geçerli standart, bağlantı detayı veya inşaat, kaynak, betonlama, destek, öngerilme veya rehabilitasyon talimatları değildir. Tüm orijinal formüller, işaretler, boyutlar, malzemeler, prosedürler ve iddialar günümüz mevzuatına göre doğrulama yapılmaksızın aktarılmaktadır. Birleşik çelik-betonarme yapıların tasarımı ve uygulaması yalnızca yetkili inşaat mühendislerine, yapı tasarımcılarına, yüklenicilere aittir ve belirli nesne, yük, zemin, malzeme ve ilgili standartlara göre denetime tabidir.
Bağlantılı yapılar Savo Kusić’in mevcut halka arzında özel bir hizmet değildir. Şu anki odak noktamız ahşap pencereler, ahşap-alüminyum pencereler ve özel kapılar. Pencere veya kapı projesi için teklif talebi.
Giriş
Bazı inşaatlarda, I-boyuna ve enine kirişler üzerindeki köprülerin kaldırım döşemeleri veya I-kirişleri üzerindeki binalardaki tavanlar gibi çelik destekler üzerinde betonarme döşemeler kullanılır. Daha önce bu tür sistemler, bu iki elemanın birbiriyle birlikte hareket edebileceği ve ana açıklık yönündeki momentlerin yalnızca çelik mesnetler tarafından alınacağı varsayımıyla boyutlandırılıyordu. Beton levha yükü çelik kirişlere aktardı ancak karşılık gelen statik değerlerin alınmasına katılmadı (şek. 1).
Şekil 1 — Akuple taşıyıcı, sistem
Bu yapım yönteminde, betonarme betonun büzülmesini sağlamak ve istenmeyen çatlakları, yani ek gerilmeleri önlemek amacıyla, beton döşemede düzenli aralıklarla enine derzler öngörülmektedir. Ancak deneyimler böyle bir sistemdeki gerçek kuvvetlerin hesaplananlardan önemli ölçüde farklı olduğunu göstermiştir. Betonarme döşeme ile çelik destek arasındaki temasta büyük bir sürtünme (yapışma gerilimi) meydana gelir, böylece her iki eleman her zaman işbirliği yapar.
Beklenmedik bağlanma etkisinin dezavantajı beton levhanın birleşim yerlerinde çentik etkisinin ortaya çıkmasıdır. Dayanma yüzeyi boyunca kayma gerilmeleri, yan dikişlerin uçlarındaki kesme gerilmelerine benzer şekilde, bağlantının yakınında keskin bir şekilde artar. Bağlantı noktasındaki sıfır çizgisinin konumu pratikte değişmediğinden, çelik destekteki normal gerilimler, düzgün bağlantı için hesaplananlardan önemli ölçüde daha yüksek olabilir. Bu çentikten başlayarak daha da yayılan yapışma ustalaşması meydana gelebilir. Bu nedenle kaldırım döşemesindeki derzler görevlerini yerine getiremez ve etkili olmaz.
Birleşik braketler
Birleşik mesnetler durumunda, çelik mesnet ile beton döşeme arasındaki temas yüzeyindeki kesme kuvvetlerinin (kirişlerdeki kuvvetler) emniyetli bir şekilde iletilebildiği varsayılmaktadır. Kural, beton levhanın doğrudan çelik desteğin üst kayışına dayanması ve bağıl hareketlerin olmamasıdır. Rijit kaplin olarak adlandırılan bu bağlantıda, betona gömülü özel bağlantı araçları (miller, üzengi demirleri, ankrajlar) kullanılır.
Enine derzleri olmayan betonarme döşeme ile birleştirilmiş kiriş durumunu inceleyeceğiz. Belirli bir yük (örneğin bükülme momenti) yalnızca kısa bir süre için etki ediyorsa, ilgili gerilimler ve deformasyonlar Δσ, sırasıyla. Δε temel dayanım bilimine göre, betonarmeye benzer. Çelik ve betondaki belirli bir uzamadaki gerilmeler elastisite modüllerine göre değişir: σst/σb = Est/Eb = n. Yükün uzun süreli olması durumunda betonda rötre ve akmaya bağlı deformasyonlar meydana gelir. Eğer ε0 = σ/E0 ile t = 0, anındaki kısa süreli yükten kaynaklanan deformasyonu işaretlersek, o zaman kalıcı yük altında deformasyon t anına kadar εt = ε0 (t + φt) değerine kadar artar. Aynı koşullar altında akma deformasyonları, sanki gerilimlerle orantılıymış gibi hesaplanır. Bu nedenle akıştan kaynaklanan deformasyonlara Hooke yasasının uygulandığı söylenir. Akış katsayısı φt zamana, betonun sınıfına, dış sıcaklığa, hava nemine, eleman yük momentine vb. bağlıdır.
Bernoulli\ ve Navier'e göre bükülme yerine diferansiyel ilişkiler ortaya çıkar, yani gerilim dağılımı akış için diferansiyel denklemden belirlenmelidir. Akış sonucunda betondaki gerilmeler azalırken çelikteki gerilmeler artar. Bu gerilme değişiklikleri kesit boyutlarına ek olarak elastik boyutlara ve yük momentine de bağlıdır. Betonun büzülmesinde de akmaya benzer sonuçlar ortaya çıkar. Rötre ölçülerinin miktarı εs betona, üretim yöntemine ve iklim koşullarına bağlıdır. Beton rötresi elemana uygulanan yüke bağlı değildir.
Kaplinler
Bağlantı elemanı, oluşan yüklerden dolayı temas halindeki beton ve çelik yüzeylerdeki tüm kesme kuvvetlerini güvenli bir şekilde aktarmalı ve bu sayede kaymayı önlemelidir. Ayrıca, boyutları nedeniyle beton bölümün kendisi bunları karşılayamıyorsa, eğik ana gerdirme kuvvetlerini de almaları gerekir. Kuvvetlerin büyüklüğü temel eğilme teorisine göre belirlenir. Aşağıdakiler bağlantı aracı olarak kabul edilir:
- Kaplin ankrajları: Betonarme kirişlerin bükülme takviyesine benzer şekilde hareket eden, çelik desteğin üst kuşağına kaynaklanmış yuvarlak veya yassı demir plakalardır. Çapraz veya dikey olarak kanca veya üzengi şeklinde yapılırlar. Bu ankrajlar yalnızca tek yönde hareket eder ve kesme kuvveti işaret değiştirirse etkili olmaz.
- Braketler: Çelik desteğin üst yüzeyine tutturulurlar, her iki yönde kesme kuvvetlerini alabilirler. Kesme kuvveti yönünde yumuşak ve sert beyinler arasında bir ayrım yapılmalıdır. Yumuşak beyin hücreleri önemli deformasyonlara uğrar ve kesme kuvvetlerini yüzeylerine eşit olmayan şekilde dağıtır. Sert beyinler daha küçük deformasyonlarla daha iyi bir kuvvet dağılımı sağlar.
Resim 2 — Herdecke yakınlarındaki Ruhr Nehri üzerindeki köprü
- Spiral takviye: Çelik bir desteğe dayanır ve temas noktalarında kaynak yapılır. Spiraller önemli bağlantı kuvvetlerine uygun değildir. Aynı durum oluklu yuvarlak çelik için de geçerlidir. Köprülerdeki bağlantı araçlarına bir örnek olarak, Şek. 2 Herdecka yakınlarındaki Ruhr üzerindeki köprünün kirişleri gösterilmektedir (kaynaktan kaynaklanan daha fazla çentik oluşmasını önlemek için kirişlerin kendilerine kaynaklanmış dikey üzengi demirleri ϕ12 olan kirişler 60x40); Şek. 3 bir köprünün enine kirişlerini bağlamak için araçlar, enine kuvvetin boyutuna bağlı olarak, kirişler için yanal kaynaklı üzengi demirlerinin yanı sıra özel kirişli üst kayış için doğrudan kaynaklı üzengi demirleri uygulandı. Uzun üzengi demirleri durumunda üzengi demirleri karşılıklı taraflara da kaynak yapılabilir, şek. 4a. Şek. 4b, eğimli üzengi demirleriyle gösterilen çözümdür.
Şekil 3 — Bir köprünün enine desteği
Resim 4 — Üzengili beyinler
Bina inşaatında üzengili sert üzengi demirleri veya sadece üzengi demirleri de kullanılır, ancak örn. perçinli köşeler. Ekonomik nedenlerden dolayı, çelik bir desteğe alın kaynağıyla bağlanan (şek. 5a) veya bir ucu bükülmüş bir destek üzerine oturan (şek. 5b) bağlantı ankrajları daha sık kullanılır. Şek. 5c, kancaların yeri değiştirilmiş ilgili çözümü göstermektedir. Şek. 6 bina inşaatında tavan destekleri için normal bir çözümü gösterir: a) I-kirişlerden yapılmış birleştirilmiş destek, b) I-kirişlerin kesilmesiyle oluşturulan T-kirişlerden yapılmış. Desteklerin uçlarında her zaman özellikle güçlü uç destekleri bulunmalıdır (şek. 7). Eğimli ankrajlar, levhaya büzülme ve sıcaklıktan kaynaklanan gerilimleri uygulamak için kullanılır.
Resim 5 — Kaplin ankrajları
Resim 6 — Asma kat yapısının desteği
Kuplaj araçlarının boyutlandırılması temel prensiplere göre yapılır. Bireysel araçlar, aralıklarına karşılık gelen bir kesme kuvveti almalıdır. Beyin sapının kaynaklı bağlantısının boyutlandırılmasında devrilme momenti dikkate alınmalıdır.
Resim 7 — a) Sabitleme ile beyni sonlandırın; b) sabitleme
Elastik kaplin
Önceki sunumlar, çelik destek ile plaka arasındaki göreceli yer değiştirmenin sıfıra eşit olduğu ve bağlantı araçlarının sürekli olarak hareket ettiği rijit bağlantı ile ilgiliydi. Bağlantı araçlarının deformasyonu, betonun ve çelik desteğin yerel deformasyonu ihmal edilmiştir.
Resim 8 — Elastik kaplinli braket
Rijit bağlantı varsayımı altında, bireysel bağlantı yoluyla iletilen kuvvetler, enine kuvvet ve beynin mesafesi ile orantılıdır. Belirli bölgelerde çelik destek ile beton levha arasında önemli göreceli hareketler meydana gelirse, bu, kuvvetlerin gözle görülür şekilde yeniden gruplanmasına neden olur. Beton, bağlı bir kirişin baskı plakası olarak hareket etmeyi kısmen durdurabilir, böylece kesme kuvvetlerinin maksimum değerleri önemli ölçüde azalır. Şek. 8, Ren Nehri üzerindeki Köln-Rodenkirchen köprüsüne benzer, elastik bağlantıya sahip bir yapının örneğidir. Şek. 9, yoğunlaştırılmış bir kuvvet ve tamamen eşit olarak dağıtılmış bir yük için elastik bağlantının sürekli bir destek üzerindeki etkisini gösterir. Kesme kuvvetinin karşılanması için kaplinin sertliğinin bir ölçüsü olan yer değiştirme ψ, Şekil 2’de tanımlanmıştır. 8. Bu nedenle, eğer kaplinin özellikleri kesmeyi karşılayacak şekilde seçilirse, elastik kaplinin etkisi çok büyüktür.
Şekil 9 — Elastik kaplinli köprü örneği
Birleşik yapıların hesaplanması
Prensip olarak beton döşeme kalınlığının mümkün olduğu kadar küçük olması ekonomik olup, yönetmeliklerin belirlediği minimum kalınlıklara uyulması gerekmektedir.
Statik olarak belirlenmiş yapılar
Statik olarak belirlenen yapılar için (örn. basit kirişler), belirli bir yük için ortak bölümdeki statik etkiler sabittir, yani. zamandan bağımsız. Akış ve büzülme etkisinden dolayı sadece kesitin belirli kısımlarındaki eğilme momentleri ve normal kuvvetler değişkendir.
Büzülmenin etkisi, çelik destek ile beton döşeme arasındaki karşılık gelen sıcaklık farkı olarak gösterilebilir. Beton büzülmesinin bir sonucu olarak, birleştirilmiş bölümde iç gerilmeler ortaya çıkar, yani betondaki büzülmeden kaynaklanan çekme gerilmeleri, çelik desteğin (aynı zamanda donatının kendisinin) etkisi ile büzülmesi önlenirken, çelik bölümde buna karşılık gelen basınç gerilmeleri meydana gelir (şekil 10). Büzülme, tek bir üstel fonksiyona göre zamanla nihai bir değere kadar artar. Büzülme deformasyonları ile birlikte büzülme gerilimleri de arttığından, bu durum büzülme akışı olarak adlandırılan sonuçla sonuçlanır.
Şekil 10 — a) Serbest plakanın kaplin olmadan daralması; b) Birleştirilmiş desteklerdeki büzülmeden kaynaklanan gerilmeler
Beton döşemenin kendi ağırlığını üstlenen statik sisteme bağlı olarak bir fark vardır: yalnızca hareketli yük için bağlantı (kendi ağırlığı yalnızca çelik destek tarafından varsayılır ve bağlantı sistemi yalnızca bitmiş yapıya etki eden yükleri alır), kendi ağırlığı ve hareketli yük için bağlantı (tüm öz ağırlık ve hareketli yük, bağlantı sistemine etki eder).
İlk durum, çelik kirişlerin desteklenmeden kalıp desteği olarak görev yapması ve beton dökümü sırasında sahada bükülebilmesi durumunda ortaya çıkar (şek. 11a). Bu durumda çelik desteğin kendisi betonun ve kalıbın ağırlığını alır. Bağlanma yalnızca beton yeterince sert olduğunda gerçekleşir (şek. 11b), bu nedenle betonun hasar görmesini veya aşırı akmasını önlemek için desteğin beton döküldükten hemen sonra yüklenmemesi gerekir.
İkinci durumda, beton döşemenin kendi ağırlığı da akuple sistem tarafından alındığında (şek. 11c), çelik desteğin betonlama sırasında yeterli yerlerde desteklendiği ve böylece önemli eğilme momentleri almadığı varsayılır. İskele çıkarıldıktan sonraki voltaj dağılımı şekil 2’de gösterilmektedir. 11d.
Şekil 11 — İskelenin çıkarılmasından önce ve sonra gerilim dağılımlarıyla hareketli ve ölü yük için kaplin
Ön yükleme
Basit kirişlerde sadece rötre ve sıcaklık farkından dolayı betonda daha küçük çekme gerilmeleri oluşur. Çıkıntılı kirişlerde, sürekli kirişlerde ve diğer yapılarda önemli çekme gerilmeleri meydana gelir ve bunlar betonda çatlaklara neden olabilir. Negatif momentlerin olduğu bölgede çatlaklar ortaya çıkarsa bağlantı etkisi kaybolur. Bu nedenle, betonun büzülmesinden kaynaklanan çatlak oluşumunu güvenli bir şekilde önlemek için beton levhada önceden küçük basınç gerilmeleri oluşturmak faydalıdır. Birleşik kirişlerin beton döşemesindeki çekme gerilmeleri azaltılabilir:
1. Çelik kirişin karşılık gelen negatif ön yüklemesi (üst kenarın ön gerilmesi) ile. Betonlama sırası dikkatlice incelenmelidir.
2. Sürekli desteklerin orta desteklerini kaldırıp indirerek. bu sayede uygun prosedürle, birleştirilmiş desteğin beton döşemesinde basınç gerilmeleri meydana gelebilir.
3. Öngerilmeyle. En basit durum, serbest bir beton levhanın öngerilmeye tabi tutulması ve ancak daha sonra çelik bir desteğe bağlanmasıdır. Bu prosedürün avantajı, çelik desteğin sıkıştırılmış kayışı öngerilmeli olmadığından nispeten küçük bir öngerilme kuvvetidir. Bu kiriş yalnızca beton levhanın akışı ve büzülmesi nedeniyle bükülme momentleri alır, dolayısıyla öngerilme kuvveti nedeniyle düz kalır. Şek. 12a, bu öngerilme durumu için gerilim dağılımını gösterir (t=0), ve şekil 2’de. 12b akışın sonundaki son durum (t=tE) ve şekil 2’de. 12c Kısa süreli moment yüklemesinden kaynaklanan eğilme gerilmeleri (t=a). Şek. 12d, yapıştırılmış beton döşemenin öngerilme durumunda t=0 için gerilme dağılımını gösterir.
Şekil 12 — Bağımsız bir beton levhanın sonraki bağlantıyla öngerilme işlemi
Statik olarak belirsiz yapılar
Sürekli kirişler ve benzeri yapılar negatif eğilme momentlerine maruz kalır ve bu da genellikle betonarme döşemede yüksek çekme gerilmelerine neden olur. Birleştirilmiş kirişlerin servis ömrü ve çentiklerin çatlaklar üzerindeki etkisi göz önüne alındığında, özellikle köprülerde çatlaklar istenmeyen bir durumdur. Statik olarak belirsiz sistemler, kısa süreli yükler (hareketli yükler) için, değişmeyen bir sistem için olağan statik yöntemlere göre hesaplanır. Karşılık gelen statik miktarlar ve deformasyonlar ideal elastik sistemdekiyle aynıdır. Sabit yüklemenin, özellikle de yüksek öngerilmenin etkisi altında, her zaman büyük akış meydana gelir. Öngerilme kuvvetini belirlerken bükülmüş öngerilme elemanlarının sürtünmesi dikkate alınmalıdır. İnşaat sırasında akuple köprülerin sarkıntıları dikkatli seçilmelidir. Hazır birleştirilmiş destekler çok serttir, dolayısıyla yükseklik konumunda daha sonra düzeltmeler yapmak neredeyse imkansızdır. Akış göz önüne alındığında nihai seviyeye ancak birkaç yıl sonra ulaşılır. Büzülme ve akışın etkileri tahmin edilemeyen iklim koşullarına bağlı olarak değişken olduğundan bu dengelenme bir dereceye kadar belirsizdir.
Çözüm
Kaplin uygulaması metal levha kirişlerle sınırlı değildir, aynı zamanda Langer kirişlerini, asma köprüleri vb. güçlendirmek için desteklerin yanı sıra yukarı veya aşağı taşıt yolu olan kafes kirişleri de içerebilir. Kafes köprüler - aşağıdaki yolun yakınındaki yol levhalarında yüksek çekme gerilmeleri meydana gelir, çünkü bu levhalar ana kirişin gerilmiş kemerinin uzamasını az ya da çok takip etmek zorundadır. Çatlakları önlemek için yeterli uzunlamasına öngerilme gereklidir. Şek. 13 çelik ızgaranın artık daha düşük bir kuşağa sahip olmadığı ve rolünün her iki yönde de öngerilmeli betonarme bir levha tarafından tamamen üstlenildiği bir sınır durumudur. Şek. 13b desteğin kendisinde 60x180 mm kesit kanallarını görebilirsiniz.
Resim 13 — Gahle Köprüsü: a) bölümü; b) alt bantın kavşağı, sol ana istasyonda, sağ Vešaljka’da