Stalpi Cu Sectiune Mixta Otel-beton

Embed Size (px)

Citation preview

Stalpi cu sectiune mixta otelbeton

Tipuri de seciuni

2

Tipuri de seciuni Profile metalice tubulare umplute cu beton

3

Tipuri de seciuni Smburi masivi metalici nglobai n beton

Seciuni transversale formate din elemente mult deprtate

4

Scurt istoric 1900 - Primele realizri n construcii utiliznd elemente mixte se pot regsi la sfritul secolului XIX, oelul fiind materialul care alctuia structura de rezisten, iar betonul fiind utilizat doar ca material de protecie 1950 - Rezultatele ncercrilor experimentale efectuate de Faber (1956), Jones i Rizk, respectiv Stevens (1965) au demonstrat c betonul aduce o cretere semnificativ a capacitii portante a stlpului metalic 1965 - Studii teoretice i experimentale , simultan la Londra (Imperial College) i la Universitatea din Liege. Ambele cercetri au ajuns la propunerea analizei inelastice pentru calculul stlpilor micti (Stevens 1965, McDevitt i Viest 1972); Ci diferite de dezvoltare a seciunilor mixte: - mbuntirea capacitii portante a seciunii - creterea gradului de protecie la foc.

Facultatea de Constructii

UTCN

5

Structuri avnd stlpii cu seciune mixt oel-beton

Century Tower Bunkyo-ku, Tokyo, (Premiul special ISE 1992). o structur principal de 20 etaje i una secundar de 8 etaje. turnul adpostete birouri comerciale i o piscin olimpic.

Facultatea de Constructii

UTCN

6

Structuri avnd stlpii cu seciune mixt oel-beton

Banca Hongkong Bank din Hongkong 100 000m2 suprafa desfurat, 180 m nlime, 47 de etaje, 70x55 m n plan .

Facultatea de Constructii

UTCN

7

Structuri avnd stlpii cu seciune mixt oel-beton

Commerzbank Tower situat n Frankfurt pe Main. 260 m

Facultatea de Constructii

UTCN

8

Finance Center Tower 2, Hong Kong

Millenium City - Viena

TEZA DE DOCTORAT

9

Taipei 101 - Taiwan

Fermont Street Experience, Las Vegas, SUA

TEZA DE DOCTORAT

10

Avantaje fa de structurile din beton Ductilitate superioar, mai mare capacitate de absorbie i disipare a energiei induse de cutremur. Rezisten superioar la for tietoare Comportare histerezis mai stabil; degradri mai reduse a rezistenei i a rigiditii sub solicitri ciclice Eliminarea eafodajelor, deci execuia confeciei metalice n avans fa de lucrrile de armare i betonare, asigurnd abateri de execuie mai reduse Capacitate de rezisten superioar conferit de folosirea unor procente de oel de cteva ori mai mari dect n cazul betonului armat Dimensiuni mai reduse ale seciunii transversale

11

Avantaje fa de structurile din oel Rigiditate la deplasare lateral mai mare, respectiv deplasri relative de nivel mai mici. Rezisten la foc i la coroziune superioare. Stabilitate local i general mai bun Capacitate de amortizare vscoas superioar .12

mai economice cu 15...40% fa de structura omogen. reducerea greutii proprii a structurii de rezisten cu pn la 50% fa de o structur de beton armat; reducerea consumului de ciment; reducerea consumului de oel cu 20...40% fa de stlpii cu structura metalic eliminarea eafodajelor i sprijinirilor n timpul execuiei structurii, datorit posibilitii prelurii ncrcrilor de ctre elementele metalice posibilitatea consolidrii unor construcii metalice existente

13

Realizarea mbinrilor mbinare grind de beton - stlp mixtmbinare planeu de beton - stlp mixt

14

Realizarea mbinrilor Prindere prin intermediul unui bloc masiv de metal Grind simplu rezemat pe placa superioar a stlpului inferior.

15

Metode de calcul a stalpilor cu sectiune mixta

n EC4 sunt prezentate dou metode de calcul ale stlpilor cu seciune mixt: Metoda generala : Metoda simplificata

Cele dou metode de dimensionare se bazeaz pe urmtoarele ipoteze: Existena unei interaciuni complete ntre oel i beton pn la cedare; Sunt luate n considerare imperfeciunile geometrice i structurale; Relaiile tensiuni-deformaii ale celor dou materiale trebuie considerate ntr-o manier corespunztoare analizei; Seciunile plane rmn plane i dup deformare.

Metode de calcul a stalpilor cu sectiune mixtaMetoda generala de calcul necesit resurse informaionale importante i nu e folosit n practica curent (E.F.)

Coeficientul aportului oelului la capacitatea portant a seciunii 0,2 d 0,9.

reprezinta coeficientul aportului otelului la capacitatea portanta a sectiunii :Aa fy

=

a

N pl , Rd

,

dar 0,2 0,9 pentru a se putea aplica metoda de calcul.

Conlucrare, conexiune, aderen: La stlpii cu seciune mixt oel-beton se poate conta pe urmtoarele capaciti portante la lunecare, n funcie de tipul seciunii: 0,6 N/mm2 la profile complet nglobate 0,4 N/mm2 la profile umplute 0,2 N/mm2 la profile parial nglobate.

n zonele potenial plastice trebuie luate msuri de conlucrare pe toat lungimea zonei plastice dispunem conectori ca s prevenim dislocarea betonului pe suprafee mari.

Voalarea local a tlpilor: n ciuda prezenei benefice a betonului, experiena a demonstrat c pentru zveltei mari ale tlpilor poate aprea pericolul cedrii premature, prin voalarea local a tlpilor profilului metalic. n cazul profilelor complet nglobate acest pericol este inexistent, totui grosimea stratului de beton trebuie s fie suficient pentru a nu se produce zdrobirea betonului. Grosimea acestui strat de beton este recomandat a fi mai mare de 40 mm sau 1/6 x dimensiunea exterioara a stalpului, pe directia considerata. (ex: 1/6 x b) Pentru celelalte tipuri de seciuni avem urmtoarele recomandate ale pereilor elementelor metalice : zveltei

Efectul flambajuluil local se poate neglija daca nu sunt depasite valorile din tabel

Metoda simplificat de calculCondiii de aplicare a metodei simplificate de calcul:Seciunea transversal trebuie s fie uniform i s prezinte dubl simetrie. Valoarea zvelteei adimensionale Armtura longitudinal As ce se ia n calculul capacitii portante va ndeplini condiia: 0,3% Ac As 6% Ac Din motive de protecie antifoc, uneori este necesar a se include mai mult armtur, ea ns nu va fi prins n calcule.

Limitele nglobrii n beton a profilelor complet nglobate: 40 mm cz 0,3h 40 mm cy 0,4b.

Capacitatea portant a seciunii transversale: Profile nglobate n beton sau profile goale rectangulare umplute cu beton.

N cap = N pl , Rd = Aa

fy

a

+ Ac

f ck

c

+ As

f sk

s

Aa , Ac , As = ariile sectiunilo r transver sale ale otelului, betonului si armaturii. f y , f ck , f sk = rezistente le caracteris tice ale otelului, betonului si armaturii. a , c , s = coeficient i partiali de siguranta in SLU. iar = 1 pentru profile tubulare rectangula re umplute cu beton

= 0,85 pentru profile inglobate.

Zvelteea adimensional a stlpilor:l = , unde l = lungimea de flambaj a stalpului si lc = lungimea critica unitara. lc lc = ( EI ) e , unde ( EI ) e este rigiditatea elastica a sectiunii. N pl , Rd

( EI ) e = Ea I a + ke Ecm I c + Es I s , unde I a , I c , I s sunt momentele de inertie pentru planul de incovoiere considerat al otelului, betonului, armaturii si E a , E s sunt modulele de elasticitate pentru otel si armaturi. k e = 0.6, iar E cm = modul secant de elasticitate al betonului, = 1,35.

Zvelteea adimensional a stlpilor:

Deci putem scrie :

=

N pl , Rk N cr

, unde N cr

2 ( EI ) el2

iar N pl,Rk va fi calculat considerand N pl,Rd cu a = c = s = 1

Dar :

Zvelteea adimensional a stlpilor:

Capacitatea portant: Un stlp are capacitate portant suficient la compresiune dac, pentru ambele axe avem:

Nota:

( EI ) eff K Ke , II o

, II

= K o (EaIa + EsIs + K

e , II

E cm I cm )

= 0 .5

= 0 .9

In cadrul unei analize globale, imperfectiunile in elementelor compozite comprimate pot fi neglijate, daca se foloseste analiza de ordinul I. Daca se utilizeaza analiza de ordinul II, imperfectiunile pot fi neglijate daca e indeplinita relatia N

0 ,5

pl , Rk

N Ed

si cand incarraea critica elastica se determina cu relatia rigiditatii de mai sus (EI)eff,II

raportul

=

Analiza momentelor ncovoietoare:* In general stalpii trebuie verificati considerand si efectele de ordinul II . * In mod simplificat efectele de ordinul II asupra unui stalp rigid izolat pot fi luate in calcul aplicand un coeficient de corectie " k" celui mai mare moment determinat din calculul de ordinul I k=

N 1 sd N cr

1, cu urmatoarea valoare pentru :

= 0,66 + 0,44 r 0,44 sau = 1 daca exista incarcari transversale pe lungimea stalpului.

Curba de interaciune:

Curba de interac iune se determin considernd diferite pozi ii ale axei neutre, n sec iunile transversale i calculnd efectele eforturilor interne pornind de la blocuri de tensiuni.

Curba de interaciune:

* Punctul A : - capacitatea portanta la compresiune centrica N A = N pl , Rd M A = 0

Curba de interaciune:

* Punctul B : - capacitatea portanta la incovoiere N B = 0 M B = M pl , Rd

Curba de interaciune:

* Punctul C : f ck N C = N pm , Rd = AC c M = M pl , Rd C

Curba de interaciune:

* Punctul D : 1 N D = N pm , Rd 2 M D = M max, Rd

Curba de interaciune:* In relatiile precedente avem : M max, Rd = W pa fy

Ma

1 f ck f sk + W pc + W ps s 2 c

W pa , W pc , W ps sunt module de rezistenta plastice ale otelului, betonului, armaturii, din intreaga sectiune transversala. M pl,Rd = M max,Rd M n,Rd M n , Rd = W pan fy

Ma

+ W pcn

1 f ck f sk + W psn 2 c s

W pan ,W pcn , W psn sunt module de rezistenta plastice ale otelului, betonului, armaturii, din portiunea de inaltime 2h n a sectiunii transversale.

M Ed M Ed = M M pl , Rd d M pl , Rd

Curba de interactiune adimensionalaN Rd N pl,Rd

y1,0

y

z

z

N Ed N pl, Rd

M Rd / M pl,Rd

M Ed 0 ,9 M pl ,Rd

Stlpi solicitai la compresiune cu ncovoiere biaxial Capacitatea portant :

:

Momentele de calcul My,Ed i Mz,Ed trebuie s se situeze n interiorul curbei de interac iune. Verificarea se face separat pentru fiecare ax de ncovoiere i verificarea corespunztoare interac iunii celor dou momente.