7. přednáška OCELOVÉ KONSTRUKCE VŠB. Technická univerzita Ostrava Fakulta stavební Podéš 1875, éště. Miloš Rieger

7. přednáška

OCELOVÉ KONSTRUKCE VŠB – Technická univerzita Ostrava Fakulta stavební Ludvíka Podéště 1875, 708 33 Ostrava - Poruba

Miloš Rieger

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce - úvod

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.


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

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


Porovnání parametrů spřaženého nosníku a ocelového nosníku

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce – spřahovací prvky

Spřahovací prvky Zajišťují spřažení mezi ocelovou a betonovou částí průřezu (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 úhelníků

Trny

T-zarážka


Spřahovací prvky Technologie přivařování trnů (Nelson)

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

Spřahovací lišta


Spřahovací prvky Kotvy HVB (přistřelování)

Smykové spřažení s prefabrikovanou deskou

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce – plechobetonové desky

Plechobetonové desky

Započitatelný průřez desky

Přenášení podélného smyku

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce – filigránové desky

Využití filigránových desek Kotvy HVB

Patrové parkoviště

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce – spřažené stropy

Spřažené stropy


Spřažené stropy


Spřažené stropy

a


Příklad hlavice křížového sloupu


Příklad hlavice křížového sloupu

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce - sloupy

Sloupy

Typické příčné řezy sloupů

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce - sloupy

Sloupy Interakční křivka

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce - normalizace

Stav navrhování - normalizace Ocelobetonové konstrukce – Spřažené ocelobetonové mosty: ČSN P ENV 1994-1-1 (Eurokód 4) : Navrhování spřažených ocelobetonových konstrukcí - Část 1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby

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

Téma : Spřažené ocelobetonové konstrukce - materiál

Materiál ocelobetonových konstrukcí Ocelobet. konstrukce

Beton

mosty


Materiál ocelobetonových konstrukcí

Další fyzikální hodnoty betonu lze převzít např. z ENV 1992-1-1: součinitel příčné deformace součinitel délkové roztažnosti teplem objemová hustota železobetonu reologické změny – smršťování a dotvarování

ν = 0,2 α = 10.10-6 (oC) -1 ς = 2400-2600 kg.m-3 (zpravidla) podrobněji viz kap. …


Materiál ocelobetonových konstrukcí Betonářská výztuž Pro nosnou výztuž spřažených desek se doporučuje používání betonářské výztuže s charakteristickou mezí kluzu fsk dle následující tabulky. Modul pružnosti pro všechny druhy oceli se uvažuje Es = 200.103 MPa.

Doporučované druhy nosné betonářské výztuže


Ocel


Materiál ocelobetonových konstrukcí Trny Používané a dodávané trny v ČR jsou z oceli 11 343 s mezí pevnosti po přivaření fu = 310 MPa. Při použití trnů z lepších ocelí je možné pro výpočet únosnosti trnu brát skutečně zjištěnou 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 vlastností 10.9 (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 materiálů vydělením příslušným součinitelem spolehlivosti materiálu ze vztahů: pro beton v tlaku fcd = 0,85 fck / γc pro ocel fyd = fy /γa pro beton. výztuž fsd = fsk /γs pro spřahovací trny PRd = PRk /γv



Součinitele spolehlivosti materiálu (obecně γMi) se dle ČSN uvažují: - v mezním stavu únosnosti:

pro beton na ohyb pro beton na smyk pro ocel pro beton. výztuž pro spřah. trny

γc = 1,50 γc = 1,30 γa = 1,15 γs = 1,15 γv = 1,3

(pro posouzení únavy se použijí zvláštní postupy podle příslušných norem) - v mezním stavu použitelnosti se uvažují všechny součinitele materiálu = 1,0.



Součinitele spolehlivosti materiálu (obecně γMi) se dle EN uvažují: - v mezním stavu únosnosti:

pro beton na ohyb pro beton na smyk pro ocel pro beton. výztuž pro spřah. trny

γc = 1,50 γc = 1,30 γa = 1,0/1,1 γs = 1,15 γv = 1,25

(pro posouzení únavy se použijí zvláštní postupy podle příslušných norem) - v mezním stavu použitelnosti se uvažují všechny součinitele materiálu = 1,0.

Téma : Navrhování – mezní stavy

Mezní stavy

Pozn.: Vedle uvedených mezních stavů únosnosti se musí dále ověřit: - ztráta stability tvaru - ztráta stability polohy - porušení spojů

Téma : Navrhování – mezní stavy

Mezní stavy

Pozn.: Vedle uvedených mezních stavů použitelnosti se musí dále ověřit: - omezení dýchání stěn (u mostů) - konstr. detaily z hlediska koroze a provozu - možnost jednoduchého provádění údržby a oprav

Téma : Navrhování - výpočet

Zásady statického výpočtu Stanovení vnitřních sil se pro mezní stav únosnosti provede od extrémního návrhového zatížení a pro mezní stav použitelnosti od provozního návrhového zatížení, za těchto předpokladů: - lineární působení konstrukce (mosty) - ohybová tuhost ocelobetonového nosníku se stanoví pro ideální průřez, který vznikne redukováním spolupůsobící části desky pracovním součinitelem ni = Ea/Eci - spřažení kruhovými trny je zpravidla uvažováno jako úplné - u spojitých nosníků se definují dvě ohybové tuhosti ocelobetonového nosníku. Pro beton bez trhlin (EaI1) a beton s trhlinami (EaI2) kde:

Téma : Navrhování – zásady statického výpočtu

Zásady statického výpočtu I1 – je moment setrvačnosti ideálního průřezu za předpokladu spolupůsobení betonu v tahu, I2 – je moment setrvačnosti ideálního průřezu se zanedbáním betonu v tahu, ale se zahrnutím betonářské výztuže Ohybová tuhost příčných ztužidel u mostů, v případě spřažení, se stanoví pro ideální průřez se spolupůsobící částí desky v šířce 0,5 c.

Téma : Navrhování - zásady statického výpočtu

Zásady statického výpočtu Ohybové tuhosti spřažených nosníků


Zásady statického výpočtu Ohybové tuhosti spřažených příčných ztužidel mostních konstrukcí


Zásady statického výpočtu Ohybové tuhosti spřažených nosníků

Téma : Navrhování – spolupůsobící šířky

Zásady statického výpočtu Spolupůsobící šířky spřažených nosníků

+

b=

1

σ

b0 2

∫ σ ⋅ dx −

b0 2

Téma : Navrhování - spolupůsobící šířky


be = lo / 8 ale ne více než b beff = 2be

(nebo

be1 + be2)

Případně dle EC:

beff = b0 +

∑ bei





Téma : Navrhování – zatěžovací stádia

Zásady statického výpočtu 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

Zásady statického výpočtu 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 - dotvarování

Zásady statického výpočtu Vliv dotvarování

Téma : Navrhování - dotvarování

Zásady statického výpočtu Vliv dotvarování

Ec′ = Ecm /(1 +ψ Lφt )

Téma : Navrhování - smršťování

Zásady statického výpočtu Vliv smršťování

εcs = 0,0003 mosty na volném prostranství εcs = 0,0002 mosty ve vlhkém prostředí (nad vodními toky) (pro Td = 100 let)

Ec′, smrst = Ecm /(1 +ψ Lφt )

Téma : Navrhování – teplotní změny

Zásady statického výpočtu 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.


Zásady statického výpočtu Vliv teplotních změn - mosty Obecně pro spřažení ocel-beton platí dle ČSN 73 6203:


Zásady statického výpočtu Vliv teplotních změn - mosty Průběh napětí od teplotních změn:

Téma : Navrhování – výpočet podle teorie lineární pružnosti

Zásady statického výpočtu Výpočet ohybové únosnosti průřezu podle teorie lineární pružnosti Stanovit 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

Zásady statického výpočtu Výpočet ohybové únosnosti průřezu podle teorie lineární pružnosti Napěťové účinky jednotlivých stádií

Téma : Navrhování – výpočet výpočet podle teorie plasticity

Zásady statického výpočtu Výpočet ohybové únosnosti průřezu podle teorie plasticity Stanovit únosnost průřezu použitím plastické analýzy je možno u průřezů třídy 1 a 2 (kategorie K).

M Sd ≤ M pl , Rd

Beton v tlaku


Zásady statického výpočtu Výpočet ohybové únosnosti průřezu podle teorie plasticity Stanovit únosnost průřezu použitím plastické analýzy je možno u průřezů třídy 1 a 2 (kategorie K).

M Sd ≤ M pl , Rd

Beton v tahu


Zásady statického výpočtu Výpočet ohybové únosnosti průřezu podle teorie plasticity

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


Zásady statického výpočtu Výpočet ohybové únosnosti průřezu podle teorie plasticity Plastické rozdělení napětí modifikované vlivem vertikálního smyku

ρ = (2VEd VRd − 1)

2

- pro VEd > 0,5 Vpl,Rd


Zásady statického výpočtu Výpočet ohybové únosnosti průřezu podle teorie plasticity a) neutrální osa prochází betonovou deskou M pl , Rd = Fad ⋅ rd + Faw ⋅ rw + Fah ⋅ rh

Fc = Fah + Faw + Fad


Zásady statického výpočtu Výpočet ohybové únosnosti průřezu podle teorie plasticity b) neutrální osa prochází horní pásnicí M pl , Rd = Fad ⋅ rd + Faw ⋅ rw + Fa 2 h ⋅ rh 2 − Fa1h ⋅ rh1 Fc + Fa1h = Fad + Faw + Fa 2 h


Zásady statického výpočtu Výpočet ohybové únosnosti průřezu podle teorie plasticity c) neutrální osa prochází stojinou ocelového nosníku M pl , Rd = Fad ⋅ rd + Fa 2 w ⋅ r2 w − Fa1w ⋅ r1w − Fah ⋅ rh

Fc + Fah + Fa1w = Fad + Fa 2 w


Zásady statického výpočtu Výpočet ohybové únosnosti průřezu podle teorie plasticity d) nosník je namáhán záporným ohyb. momentem M pl , Rd = Fad ⋅ rd + Fa 2 w ⋅ r2 w − Fa1w ⋅ r1w − Fah ⋅ rh

Fs + Fah + Fa1w = Fa 2 w + Fad

Téma : Navrhování – realizace

Vliv spřažení :

A – nespřaženo B – částečné spřažení C – plné spřažení

Téma : Navrhování – posouzení spřažení

Zásady statického výpočtu Spřahovací prostředky Návrhová únosnost trnu s hlavou ve smyku, přivařeného automatem podle EN 14555, se určí ze vztahů: PRd =

0,8 fu π d 2 / 4

γV

nebo PRd =

0,29 α d 2 fck Ecm

γV

Použije se menší hodnota, přičemž: h  α = 0,2  sc + 1  d  α =1

pro 3 ≤ hsc/d ≤ 4 pro hsc/d > 4

Spřahovací prostředky

Spřahovací prostředky

Téma : Navrhování – posouzení spřažení

Zásady statického výpočtu Spřahovací prostředky Typické plochy možného smykového porušení

Téma : Navrhování – mosty se zabetonovanými nosníky

Zásady statického výpočtu Mosty se zabetonovanými nosníky Typický řez mostu ze zabetonovaných nosníků

cst ≥ 70 mm,

cst ≤ 150 mm,

cst ≤ h/3,cst ≤ xpl - tf

Téma : Navrhování – mosty se zabetonovanými nosníky

Zásady statického výpočtu Mosty se zabetonovanými nosníky Rozdělení vnitřních sil a napětí v průřezu se zabetonovanými nosníky


Montáž mostu – Malešice-Vršovice:


Ocelobetonová skeletová konstrukce






Spřažené sloupy

Spřažené sloupy

Spřažené sloupy

Spřažená plechobetonová deska

Spřažená plechobetonová deska

Konec prezentace

7. přednáška OCELOVÉ KONSTRUKCE VŠB. Technická univerzita Ostrava Fakulta stavební Podéš 1875, éště. Miloš Rieger

Recommend Documents