RO-Curs 5-b [Compatibility Mode]

CONSTRUCII MIXTE OEL - BETON

Conf.dr.ing Adrian CIUTINA

- CURS 5-b -

mbinri compuse

Notele de curs pot fi descrcate de pe pagina de webhttp://www.ct.upt.ro/users/AdrianCiutina/

Universitatea Politehnica TimioaraFacultatea de ConstruciiDepartamentul de Construcii Metalice i Mecanica Construciilor

Adrian Ciutina, Construcii mixte oel-beton

O mbinare compus poate fi definit ca fiind prinderea dintre diferite elemente, dintre care cel puin un element este compus (de obicei grinda) i n care barele de armare care leag elementele contribuie la rezistena, rigiditatea respectiv ductilitatea mbinrilor.

4.1 IntroducereCAPITOLUL IV MBINRI COMPUSE

mbinrile structurilor compuse pot fi proiectate ca: (i) ne-compuse, dac doar oelul sau betonul transmit eforturile dintre elemente cu toate c elementele sunt compuse i (ii) compuse, dac att oelul ct i elementele din beton armat particip la transmiterea eforturilor dintre elemente. mbinrile compuse pot fi proiectate ntr-o varietate de forme care vizeaz aspectul compus: stlpi cu seciune compus / grinzi din beton; stlpi metalici (din beton) i grinzi compuse:

grinzi compuse cu dale pline; grinzi compuse cu planee compuse; grinzi compuse cu dale pline turnate pe predale; mbinri compuse pentru sisteme de tip slim-floor.


4.1 Introducere

Prin urmare, procedurile de calcul presupun faptul c armarea este proiectat i detaliat corespunztor pentru a fi capabil s efectueze transferul de la un element la altul. n cazul n care armarea nu este continu, sau acolo unde este prevzut o plas de armare cu caracteristici fragile, capacitatea mbinrii trebuie calculat doar pe baza comportamentului elementelor metalice.

O larg tipologie de mbinri compuse a fost dezvoltat de ctre ingineri n timp. Figura de mai jos ilustreaz mbinrile compuse posibile ntre elementele compuse ale unei structuri n cadre. Procedurile de calcul ale mbinrilor compuse pornesc de la ipoteza c eforturile din mbinri sunt preluate n parte de elementele metalice, n parte de armturi i betonul comprimat.

Beam

Column

Shear connectionReinforcement

Connection

Composite slab


Figura de mai jos prezint o mbinare compus tipic, care const dintr-o prindere metalic i o plac din beton cu armtur longitudinal ntins care traverseaz mbinarea. n cazul acestei mbinri, barele de armare i partea superioar a mbinrii metalice ofer rezistena necesar la ntindere iar aceste eforturi sunt contrabalansate de forele de compresiune situate la partea inferioar, dintre partea inferioar a grinzii metalice i stlp.

Figura: mbinare tipic compus oel-beton

conectoriBare de armare

Dal compus

Plac de capt sudat de grind

grind

Stlpmbinare

4.1 IntroducereTIPOLOGII DE MBINRI COMPUSE


n cazul mbinrilor compuse, rezistena la fora de forfecare vertical a dalei din beton este mic i este foarte dificil de calculat. De aceea, se consider c rezistena la fora de forfecare vertical a mbinrii este dat doar de ctre mbinarea metalic. Tipologia mbinrii metalice folosite poate avea o influen semnificativ att pentru viteza de construcie a structurii ct i pentru performana mbinrii compuse. n timp ce alegerea prinderii metalice se bazeaz primordial pe simplicitate, uurina replicrii i a fabricaiei, trebuie considerat i influena acesteia asupra comportamentului global al mbinrii compuse.

n figurile de mai jos sunt prezentate cteva variante tipice de mbinri compuse oel-beton cu diferite prinderi ale elementelor metalice. Configuraii similare pot fi folosite i n cazul prinderilor grind-grind.



mbinrile sudate pe antier(vezi figura din dreapta), pot fi folosite ca parte ale mbinrilor compuse. Acestea prezint un grad ridicat de rezisten i rigiditate. Cu toate acestea, realizarea acestora este scump, iar rezistena lor poate fi limitat de voalarea tlpii grinzii comprimate sau datoritdeformaiilor excesive cauzate de ncovoierea tlpii stlpului, n cazul n care nu sunt prevzute rigidizri orizontale. n plus, sudurile trebuie calculate folosind un factor parial de siguran important, pentru a preveni cedarea fragil a mbinrii. Trebuie evitat cedarea fragil a acestor mbinri, n special n regiunile seismice.

Welded connections

Beam

Column

ReinforcementComposite slab

Site weld



mbinrile cu plci de capt ca i cele prezentate n figurile b i c, sunt cel mai des folosite n Europa ca parte a mbinrilor compuse. Acestea pot fi de tip exact, extinse sau cu nlime parial i constau dintr-o plac sudat la captul grinzii metalice, fiind prinse cu uruburi pe antier de stlpul sau grinda pe care reazem. Acest tip de mbinare sunt realizate la costuri reduse, ns elementele trebuie montate i realizate cu tolerane mici.


Beam

Column

End-plateReinforcement

Composite slab

Bolts

Beam

Column

End-plateReinforcement

Composite slab

Bolts


Contribuia plcii de capt n comportamentul general al mbinrii compuse va fi influenat de plastificarea tlpii stlpului i/sau a plcii de capt, ct i de voalarea inimii stlpului. Un alt avantaj al folosirii plcilor de capt este rezistena global, rigiditatea i ductilitatea mbinrii compuse, care n acest caz poate fi ajustat prin varierea diferitelor elemente geometrice i a proprietilor componentelor mbinrii. mbinrile cu prindere pe inim sunt adesea folosite n practic, datorit faptului c ele sunt simplu de realizat i de montat. Cu toate acestea, mbinrile cu prindere pe inim nu confer acelai grad de continuitate ca i mbinrile cu placi de capt sau sudate. n plus, plcuele de prindere trebuie s preia att fore de forfecare ct i cele de compresiune (dac exist), ceea ce poate conduce la anumite restricii de folosire. n general, aceste mbinri conduc la reduceri ale ductilitii respectiv ale rezistenei la ncovoiere.



mbinrile tachet ca i cele din figura e pot fi de asemenea utilizate. Pentru aceste prinderi, cornierul inferior preia efortul de compresiune. Cu toate acestea, eficacitatea acestei mbinri este redus datorit toleranelor gurilor de mbinare. Pretensionarea uruburilor de pe cornierul inferior poate crete frecarea cu talpa grinzii, mbuntind acest fenomen.

Ca o alternativ pentru acest tip de mbinare se poate dispune o plcu de contact (ca i cea din figura d) ntre talpa stlpului i talpa comprimat a grinzii, aceasta avnd rolul de transmitere a eforturilor de compresiune.


Beam

Column


Fin plate Contact plate

Beam

Column


Web angle cleatFlange angle cleat

Angle cleated connections


mbinri cu plcu de contact (sau mbinri fr uruburi) precum cele din figura f sunt folosite cu precdere n zonele neseismice (din Europa). Prin sudarea unei plcue de talpa stlpului se asigur un transfer direct al forelor de compresiune la partea inferioar (fr alunecri), n timp ce armtura transmite forele de ntindere, asigurnd un anumit transfer al momentelor ncovoietoare.

Beam

Column


Contact plate Support

Contact plate connections



4.3 Principii de calcul

Figurile de mai jos prezint curbele caracteristice moment-rotire pentru diferite tipuri de mbinri compuse:

n mod evident, mbinrile 1,2 i 4 sunt clasificate ca total rezistente, datorit faptului c momentul capabil este mai mare dect cel al grinzii.

Momentul capabil al mbinrilor 3 i 5 este mai mic dect cel al grinzii mbinate, iar acestea pot fi clasificate ca mbinri parial rezistente.

mbinarea 6 reprezint o mbinare articulat.

Clasificare dup rezisten Clasificare dup rigiditate



n conformitate cu Eurocode 3 i Eurocode 4, o mbinare poate fi clasificat n funcie de rigiditate, rezisten i prin combinaia celor doi parametri de rezisten i rigiditate. Figura a) de mai jos ilustreaz cele trei moduri n care o mbinare poate fi clasificat n funcie de rigiditate, iar figura b) prezint clasificarea dup rezisten. Aceste figuri prezint de asemenea limitele date de Eurocode 3 pentru cadrele contravntuite. O mbinare poate fi clasificat ca fiind rigid, formal articulat sau semi-rigid, n conformitate cu rigiditatea sa la rotire. n mod similar, o mbinare poate fi clasificat dup rezistena acesteia ca articulat, total rezistent sau parial rezistent. O descriere complet a comportrii unei mbinri se obine prin clasificarea n funcie de ambii parametri (rezisten i rigiditate).Obs: Aceast clasificare complet a mbinrilor conduce la urmtoarele tipuri de mbinri:

- articulate, - rigide/total rezistente, - rigide / parial rezistente, respectiv - semi-rigide/total rezistente.

CLASIFICAREA MBINRILOR COMPUSE


a) Clasificarea mbinrilor dup rigiditate

4.3 Principii de calculCLASIFICAREA DUP RIGIDITATE


unde:

Pentru clasificarea dup rezisten, trebuie comparat rezistena mbinrii cu capacitatea la ncovoiere a barelor prinse n nod. Principalul scop al acestei clasificri este identificarea ordinei de cedare n nod (elemente sau mbinare). Pentru grinzile compuse, se va considera rezistena acestora la momente negative.

CLASIFICAREA DUP REZISTEN

4.3 Principii de calculCLASIFICAREA DUP RIGIDITATE


b) Clasificarea mbinrilor dup rezisten


Unde:

CLASIFICAREA DUP REZISTEN

a) Ultimul nivel

b) Nivel intermediar


O mbinare articulat este capabil s transmit eforturi axiale i de forfecare fr s dezvolte momente semnificative care ar putea influena n mod nefavorabil elementele sau structura n ansamblu. Un nod poate fi clasificat ca articulaie formal, dac momentul su de calcul rezistent Mj,Rd nu este mai mare dect 0,25 x momentul de calcul rezistent pentru o mbinare de total rezisten, cu condiia ca el s aib suficient capacitate de rotire. mbinri total rezistente. Rezistena de calcul a unei mbinri total rezistente nu trebuie s fie mai mic dect cea a elementelor prinse n nod. O mbinare poate fi clasificat ca fiind total rezistent dac ndeplinete criteriile din figura b) de mai sus. mbinri parial rezistente. O mbinare care nu ndeplinete criteriile corespunztoare unei mbinri total rezistente sau a unei mbinri articulate este clasificat ca mbinare parial rezistent.

4.3 Principii de calculCLASIFICAREA DUP REZISTEN


n cazul n care sunt folosite mbinri parial-rezistente n analizele plastice, mbinrile trebuie s satisfac anumite criterii privitoare la capacitatea de rotire. Aceasta este necesar pentru redistribuirea momentelor. Limitele n care se face aceast redistribuie a momentelor depind de clasele de voalare (clasa 1 plastic, clasa 2 compact, etc) a grinzii supuse la momente negative.

4.3 Principii de calculCLASIFICAREA DUP REZISTEN

Documents

RO-Curs 5-b [Compatibility Mode]