Висше строително училище "любен каравелов" инж. Борислав Тотев Даалов



страница1/4
Дата18.09.2016
Размер0.75 Mb.
  1   2   3   4


ВИСШЕ СТРОИТЕЛНО УЧИЛИЩЕ ”ЛЮБЕН КАРАВЕЛОВ”
инж. Борислав Тотев Даалов
НАПРЕГНАТО СЪСТОЯНИЕ НА КОМБИНИРАНИ

СТОМАНО-СТОМАНОБЕТОННИ ГРЕДИ С НАТИСКОВ ПОЯС ОТ СГЛОБЯЕМИ ЕЛЕМЕНТИ

С КУХИНИ
Научна специалност:

02.15.04 ЁC ”Строителни конструкции”

АВТОРЕФЕРАТ

на

ДИСЕРТАЦИЯ



За присъждане на образователна и научна степен:

”Доктор”


Научни ръководители:

проф. д-р инж. Петър Стайков

ст. н. с. I ст. д-р инж. Минчо Димитров
София, 2011

УВОД
Цел и задачи на дисертационния труд


Основна характеристика на комбинираните греди е съдействащата широчина на натисковата им зона. Точното определяне на съдействащата широчина е важно в две направления, засягащи работата на комбинираните греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини.

Първото направление се отнася до определянето на площта на натисковата зона и получаване на носещата способност на огъване на гредата. От гледна точка на сигурността в този случай би трябвало да бъде използвана най-малката съдействаща широчина, с която би работила гредата.

Второто направление се отнася до получаване на приведеното сечение и определяне местоположението на нулевата линия по височина на напречното сечение на гредата. При комбинирани греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини не се допуска отваряне на пукнатини, следователно нулевата линия трябва да лежи в стоманения профил на гредата. От гледна точка на сигурността тук би трябвало да бъде използвана най-голямата съдействаща широчина, с която би работила гредата.

Целта на настоящия труд е определяне на съдействащата широчина при комбинирани стомано-стоманобетонни греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини в зависимост от вида на товара и съобразяване с влиянието на дюбелната връзка върху съдействащата широчина и височината на натисковата зона, а също така и определяне на границите, в които се изменя съдействащата широчина за отделните компоненти на натисковата зона (а те са горния и долния пояс на панелите и армирана бетонна настилка върху панелите, ако е предвидена).

За постигането на тази цел са поставени следните задачи:

- Изучаване на съвременното състояние на комбинираните стомано-стоманобетонни греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини.

- Теоретично определяне съдействащата широчина на натисковата зона при:

комбинирани стомано-стоманобетонни греди с натискова зона от монолитна стоманобетонна плоча;

комбинирани стомано-стоманобетонни греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини;

комбинирани стомано-стоманобетонни греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини и настилка от армиран бетон.

- Експериментално определяне съдействащата широчина на натисковата зона и носещата способност при комбинирани стомано-стоманобетонни греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини и настилка от армиран бетон.

- Отчитане на влиянието на вида на дюбелите върху съдействащата широчина и височината на натисковата зона при комбинираните стомано-стоманобетонни греди.

- Анализиране на конструктивни решения, целящи повишаване на ефективността на комбинираните стомано-стоманобетонни греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини.

ГЛАВА I
СЪВРЕМЕННО СЪСТОЯНИЕ НА КОМБИНИРАНИТЕ СТОМАНО-СТОМАНОБЕТОННИ ГРЕДИ С НАТИСКОВА ЗОНА ОТ СГЛОБЯЕМИ ЕЛЕМЕНТИ С КУХИНИ.

1. Приложение на комбинираните стомано-стоманобетонни греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини. Предимства и недостатъци.
1.1 Приложение на комбинираните стомано-стоманобетонни греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини.
В редица развити страни използването на комбинирани стомано-стоманобетонни конструкции нараства значително. Един сравнително слабо познат елемент от тях е комбинирана стомано-стоманобетонна греда с натискова зона от сглобяеми стоманобетонни елементи с кухини. Такива греди се получават при обединяването и съвместната работа на стоманени греди със стъпващите върху им подови панели с кухини (фиг.1).

Фиг. 1 Комбинирана стомано-стоманобетонна греда с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини.


Тези комбинирани греди се използват най-масово във Великобритания. Някои от техните приложения са представени по-нататък .

Жилищни сгради

Офис сгради

Търговски сгради


Снимка 5.

Търговски сгради, изпълнени с комбинирани стомано-стоманобетонни греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини.

На снимка 5 е показана търговска сграда в процес на монтаж. Гредите са с отвор 16 m, а панелите с отвор 8 m и височина 200 mm.

Болници

Многоетажни паркинги за коли



Обикновено полетата на плочите на тези сгради са с размери 15.9 / 7.2 m. Отворът на гредите е 15.9 m и позволява разполагането на две паркоместа по дължина с коридор за движение между тях. Отворът на панелите е 7.2 m и позволява разполагането на три паркоместа по широчина. При тези размери на полетата се използват подови панели с кухини с височина 15 сm и 8 сm замонолитваща настилка върху тях.

По-нестандартни размери за полетата на плочите на тези сгради са 15.9 / 9.6 m. Отворът на гредите е 15.9 m, а отворът на панелите е 9.6 m и позволява разполагането на четири паркоместа по широчина. При тези размери на полетата се използват подови панели с кухини с височина 30 сm и върху тях се изпълнява замонолитваща настилка.

Стадиони
1.2 Предимства и недостатъци на комбинираните стомано-стоманобетонни греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини.
Предимства
Комбинирано действие

Икономия на стомана

Конструктивна ефективност

Оптимизиране на дюбелите

Намалено провисване

Диафрагмено действие

Бързина на изграждане

Сигурна работна площадка


1.2.2 Недостатъци
Обработване краищата на панелите

Укрепване срещу загуба на устойчивост


4. Оразмеряване на комбинираните стомано-стоманобетонни греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини.

Оразмеряването на комбинирани стомано-стоманобетонни греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини включва:

- избор на предварително напрегнати подови панели с кухини ;

- предварителен подбор на профил за стоманената греда ;

- проверки на стоманената греда в монтажно състояние :

носеща способност при работа на огъване и усукване от небалансиран товар ;

обща устойчивост ;

деформации.

- определяне на съдействащата широчина на натисковата зона ;

- изчисляване носещата способност на огъване за комбинираната греда;

- оразмеряване на дюбелната връзка между панелите и стоманената греда;

- определяне на хоризонталната напречна армировка;

- проверка на гредите за експлоатационно гранично състояние;
4.1 Избор на предварително напрегнати подови панели с кухини.
Изборът на предварително напрегнати подови панели с кухини се осъществява в зависимост от товарите, действащи върху тях, и отвора, който премостват. Обикновено производителите предоставят таблици или номограми, по които се извършва избора на панели.

Във Великобритания голяма част от комбинираните греди се изпълняват с панели произведени от ”Bison Concrete Products Limited”. Изборът на панели се извършва от фирмени таблици с данни за характеристичната стойност на променливото въздействие, която могат да понесат панелите при даден отвор. Освен това в носещата способност на панелите е включено натоварване от 1,5 kN/m2 за довършителни работи.

Носещата способност за съответен отвор, на предварително напрегнатите подови панели с кухини във България, бетонирани с устройства тип ”Спирол”, по данни на ”Строително конструктивна система СКС-УС-73” [28] се дава с номограми за съответния клас .

Подовите панели с клас 4 имат най-голяма носеща способност от панелите с дебелина 250 mm.

Подовите панели с клас 7 имат най-голяма носеща способност от панелите с дебелина 300 m m.
4.2 Предварителен подбор на профил за стоманената греда.
Масово за стоманени греди в състава на комбинираните греди се използват горещовалцувани ”двойно Т” профили. Във Великобритания се използва следния начин за означение на горещовалцовани ”двойно Т” профили с успоредти пояси : UB 406 x 178 x 67. UB означава универсална греда. Първото число дава височината на профила в mm, второто ЁC широчината на поясите, а третото ЁC теглото в килограми за метър линеен. Геометричните характеристики на тези профили са много близки до характеристиките на европейските IPE ЁC профили.

Върху избора на конкретен номер профил влияят следните фактори:

товар;

отвор и собствено тегло на подовите панели;



отвор на гредата;

наличие на армирана настилка върху панелите;

укрепване на стоманената греда в монтажно състояние .

”Design of Composite Beams Using Precast Concrete Slabs” [38] дава три таблици за избор на горещовалцувани ”двойно Т” профили от стомана клас S275, в зависимост от горепосочените фактори. И в трите таблици в първата колона е посочен отворът на гредите. Във втората колона са дадени подходящите профили за съответния отвор при използване на подови панели с дебелина 150 mm, отвор ЁC 6 m и товар 2,5 kN/m2. В третата колона са дадени подходящите профили за съответния отвор при използване на подови панели с дебелина 200 mm, отвор ЁC 7,5 m и товар 3 kN/m2. В четвъртата колона са дадени подходящите профили за съответния отвор при използване на подови панели с дебелина 250 mm, отвор ЁC 9 m и товар 4+1 kN/m2. Данните в таблиците се отнасят за междинни (вътрешни) комбинирани греди.


Табл. 7. Подходящи профили за стоманени греди , неукрепени в монтажно състояние (според [38]).

Табл. 8. Подходящи профили за стоманени греди , укрепени в средата на

отвора в монтажно състояние (според [38]).

Табл. 9. Подходящи профили за стоманени греди , укрепени в средата на

отвора в монтажно състояние и 50 мм монолитна настилка

върху панелите (според [38]).


4.3 Съдействаща ширина на натисковата зона, съставена от подови панели с кухини и монолитен бетон.


Основна характеристика на комбинираните греди е съдействащата широчина на натисковата им зона. Точното определяне на съдействащата широчина е важно в две направления, засягащи работата на комбинираните греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини.

Първото направление се отнася до определянето на площта на натисковата зона и получаване на носещата способност на гредата. От гледна точка на сигурността в този случай би трябвало да бъде използвана най-малката съдействаща широчина, с която би работила гредата.

Второто направление се отнася до получаване на приведеното сечение и определяне местоположението на нулевата линия по височина на напречното сечение на гредата. При комбинирани греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини не се допуска отваряне на пукнатини, следователно нулевата линия трябва да лежи в стоманения профил на гредата. От гледна точка на сигурността тук би трябвало да бъде използвана най-голямата съдействаща широчина, с която би работила гредата.

Необходимостта от дефиниране на съдействаща широчина се обуславя от неравномерното разпределение на нормалните напрежения по широчина на натисковата зона (фиг. 21. е). Съдействащата широчина е широчината на еквивалентна по площ диаграма на диаграмата на нормалните напрежения, при която напреженията по широчина на натисковата зона се приемат константни със стойност равна на максималното нормално напрежение от действителната диаграма (фиг. 21. е). От определението за съдействаща широчина става ясно, че тя зависи от вида на действителната диаграма на нормалните напрежения по широчина на натисковата зона. Върху вида на действителната диаграма влияят различни фактори.

Един от тези фактори е явлението ”shear lag”. Според Amadio и Fragiacomo [31] деформациите в натисковата зона, предизвикани от хлъзгащите усилия в плочата, предизвикват неравномерно разпределение на нормалните напрежения по широчина на натисковата зона, а също така нарушават равнинността на напречното сечение.

Друг фактор влияещ върху действителното разпределение на нормалните напрежения по широчина на натисковата зона е стадият, в който работи гредата. При преминаване от еластичен в пластичен стадий на работа нормалните напрежения по широчина на натисковата зона започват да се изравняват с максималното напрежение, като по този начин увеличават широчината на натисковата зона.

Следващ фактор това е връзката между бетона и стоманата. Съдействащата широчина, изчислена при хипотезата за корава връзка, е по-голяма от тази, определена при дуктилна връзка [31]. Amadio и Fragiacomo са извършили числено изследване по метода на крайните елементи с продукта ”Abaqus”, при което откриват, че деформативността на връзката между стоманата и бетона има значително влияние върху определянето на съдействащата широчина на комбинирани стомано-стоманобетонни греди при използване на еластичен анализ.

При нелинеен анализ пукнатините в бетона и пластичното поведение на стоманата трябва да бъдат взети под внимание при определяне на съдействащата широчина.

За определяне на съдействащата широчина при комбинирани греди с натискова зона от подови панели с кухини и монолитен бетон, във Великобритания през 1993 г са проведени редица експериментални тестове и изследвания по метода на крайните елементи. Експерименталните греди са със статическа схема проста греда. Изследванията са подкрепени от Engineering and Physical Sciences Research Council, Precast Flooring Federation и Bison Concrete Products Limited [36]. Водеща роля имат проф. D. Lam ЁC от университета в Лийдс, проф. K. S. Elliott ЁC от университета в Нотингам и проф. D. A. Nethercot ЁC от Imperial College.

В резултат на проведените изследвания са получени три формули за определяне на съдействащата широчина:

µ § µ § [mm] , (1.1)
където:

µ § - характеристичната якост на натиск на монолитния бетон [µ §];

µ § - характеристичната якост на опън на монолитния бетон [µ §].

Формула (1.1) е получена от проф. Lam [43] при изследване на комбинирани греди с натискова зона от панели с кухини. Това е първата формула предложена за изчисляване на съдействаща широчина на тези греди.


µ §µ § [mm] , (1.2)
където:

µ § - диаметърът на хоризонталната напречната армировка [mm] ;

µ § - характеристичната граница на провлачане на напречната

хоризонтална армировка [µ §];

µ § - широчината на фугата между челата на панелите [mm] .

Формула (1.2) е променена в сравнение с (1.1) чрез отчитане влиянието на диаметъра на хоризонталната напречна армировка, характеристичната й граница на провлачване и широчината на фугата между челата на панелите.


µ §µ § [mm], (1.3)
където:

µ § - разстоянието между прътите на хоризонталната

напречната армировка [mm] ;

Формула (1.3) е последната формула за определяне на съдействащата широчина при комбинирани греди с натискова зона от панели с кухини, получена от Bison Concrete Products Limited, с отчитане влиянието на разстоянието между прътите на хоризонталната напречна армировка.

Горните формули за съдействащата широчина са получени емпирично чрез изпитване на опитни комбинирани греди. При изпитването се определят съдействащите широчини за греди с еднакъв отвор но с : различен брой дюбели, различен диаметър на напречната хоризонтална армировка, различно разстояние през което се поставя напречната хоризонтална армировка, различен клас по якост на натиск на замонолитващият бетон. Чрез сравняване на получените съдействащи широчини се определят корекционните коефициенти, отчитащи влиянието на изброените параметри. Всяка от формулите за съдействаща широчина се получава като произведение на широчината на хоризонталните дюбели, навлизащи в отворените кухини на панелите (обикновено 1000 mm), с получените коефициенти.

По данни от [45], редът за определяне на съдействащата широчина при изпитване е следния:

Чрез поставяне на електросъпротивителни деформопримници по височина на стоманения профил в средното сечение на комбинираната опитна греда, при натоварване се получава деформираното състояние на стоманената греда.

С изпитване на епруветки от стоманената греда се установява характеристичната граница на провлачване за конструкционната стомана.

Чрез получените деформации на стоманената греда, площтта на напречното й сечение и еластичният модул на конструкционната стомана се определя опънната сила поета от стоманената греда (Fs).

От условието сумата на вътрешните хоризонтални сили, в напречното сечение на комбинираната греда, да е равна на нула се определя натисковата сила в бетонното сечение Fc, а именно Fc = Fs.

Определя се максималното напрежение за натисковата зона, като функция на характеристичната кубова якост на замонолитващия бетон µ §.

Чрез получената натискова сила в бетонноно сечение - Fc, максималното нормално напрежение - µ §и общата дебелина на плочата ЁC d (ако върху панелите се изпълнява бетонна армирана настилка и нейната дебелина се включва) се определя съдействащата широчина µ §от условието µ §.

От разгледания анализ за експериментална съдействаща широчина става ясно, че се определят не действителните съдействащи широчини за отделните компоненти на натисковата зона, (а те са горния и долния пояс на панелите и армирана бетонна настилка върху панелите, ако е предвидена), а се определя съдействаща широчина за еквивалентно правоъгълно сечение от монолитен бетон с височина равна на общата дебелина на плочата (без да се приспада височината на кухините).

Според ”Experiments on composite steel beams with precast concrete hollow-core floor slabs” [43] за практически цели, при греди със статическа схема проста греда, може да бъде използвана следната формула:


µ §µ § , (2)
където µ § е отворът на гредата.

При комбинирани греди с натискова зона от монолитна стоманобетонна плоча съдействащата широчина се приема равна на една четвърт от отвора на гредата, но не повече от разстоянието между гредите в напречна посока съгласно Еврокод 4 [4].

В [29] Timoshenko определя съдействащата широчина за стоманобетонни плочогредови сечения. Изследването е направено за греди със статическа схема проста греда, натоварени с линейно разпределен равномерен товар. Диаграмата на огъващия момент е представена чрез редове на Фурие. За определяне на съдействащата широчина е използван енергетичен метод с прилагане на принципа за минимум на енергията при деформация. Съдействащата широчина получена във функция на отвора на гредата е µ §.

В [51] Timoshenko определя съдействащата широчина за стоманобетонни плочогредови сечения. Изследването е направено за безкрайно дълги непрекъснати греди с равни отвори. Разгледани са два вида натоварване. Единият товар е равномерно разпределен линеен товар, действащ по цялата дължина на гредата. Другия товар се състои от концентрирана сила, приложена в средата на всеки от отворите. Диаграмите на огъващите моменти и при двата вида натоварване са представени чрез редове на Фурие. За определяне на съдействащата широчина е използван енергетичен метод с прилагане на принципа за минимум на енергията при деформация.

Съдействащата широчина, за гредата натоварена с равномерно разпределен линеен товар, получена във функция на отвора на гредата е µ §. При еластичен анализ, когато огъващите моменти над опорите са два пъти по-големи от момента в средата на полето, разстоянието µ § между двете сеченията с нулеви моменти в едно поле е равно на 0.578µ §. При изразяване на съдействаща широчина във функция на µ § се получава следния резултат: µ §.

Съдействащата широчина, за гредата натоварена с концентрирани сили в средата на отворите, получена във функция на отвора на гредата е µ §. Разстоянието µ § между двете сеченията с нулеви моменти в едно поле е равно на 0.5µ §. При изразяване на съдействаща широчина във функция на µ § се получава следния резултат: µ §.

В ”Experimental study of long span composite beams with precast hollow-core slabs” [41] и [45] са изследвани съдействащите широчина на комбинирани стомано-стоманобетонни греди с отвори в стеблото на стоманената греда и с натискова зона от предварително напегнати подови панели с кухини. Височината на стоманения профил е 640 mm, дебелината на панелите е 200 mm и 400 mm. Отворът на гредите е 12 m. Гредите са натоварени с четири концентрирани сили на разстояние 3 m една от друга и 1.5 m от опорите. Също така е изпитана и една комбинирана греда с отвор 9 m, с височина на стоманения профил 457 mm и дебелина на панелите е 200 mm. Гредите се различават по класа по якост на натиск на замонолитващия бетон, диаметъра и разполагането на напречната хоризонтална армировка и по броя на болтовите дюбели.

Табл. 9.А. Сравняване на теоретичните с експерименталните съдействащи широчини по [45] .


ГредаТеоретични съдействащи широчини

Експериментални

съдействащи

широчиниПо (1.1)По (1.2)По (1.3)По (2)По [4][mm][mm][mm][mm][mm][mm]CB-1444108713001462,52925732 L/11CB-2444108713001462,52925909 L/13CB-3444108713001462,52925528 L/19CB-44801087120011252250909 L/10CB-5480108712001462,52925 1319 L/9

В табл. 9.А. са сравнени теоретичните съдействащи широчини получени по формули (1.1), (1.2), (1.3), (2) и по Еврокод 4 [4] с експерименталните от изпитването съдействащи широчини по методиката от [45].
От дадените по-горе изследвания могат да бъдат направени следните изводи:

Съдействащата широчина получена по формули (1.1) може да се използва при определяне на носещата способност на гредите, тъй като действителната съдействаща широчина е по-голяма и комбинираната греда би имала резерв от носеща способност. За проверка на положението на нулевата линия по височина на сечението не е подходяща, тъй като в действителност съдействащата широчина е по-голяма от теоретичната и има опасност нулевата линия да попадне в сечението на панелите, а това е недопустимо

Съдействащите широчини получени по формули (1.2), (1.3), (2) и по Еврокод 4 [4] не са подходящи за определяне на носещата способност на гредите, тъй като действителната съдействаща широчина е по-малка и комбинираната греда би имала носеща способност по-малка от очакваната.

Получените в табл. 9.А. резултати се отнасят за греди натоварени с поредица от концентрирани сили. Няма данни за определяне на съдействаща широчина при натоварване с една концентрирана сила в средата на отвора на греда.

От данните в табл 9.А. се вижда че няма формула за определяне на съдействащата широчина, която да дава резултати близки до експерименталните и при петте опитни греди. При дадена греда може да има съдействаща широчина близка до експериментално получената, но при останалите разликата се измерва не в %, а в пъти.

Основен извод от разгледаните резултати е, че няма универсална формула за определяне на съдействащата широчина при комбинирани стомано-стоманобетонни греди с натисков пояс от сглобяеми елементи с кухини. Също така при разгледаните до тук формули не се отчита влеянието на вида на товарите върху съдействащата широчина.

При заместване на действителната натискова зона с еквивалентно правоъгълно сечение, плътно по цялата си височина, работещо с еднакви напрежения µ §, не се получават коректни резултати за носещата способност на натисковата зона.

От направените изводи следва необходимостта от определяне на съдействащата широчина по отделно за всеки от копонентите на натисковата зона. Също така е необходимо изследване на съдействащата широчина във функция на вида на натоварването.

4.4 Носеща способност на огъване при пластична работа на комбинираните стомано-стоманобетонни греди с натискова зона от сглобяеми елементи с кухини при пълна връзка на взаимодействие.
Съгласно BS 5950-3 : 1990 [32] носещата способност на огъване в пластичен стадий на комбинирани греди, при които стоманеното сечение е изпълнено от симетричен ”двойно Т” профил, се изразява във функция на носещите способности на отделните елементи съставящи гредата, както следва:

Носеща способност на опън на стоманеното сечение µ §

  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница