1.Zasady projektowania żelbetowych konstrukcji zespolonych
Potrzebne do projektowania murowych kontr. zbrojonych parametry wytrzymałościowe muru,należy określać jak dla muru niezbrojonego.Wytrzymałośc obl. Na ścinanie fd=fk/γm m kierunku do spoin wspornych w kierunku równoległym do spoin wspornych fvd=fvk/γ na ścinanie w kierunku prostop. do spoin wspornych fvvd=fvvk/γ na rozciąganiu przy zginaniu fxd=fxk/γ. na rozc.. osiowe ftd=ftk/γm γm-częścowy wsp. bezp.ustala się odpowiednio do kategorii kontroli produkcji elem. murowych oraz do kategorii wykonania robót na budowie.Decyzją o przyjęciu kategorii wykonania podejmuje projektant konstrukcji Wytrzymałości obl. stali fyd=fyk/γs,fyk-charakt. umownej granicy plastycz.γs-częsciowy WSP. Bezpieczeństwa dla stali należy przyjmować 1.15.Wytrz. obl. betonu stosowanego do wypełnienia w murowych kontr. zbrojonych jak również stanowiącego część składową kontr. należy obl. jak fcd=fck/γm.
2.Typy połączeń,zasada obliczania.Belki zespolone stalowo-betonowe należy zabezpieczyć przed rozwarstwieniem na całej dł. Elementu przez zastosowanie łączników(zespolenie płyty betonowej z belką stalową) i zbrojenia poprzecznego(zabezpieczepnie betonu przed ścięciem w otoczeniu łączników).Połączenia ścinane należy sprawdzić zgonie z warunkami stanów granicznych nośności:w płaszczyźnie zespolonej,w pozostałych płaszczyznach ścinania przechodzących przez beton.Nosnośc łączników .Łączniki sworzniowe z główkami
pod warunkiem że Tco≤0,8RsxFc βc=0,36dla 4,2 ≤ hc/dc , βc=0,28dla 3,0 ≤ hc/dc γc-częściowy WSP.bezp. dc-średnica sworznia hc-dł.sworznia fc=π(dc/2)2-pole przekroju łacznika.Obl.nośność łącznika na rozciąganie obliczamy Zco=3xc1xc2xhc2xRbz≤RsxFc c1,c2-wsp. redukcyjne zależne od rozstawu sworzni dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach, obliczeniowa nośność łacznika na jednoczesne ścinanie i rozciąganie
Tc-siła ścinająca przenoszona przez łącznik Zc-siła rocz..przenoszona przez łącznik.Wpływ rozc.. można pominąć jeśli wynikająca z tego tytułu redukcja nośności łącznika na ścinanie nie przekracza 10%.Łączniki sworzniowe bez główek nośność łącznika na ścinanie j.w. pod warunkiem zabezpieczenia płyty przed odrywaniem od belki stalowej siła nie mniejszą niż 0,1Tco na każdy łacznik,sworznie bez główek nie przenoszą rozciągania ,łączniki zapobiegające odrywanie płyty od belki w ilości nie mniejszej niż 25% ogólnej liczby łączników. Łączniki blokowe (sztywne wsporniki połączone z belką stalową za pomocą spoin ciągłych lub śrób sreżających przenoszą tylko ścinanie,conajmniej25% łączników powinna mieć kotwy lub pętle do przeniesienia sił rozciągających.Obl. nośność łącznika na ścinanie ze względu na wytrzymałośc betonu obliczamy:Tco=RbdxFd
Fd-pow. docisku Fr-pow. rozdziału Łączniki kotwowe (pręty proste lub odgięte z hakami lub w postaci pętli.)Należy dospawać do belki stalowej i kotwic w ściskanej strefie betonu.Obl.nośność łącznika na ścinanie Tco=0,8RsxFc Rs-obl. wytrz.mater.łąznika na rozc.Fc-pole przekr.łącznika Nośność łączników kotwowych współpracujących współpracujących współpracujących łącznikami blokowymi należy zredukować o 30% w przypadku pętli o 50% w przypadku prętów zakończonych.Połączenie płyty z belką spr.nosn. łącznika :należy wykazać ze nośność polaczenia na odcinku od podpory do najbardziej wyterzonego przekroju zginanego jest mniejsze od granicznej siły ścinającej na tym odcinku,nośność polaczenia okresla się jako sume nośności łączników na rozpatrywanym odcinku scinania pomnożona przez współczynnik korekcyjny nc-wartość graniczna siły ścinającej określa się jako przyrost siły normalnej w plycie betonowej wspolpracujaca z belka stalowa w stanie granicznym nośności na rozpatrywanym odcinku scinania :w belkach swobodnie podpartych i ciągłych przy podporach skrajnych bez wsporników T=Nbc w belkach ciągłych przy podporach pośrednich T=Nbc+Na we wspornikach T=Na Nbc-wypadkowa naprężeń ścinających w betonie Na-wypadkowa napr.rozc. w zbrojeniu podporowym.Obl.ilosc łączników w belkach o stałych wysokości łączniki rozmieszczamy odpowiednio do wykresu sił poprzecznych.
3. Ksztautowanie zbrojenia łaczącego
Zbrojenie poprzeczne. Oprócz sprawdzenia nośności w płaszczyźnie zespolenia, należy również sprawdzić nośność w innych możliwych płaszczyznach ścinania przechodzących przez beton Należy wykazać, że nośność na ścinanie w tych płaszczyznach jest nie mniejsza od nośności na ścinanie w płaszczyźnie zespolenia płyty z belką stalową.
Przykłady powierzchni ścinania betonu w otoczeniu łączników Fbp i odpowiadającego im pola przekroju zbrojenia poprzecznego Fap
Sprawdzenie należy przeprowadzić na podstawie następujących warunków:
w których:
T1 - siła ścinająca na jednostkę długości rozpatrywanej powierzchni ścinania równa sumie nośności łączników rozmieszczonych na tym odcinku,
Fbp - pole rozpatrywanej powierzchni ścinania w otoczeniu łączników na jednostkę długości belki,
Fap - przekrój zbrojenia poprzecznego przeciętego rozpatrywaną powierzchnią ścinania na jednostkę długości belki,
P - siła zewnętrzna prostopadła do rozpatrywanej płaszczyzny ścinania, na jednostkę długości belki (siłę rozciągającą uważa się za dodatnią),
xz - współczynnik, którego wartość wynosi:
1,0 - gdy płaszczyzna ścinania przechodzi przez beton monolityczny,
0,5 - gdy płaszczyzna ścinania przechodzi wzdłuż połączenia prefabrykatu z betonem monolitycznym.
Przekrój zbrojenia poprzecznego Fap, który można uwzględniać w obliczeniach, powinien być nie mniejszy od wartości określonej z warunku
Pręty zbrojenia poprzecznego powinny być zakotwione poza rozpatrywaną płaszczyzną ścinania zgodnie z PN.
Przekrój zbrojenia poprzecznego, określony z warunku nośności płyty na zginanie, można równocześnie uwzględniać przy sprawdzaniu nośności na ścinanie wg wzoru na T1
4.Konstrukcje zespolone stalowo-żelbetowe, zasady ustalania klasy przekroju. Klasyfikacja przekrojów poprzecznych belek Określenie 4 klas są następujące: przekroje poprzeczne klasy 1 mogą tworzyć przeguby plastyczne ze zdolnością do obrotu wymaganą w analizie plastycznej, przekroje plastyczne klas2 mogą osiągnąć nośność plastyczną na zginanie lecz przy ograniczonej zdolności obrotu, przekroje poprzeczne klasy3-napręzenia w skrajnych włóknach ściskanych elementu stalowego mogą osiągnąć granice plastyczności jednak wyboczenie miejscowe uniemożliwia osiągniecie nośności plastycznej na zginanie, przekroje poprzeczne klasy 4 wymagają uwzględnienia wpływu miejscowej utraty stateczności przy określeniu nośności przekroju na zginanie czy ściskanie. Klasę przekroju poprzecznego określa się odpowiednio do najniekorzystniejszej klasy stalowych elem. ściskanych, klasę przekroju zespolonego zależy zazwyczaj od znaku momentu zginającego w tym przekroju. Charakterystyka stalowego elem. ściskanego kasy2,3,lub4 może być poprawiona poprzez zespolenie z elementem zespolonym. Klasyfikacja półek stalowych: Stalowa półka ściskana która jest zabezpieczona przed wyboczeniem poprzez efektywne zespolenie z półką betonową może być uważany za elem. klasy1.Klasyfikacja środników stalowych: klase środnika należy określać przyjmując plastyczny rozkład naprężeń dla efektywnego przekroju zespolonego.Środnik klasy3 po obetonowaniu może być zastapione przez środnik klasy 2 o tym samym przekroju poprzecznym.Nieobetonowany środnik klasy3 może myć zastąpiony przez środnik klasy2 pod warunkiem że wysokość ściskanej częci środnika ograniczona jest do odległości 20 tε od półki ściskanej oraz 20 tε od nowej plastycznej osi obojętnej. Kształtowniki z pólką ściskaną klasy 3,4.Położenie sprężystej osi obojętnej w blkach określa się przyjmując do obl. efektywna półke betonową oraz pomijając beton na rozc. Przekrój przekroju brutto środnia stalowego.
5.Zasady wymiarowania przekroju ze strefą ściskaną w płycie żelbetowej
Nośność zginanego przekroju zespolonego z płytą po stronie ściskanej należy sprawdzać zgodnie z założeniami:
-płyta jest ciągła ma całej długości elementu i grubość ma nie mniejszą niż 5cm
-pomija się wytrz. Betonu na rozciąganie
-odkształcenia na krawędzi ściskanej są równe ebgr= 0,003
-rozkład naprężeń ściskających w betonie ma kształt prostokąta o rzędnej Rb i wysokość strefu ściskanej x
-naprężenia w stali po stronie rozciąganej są równe Rs a po stronie ściskanej xsb Rs, gdzie
-odkształcenia przekroju są nieciągłe w płaszczyźnie zespolenia przy zachowaniu równości krzywizn belki stalowej i płyty
-rzeczywisty przekrój belki stalowej jest równoważny przekrojowi zastępczemu:
· Sprawdzenie nośności przekroju
gdzie: M-moment zginający od obciążenia
Mo- obliczeniowa nośnośc przekroju równa jest:
gdzie: Mso=RsWspl Wspl=1/2 Fs zs
w przypadku prostokątnego przekroju płyty Nbc=Rbbtx a zb=h1-0,5x
Do powyższych wzorów za x podstawia się najmniejszą wartość:
b , x<t ,
,gdzie-wspł. wypełnienia bryły naprężeń
Schemat do obliczania nośności na zginanie z płytą ściskaną
6 Zasady wymiarowania przekroju z osią obojętną w belce
Nośność przekroju określa warunek Msd<=Mrd
Msd moment zginający wywołany działaniem całkowitego obciążenia obliczeniowego Mrd – obliczeniowa nośność przekroju zespolonego
Mrd=Mrdo+Mrdc-Zb
7 . Przekroje z płytą rozciąganą. Jeżeli warunki określone w 4.2.1 są spełnione, nośność przekroju zespolonego z płytą po stronie
rozciąganej można sprawdzać, przyjmując następujące założenia:
a) pomija się wytrzymałość betonu na rozciąganie,
b) do obliczeń przyjmuje się przekrój zastępczy belki stalowej (jak w 4.2.2) i zbrojenia podłużnego płyty współpracującej,
c) w stanie granicznym przekrój ulega uplastycznieniu przy naprężeniach w stali zbrojeniowej równym Ra, naprężeniach w stali
konstrukcyjnej po stronie ściskanej równych Rs i naprężeniach w stali konstrukcyjnej po stronie rozciąganej lub mniej ściskanej równych
xsaRs. Wartość xsa oblicza się wg wzoru
Sprawdzenie nośności przekroju polega na wykazaniu, że spełniona jest nierówność
(21)
w której:
M - moment zginający w przekroju podporowym wywołany działaniem całkowitego obciążenia obliczeniowego,
Mo - obliczeniowa nośność przekroju podporowego.
Zgodnie z przyjętymi założeniami wartość Mo należy obliczać wg wzoru (rys. 6)
(22)
w którym:
Mso - obliczeniowa nośność przekroju belki stalowej w stanie pełnego uplastycznienia,
Na - wypadkowa naprężeń rozciągających w zbrojeniu Fa,
za - odległość wypadkowej Na od środka ciężkości połowy przekroju Fs po stronie rozciąganej lub mniej ściskanej.
Wartość Mso oblicza się wg wzoru (8) po podstawieniu charakterystyk geometrycznych i wytrzymałościowych belki w przekroju
podporowym.
Wartość Na oblicza się wg wzoru
(23)
Fa - pole przekroju zbrojenia podłużnego płyty współpracującej,
Fs - pole przekroju poprzecznego belki stalowej.
8.Rodzaje łaczników płyty i belki
Łączniki sworzniowe z główkami. Obliczeniową nośność łącznika na ścinanie należy określać wg wzoru
pod warunkiem, że:
beta c - współczynnik, którego wartość wynosi:
(wartości pośrednie interpoluje się liniowo)
gama c - częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla łączników równy gc = gb = 1,3
- pole przekroju poprzecznego łącznika,
dc - średnica sworznia,
hc - długość sworznia.
Jeżeli wokół sworznia stosuje się uzwojenie jak na rys. 16 wartość obliczoną ze wzoru (30) można zwiększyć o 15 %.
Obliczeniową nośność łącznika na rozciąganie można określać wg wzoru
w którym:Zco=3c1c2hc2Rbz =<Rs Fc
c1, c2 - współczynniki redukcyjne, zależne od rozstawu sworzni s1 i s2 w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach
c1=0,5+0,25s1/hc<=1 c2=0,5+0,25s2/hc<=1
Obliczeniową nośność łącznika na jednoczesne ścinanie i rozciąganie należy określać z warunku
w którym: (Tc/Tco)5/3+(Zc/Zco)5/3=1
Tc - siła ścinająca przenoszona przez łącznik,
Zc - siła rozciągająca przenoszona przez łącznik.
Siłę Zc określa się na podstawie:
a) oddziaływań znanych obciążeń zewnętrznych (np. obciążeń podwieszonych),
b) z warunku zabezpieczenia płyty przed odrywaniem od belki stalowej siłą nie mniejszą niż 0,1 Tco Warunek b) można uważać za spełniony, jeśli wszystkie łączniki na długości połączenia płyty z belką stalową mają główki lub haki przeciwdziałające
odrywaniu.Wpływ rozciągania można pominąć, jeśli wynikająca z tego tytułu redukcja nośności łącznika na ścinanie nie przekracza 10 %.
Łączniki sworzniowe bez główek. Nośność łącznika na ścinanie można określać wg 5.2.1, pod warunkiem zabezpieczenia płyty przed
odrywaniem od belki stalowej siłą nie mniejszą niż 0,1 Tco na każdy łącznik.
Sworznie bez główek nie przenoszą rozciągania. Łączniki zapobiegające odrywaniu płyty od belki stalowej należy projektować w postaci dodatkowych
kotew, pętli lub sworzni z główkami w ilości nie mniejszej niż 25 % ogólnej liczby łączników.
. Łączniki blokowe. Łączniki blokowe stosuje się w postaci sztywnych wsporników połączonych z belką stalową za pomocą spoin ciągłych lub
śrub sprężających. Łączniki te przenoszą tylko ścinanie.
W celu zabezpieczenia płyty przed odrywaniem od belki stalowej co najmniej 25 % łączników powinno mieć kotwy lub pętle zdolne do przeniesienia
siły rozciągającej nie mniejszej niż 0,1 Tco na każdy łącznik ścinany.
Nośność łącznika blokowego uwarunkowana jest wytrzymałością betonu na docisk oraz wytrzymałością połączenia.
Obliczeniową nośność łącznika na ścinanie ze względu na wytrzymałość betonu należy określać wg wzoru
Tco=Rbd Fd
Fd - powierzchnia docisku,
Fr - powierzchnia rozdziału określona zgodnie z zasadą podaną na rys. 7 pod warunkiem, że nie wykracza poza przekrój betonu.
Obliczeniową nośność łącznika na ścinanie ze względu na wytrzymałość spoin należy określać. Obliczenia należy wykonać przy
założeniu, że siła Tco przyłożona jest w połowie wysokości łącznika.
Łączniki kotwowe stosuje się w postaci prętów prostych lub odgiętych z hakami, lub w postaci pętli. Łączniki te należy spawać do belki stalowej
i kotwić w ściskanej strefie betonu, zgodnie z zasadami podanymi w rozdz. 7.
Obliczeniową nośność łącznika na ścinanie można określać ze wzoru
Tco=0,8RsFc w którym:
Rs - obliczeniowa wytrzymałość materiału łącznika na rozciąganie,
Fc - pole przekroju poprzecznego łącznika.
Nośność łączników kotwowych współpracujących z łącznikami blokowymi należy zredukować
- o 30 % w przypadku pętli,
- o 50 % w przypadku prętów zakończonych hakami.
9 5.1. Zasady ogólne. Belki zespolone stalowo-betonowe należy zabezpieczyć przed rozwarstwieniem na całej długości elementu przez
zastosowanie odpowiednich łączników i zbrojenia poprzecznego.
Łączniki stosuje się w celu zespolenia płyty betonowej z belką stalową, natomiast zbrojenie poprzeczne w celu zabezpieczenia betonu
przed ścięciem w otoczeniu łączników.
Wszystkie połączenia ścinane należy sprawdzać zgodnie z warunkami stanu granicznego nośności:
- w płaszczyźnie zespolenia wg 5.3,
- w pozostałych płaszczyznach ścinania przechodzących przez beton wg 5.4.
5.3. Połączenie płyty z belką. Przy sprawdzaniu nośności połączenia płyty z belką stalową należy stosować następujący tryb
postępowania:
a) należy wykazać, że nośność połączenia na odcinku od podpory do najbardziej wytężonego przekroju zginanego jest nie mniejsza od
granicznej siły ścinającej na tym odcinku,
b) nośność połączenia określa się jako sumę nośności łączników na rozpatrywanym odcinku ścinania pomnożoną przez współczynnik
korekcyjny mc o wartości:
1,00 - w belkach swobodnie podpartych,
0,93 - w belkach ciągłych,
0,80 - we wspornikach,
c) wartość granicznej siły ścinającej określa się jako przyrost siły normalnej w płycie betonowej współpracującej z belką stalową w
stanie granicznym nośności na rozpatrywanym odcinku ścinania:
- w belkach swobodnie podpartych oraz w belkach ciągłych przy podporach skrajnych bez wsporników
T=Nbc (38)
- w belkach ciągłych przy podporach pośrednich
T=Nbc+Na (39)
- we wspornikach
T=Na (40)
gdzie:
Nbc...
slacke