Вы здесь

Стиснуті елементи зі сталевих складених двотаврів із боковими порожнинами, заповненими бетоном

Автор: 
Нижник Олександр Васильович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2005
Артикул:
0405U003842
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РОЗДІЛ 2
СТИСНУТІ КОНСТРУКЦІЇ ЗІ СТАЛЕВИХ СКЛАДЕНИХ ДВОТАВРІВ ІЗ БОКОВИМИ ПОРОЖНИНАМИ,
ЗАПОВНЕНИМИ БЕТОНОМ

2.1. Сутність запропонованих конструкцій

Недоліком більшості конструкцій з прокатних та складених профілів у сполученні із залізобетоном є необхідність влаштування опалубки, витримування товщини захисного шару бетону навколо сталевої конструкції для зручності бетонування та забезпечення необхідної вогнестійкості, що призводить до перевитрати матеріалів, підвищення власної ваги конструкції, а також до необхідності застосування додаткових анкерних засобів для забезпечення сумісної роботи бетону зі сталевим профілем. Для елементів із зовнішнім армуванням значна частина поверхні металевих деталей потребує додаткових заходів антикорозійного захисту та вогнезахисту, що також викликає деякі складнощі при більш широкому їх застосуванні.
В основу запропонованої конструкції колони поставлене завдання удосконалення поперечного перерізу шляхом його оптимізації, зміни технології виготовлення та ефективних засобів забезпечення сумісної роботи бетону зі сталевим елементом, що дає можливість уникнути опалубочних робіт, економити матеріали, спростити і прискорити виготовлення та монтаж конструкцій.
Поставлена задача вирішена тим, що запропонована конструкція колони зі сталевого складеного двотавра з боковими порожнинами, заповненими бетоном із застосуванням необхідних анкерних засобів, які закріплені до внутрішніх граней поличок та стінки для забезпечення сумісної роботи бетону зі сталевим складеним двотавром. Відкриті частини поличок можуть використовуватись як закладні деталі конструкції. Виготовлення колони може відбуватись в горизонтальному її положенні без застосування опалубки.
Стиснуті елементи зі сталевих складених двотаврів із боковими порожнинами, заповненими бетоном, можуть бути ефективно застосовані в якості несучих сталезалізобетонних стійок та колон в промисловому та цивільному будівництві.
Як уже було відзначено, стиснуті конструктивні елементи зі сталевих двотаврів із порожнинами, заповненими бетоном, у нашій країні не досліджувались. Але рекомендації щодо проектування несучих стійок із такими перерізами регламентуються нормативним документом Eurocode 4 [175]. При цьому розглядаються такі способи забезпечення сумісної роботи бетону й сталі (рисунок 2.1):
а) улаштування арматурних каркасів, з'єднаних за допомогою хомутів із стінкою прокатного двотавра;
б) поєднання бетону зі сталевими двотаврами за допомогою анкерів у вигляді штирів із головкою.
Рисунок 2.1 - Поперечні перерізи стиснутих елементів із прокатних двотаврів, бокові порожнини яких заповнені бетоном,
що розглядаються в Eurocode 4 [175]
1 - прокатний сталевий двотавр; 2 - бетон; 3 - поздовжня сталева
арматура; 4 - хомути; 5 - анкери у вигляді штиря з головкою
В Eurocode 4 [175] наведена формула для розрахунку центрально стиснутих сталезалізобетонних елементів із випадковими ексцентриситетами з урахуванням пластичних деформацій
(2.1)
де АА, АС, АS - площі поперечного перерізу прокатного профілю, бетону й арматури;
fy, fCK, fsk - граничні значення міцності бетону й сталі згідно Eurocode 3 і Eurocode 4;
?Ма, ?С, ?s - коефіцієнти надійності складових у граничному стані за несучою здатністю.
0,85 - коефіцієнт, що знижує розрахункову міцність бетону в умовах його роботи в боковій порожнині двотавра.
У відповідності з Eurocode 4 [175] на позацентровий стиск розрахунок сталезалізобетонних колон виконується у відповідності з нормативним Додатком С з використанням полігональної кривої взаємодії для симетричних поперечних перерізів. Крива взаємодії наведена на рисунку 2.2.
Рисунок 2.2 - Полігональна крива взаємодії
Пластичне нормальне граничне зусилля Npl.Rd, значення якого відповідає точці А (рисунок 2.2) визначається за формулою 2.1.
Граничне значення зусилля Npl.Rd визначається згідно формули:
(2.2) де Rc2 - граничне нормальне зусилля в поперечному перерізі бетону, який обмежений нейтральними лініями для випадку чистого згину (рисунок 2.3);
Ra2 - граничне нормальне стискаюче зусилля для сталі в області 2.
Рисунок 2.3 - Розрахункова схема поперечного перерізу сталезалізобетонного елемента

На рисунку 2.3 В - В та С - С нейтральні лінії при розрахунку переріза на чистий згин без врахування роботи розтягнутого бетону.
У відповідності з пунктом С 4 [175] Npm.Rd = Rc, тобто несуча здатність на стиск відповідає несучій здатності бетонного перерізу.
Npm.Rd = Ac Rb.(2.3) Граничний момент, який відноситься до осей В - В та С - С складатиме:
Mpl.Rd = Mmax.Rd - Mn.Rd,(2.4) де Mmax.Rd = WpаRs + 0,5WpcRb;
Wра - пластичний момент опору сталевого двотавра,
;
Wpc - пластичний момент опору бетонного перерізу без врахування тріщиноутворення,

Mn.Rd = WpanRs + 0,5WpcnRb,(2.5) де Wpan, Wpcn - пластичні моменти опору сталевого двотавра та бетонного перерізу для площі усередині області 2 (рисунок 2.3).
Пластичний момент опору сталевого двотавра визначається в залежності від положення нейтральної лінії hn:
1) Нейтральна лінія в стінці: hn ? tw/2
;(2.6).(2.7) 2) Нейтральна лінія в поличці tw/2 ;(2.8).(2.9) 3) Нейтральна лінія поза сталевого двотавра b/2 ;(2.10).(2.11) Пластичний момент опору бетонного елемента визначається за формулою:
.(2.12) При відомому положенні точки С, певному значенні Npm.Rd та Mpl.Rd визначається гранична несуча здатність сталезалізобетонного елемента зі сталевого двотавра із боковими порожнинами, заповненими бетоном при позацентровому стиску з урахуванням пластичної роботи матеріалів.

2.2. Проблема забезпечення сумісної роботи сталі та бетону

В Eurocode 4 [175] сформульовані питання забезпечення сумісної роботи бетону й сталевого профілю при заст