OCELOVÉ KONSTRUKCE - fast10.vsb.czfast10.vsb.cz/odk/prednasok/prednaska7.pdf · - lineární p...

VVŠB ŠB –– Technická univerzita OstravaTechnická univerzita Ostrava

Fakulta stavebníFakulta stavební

LudvLudv ííka ka PodPod éšéštětě 18751875, ,

708 708 3333 Ostrava Ostrava -- PorubaPoruba

Miloš Miloš RiegerRieger

7. přednáška

OCELOVÉ KONSTRUKCE

Spřažené ocelobetonové konstrukce

Charakteristika:

Vhodnou kombinací vlastností dvou materiálů (ocel a beton) lze docílit progresivnějších konstrukcí, než by tomu bylo při použití jen jednoho z materiálů.

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce - úvod

Spřažené ocelobetonové konstrukce

Výhody spřažených konstrukcí:

- krátká doba výstavby

- samonosnost ocelové části před betonáží – snadná montáž

- lépe se přizpůsobí místním specifikacím

- použití spřažené bet. desky zvyšuje tuhost a snižuje spotřebu oceli (kladné momenty)

- nižší stavební výška

- nižší hmotnost oproti betonovým konstrukcím- oproti ocelovým konstrukcím – příznivější odezva, vyšší

trvanlivost, zvýšení požární odolnosti, zajištění stability a tuhosti ocel. průřezů, redukce příčného ztužení, nižší cena …

Využití: - ocelobetonové skelety občanských a průmyslových staveb

- spřažené mosty …


Základní tvary ocelobetonových konstrukčních prvků


Ocelobetonové nosníky

profil. plech

Plná deska

Základní tvary ocelobetonových konstrukčních prvků


Ocelobetonové sloupy

Typické příčné řezy spřažených mostů


Konstrukční řešení s plnostěnnými nosníky pro menší rozpony cca 25-45 m - (možné i bez příčného ztužení)

Použití pro: - Spřažené železniční mosty (především pro průběžné štěrkové lože)- Spřažené silniční mosty


Porovnání parametrů spřaženého nosníku a ocelového nosníku

Spřahovací prvky

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce – spřahovací prvky

Zajiš ťují sp řažení mezi ocelovou a betonovou částí pr ůřezu (především podélné smykové síly)

– trny– lišty– blokové zarážky (prutové, T-zarážka, C-zarážka, podkovovitá zarážka , kozlíky …)

– kotvy (Hilti)– a jiné

podélné smykové síly

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce - spřahovací prvky

Podkovovitá zarážka

Kozlíky z úhelník ů

Trny

T-zarážka

Spřahovací prvky


Spřahovací lišta

Technologie p řivařování trn ů (Nelson)

Trny - používané a dodávané trny vČR jsou z oceli 11 343 s mezí pevnosti po přivaření fu = 310 MPa. Při použití trn ů z lepších ocelí je možné pro výpočet únosnosti trnu brát skutečně zjištěnou hodnotu fu ,nejvýše však fu = 500 Mpa.

Spřahovací prvky


Kotvy HVB(přist řelování)

Smykové sp řaženís prefabrikovanou deskou

Plechobetonové desky

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce – plechobetonové desky

Započitatelný pr ůřez desky

Přenášení podélného smyku

Využití filigránových desek

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce – filigránové desky

Kotvy HVB

Patrové parkovišt ě

Spřažené stropy

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce – spřažené stropy

Spřažené stropy


Spřažené stropy


a

Příklad hlavice

křížového sloupu


Příklad hlavice

křížového sloupu


Sloupy

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce - sloupy

Typické p říčné řezy sloup ů

Sloupy

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce - sloupy

Interak ční křivka

Stav navrhování - normalizace

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce - normalizace

Ocelobetonové konstrukce

– Spřažené ocelobetonové mosty: ČSN P ENV 1994-2 : Navrhování sp řažených ocelobetonových konstrukcí - Část 2:Obecná pravidla a pravidla pro mosty

– Spřažené ocelobetonové mosty: ČSN P ENV 1994-1-1(Eurokód 4) : Navrhování sp řažených ocelobetonovýchkonstrukcí - Část 1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemnístavby

Ocelobetonové mosty

Materiál ocelobetonových konstrukcí

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce - materiál

mostyOcelobet. konstrukce

Beton

Další fyzikální hodnoty betonu lze převzít např. z ENV 1992-1-1:

součinitel příčné deformace ν = 0,2součinitel délkové roztažnosti

teplem α = 10.10-6 (oC) -1

objemová hustota železobetonu ς = 2400-2600 kg.m-3

(zpravidla) reologické změny – smršťovánía dotvarování podrobněji viz kap. …



Betonářská výztuž

Pro nosnou výztuž spřažených desek se doporučuje používáníbetonářské výztuže s charakteristickou mezí kluzufsk dle následující tabulky. Modul pružnosti pro všechny druhy oceli se uvažuje Es = 200.103 MPa.

Doporu čované druhy nosné betoná řské výztuže



Ocel


TrnyPoužívané a dodávané trny vČR jsou z oceli 11 343 s mezípevnosti po přivaření fu = 310 MPa. Při použití trnů z lepších ocelí je možné pro výpočet únosnosti trnu brát skutečnězjištěnou hodnotu fu , nejvýše však fu = 500 MPa.

Šroubové spoje (výhradně u mostních konstrukcí)Pro třecí spoje se používají šrouby tvaru A podle ČSN 02 1101 mechanických vlastností10.9 (10 K) podle ČSN 02 1005. Navrhování třecích spojů se provádí podle ČSN 73 1495.



Návrhová pevnost materiálu

Návrhová pevnost a návrhová únosnost (pro spřahovací trny) materiálu se vypočítá z charakteristických hodnot materiálůvydělením příslušným součinitelem spolehlivosti materiálu ze vztahů:

pro beton v tlaku fcd = 0,85 fck / γcpro ocel fyd = fy /γapro beton. výztuž fsd = fsk /γspro spřahovací trny PRd = PRk /γv



Součinitele spolehlivosti materiálu(obecně γMi) se dle ČSN uvažují:

- v mezním stavu únosnosti: pro beton na ohyb γc = 1,50pro beton na smyk γc = 1,30pro ocel γa = 1,15pro beton. výztuž γs = 1,15pro spřah. trny γv = 1,3

(pro posouzení únavy se použijí zvláštní postupy podle příslušných norem)

- v mezním stavu použitelnostise uvažují všechny součinitele materiálu = 1,0.



Součinitele spolehlivosti materiálu (obecně γMi) se dle EN uvažují:

- v mezním stavu únosnosti: pro beton na ohyb γc = 1,50pro beton na smyk γc = 1,30pro ocel γa = 1,0/1,1pro beton. výztuž γs = 1,15pro spřah. trny γv = 1,25

(pro posouzení únavy se použijí zvláštní postupy podle příslušných norem)

- v mezním stavu použitelnostise uvažují všechny součinitele materiálu = 1,0.



Mezní stavy

Téma : Navrhování – mezní stavy

Pozn.: Vedle uvedených mezních stavů únosnosti se musí dáleověřit: - ztráta stability tvaru

- ztráta stability polohy- porušení spoj ů

Téma : Navrhování – mezní stavy

Pozn.: Vedle uvedených mezních stavů použitelnosti se musí dále ověřit: - omezení dýchání st ěn (u most ů)

- konstr. detaily z hlediska koroze a provozu- možnost jednoduchého provád ění údržby a oprav

Mezní stavy

Zásady statického výpočtu

Téma : Navrhování - výpočet

Stanovení vnit řních sil se pro mezní stav únosnostiprovede od extrémního návrhového zatížení a pro meznístav použitelnosti od provozního návrhového zatížení, za těchto p ředpoklad ů:

- lineární p ůsobení konstrukce (mosty)

- ohybová tuhost ocelobetonového nosníku se stanoví pro ideální pr ůřez, který vznikne redukováním spolup ůsobící části desky pracovním sou činitelem n i = Ea/Eci

- spřažení kruhovými trny je zpravidla uvažováno jako úplné

- u spojitých nosník ů se definují dv ě ohybové tuhosti ocelobetonového nosníku. Pro beton bez trhlin (EaI1)a beton s trhlinami (EaI2) kde:

I1 – je moment setrva čnosti ideálního pr ůřezu za předpokladu spolup ůsobení betonu v tahu,

I2 – je moment setrva čnosti ideálního pr ůřezu se zanedbáním betonu v tahu, ale se zahrnutím betoná řské výztuže

Ohybová tuhost p říčných ztužidel u most ů, v případěspřažení, se stanoví pro ideální pr ůřez se spolup ůsobící částí desky v ší řce 0,5 c.


Téma : Navrhování – zásady statického výpočtu


Ohybové tuhosti spřažených nosníků

Téma : Navrhování - zásady statického výpočtu


Ohybové tuhosti spřažených příčných ztužidel mostních konstrukcí



Ohybové tuhosti spřažených nosníků



Spolupůsobící šířky spřažených nosníků

∫+

−

⋅=2

2

0

0

1b

b

dxb σσ

Téma : Navrhování – spolupůsobící šířky



be = lo / 8 ale ne více než b

beff = 2be (nebo be1 + be2)

∑+= eieff bbb 0

Případně dle EC:

Téma : Navrhování - spolupůsobící šířky








Zatěžovací stádia – podrobný výpočet (mosty)

1) montážní stadium (na skruži, bez skruže, postupný nárůst zatížení u kategorie „S“; lokální účinky)

nmont = 0 (působí jen ocel)

2) stadium dlouhodobého zatížení (vliv dotvarování)

ndotv = Ea/Ec,dotv.

3) stadium krátkodobého zatížení

nkr. = Ea/Ec,kr. ; (Ec,kr.= Ecm)

4) nerovnoměrné oteplení

nkr. = Ea/Ec,kr.

5) smršťováním betonu

nsmrst. = Ea/Ec,smrst

Téma : Navrhování – zatěžovací stádia


Zatěžovací stádia – občanské stavby

1) montážní stadium (na skruži, bez skruže, postupný nárůst zatížení u kategorie „S”; lokální účinky)

nmont = 0 (působí jen ocel)

2) stadium dlouhodobého zatížení (vliv dotvarování)

ndotv = Ea/(Ecm/3)

(V přibližných výpočtech lze pro všechny účinky uvažovat E’c = Ecm/2 )

3) stadium krátkodobého zatížení

nkr. = Ea/Ec,kr. ; (Ec,kr.= Ecm)

Téma : Navrhování - zatěžovací stádia


Vliv dotvarování

Téma : Navrhování - dotvarování


Vliv dotvarování

/(1 )c cm L tE E ψ φ′ = +

Téma : Navrhování - dotvarování


Vliv smršťování εcs = 0,0003 mosty na volném prostranství εcs = 0,0002 mosty ve vlhkém prostředí (nad

vodními toky)

, /(1 )c smrst cm L tE E ψ φ′ = +

(pro Td = 100 let)

Téma : Navrhování - smršťování


Vliv teplotních změn - mosty

Zatížení teplotními změnami udává např. ČSN 73 6203. Pro rozpětí mostu do 50 m lze uvažovat zjednodušený průběh nerovnoměrného oteplení podle obr.

Téma : Navrhování – teplotní změny



Obecně pro spřažení ocel-beton platí dle ČSN 73 6203:




Průběh napětí od teplotních změn:



Výpočet ohybové únosnosti průřezu podle teorie

lineární pružnostiStanovit únosnost průřezu použitím pružné analýzy v mezním stavu únosnosti je nutné u průřezů třídy 3 (u třídy 4 nutno zohlednit boulení) –kategorie S. Současně je nutno pomocí pružné analýzy ověřit pružný stav kompaktních průřezů (třída 1,2 – kateg. K) v mezním stavu použitelnosti –omezení napětí.

Téma : Navrhování – výpočet podle teorie lineární pružnosti



lineární pružnosti

Napěťové účinky jednotlivých stádií

Téma : Navrhování – výpočet podle teorie lineární pružnosti



plasticityStanovit únosnost průřezu použitím plastické analýzy je možno u průřezůtřídy 1 a 2 (kategorie K).

Beton v tlaku

RdplSd MM ,≤

Téma : Navrhování – výpočet výpočet podle teorie plasticity



plasticityStanovit únosnost průřezu použitím plastické analýzy je možno u průřezůtřídy 1 a 2 (kategorie K).

Beton v tahu

RdplSd MM ,≤




plasticity

Pro xpl > 0,15h se musí Mpl,Rd redukovat součinitelem β




plasticity

Plastické rozdělení napětí modifikované vlivem vertikálního smyku

( )2RdEd 12 −= VVρ - pro VEd > 0,5 Vpl,Rd




plasticity

a) neutrální osa prochází betonovou deskou


adawahc FFFF ++=

hahwawdadRdpl rFrFrFM ⋅+⋅+⋅=,



plasticity

b) neutrální osa prochází horní pásnicí


haawadhac FFFFF 21 ++=+

1122, hhahhawawdadRdpl rFrFrFrFM ⋅−⋅+⋅+⋅=



plasticity

c) neutrální osa prochází stojinou ocelového nosníku


waadwaahc FFFFF 21 +=++

hahwwawwadadRdpl rFrFrFrFM ⋅−⋅−⋅+⋅= 1122,



plasticity

d) nosník je namáhán záporným ohyb. momentem


adwawaahs FFFFF +=++ 21

hahwwawwadadRdpl rFrFrFrFM ⋅−⋅−⋅+⋅= 1122,

Téma : Navrhování – realizaceVliv spřažení : A – nesp řaženo

B – částečné sp řaženíC – plné sp řažení


Spřahovací prostředky

Návrhová únosnost trnu s hlavou ve smyku, přivařeného automatem podle EN 14555, se určí ze vztahů:

V

2u

Rd4/8,0

γπ df

P =

V

cmck2

Rd

29,0

γα Efd

P =

nebo

Použije se menší hodnota, přičemž:

+= 12,0 sc

dhα pro 3 ≤≤≤≤ hsc/d ≤≤≤≤ 4

α =1 pro h sc/d > 4

Téma : Navrhování – posouzení spřažení





Typické plochy možného smykového porušení

Téma : Navrhování – posouzení spřažení


Mosty se zabetonovanými nosníkyTypický řez mostu ze zabetonovaných nosník ů

cst ≥ 70 mm, cst ≤ 150 mm, cst ≤ h/3,cst ≤ xpl - tf

Téma : Navrhování – mosty se zabetonovanými nosníky


Mosty se zabetonovanými nosníky

Rozdělení vnit řních sil a nap ětí v pr ůřezu se zabetonovanými nosníky

Téma : Navrhování – mosty se zabetonovanými nosníky

Montáž mostu – Malešice-Vršovice:

Téma : Navrhování – realizace

Ocelobetonová skeletová konstrukce







Spřažené sloupy

Spřažené sloupy

Spřažené sloupy

Spřažená plechobetonová deska

Spřažená plechobetonová deska

Konec prezentace

Date post:	01-Mar-2019
Category:	Documents
Upload:	dotuong
View:	235 times
Download:	2 times

OCELOVÉ KONSTRUKCE - fast10.vsb.czfast10.vsb.cz/odk/prednasok/prednaska7.pdf · - lineární p...

Documents