Важливе технічне повідомлення та повідомлення про безпеку: Це архівний навчальний текст, а не структурний проект, статичний розрахунок, застосовний стандарт, деталь з’єднання або інструкція для будівництва, зварювання, бетонування, кріплення, попереднього напруження або відновлення. Усі оригінальні формули, маркування, розміри, матеріали, процедури та претензії передаються без перевірки відповідно до чинних правил. Проектування та виконання з’єднаних сталебетонних конструкцій належить виключно уповноваженим інженерам-будівельникам, проектувальникам будівельних конструкцій, підрядникам та нагляду на основі конкретного об’єкта, навантаження, ґрунту, матеріалів та застосовних стандартів.
З’єднані конструкції не є спеціальною послугою в поточній публічній пропозиції Savo Kusić. На даний момент у центрі уваги дерев’яні вікна, дерево-алюмінієві вікна і двері на замовлення. Для проекту вікна чи двері ви можете надіслати запит на пропозицію.
Вступ
У деяких конструкціях застосовують залізобетонні плити на сталевих опорах, наприклад плити тротуарів мостів на двотаврових прогонах або перекриття в будівлях на двотаврових прогонах. Раніше розміри таких систем визначалися в припущенні, що ці два елементи можуть рухатися один з одним і що моменти в напрямку основного прольоту сприймаються тільки сталевими опорами. Бетонна плита передавала навантаження на сталеві балки, але не брала участі в отриманні відповідних статичних значень (рис. 1).
Малюнок 1 — З’єднаний носій, система
Для цього методу будівництва поперечні шви передбачаються в бетонній плиті через рівні проміжки, щоб забезпечити усадку залізобетону та уникнути небажаних тріщин, тобто додаткових напруг. Однак досвід показав, що реальні сили в такій системі значно відрізняються від розрахункових. У контакті між залізобетонною плитою та сталевою опорою виникає велике тертя (напруга зчеплення), так що обидва елементи завжди взаємодіють.
Недоліком непередбаченого ефекту зчеплення є поява ефекту виїмки на стиках бетонної плити. Напруження зсуву вздовж опорної поверхні різко зростають поблизу стику, подібно до напружень зсуву на кінцях бічних швів. Оскільки положення нульової лінії на стику практично не змінюється, то нормальні напруження в сталевій опорі можуть бути значно вище розрахованих для рівномірного зчеплення. Починаючи з цієї щілини, може відбуватися засвоєння спайок, що поширюється далі. Таким чином, шви в тротуарній плитці не виконують свою роль і не є ефективними.
Сполучені дужки
У випадку сполучених опор передбачається, що зусилля зсуву на контактній поверхні між сталевою опорою та бетонною плитою можуть бути безпечно передані (сили в балках). Правило полягає в тому, що бетонна плита спирається безпосередньо на верхній пояс сталевої опори і не має відносних рухів. При цьому так званому жорсткому з’єднанні використовуються спеціальні засоби з’єднання (стрижні, стремена, анкери), які вбудовуються в бетон.
Ми розглянемо випадок з’єднаної балки з бетонною плитою без поперечних з’єднань. Якщо певне навантаження (наприклад, згинальний момент) діє лише протягом короткого часу, відповідні напруги та деформації Δσ, відповідно. Δε згідно з елементарною міцністю, аналогічний залізобетону. Напруження в сталі та бетоні при певному подовженні залежать від їх модуля пружності: σst/σb = Est/Eb = n. При тривалому навантаженні виникають деформації бетону за рахунок усадки і течії. Якщо за допомогою ε0 = σ/E0 позначити деформацію внаслідок короткочасного навантаження в момент t = 0,, то деформація збільшується під дією постійного навантаження внаслідок тертя до моменту t до значення εt = ε0 (t + φt). За цих же умов деформації текучості розраховуються так, ніби вони пропорційні напруженням. Ось чому кажуть, що закон Гука застосовується до деформацій внаслідок течії. Коефіцієнт потоку φt залежить від часу, класу бетону, зовнішньої температури, вологості повітря, моменту навантаження елемента тощо.
Замість вигину згідно з Бернуллі\ і Нав’є\ з’являються диференціальні співвідношення, тобто розподіл напруги слід визначати з диференціального рівняння течії. В результаті течії напруги в бетоні зменшуються, а в сталі зростають. Ці зміни напруг залежать, крім розмірів поперечного перерізу, від пружних розмірів і моменту навантаження. Подібні наслідки, як і від течії, виникають при усадці бетону. Величина усадки εs залежить від бетону, способу його виробництва, а також від кліматичних умов. Усадка бетону не залежить від навантаження на елемент.
Муфти
З’єднувальні засоби повинні безпечно передавати всі сили зсуву на бетонних і сталевих поверхнях, що контактують, через навантаження, що виникають, і таким чином запобігати ковзанню. Крім того, вони повинні сприймати косі головні сили натягу, якщо через їх розміри сама бетонна ділянка не сприймає їх. Величина сил визначається відповідно до елементарної теорії згину. Наступне вважається засобом зв’язку:
- Сполучні анкери: це круглі або плоскі залізні пластини, приварені до верхнього пояса сталевої опори, які діють подібно до зігнутої арматури залізобетонних балок. Виготовляються у вигляді гачків або стремен, по діагоналі або вертикалі. Ці анкери діють лише в одному напрямку і не діють, якщо сила зсуву змінює знак.
- Кронштейни: вони прикріплені до верхньої поверхні сталевої опори, вони можуть сприймати зусилля зсуву в обох напрямках. Слід розрізняти м’який і жорсткий мозок за напрямком сили зсуву. М’які клітини мозку зазнають значних деформацій і нерівномірно розподіляють зусилля зсуву по своїй поверхні. Жорсткі мізки дають кращий розподіл сил при менших деформаціях.
Зображення 2 — Міст через річку Рур біля Гердеке
- Спіральне посилення: спирається на сталеву опору та приварюється в місцях контакту. Спіралі не підходять для значних сил зчеплення. Те ж саме стосується гофрованої круглої сталі. Як приклад засобів для зчеплення на мостах, на рис. 2 показано балки мосту через Рур біля Хердека (балки 60x40 з вертикальними стременами ϕ12, які приварені до самих балок, щоб уникнути подальших надрізів від зварювання); на рис. 3 для з’єднання поперечних балок одного мосту в залежності від величини поперечної сили застосовано поперечно-зварні стремена для балок, а також безпосередньо зварені стремена для верхнього поясу зі спеціальними балками. У випадку з довгими стременами стремена можна також приварити з протилежних сторін, рис. 4a. На рис. 4b – показано рішення з похилими стременами.
Малюнок 3 — Поперечна опора одного мосту
Зображення 4 — Мізки зі стременами
У будівництві також використовуються жорсткі стремена зі стременами або просто стремена, але також зустрічаються рішення з м’якими стременами, як напр. клепані куточки. З економічних міркувань частіше використовують стяжні анкери, які приварюються встик до сталевої опори (рис. 5a), або спираються на опору одним загнутим кінцем (рис. 5b). На рис. 5c показує відповідне рішення зі зміщеними гачками. На рис. 6 демонструє звичайне рішення для опор стелі в будівництві, а саме: а) з’єднану опору, виготовлену з двотаврових балок, б) виготовлену з таврових балок, які створюються шляхом розрізання двотаврових балок. На кінцях опор завжди слід передбачити особливо міцні кінцеві скоби (рис. 7). Похилі анкери використовуються для створення напружень від усадки та температури в плиті.
Зображення 5 — З’єднувальні анкери
Зображення 6 — Підтримка мезонінної конструкції
Визначення розмірів засобів для зчеплення виконується відповідно до елементарних принципів. Окремі засоби повинні сприймати силу зсуву, що відповідає їх відстані. При визначенні розмірів зварного з’єднання стовбура мозку слід враховувати момент перекидання.
Зображення 7 — а) Кінцевий мозок із закріпленням; б) кріплення
Еластична муфта
Попередні презентації стосувалися жорсткого з’єднання, де відносне зміщення між сталевою опорою та пластиною дорівнює нулю, а з’єднувальні засоби діють безперервно. Деформацією засобів зчеплення, локальною деформацією бетону та сталевої опори нехтують.
Зображення 8 — Кронштейн з еластичною муфтою
За припущенням жорсткого зчеплення, сили, що передаються окремими засобами зчеплення, пропорційні поперечній силі та відстані мозку. Якщо на певних ділянках відбуваються значні відносні переміщення між сталевою опорою та бетонною плитою, це викликає помітне перегрупування сил. Бетон може частково перестати діяти як притискна пластина зчепленої балки, за рахунок чого максимальні значення зсувних зусиль значно зменшуються. На рис. 8 є прикладом конструкції з пружною муфтою, подібної до мосту через Рейн, Кельн-Роденкірхен. На рис. 9 показує ефект пружного зчеплення на безперервній опорі для зосередженої сили та повністю рівномірно розподіленого навантаження. Переміщення ψ, яке є мірою жорсткості муфти для сприйняття зсуву, визначено на рис. 8. Таким чином, вплив пружного зчеплення є дуже великим, якщо властивості зчеплення цілеспрямовано вибрано для отримання зсуву.
Малюнок 9 — Приклад моста з пружною муфтою
Розрахунок зв’язаних структур
В принципі, економічно вигідно, щоб товщина бетонної плити була якомога меншою, при цьому слід дотримуватися мінімальних товщин, визначених нормативними документами.
Статично визначені конструкції
Для статично визначених конструкцій (наприклад, простих балок) статичні впливи в загальному перерізі для певного навантаження є постійними, відповідно. незалежно від часу. Лише згинальні моменти та нормальні сили в певних частинах перерізу є змінними через ефект течії та усадки.
Ефект усадки можна представити як відповідну різницю температур між сталевою опорою та бетонною плитою. В результаті усадки бетону в зчепленому перетині виникають внутрішні напруги, а саме розтягувальні напруги від усадки в бетоні, усадці якого перешкоджає вплив сталевої опори (а також самої арматури), а в сталевому перерізі виникають відповідні напруги стиску (рис. 10). Усадка збільшується з часом до кінцевого значення відповідно до єдиної експоненціальної функції. Оскільки напруги усадки також зростають із деформаціями усадки, це призводить до так званого потоку усадки.
Малюнок 10 — а) Контракція вільної пластини без зчеплення; b) напруги внаслідок усадки в сполучених опорах
Залежно від статичної системи, яка бере на себе власну вагу бетонної плити, існує різниця: зчеплення лише для рухомого навантаження (власна вага бере на себе лише сталева опора, а з’єднана система отримує лише навантаження, які діють на готову конструкцію), зчеплення для власної ваги та рухомого навантаження (уся власна вага та рухоме навантаження діють на з’єднані система).
Перший випадок має місце, коли сталеві балки служать опорами для опалубки, не маючи опор, і під час бетонування вони можуть зігнутися в полі (рис. 11a). У цьому випадку сталева опора сама сприймає вагу бетону та опалубки. Зчеплення відбувається лише тоді, коли бетон достатньо твердий (мал. 11b), тому опору не можна навантажувати відразу після бетонування, щоб уникнути пошкодження або надмірного розтікання бетону.
У другому випадку, коли власна вага бетонної плити також сприймається сполученою системою (рис. 11c), передбачається, що сталева опора підтримується під час бетонування в достатніх місцях, щоб вона не отримувала значних згинальних моментів. Розподіл напруги після зняття риштувань показано на рис. 11d.
Малюнок 11 — Муфта для рухомого та власного навантаження з розподілом напруги до та після зняття риштувань
Попереднє завантаження
У випадку простих балок менші напруги розтягування виникають у бетоні лише через усадку та різницю температур. Значні напруги розтягування виникають у балках звисів, безперервних балках та інших конструкціях, і це може спричинити тріщини в бетоні. Якщо в зоні негативних моментів з’являються тріщини, ефект зчеплення втрачається. Тому корисно заздалегідь створити невеликі напруги стиску в бетонній плиті, щоб безпечно уникнути утворення тріщин через усадку бетону. Розтягуючі напруги в бетонній плиті з’єднаних балок можна зменшити:
1. Відповідним негативним попереднім натягом сталевої балки (попереднє натяг верхнього краю). Слід уважно вивчити послідовність бетонування.
2. Підйомом і опусканням середніх опор нерозрізних опор. завдяки чому, за допомогою відповідної процедури, напруги стиску можуть бути викликані в бетонній плиті з’єднаної опори.
3. Шляхом попереднього напруження. Найпростіший випадок, коли вільну бетонну плиту попередньо напружують і лише потім з’єднують зі сталевою опорою. Перевагою цього способу є відносно невелике зусилля попереднього напруження, оскільки стиснутий пояс сталевої опори попередньо не напружується. Ця балка сприймає згинальні моменти тільки за рахунок течії та усадки бетонної плити, тому вона залишається прямою за рахунок сили попереднього напруження. На рис. 12a показує розподіл напруги для цього випадку попереднього напруження (t=0), а на рис. 12b кінцевий стан наприкінці потоку (t=tE) і на рис. 12c напруги згину внаслідок короткочасного моментного навантаження (t=a). На рис. 12d показує розподіл напруги для t=0 у випадку попереднього напруження скріпленої бетонної плити.
Малюнок 12 — Попереднє напруження окремо стоячої бетонної плити з подальшим з’єднанням
Статично невизначені конструкції
Безперервні балки та подібні конструкції отримують негативні згинальні моменти, що часто викликає високі напруги розтягування в залізобетонній плиті. Тріщини небажані, особливо в мостах, враховуючи термін служби сполучених балок і вплив виїмок на тріщини. Статично невизначені системи розраховуються для короткочасних навантажень (рухомих навантажень) за звичайними методами статики для незмінної системи. Відповідні статичні величини і деформації такі ж, як і в ідеально пружній системі. Під дією постійного навантаження, особливо високого попереднього напруження, завжди виникає великий потік. При визначенні сили попереднього напруження слід враховувати тертя зігнутих елементів попереднього напруження. При будівництві слід ретельно підбирати звиси зчеплених перемичок. Готові зчіплені опори дуже жорсткі, тому зробити подальшу корекцію положення по висоті практично неможливо. Остаточний рівень досягається лише через кілька років, враховуючи потік. Це вирівнювання певною мірою є невизначеним, оскільки ефекти усадки та течії є змінними, залежно від кліматичних умов, які неможливо передбачити.
Висновок
Застосування зчеплення не обмежується балками з листового металу, але також може включати опори для посилення балок Лангера, підвісних мостів тощо, а також ґратчасті балки з проїзною частиною вгору або вниз. Ґратчасті мости - високі напруги розтягування виникають у дорожніх плитах біля проїжджої частини внизу, оскільки ці плити повинні більшою чи меншою мірою слідувати подовженню натягнутого пояса основної балки. Щоб уникнути тріщин, необхідне адекватне поздовжнє попереднє напруження. На рис. 13 – це граничний випадок, в якому сталева решітка більше не має нижнього пояса, а його роль повністю бере на себе залізобетонна плита, попередньо напружена в обох напрямках. На рис. 13b можна побачити канали поперечного перерізу 60x180 мм у самій опорі.
Зображення 13 — Міст Гале: а) розріз; б) перехрестя нижнього поясу, ліворуч на головній станції, праворуч на Vešaljka