重要技術和安全注意事項： 這是檔案教育文本，不是結構設計、靜態計算、適用標準、接縫細節或施工、焊接、混凝土、支撐、預應力或修復說明。根據當今的規定，所有原始配方、標記、尺寸、材料、程序和聲明均未經驗證而轉讓。鋼-混凝土耦合結構的設計和實施完全屬於授權土木工程師、結構設計師、承包商和監理根據特定對象、荷載、土壤、材料和適用標準進行的。
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介紹
在一些建築中，使用了鋼支撐上的鋼筋混凝土板，例如工字樑上的橋樑的路面板或工字樑上的建築物的天花板。先前，此類系統的尺寸設計是基於以下假設：這兩個元件可以相互移動，並且主跨方向上的力矩僅由鋼支撐承受。混凝土板將荷載傳遞給鋼樑，但不參與接收對應的靜力值（圖1）。1）。
圖1 — 耦合載體，系統
對於這種施工方法，在混凝土板上定期設置橫向接縫，以便使鋼筋混凝土收縮並避免不良裂縫，即補充應力。然而，經驗表明，這種系統中的實際力與計算值有很大不同。在鋼筋混凝土板與鋼支撐的接觸處，會產生很大的摩擦力（黏附應力），從而使兩個元件始終配合。
意外耦合效應的缺點是混凝土板接縫處出現缺口效應。沿著鄰接表面的剪應力在接合處附近急劇增加，類似側縫末端的剪應力。由於接頭處的零線位置實際上不會改變，因此鋼支撐中的正應力可能明顯高於均勻耦合計算的正應力。從這個凹口開始，可以發生進一步擴散的黏附母版。因此，路面板中的接縫沒有發揮其作用，也沒有發揮作用。
連接支架
在耦合支撐的情況下，假設鋼支撐和混凝土板之間接觸面上的剪力可以安全地傳遞（梁中的力）。規則是混凝土板直接放置在鋼支撐的上帶上並且沒有相對運動。在這種所謂的「剛性聯軸器」中，使用了嵌入混凝土中的特殊連接方式（軸、箍筋、錨固件）。
我們將考慮有混凝土板且沒有橫縫的連樑的情況。如果某個載重（例如彎矩）只作用很短的時間，則相應的應力和變形_Δσ_，分別為： Δε 根據基礎強度科學，類似於鋼筋混凝土。鋼材和混凝土中的應力，在一定的伸長率下，與其彈性模量有關：σst/σb = Est/Eb = n。如果荷載是長期的，混凝土會因收縮和流動而變形。如果有_ε0= σ/E0_ 標記此時因短期載重而產生的變形 t =0, 變形在永久載重下因摩擦而增加，直到時刻 t 達到值 εt = ε0(t + φt)。在相同條件下，計算屈服變形就好像它們與應力成正比。這就是為什麼說胡克定律適用於流動引起的變形。流量係數 φt 取決於時間、混凝土等級、外部溫度、空氣濕度、元件負載力矩等。
出現的不是根據 Bernoulli\ 和 Navier\ 的彎曲，而是出現微分關係，即應根據流動微分方程式確定應力分佈。由於流動，混凝土中的應力減小，而鋼材中的應力增加。除了橫截面尺寸之外，這些應力變化還取決於彈性尺寸和負載力矩。混凝土收縮會產生與流動類似的後果。收縮量_εs_取決於混凝土、其生產方法、氣候條件。混凝土收縮不取決於施加在元件上的荷載。
耦合方式
耦合裝置應安全地傳遞因發生載荷而引起的混凝土和鋼材接觸表面上的所有剪切力，從而防止打滑。此外，如果由於其尺寸而混凝土截面本身無法承受傾斜主拉力，則它們應承受傾斜主拉力。力的大小根據基本彎曲理論決定。以下被視為耦合方式：
- 耦合錨栓：這些是圓形或扁平鐵板，焊接到鋼支撐的上帶上，其作用類似於鋼筋混凝土樑的彎曲鋼筋。它們被製成鉤子或馬鐙，對角線或垂直。這些錨固件僅作用於一個方向，如果剪切力改變符號，這些錨固件將不起作用。
- 支架：固定在鋼支撐的上表面，可以承受兩個方向的剪切力。應在剪切力的方向上區分軟腦和硬腦。軟腦細胞遭受顯著變形，且剪切力在其表面上的分佈不均勻。剛性大腦可以以較小的變形提供更好的力分佈。
圖片2 — Herdecke 附近魯爾河上的橋樑
- 螺旋鋼筋：它位於鋼支架上並在接觸點焊接。螺旋不適用於較大的耦合力。波紋圓鋼也是如此。作為用於橋上耦合的裝置的範例，在圖1中。 2 顯示了 Herdecka 附近魯爾河大橋的大樑（大樑 60x40，帶有垂直箍筋 phi12，焊接到大樑本身，以避免焊接產生更多凹口）；在圖中。 3指連接一橋橫梁，依橫向力的大小，梁採用橫向焊接箍筋，特殊樑上帶採用直焊箍筋。對於長箍筋，也可以將箍筋焊接在相對的兩側，如圖 1 所示。 4a。在圖中。 4b 是所示的傾斜箍筋的解決方案。
圖3 — 一座橋的橫樑
圖片4 — 帶馬鐙的大腦
在施工中，也會使用帶箍筋的剛性箍筋或僅箍筋，但也會遇到帶有軟箍筋的解決方案，例如鉚接角部。基於經濟原因，更常使用耦合錨栓，將其對焊到鋼支架上（圖5a），或用一個彎曲端放置在支架上（圖5b）。在圖中。 5c 顯示了帶有移位鉤子的相應解決方案。在圖中。 6展示了建築施工中天花板支撐的常規解決方案，即a）工字梁耦合支撐，b）T型梁（通過切割工字梁形成）。在支撐的末端，應始終提供特別堅固的端部支撐（圖7）。傾斜錨栓用於將收縮和溫度產生的應力引入板中。
圖片5— 連接錨
圖片6— 夾層結構的支撐
用於連接裝置的尺寸設計是根據基本原理進行的。各個裝置應受到與其間距相對應的剪切力。在決定腦部焊接連接尺寸時，應考慮傾覆力矩。
圖片7— a) 以錨定結束大腦； b) 錨定
彈性聯軸器
先前的介紹提到了“剛性耦合”，其中鋼支撐件和板之間的相對位移等於零，並且耦合裝置連續作用。耦合裝置的變形、混凝土和鋼支撐的局部變形均被忽略。
圖片8— 附彈性聯軸器的支架
在剛性耦合的假設下，透過各個耦合方式傳遞的力與橫向力和大腦的間距成正比。如果鋼支撐和混凝土板之間在某些區域發生顯著的相對運動，則會導致明顯的力重組。混凝土可以部分停止充當連樑的壓力板，從而顯著降低剪力的最大值。在圖中。8給出了彈性耦合結構的範例，類似於科隆-羅登基興萊茵河大橋。在圖中。9對於集中力和完全均勻分佈的荷載，顯示了彈性耦合對連續支撐的影響。位移 ψ 是用於承受剪切力的聯軸器剛度的度量，在圖 2 中定義。8。因此，如果有目的地選擇聯軸器的屬性來承受剪切力，則彈性聯軸器的影響非常大。
圖片9— 具彈性聯軸器的橋樑範例
耦合結構的計算
原則上，混凝土板的厚度應盡可能小是經濟的，同時應遵守法規確定的最小厚度。
靜態確定的結構
在靜態確定的結構（例如簡單梁）的情況下，特定載荷的公共部分中的靜態影響是恆定的，或與時間無關。由於流動和收縮的影響，只有截面某些部分的彎矩和法向力是可變的。
收縮的影響可以表示為鋼支撐和混凝土板之間相應的溫差。由於混凝土收縮，耦合截面中出現內應力，即混凝土收縮產生的拉應力，其收縮受到鋼支撐（以及鋼筋本身）的影響，而相應的壓應力則出現在鋼截面中（圖10）。收縮率依單一指數函數隨時間增加至最終值。由於收縮應力也會隨著收縮變形而增加，這會導致所謂的_收縮流動_。
圖10 — a) 無耦合時自由板的收縮； b) 由於耦合支撐收縮而產生的應力
根據承擔混凝土板自重的靜力系統，存在差異：僅對移動荷載進行耦合（自重僅由鋼支撐承擔，耦合系統僅承受作用在成品結構上的荷載），對自重和移動荷載進行耦合（整個自重和移動荷載作用在成品結構上）。
第一種情況發生在鋼樑作為模板支撐時，沒有支撐，並且在混凝土澆築過程中它們可以在現場彎曲（圖11a）。在這種情況下，鋼支撐本身承受混凝土和模板的重量。只有當混凝土足夠堅硬時才會發生粘結（圖11b），因此混凝土澆築後不得立即加載支架，以免混凝土損壞或過度流動。
在第二種情況下，當混凝土板的自重也由耦合系統承受時（圖11c），假設在混凝土澆築過程中鋼支撐在足夠的位置得到支撐，使其不會受到顯著的彎矩。拆除腳手架後的電壓分佈如圖2所示。 11d.
圖11 — 動載與靜載聯軸器，以及拆除鷹架前後的電壓分佈
預載
對於簡單梁，混凝土中僅因收縮和溫差而產生較小的拉應力。懸梁、連續樑和其他結構中會產生巨大的拉應力，這可能會導致混凝土出現裂縫。如果裂縫出現在負力矩區域，則耦合作用消失。因此，提前在混凝土板中引入小的壓應力是有用的，以安全地避免因混凝土收縮而形成裂縫。可降低連梁混凝土板的拉應力：
1\。透過鋼樑相應的負預緊（上緣預張緊）。應仔細研究混凝土澆築的順序。
2\。透過升高和降低連續支撐的中間支撐。因此，透過適當的程序，可以在耦合支撐的混凝土板中產生壓應力。
3.透過預力。最簡單的情況是對自由混凝土板施加預應力，然後才連接到鋼支撐。此過程的優點是預力相對較小，因為鋼支撐的壓縮帶沒有預力。此梁僅因混凝土板的流動和收縮而承受彎矩，因此由於預力而保持筆直。在圖中。12顯示了這種預力情況下的應力分佈 (t=0)，並在圖中。12b 流程結束時的最終狀態 (t=tE)，如圖所示。12c 短期力矩載重所引起的彎曲應力 (t=a)。在圖中。12d 顯示 t= 的電壓分佈0 在對黏結混凝土板施加預力的情況下。
圖片12— 對獨立混凝土板施加預力並進行後續耦合
靜不定結構
連續樑和類似結構承受負彎矩，這通常會在鋼筋混凝土板中產生高拉力應力。考慮到連接樑的使用壽命以及缺口對裂縫的影響，裂縫是不受歡迎的，尤其是在橋樑中。超靜定係統根據不變系統的常用靜力學方法計算短期載荷（移動載荷）。對應的靜態量和變形與理想彈性系統中的相同。在恆定載重特別是高預力作用下，往往會出現大流量。確定預力時，應考慮彎曲預力元件的摩擦力。施工時，應仔細選擇連橋的懸挑。現成的耦合支撐非常剛性，因此幾乎不可能對高度位置進行後續修正。考慮到流量，最終水準要經過幾年才能達到。這種流平在某種程度上是不確定的，因為收縮和流動的影響是可變的，取決於無法預測的氣候條件。
結論
聯軸器的應用不僅限於鈑金梁，還可以包括加勁蘭格梁、懸索橋等的支撐以及帶有行車道向上或向下的格構梁。格構橋 - 高拉應力出現在下方道路附近的路板上，因為這些路板必須或多或少地跟隨主樑張緊帶的伸長。需要足夠的縱向預應力以避免裂縫。在圖中。 13是一種邊界情況，其中鋼格柵不再具有下部帶，其作用完全由雙向預力鋼筋混凝土板接管。在圖中。 13b 您可以在支架本身中看到橫斷面通道60x180 mm。
圖13 — 加勒橋：a) 剖面； b) 下帶交會處，左為總站，右為 Vešaljka