Thông báo quan trọng về kỹ thuật và an toàn: Đây là văn bản giáo dục lưu trữ, không phải là thiết kế kết cấu, tính toán tĩnh, tiêu chuẩn áp dụng, chi tiết mối nối hoặc hướng dẫn xây dựng, hàn, đổ bê tông, chống đỡ, dự ứng lực hoặc phục hồi. Tất cả các công thức, nhãn hiệu, kích thước, vật liệu, quy trình và yêu cầu ban đầu đều được chuyển giao mà không cần xác minh theo quy định ngày nay. Việc thiết kế và thi công các kết cấu bê tông thép liên kết chỉ thuộc về các kỹ sư dân dụng, nhà thiết kế kết cấu, nhà thầu được ủy quyền và việc giám sát dựa trên đối tượng, tải trọng, đất, vật liệu cụ thể và các tiêu chuẩn áp dụng.
Các công trình được kết nối không phải là một dịch vụ đặc biệt trong đợt chào bán công khai hiện tại của Savo Kusić. Trọng tâm hiện tại là cửa sổ gỗ, cửa sổ nhôm-gỗ và cửa tùy chỉnh. Đối với dự án cửa sổ hoặc cửa ra vào, bạn có thể gửi yêu cầu báo giá.
Giới thiệu
Trong một số công trình, tấm bê tông cốt thép trên các cột đỡ bằng thép được sử dụng, chẳng hạn như tấm mặt đường của cầu trên dầm chữ I dọc và dầm ngang hoặc trần nhà trong các tòa nhà trên dầm chữ I. Trước đây, các hệ thống như vậy được xác định kích thước với giả định rằng hai phần tử này có thể chuyển động cùng nhau và mô men theo hướng của nhịp chính chỉ được nhận bởi các trụ đỡ bằng thép. Tấm bê tông truyền tải trọng lên dầm thép nhưng không tham gia nhận các giá trị tĩnh tương ứng (hình 1).
Hình ảnh 1 — Hệ thống, nhà cung cấp dịch vụ được ghép nối
Đối với phương pháp thi công này, các mối nối ngang được dự đoán trước trong tấm bê tông theo các khoảng cách đều đặn, nhằm tạo điều kiện cho bê tông cốt thép co lại và tránh các vết nứt không mong muốn, tức là ứng suất bổ sung. Tuy nhiên, kinh nghiệm đã chỉ ra rằng lực thực tế trong một hệ như vậy khác biệt đáng kể so với lực tính toán. Tại điểm tiếp xúc giữa tấm bê tông cốt thép và giá đỡ bằng thép, xảy ra ma sát lớn (ứng suất bám dính) để cả hai phần tử luôn hợp tác.
Nhược điểm của hiệu ứng ghép không lường trước được là xuất hiện hiệu ứng khía trên các mối nối của tấm bê tông. Ứng suất cắt dọc theo bề mặt mố tăng mạnh ở gần mối nối, tương tự như ứng suất cắt ở đầu các đường nối bên. Do vị trí của đường zero tại mối nối thực tế không thay đổi nên ứng suất bình thường trên gối đỡ thép có thể cao hơn đáng kể so với ứng suất tính toán cho khớp nối đồng nhất. Bắt đầu từ rãnh này, quá trình làm chủ độ bám dính có thể xảy ra và lan rộng hơn. Vì vậy, các mối nối trong tấm mặt đường không phát huy được vai trò và không phát huy tác dụng.
Dấu ngoặc kép
Trong trường hợp giá đỡ ghép, giả định rằng lực cắt trên bề mặt tiếp xúc giữa giá đỡ thép và tấm bê tông có thể được truyền đi một cách an toàn (lực trong dầm). Quy tắc là tấm bê tông nằm trực tiếp trên đai trên của giá đỡ thép và không có chuyển động tương đối. Tại cái gọi là Với khớp nối cứng này, các phương tiện kết nối đặc biệt (trục xoay, đai, neo) được sử dụng, được nhúng trong bê tông.
Chúng ta sẽ quan sát trường hợp dầm ghép với tấm bê tông không có khe ngang. Nếu một tải trọng nhất định (ví dụ mômen uốn) chỉ tác dụng trong thời gian ngắn thì ứng suất và biến dạng tương ứng Δσ, tương ứng. Δε theo khoa học cường độ cơ bản, tương tự như bê tông cốt thép. Ứng suất trong thép và bê tông, ở một độ giãn dài nhất định, tỉ lệ với mô đun đàn hồi của chúng: σst/σb = Est/Eb = n. Nếu chịu tải trọng lâu dài, bê tông sẽ bị biến dạng do co ngót và chảy lỏng. Nếu với ε0 = σ/E0 ta đánh dấu biến dạng do tải trọng ngắn hạn tại thời điểm t = 0, thì biến dạng tăng dưới tải trọng thường xuyên do ma sát cho đến thời điểm t đạt giá trị εt = ε0 (t + φt). Trong cùng điều kiện, biến dạng chảy dẻo được tính toán như thể chúng tỷ lệ thuận với ứng suất. Đó là lý do tại sao người ta nói định luật Hooke áp dụng cho biến dạng do dòng chảy. Hệ số dòng chảy φt phụ thuộc vào thời gian, loại bê tông, nhiệt độ bên ngoài, độ ẩm không khí, mô men tải phần tử, v.v.
Thay vì uốn theo Bernoulli\ và Navier, xuất hiện các mối quan hệ vi phân, tức là sự phân bố ứng suất phải được xác định từ phương trình vi phân của dòng chảy. Do dòng chảy, ứng suất trong bê tông giảm, trong khi ứng suất trong thép tăng. Ngoài các kích thước mặt cắt ngang, những thay đổi ứng suất này còn phụ thuộc vào các kích thước đàn hồi và mômen tải. Hậu quả tương tự như dòng chảy xảy ra do sự co ngót của bê tông. Lượng đo độ co ngót εs phụ thuộc vào bê tông, phương pháp sản xuất nó, cũng như các điều kiện khí hậu. Độ co ngót của bê tông không phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên phần tử.
Khớp nối
Các phương tiện khớp nối phải truyền toàn bộ lực cắt trên bề mặt bê tông và thép tiếp xúc một cách an toàn do tải trọng xảy ra và do đó ngăn ngừa trượt. Ngoài ra, chúng còn phải nhận lực căng chính xiên, nếu do kích thước của chúng mà bản thân tiết diện bê tông không thể nhận được. Độ lớn của lực được xác định theo lý thuyết uốn cơ bản. Những điều sau đây được coi là phương tiện ghép nối:
- Neo khớp nối: Là những tấm sắt tròn hoặc phẳng, được hàn vào đai trên của trụ đỡ bằng thép, có tác dụng tương tự như cốt thép uốn của dầm bê tông cốt thép. Chúng được làm dưới dạng móc hoặc bàn đạp, theo đường chéo hoặc chiều dọc. Những chiếc neo này chỉ tác dụng theo một hướng và không có tác dụng nếu lực cắt đổi dấu.
- Giá đỡ: Được gắn vào mặt trên của giá đỡ bằng thép, có thể chịu lực cắt theo cả hai hướng. Cần phân biệt giữa não mềm và não cứng theo hướng của lực cắt. Các tế bào não mềm bị biến dạng đáng kể và phân bố lực cắt không đồng đều trên bề mặt của chúng. Bộ não cứng nhắc giúp phân bổ lực tốt hơn với biến dạng nhỏ hơn.
Hình ảnh 2 — Cây cầu bắc qua sông Ruhr gần Herdecke
- Cốt thép xoắn ốc: Nằm trên một giá đỡ bằng thép và được hàn tại các điểm tiếp xúc. Các đường xoắn ốc không thích hợp cho các lực liên kết đáng kể. Điều này cũng đúng đối với thép tròn dạng sóng. Như một ví dụ về phương tiện ghép nối trên cầu, trong hình. 2 được hiển thị các dầm của cây cầu bắc qua sông Ruhr gần Herdecka (dầm 60x40 với các cốt thép thẳng đứng ϕ12, được hàn vào chính các dầm để tránh tạo thêm các vết khía khi hàn); trong hình. 3 Là phương tiện để nối các dầm ngang của một cầu, tùy thuộc vào kích thước của lực ngang, các đai thép hàn ngang được sử dụng cho các dầm, cũng như các đai thép hàn trực tiếp cho đai trên với các dầm đặc biệt. Trong trường hợp các đai dài, các đai cũng có thể được hàn ở các mặt đối diện, hình. 4a. Trong hình. 4b là giải pháp được hiển thị với các bàn đạp nghiêng.
Hình ảnh 3 — Dầm ngang của một cây cầu
Hình ảnh 4 — Bộ não có bàn đạp
Trong xây dựng, đai cứng có đai hoặc chỉ đai cũng được sử dụng nhưng cũng gặp phải giải pháp đai mềm, chẳng hạn như các góc đinh tán. Vì lý do kinh tế, neo ghép nối thường được sử dụng nhiều hơn, được hàn đối đầu với giá đỡ bằng thép (hình 5a) hoặc tựa vào giá đỡ với một đầu uốn cong (hình 5b). Trong hình. 5c hiển thị giải pháp tương ứng với các móc bị dịch chuyển. Trong hình. 6 đưa ra giải pháp thông thường cho trần đỡ trong xây dựng công trình, cụ thể là a) gối đỡ liên kết từ dầm chữ I, b) từ dầm chữ T, được tạo ra bằng cách cắt dầm chữ I. Ở các đầu của giá đỡ, phải luôn cung cấp các thanh giằng cuối đặc biệt chắc chắn (hình 7). Các neo nghiêng được sử dụng để tạo ứng suất do co ngót và nhiệt độ vào tấm.
Hình ảnh 5 — Các neo khớp nối
Hình ảnh 6 — Hỗ trợ kết cấu gác lửng
Việc xác định kích thước của phương tiện ghép nối được thực hiện theo các nguyên tắc cơ bản. Các phương tiện riêng lẻ sẽ nhận được lực cắt tương ứng với khoảng cách của chúng. Khi xác định kích thước mối nối hàn của thân não, cần tính đến mômen lật.
Hình ảnh 7 — a) Kết thúc não bằng cách neo; b) neo
Khớp nối đàn hồi
Các phần trình bày trước đây liên quan đến khớp nối cứng, trong đó độ dịch chuyển tương đối giữa giá đỡ thép và tấm bằng 0 và phương tiện khớp nối hoạt động liên tục. Bỏ qua biến dạng của phương tiện ghép nối, biến dạng cục bộ của bê tông và gối đỡ bằng thép.
Hình ảnh 8 — Giá đỡ có khớp nối đàn hồi
Theo giả định về khớp nối cứng, các lực truyền qua các phương thức khớp nối riêng lẻ tỷ lệ thuận với lực ngang và khoảng cách của não. Nếu các chuyển động tương đối đáng kể giữa cột đỡ thép và tấm bê tông xảy ra ở một số khu vực nhất định, điều này sẽ gây ra sự tập hợp lực đáng chú ý. Bê tông có thể ngừng một phần hoạt động như một tấm chịu áp của dầm ghép, nhờ đó giá trị lực cắt cực đại giảm đi đáng kể. Trong hình. 8 là một ví dụ về kết cấu có khớp nối đàn hồi, tương tự như cây cầu bắc qua sông Rhine, Koln-Rodenkirchen. Trong hình. 9 cho thấy tác dụng của khớp nối đàn hồi trên một giá đỡ liên tục, đối với lực tập trung và tải trọng phân bố đều. Độ dịch chuyển ψ, là thước đo độ cứng của khớp nối để chịu lực cắt, được xác định trong hình. 8. Do đó, ảnh hưởng của khớp nối đàn hồi là rất lớn, nếu các đặc tính của khớp nối được chọn có mục đích để chịu lực cắt.
Hình 9 — Ví dụ về cầu có khớp nối đàn hồi
Tính toán kết cấu ghép
Về nguyên tắc, độ dày của tấm bê tông càng nhỏ càng tốt là tiết kiệm, đồng thời phải tuân thủ độ dày tối thiểu được xác định theo quy định.
Công trình được xác định tĩnh
Đối với các công trình được xác định tĩnh (ví dụ: dầm đơn giản) ảnh hưởng tĩnh trong phần chung đối với một tải trọng nhất định là không đổi, tương ứng. độc lập với thời gian. Chỉ mô men uốn và lực pháp tuyến ở một số phần nhất định của mặt cắt là thay đổi do ảnh hưởng của dòng chảy và độ co ngót.
Hiệu ứng co ngót có thể được biểu thị dưới dạng chênh lệch nhiệt độ tương ứng giữa giá đỡ thép và tấm bê tông. Do sự co ngót của bê tông, ứng suất bên trong xuất hiện trong phần được ghép nối, cụ thể là ứng suất kéo do co ngót trong bê tông, độ co ngót của chúng bị ngăn cản bởi ảnh hưởng của giá đỡ thép (cũng như chính cốt thép), trong khi ứng suất nén tương ứng xảy ra trong phần thép (hình 10). Độ co tăng theo thời gian đến giá trị cuối cùng theo một hàm số mũ duy nhất. Vì ứng suất co ngót cũng tăng cùng với biến dạng co ngót, điều này dẫn đến cái gọi là dòng chảy co ngót.
Hình 10 — a) Sự co lại của tấm tự do không có khớp nối; b) ứng suất do co ngót trong các giá đỡ ghép nối
Tùy thuộc vào hệ thống tĩnh giả định trọng lượng bản thân của tấm bê tông, có một sự khác biệt: khớp nối chỉ cho tải trọng chuyển động (trọng lượng bản thân chỉ được giả định bởi giá đỡ bằng thép và hệ thống ghép nối chỉ nhận tải trọng tác dụng lên kết cấu hoàn thiện), khớp nối cho trọng lượng bản thân và tải trọng chuyển động (toàn bộ trọng lượng bản thân và tải trọng chuyển động tác dụng lên hệ thống ghép nối).
Trường hợp đầu tiên xảy ra khi các dầm thép đóng vai trò là giá đỡ cốp pha, không được đỡ và trong quá trình đổ bê tông, chúng có thể bị uốn cong trên hiện trường (hình 11a). Trong trường hợp này, bản thân giá đỡ bằng thép sẽ chịu trọng lượng của bê tông và ván khuôn. Sự liên kết chỉ xảy ra khi bê tông đủ cứng (hình 11b), vì vậy không được chất tải lên bệ đỡ ngay sau khi đổ bê tông, để tránh làm hư hỏng hoặc bê tông chảy quá mức.
Trong trường hợp thứ hai, khi hệ thống ghép nối nhận trọng lượng bản thân của tấm bê tông (sl 11c), giả định rằng giá đỡ thép được đỡ trong quá trình đổ bê tông ở những vị trí đủ để nó không nhận được mômen uốn đáng kể. Sự phân bố điện áp sau khi tháo giàn giáo được thể hiện trong hình. 11d.
Hình 11 — Khớp nối để di chuyển và tự tải, với sự phân bố ứng suất trước và sau khi tháo giàn giáo
Dự ứng lực
Trong trường hợp dầm đơn giản, ứng suất kéo nhỏ hơn chỉ xảy ra trong bê tông do độ co ngót và chênh lệch nhiệt độ. Ứng suất kéo đáng kể xảy ra ở các dầm nhô ra, dầm liên tục và các kết cấu khác, và chúng có thể gây ra các vết nứt trong bê tông. Nếu các vết nứt xuất hiện ở vùng mômen âm, hiệu ứng ghép sẽ bị mất. Do đó, việc tạo trước ứng suất nén nhỏ trong tấm bê tông là rất hữu ích để tránh hình thành các vết nứt do co ngót bê tông một cách an toàn. Ứng suất kéo trong bản bê tông của dầm ghép có thể giảm:
1. Bằng cách đặt tải trước âm tương ứng lên dầm thép (dự ứng lực trước cho mép trên). Đồng thời, trình tự đổ bê tông cần được nghiên cứu kỹ lưỡng.
2. Bằng cách nâng và hạ các giá đỡ giữa của các giá đỡ liên tục. nhờ đó, với quy trình thích hợp, ứng suất nén có thể được tạo ra trong tấm bê tông của hệ thống đỡ được ghép nối.
3. Bằng cách dự ứng lực. Trường hợp đơn giản nhất là khi tấm bê tông tự do được dự ứng lực trước và sau đó chỉ được kết nối với giá đỡ bằng thép. Ưu điểm của phương pháp này là lực tạo ứng suất trước tương đối nhỏ do đai nén của giá đỡ bằng thép không được tạo ứng suất trước. Dầm này chỉ nhận mô men uốn do dòng chảy và sự co ngót của tấm bê tông nên vẫn giữ thẳng nhờ lực dự ứng lực. Trong hình. 12a thể hiện sự phân bố ứng suất cho trường hợp dự ứng lực này (t=0), và trong hình. 12b trạng thái cuối cùng ở cuối luồng (t=tE) và trong hình. 12c Ứng suất uốn do mô men tải ngắn hạn (t=a). Trong hình. 12d hiển thị sự phân bố ứng suất cho t=0 trong trường hợp dự ứng lực của tấm bê tông liên kết.
Hình 12 — Dự ứng lực của tấm bê tông đứng tự do với khớp nối tiếp theo
Cấu trúc tĩnh không xác định
Dầm liên tục và các kết cấu tương tự nhận mômen uốn âm, thường gây ra ứng suất kéo cao trong tấm bê tông cốt thép. Các vết nứt là điều không mong muốn, đặc biệt là ở các cây cầu, xét đến tuổi thọ sử dụng của các dầm ghép và ảnh hưởng của các vết khía trên các vết nứt. Các hệ thống tĩnh không xác định được tính toán cho các tải trọng ngắn hạn (tải trọng chuyển động) theo các phương pháp tĩnh học thông thường đối với hệ thống không thay đổi. Các đại lượng tĩnh và biến dạng tương ứng giống như trong một hệ đàn hồi lý tưởng. Dưới tác dụng của tải trọng không đổi, đặc biệt là ứng lực trước cao, luôn xảy ra dòng chảy lớn. Khi xác định lực dự ứng lực cần xét đến ma sát của các phần tử dự ứng lực bị uốn cong. Trong quá trình thi công, phần nhô ra của cầu đôi cần được lựa chọn cẩn thận. Các giá đỡ được ghép sẵn rất cứng, do đó gần như không thể thực hiện các chỉnh sửa tiếp theo về vị trí độ cao. Mức độ cuối cùng chỉ đạt được sau vài năm, có tính đến dòng chảy. Việc san lấp mặt bằng đó không chắc chắn ở một mức độ nào đó, vì tác động của sự co ngót và dòng chảy là khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện khí hậu không thể dự đoán được.
Phần kết luận
Ứng dụng khớp nối không chỉ giới hạn ở dầm kim loại tấm mà còn có thể bao gồm các giá đỡ để tăng cứng dầm Langer, cầu treo, v.v. cũng như các dầm lưới có đường lên hoặc xuống. Cầu lưới - ứng suất kéo cao xảy ra ở các tấm đường gần lòng đường bên dưới, vì các tấm này phải tuân theo mức độ giãn dài của đai căng của dầm chính ở mức độ lớn hơn hoặc ít hơn. Cần phải có ứng suất trước theo chiều dọc thích hợp để tránh các vết nứt. Trong hình. 13 là trường hợp đường biên trong đó lưới thép không còn đai dưới nữa và vai trò của nó hoàn toàn được đảm nhận bởi tấm bê tông cốt thép dự ứng lực theo cả hai hướng. Trong hình. 13b bạn có thể thấy các kênh mặt cắt 60x180 mm trong chính phần hỗ trợ.
Hình ảnh 13 — Cầu Gahle: a) phần; b) Ngã ba của vành đai dưới, bên trái tại ga chính, ngay tại Vešaljka