Ocelobetonové konstrukce

Jednotný programový dokument pro cíl 3 regionu (NUTS2) hl. m. Praha (JPD3)

Projekt DALŠÍ VZDĚLÁVÁNÍ PEDAGOGŮ V OBLASTI

NAVRHOVÁNÍ STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ PODLE EVROPSKÝCH NOREM Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem (ESF), státním rozpočtem České republiky a rozpočtem hlavního města Prahy.

Ocelobetonové konstrukce České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební

Ocelobetonové spřažené konstrukce • Desky a nosníky • Sloupy

•

Ocel je spojena s betonem do jedné nosné konstrukce pomocí spřahovacích prvků

Ocelobetonové konstrukce

Nosníky


Tvary nosníků


Spřahovací prvky • • •

poloautomaticky přivařené trny přistřelené zarážky Hilti (obrázek) perforovaná lišta


Spřahovací prvky


Perforovaná lišta • •

v ČR dva typy: základní (50 mm) a vysoká (100 mm) přivaří se koutovým svarem na pásnici ocelového nosníku


Únosnost spřahovacích prvků • U trnů vzorce v EN 1994-1-1 • Hilti, lišta apod.: výsledky výzkumu


Nosník s deskou namáhaný ohybem •

• •

podélné normálové napětí v desce není v důsledku smykových deformací rovnoměrné zavádí se tzv. účinná šířka beff podmínka: plocha pod čarou skutečných napětí se rovná ploše obdélníka s šířkou beff


Účinná šířka desky •

vzorce z ČSN EN 1994-1-1


Klasifikace průřezů

• •

týká se jen ocelových částí nosníku namáhaných tlakem a platí všechna pravidla pro OK obetonované části: podle tabulky


Navrhování ocelobetonových nosníků • • • • • • • •

ČSN EN 1994-1-1 předpoklad: neposuvné spojení mezi ocelí a betonem pružný a plastický výpočet pružný výpočet je univerzální plastický výpočet je možný jen při splnění podmínek: třída 1 nebo 2 ocelobetonové nosníky pozemních staveb je zpravidla vždy možno posoudit plastickým výpočtem návrhové pevnosti: ocel fyd = fy /γa = fy /1,0 výztuž fsd = fsk /γs =fsk /1,15 beton fcd = 0,85 fck/γc = 0,85 fck /1,5 mezní stav použitelnosti: vždy jen pružný výpočet !!! Ocelobetonové konstrukce

Pružný výpočet • •

• • •

Bernoulliho hypotéza platí, průběh ε je přímkový protože se moduly oceli Ea a betonu Ec významně liší, musí být na rozhraní ocel – beton skok v normálovém napětí (Hookův zákon: σ = εE) výpočtově se beton převede na ocel tak, že se šířka desky znásobí poměrem n = Ea/Ec s takto upraveným průřezem se zachází jako s průřezem ocelovým výztuž desky se při působení kladného momentu M Ed obvykle zanedbá Ocelobetonové konstrukce

Pružný výpočet • • •

je nutné respektovat postup montáže montáž „na lešení“ nebo „bez lešení“ montáž bez lešení (sčítat napětí z jednotlivých fází montáže): obrázek vpravo


Návrh spřažení při pružném výpočtu • únosnost spřahovacího prvku: PRd • určí se podélná posouvající síla Vℓ mezi ocelovou pásnicí a betonovou deskou: V ℓ= VEdSc/Ii • Sc je statický moment desky k těžišťové ose ideálního průřezu (ideální průřez je průřez celoocelový, kde je betonová deska nahrazena deskou ocelovou s šířkou beff/n) • Ii je moment setrvačnosti ideálního průřezu • počet spřahovacích prvků Nf = Vℓ/PRd • prvky se rozmístí podle průběhu síly, tj. kde je velká posouvající síla, tam jsou prvky hustěji Ocelobetonové konstrukce

Plastický výpočet pro nosník s deskou • •

kladný moment, neutrální osa prochází deskou poloha neutrální osy vyplyne z rovnováhy sil


Plastický výpočet pro nosník s deskou • • •

kladný moment, neutrální osa prochází stojinou ocelového nosníku poloha osy vyplyne z rovnováhy sil Fc + Fa1 = Fa2 moment únosnosti Mpl,Rd = Fa2(ha2 - d/2) – Fa1(ha1 - d/2)


Nosníky s obetonovanou stojinou • •

vhodné zejména pro požární návrh beton na stojině drží trny


Nosníky s obetonovanou stojinou •

platí stejné zásady pro výpočet momentu únosnosti při kladném i záporném ohybu


Vliv smyku na ohybovou únosnost • • • •

smyk se přisuzuje pouze stojině ocelového nosníku pokud je smyk malý (VEd ≤ 0,5 Vpl,Rd), lze ho zanedbat pokud je velký, vypočítá se ρ = (2 VEd / Vpl,Rd -1)2 postupuje se podle obrázku dole (stojina má sníženou pevnost)


Únosnost v ohybu pro hranatou trubku vyplněnou betonem


Únosnost v ohybu pro trubku vyplněnou betonem •

z rovnováhy sil se vypočítá úhel θ (poloha neutrální osy)

•

moment únosnosti

• •

součinitel ψ v grafech nebo tabulkách W pl,a je modul pro ocelovou trubku


Únosnost v ohybu pro obetonovaný průřez • •

z rovnováhy sil se vypočítá poloha neutrální osy obvyklým způsobem Mpl,Rd


Návrh spřažení při plastickém výpočtu • •

• • •

únosnost spřahovacího prvku P Rd určí se podélná posouvající síla V ℓ mezi ocelovou pásnicí a betonovou deskou: vzorce a) pro prostý nosník (menší hodnota rozhoduje), b) pro spojitý nosník počet prvků Nf = Vℓ/PRd prvky se mezi kritickými průřezy rozmístí rovnoměrně lze použít pouze prvky s dostačující duktilitou (trny)


Trny přivařené skrz trapézový plech


Metro Stodůlky (ukázka spřažení trny)


Sloupy


Používané tvary na sloupy


Částečně obetonovaný I profil


Evropské normy pro navrhování


ČSN EN 1994 • • • •

Všechny 3 normy jsou již vydány: ČSN EN 1994-1-1: účinnost 1.9.2006 ČSN EN 1994-1-2: účinnost 1.1.2007 ČSN EN 1994-2: účinnost 1.3.2007


Srovnání EN 1994-1-1 s ENV • • •

Nyní 102 stran (ENV měla 211 stran): vypadly údaje o zatížení a materiálech, kde se odkazuje na jiné EN Jiné číslování kapitol (EN pro beton, ocel, ocelobeton a dřevo mají shodné číslování kapitol, nově např. trvanlivost) Nejsou rámečkové hodnoty, nahrazuje je Národní příloha, kde je povoleno 19 změn, využili jsme pouze jednu!


Obsah • • • • • • • • • • • • • •

Národní předmluva 1. Všeobecně 2. Základy navrhování 3. Materiály 4. Trvanlivost 5. Analýza konstrukcí 6. Mezní stavy únosnosti 7. Mezní stavy použitelnosti 8. Spřažené styčníky 9. Spřažené desky s profilovaným plechem Příloha A: Tuhost styčníkových komponent Příloha B: Standardní zkoušky Příloha C: Smršťování betonu Národní příloha Ocelobetonové konstrukce

Zajímavosti • • • • • • • • • • • • • • •

Rozšíření platnosti na betony C20/25 až C60/75 T enkostěnné plechy alespoň 0,7 mm s pozinkem 275g/m 2 Uvažovat skutečnou tuhost styčníků U spojitých nosníků lineární pružná analýza s redistribucí podle tabulek (jako v ENV) Momenty únosnosti pro kladný i záporný moment a plné i neúplné sp řažení Stabilita při působení záporného momentu (metoda obráceného U rámu) a tabulky, kdy nenastane Tlak s ohybem u sloupů Nově: vnášení zatížení do sloupu Únava: z mostní normy ENV Spřažené styčníky: odkazy na EN 1993-1-8 Plechobetonové desky jako v ENV Příloha A: podrobnosti pro metodu komponent Příloha B: protlačovací zkoušky a zkoušky desek Příloha C: zjednodušené údaje o smrš ťování betonu Národní příloha: tabulka pro neklopící nosníky rozší řena o profily I Ocelobetonové konstrukce

Pomůcky pro navrhování


Nomogramy pro navrhování 22,0 Lb

B

21,0

dc

20,0

ha

d c = 200 d c = 180

L

b

(m)

d c = 160

19,0

d c = 140 d c = 120

18,0

f < 3 Hz

17,0 16,0 15,0 IPE 600, h a = 600

14,0 13,0

IPE 550, h a = 550

12,0 IPE 500, h a = 500 1 1,0 IPE 450, h a = 450 10,0 IPE 400, h a = 400 9,0 IPE 360, h a = 360 8,0 7,0

IPE 330, h a = 330 d c = 120 mm

d c = 140 mm

IPE 300, h a = 300

d c= 160 mm

6,0 2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

B (m)


Začátek

Rozpětí Kombinace zatížení

EN 1994 1-1 § 6.6.3

•

Vývojový diagram

EN 1994 1-1 § 6.6.4

EN 1994 1-1 § 5.4.1.2

Vypočítají se vnitřní síly a momenty

VEd, MEd

Zvolí se ocelový průřez, parametry betonu, spřahovací prvky

Průřezové hodnoty Třída oceli Údaje o spřažení

Vypočítá se návrhová únosnost spřahovacích prvků

PRd

Vypočítá se účinná šířka betonové desky

beff

Ověří se únosnost v ohybu

NE

Je únosnost dostačující ?

ANO Vypočítá se únosnost ve smyku

NE

VRd

VEd ≤ VRd

ANO EN 1994 1-1 § 6.6.6.2

Ověří se únosnost desky v podélném smyku

No

Vyhovuje smyk ?

ANO Konec


Jestliže nosník není při betonování plně podepřen, musí se zkontrolovat také v montážním stavu, kdy působí pouze ocel

Příklady staveb


State Street Bank Luxemburg


State Street Bank Luxemburg


Centrála ING Bank


Centrála ING Bank


Palestra London


Palestra London


Palestra London


Praha Strašnice


Silniční spřažený most (Lhota u Příbrami)


Most Barikádníků v Praze


Most pro metro ve Stodůlkách


Železniční most v Plzni


Příklady návrhových výpočtů • • • • • • • • •

Stropní nosník Spojitý stropní nosník Průvlak Centricky tlačený sloup Excentricky tlačený sloup Sloup s částečným obetonováním Plechobetonová deska Plechobetonová deska při požáru Tlačený sloup při požáru Ocelobetonové konstrukce

Ocelobetonové konstrukce

Recommend Documents