Ocelobetonové konstrukce

Transkript

1 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. České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební

2 Ocelobetonové spřažené konstrukce Desky a nosníky Sloupy Ocel je spojena s betonem do jedné nosné konstrukce pomocí spřahovacích prvků

3 Nosníky

4 Tvary nosníků

5 Spřahovací prvky poloautomaticky přivařené trny přistřelené zarážky Hilti (obrázek) perforovaná lišta

6 Spřahovací prvky

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

8 Únosnost spřahovacích prvků U trnů vzorce v EN Hilti, lišta apod.: výsledky výzkumu

9 Nosník s deskou namáhaný ohybem podélné normálové napětí v desce není v důsledku smykových deformací rovnoměrné zavádí se tzv. účinná šířka b eff podmínka: plocha pod čarou skutečných napětí se rovná ploše obdélníka s šířkou b eff

10 Účinná šířka desky vzorce z ČSN EN

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

12 Navrhování ocelobetonových nosníků ČSN EN 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 f yd = f y /γ a = f y /1,0 - výztuž f sd = f sk /γ s =f sk /1,15 - beton f cd = 0,85 f ck /γ c = 0,85 f ck /1,5 mezní stav použitelnosti: vždy jen pružný výpočet!!!

13 Pružný výpočet Bernoulliho hypotéza platí, průběh ε je přímkový protože se moduly oceli E a a betonu E c 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 = E a /E c s takto upraveným průřezem se zachází jako s průřezem ocelovým výztuž desky se při působení kladného momentu M Ed obvykle zanedbá

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

15 Návrh spřažení při pružném výpočtu únosnost spřahovacího prvku: P Rd určí se podélná posouvající síla V l mezi ocelovou pásnicí a betonovou deskou: V l = V Ed S c /I i S c je statický moment desky k těžišťové ose ideálního průřezu (ideální průřez je průřez celoocelový, kde je betonová deska nahrazena deskou ocelovou s šířkou b eff /n) I i je moment setrvačnosti ideálního průřezu počet spřahovacích prvků N f = V l /P Rd prvky se rozmístí podle průběhu síly, tj. kde je velká posouvající síla, tam jsou prvky hustěji

16 Plastický výpočet pro nosník s deskou kladný moment, neutrální osa prochází deskou poloha neutrální osy vyplyne z rovnováhy sil

17 Plastický výpočet pro nosník s deskou kladný moment, neutrální osa prochází stojinou ocelového nosníku poloha osy vyplyne z rovnováhy sil F c + F a1 = F a2 moment únosnosti M pl,rd = F a2 (h a2 -d/2) F a1 (h a1 -d/2)

18 Nosníky s obetonovanou stojinou vhodné zejména pro požární návrh beton na stojině drží trny

19 Nosníky s obetonovanou stojinou platí stejné zásady pro výpočet momentu únosnosti při kladném i záporném ohybu

20 Vliv smyku na ohybovou únosnost smyk se přisuzuje pouze stojině ocelového nosníku pokud je smyk malý (V Ed 0,5 V pl,rd ), lze ho zanedbat pokud je velký, vypočítá se ρ = (2 V Ed / V pl,rd -1) 2 postupuje se podle obrázku dole (stojina má sníženou pevnost)

21 Únosnost v ohybu pro hranatou trubku vyplněnou betonem

22 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

23 Únosnost v ohybu pro obetonovaný průřez z rovnováhy sil se vypočítá poloha neutrální osy obvyklým způsobem M pl,rd

24 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 N f = V l /P Rd prvky se mezi kritickými průřezy rozmístí rovnoměrně lze použít pouze prvky s dostačující duktilitou (trny)

25 Trny přivařené skrz trapézový plech

26 Metro Stodůlky (ukázka spřažení trny)

27 Sloupy

28 Používané tvary na sloupy

29 Částečně obetonovaný I profil

30 Evropské normy pro navrhování

31 ČSN EN 1994 Všechny 3 normy jsou již vydány: ČSN EN : účinnost ČSN EN : účinnost ČSN EN : účinnost

32 Srovnání EN 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!

33 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

34 Zajímavosti Rozšíření platnosti na betony C20/25 až C60/75 Tenkostěnné 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 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

35 Pomůcky pro navrhování

36 Nomogramy pro navrhování 22,0 L b B 21,0 20,0 L b (m) 19,0 d c h a d c = 200 d c = 180 d c = 160 d c = 140 d c = ,0 f <3 Hz 17,0 16,0 15,0 14,0 IPE 600, h a = ,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 d c = 120 mm d c = 140 mm d c= 160 mm IPE 550, h a = 550 IPE 500, h a = 500 IPE 450, h a = 450 IPE 400, h a = 400 IPE 360, h a = 360 IPE 330, h a = 330 IPE 300, h a = 300 6,0 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 B (m) 5,0

37 Začátek Rozpětí Kombinace zatížení Vypočítají se vnitřní síly a momenty V Ed, M Ed EN Zvolí se ocelový průřez, parametry betonu, spřahovací prvky Průřezové hodnoty Třída oceli Údaje o spřažení Vývojový diagram EN Vypočítá se návrhová únosnost spřahovacích prvků P Rd EN Vypočítá se účinná šířka betonové desky b eff Ověří se únosnost v ohybu NE Je únosnost dostačující? ANO Vypočítá se únosnost ve smyku V Rd NE V Ed V Rd EN ANO 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

38 Příklady staveb

39 State Street Bank Luxemburg

40 State Street Bank Luxemburg

41 Centrála ING Bank

42 Centrála ING Bank

43 Palestra London

44 Palestra London

45 Palestra London

46 Praha Strašnice

47 Silniční spřažený most (Lhota u Příbrami)

48 Most Barikádníků v Praze

49 Most pro metro ve Stodůlkách

50 Železniční most v Plzni

51 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