1. ÖSZVÉRSZERKEZETEK 1.1. BEVEZETÉS

Átírás

1 1. ÖSZVÉRSZERKEZETEK 1.1. BEVEZETÉS A külön-külön is teherviselő acél és vasbeton-szerkezeti elemek együttdolgozásából kialakuló szerkezeteket öszvérszerkezeteknek nevezzük. Az így kialakuló szerkezetek számos előnnyel bírnak, például a tűzzel szembeni ellenállás, az építési idő, a szerelés területén. A legfontosabb és a leggyakrabban alkalmazott szerkezeti anyag kombináció az acél és a beton együttdolgozása a többszintes vázas épületek és a hídszerkezetek területén. Ezeket az anyagokat használhatjuk többféle együttdolgozás kialakítására, így zárt acélcsövek kibetonozására, vagy merevbetétes szerkezetként. A két jelentősen különböző viselkedésű szerkezeti anyag harmonikusan illeszkedik egymáshoz, mivel a hőtágulási tulajdonságaik hasonlóak,és így jól kiegészítik egymást növelve a szerkezet szilárdságát, a beton nyomási, az acél húzási tulajdonságainak kihasználásával, a beton ugyanakkor növeli a korrózióval, a tűzzel szembeni ellenállást, esetenként megtámasztja a karcsú acélszerkezeteket és a karcsú acélkeresztmetszetek horpadási, kifordulási ellenállását is tovább növelve. Többszintes acélvázas épületeknél számos esetben használják a két szerkezeti anyagot együtt, pl. acél oszlopok és vasbeton födémek. Hasonlóan használható az öszvérszerkezet közúti hidak esetében, ahol a vasbeton pályalemez általánosan használatos. Az 1.1 fénykép egy londoni épület szerelését mutatja, az 1.2 fénykép egy német ipari épület építését. Hozzá kell tenni, hogy a többszintes öszvérszerkezetek számos országban szabványosított rendszerré váltak, az egyik legjelentősebb fejlődést Japánban tapasztalhatjuk, elsősorban az öszvérszerkezetek jelentős földrengési ellenállása és duktilitása miatt. Az 1.3 fénykép egy ilyen szerkezeti kialakítást mutat. Az 1980-as évektől tapasztalható reneszánsz az acél és vasbeton szerkezetek együttdolgoztatása területén új és új szerkezeti modellek, szerkezeti részletek kialakítását kívánja meg.

2 1.1 fénykép: Tipikus többszintes acélvázas épület építésközbeni állapota. 1.2 fénykép: Tipikus ipari épület építésközbeni állapota.

3 1.3 fénykép: Merevbetétes öszvérgerendák, öszvérfödémek építésközbeni állapota. Az 1.1 ábra különálló öszvérszerkezeti elemeket mutat, vagyis gerendát, oszlopot és födémet, melyek önmagukban megfelelő minőségüek, ellenállásuak, de esetenként nem gazdaságosak.ilyen lehet pl. kis oszloptávolság, 9 m alatti gerenda támaszköz és alacsony terhelés. Másrészt, az öszvérfödém gazdaságos lehet, ha a támaszköz nagyobb, így 12, 15, vagy esetleg 20 m. Természetesen a nagyobb fesztávolságok szükségesek lehetnek az épület funkciója alapján, ahogyan ezt az 1.2 ábra mutatja. Az 1.1 ábrában: Composite girder - Öszvérgerenda Steel beam composite slab or RC slab - Acélgerenda öszvérfödém, vagy vasbeton födém Composite column - Öszvéroszlop Steel profiles embedded in or filled with concrete - Acélprofilok beágyazva, vagy kitöltve betonnal Composite slab - Öszvérfödém Holorib sheeting + concrete - Holorib acélprofil-lemez + vasbeton

4 1.1 ábra Épületek öszvérszerkezetű elemei 1.2a ábra Öszvérszerkezetű épület

5 Egy további fontos szempont, hogy hengerelt acélprofilokat, lemezprofilokat, vagy előregyártott vasbeton elemeket használva, ezek felgyorsítják a szerelést. Nagyon fontos, hogy a kapcsolatok gazdaságosak legyenek, és segítsék a szerelést. Számos tervező úgy gondolja, hogy az acélvázas épületek továbbfejlesztése az öszvérszerkezetekkel lehetséges. Akadályozhatja a fejlesztést, hogy a két szerkezeti anyag két külön iparághoz tartozik. Az 1.2 ábra három példát mutat. Az 1.2a ábra egy tipikus irodaápületet mutat, a közbenső oszlopok megszabják a válaszfalak helyét, az 1.2b ábra nagy fesztávolságú teret, az 1.2c ábra pedig az oszlopok számának csökkentését mutatja másodrendű gerendákkal. 1.2b ábra Öszvérszerkezetű épület

6 1.2c ábra Öszvérszerkezetű épület 2. EGYÜTTDOLGOZÁS GERENDÁKBAN Hajlított öszvérgerenda egy acélprofilt és egy, vagy kétoldali vasbeton övet tartalmaz. A két szerkezeti anyag kapcsolóelemekkel összekötésre kerül, Európában a kapcsolóelemek fejescsapok, melyeket az acélövekre hegesztenek. (1.4 fénykép) 1.4 fénykép Fejescsapok felhegesztése az acélövre

7 Az 1.3 ábra tipikus helyszínem betonozott öszvérgerenda keresztmetszetet mutat. Kéttámaszú gerenda esetén a középső keresztmetszetben ébredő pozitív nyomaték (sagging moment) hatására húzófeszültség ébred az acélban és nyomófeszültség a betonban, mely optimális mindkét szerkezeti anyag számára. Ezért öszvérgerendáknál még a kis keresztmetszetű szelvények is jelentős merevségüek, valamint jelentős terheket hordhatnak nagy támaszközök esetében.. Az 1.3 ábrában: 1.3 ábra Tipikus gerendakeresztmetszetek T - Beam - Gerenda Steel box girder - Acélcső gerenda beton Haunched slab - Kiékelt lemez Precast concrete units - Előregyártott Ha az elcsúszás szabadon bekövetkezhet az acélgerenda és betonlemez között, akkor a két komponens függetlenül működik (1.4 ábra) Ha az elcsúszást megakadályozzuk, vagy korlátozzuk, akkor a két komponens együtdolgozik, ez az öszvér-hatás. Az ellenállásban

8 bekövetkező növekedés az együttműködéstől függ, az együttműködés mértéke az alkalmazott nyírt fejescsapok következményei. 1.4 ábra Acélgerenda és betonlemez együttdolgozása A következő megállapításokat tesszük az ellenállás (szilárdság) és merevség vonatkozásában: Az ellenállás vonatkozásában megkülönböztetünk teljes és részleges nyírt kapcsolatot. A kapcsolat teljes, ha az öszvérgerenda ellenállását a hajlítási ellenállás határozza meg és nem vizszintes nyírási ellenállás. A teljes, vagy nem-teljes együttdolgozás a betonlemez és az acéltartó között nagyobb, vagy kisebb merevségű öszvérgerendát eredményez. Nem-teljes együttdolgozás bekövetkezik, amikor olyan fejescsapokat amikor elcsúszás (relatív elmozdulás) jön létre az acél és beton között. Az öszvér-hatás használata bizonyos előnyökkel jar. Egy öszvérgerenda nagyobb merevséggel és ellenállással rendelkezik, mint a nem-együttdolgozó részek. (1.5 ábra) Következésként kisebb acélkeresztmetszet szükséges, és így anyagot takarítunk meg, valamint csökkentjük a szerkezeti magasságot. A szerkezeti magasság csökkentése fontos lehet az épületek és hidak esetében is. Az 1.5 ábrában: Load resistances - Ellenállás Steel weight - Acéltartó önsúlya Overall heigth - Teljes magasság Stiffness - Merevség.

9 1.5 ábra Öszvérgerenda és acélgerenda összehasonlítása 1.3. ÖSZVÉR SZERKEZETI ELEMEK Öszvérgerendák Az 1.3 ábra különböző acélgerenda (hegerelt, vagy hegesztett) keresztmetszeteket mutat helyszíni betonozású betonlemezzel. Az 1.6 ábra előregyártott lemezfödém kialakítását mutatja.. Az 1.6a ábra az 1960-as évek megoldását mutatja. Az előre kialakított hézagokat a helyszínen ki kellett betonozni, ez adta az együttdolgozást. Számos ilyen épület készült Németországban. (1.5 fénykép) Az előregyártott betonlemezek alkalmazása lecsökkentették a helyszíni munkákat. Az előregyártott betonlemezek magasabb minőségben és kisebb toleranciával készültek. Az 1.6 ábrán: Headed studs - Fejescsap; Welded - Hegesztett. Az 1.6b ábra acélgerenda övével megtámasztott vékony előregyártott betonlemezeket mutat. Ezek a helyszíni betonozás idejére alátámasztást adnak. Az acélgerenda övére felhegesztett fejescsapok kötik össze a szerkezeti elemeket egységes szerkezetté. A 4-5 cm vastag előregyártott betonlemezek hasonlóan viselkednek, mint az acél profil-lemezek. Az 1.6b ábra egyben öszvérgerendát mutat. Ezt a megoldást használják ma Európa számos országában, mivel a kibetonozás megfelelő tűzvédelmet eredményez. Az alsó acél öv védelem nélküli.

10 1.6 ábra Előregyártott beton födémek

11 1.5 fénykép Előregyártott betonlemezek alkalmazása Az általános gyakorlat azonban a kereskedelmi és ipari épületeknél acél profil-lemez használata az előregyártott betonlemez helyett. (1.6 fénykép) Ez a megoldás nagyon gazdaságos az építési idő vonatkozásában, és így része a modern szerkezeti rendszereknek. Az acél profil-lemez megtámasztást ad a helyszíni betonozás idejére, majd része az öszvértartónak. Az acél-profil-lemezek általában trapéz-lemezek. (1.7 és 1 15 ábrák) Öszvérgerendákat nem szükséges alátámasztani, zsaluzni. Két különböző építési módszer alakult ki: -alátámasztott (propped); nem-alátámasztott (unpropped) Alátámasztott szerkezetek A szerkezet hatékonyságát nagymértékben befolyásolja, hogy a beton és acél szerkezeti elemek mindíg együttdolgozzanak. Ezért minden terhet, így a szerkezet önsúlyát is, az öszvérszerkezet viselje, ez viszont megkívánja, hogy az acélgerenda alá legyen támasztva, amíg a beton megszilárdul. Ez az alátámasztott szerkezet, "propping". Az ideiglenes alátámasztó szerkezetet elegendő a támaszköz negyedeiben elhelyezni. Különböző szerkezeti megoldások különböző feszültség-állapothoz, lehajlásokhoz vezetnek a használati állapotban. Azonban tönkremeneteli állapotban már közömbös, hogy alátámasztott, vagy nem-alátámasztott gerendáról van szó, feltételezve a lemezhorpadás kiküszöbölését.

12 1.7 ábra Különböző acél profil-lemezek használata

13 1.15 ábra Tipikus záró megoldások öszvérlemezben Az 1.15 ábrában: Mechnical interlock - Mechanikai záró megoldás; Frictional interlock - Surlódási záró megoldás; End anchorage - Vég lehorgonyzás;

14 1.6 fénykép Tipikus kereskedelmi és ipari épület födéméhez acél profil-lemezt alkalmazva, mely segíti az együttdolgozást Keresztmetszet ellenállása Tipikus öszvérszerkezetek betonlemezt és hozzácsatlakozva párhuzamos acélgerendákat tartalmaznak. (1.2 ábra) Ilyen szerkezeti rendszer esetében nem lehet a teljes, nyomott betonlemez szélességet számításba venni a "shear lag" hatás miatt, mely a betonlemezben ébredő nyírófeszültség jelenléte miatt alakul ki. Ezt a jelenséget az "effektív szélesség" (effective width) fogalmának bevezetésével vesszük figyelembe. Kéttámaszú gerenda esetében nem szükséges a lemezhorpadás figyelembevétele, mivel a betonlemez megtámasztja, megfogja a teljesértékű nyírócsapok segítségével az acélgerenda felső övét, a gerinclemez pedig viszonylag rövid szakaszon nyomott. Részleges együttdolgozást biztosító nyírócsapok esetében a gerinclemez nagyobb területen nyomott, így számítani lehet a jelentős magasságú gerinc horpadására, ill. a nyomott öv azon szakaszainak horpadására, melyeket a nyírócsapok nem kötnek be a betonlemezbe. Épületek acélgerenda méreteit, amennyiben képlékeny méretezést alkalmazunk, 1 vagy 2 keresztmetszeti osztály előírásai szerint választjuk, és a keresztmetszet acél részére a négyszög alakú feszültség ábrát tételezzük fel Többtámaszú gerendák és lemezek Épületekben szereplő gerendák számos esetben - a statikai analízis végrehajtásánál - többtámaszú kialakítású. A betonlemez is tőbbtámaszú, amennyiben a betonozás során nem használunk megszakításokat. Többtámaszú gerenda előnyei a kéttámaszú gerendához képest: a nyomaték átrendeződés miatt nagyobb teherbírású nagyobb merevségű azonos teher esetén kisebb acél keresztmetszet. Másrészről a többtámaszúság számos komplikációval jár a tervezés területén, így a kifordulás, vagy horpadás a negatív nyomaték (hogging moment) területén. A lemezhorpadás

15 csökkentheti a keresztmetszet ellenállását a képlékeny nyomték alá, hacsak nem alkalmazunk megfelelő lemezarányokat. Alapvetően az acélkeresztmetszetek 1-től 4 osztályba sorolhatók. Az 1 osztályú keresztmetszet megengedi a képlékeny nyomatékok átrendeződését, amely gazdaságos megoldást jelent. A 2 osztályú keresztmetszet megengedi a keresztmetszet ellenállását képlékeny alapon meghatározni, de nem engedi meg a nyomaték átrendeződést. Hengerelt acélprofilok általában az 1 és 2 osztályba tartoznak, így a horpadás nem probléma ilyen szelvények esetén. Általában repedésmentességet követelünk a betonlemezben a közbenső alátámasztásoknál, melyet megfelelő vasalással érhetünk el, így a szükséges duktilitás esetén a negatív nyomaték keresztmetszetében növekszik a hajlítási ellenállás Nyíró kapcsolatok Mechanikus kapcsolato biztosítják az öszvér-hatást a betonlemez és az acélgerenda között. Ez a kapcsolat döntően a vízszintes nyírás felvételét szolgálja, és "nyíró kapcsolat"-nak (shear connection) nevezzük. Az 1.8 ábra néhány nyíró kapcsolatot mutat, melyeknek számos követelménynek kell megfelelni: át kell adni a közvetlen nyírást a bekötésüknél. húzási kapcsolatot kell biztosítani a betonban. előállításuk gazdaságos kell, hogy legyen. Számos országban a leggyakrabban használatos nyíró kapcsolat a fejescsap, melyet félautomata hegesztőgéppel (1.4 fénykép) rögzítenek az acélövhöz, vagy a helyszínen a vékony profillemezen keresztül. (1.8a ábra) Az 1.8b ábra szög-belövéses módszerrel rögzített kapcsolóelemet (shot fired connectors) mutat, ezt akkor használják, ha nincs elektromos áram a helyszínen. Ezen kapcsolóelemek előnye, hogy "belövő" eszközt kell használni, nem pedig hegesztő berendezést. Az 1.8c ábra előregyártott betonlemez egység rögzítését mutatja előfeszített nagy-szilárdságú csavarok segítségével. Ez a módszer használható pl. ideiglenes autó-parkoló építésénél, amikor a szerkezet bontása előrelátható. A fejescsapok, vagy más kapcsolóelemek viselkedését és ellenállását "nyíró" (shear), vagy "kihúzó" (push.out) kisérletekkel határozzuk meg. Az 1.9 ábra mutat példát fejescsap esetére. A viselkedést alacsony teher esetén nagy merevség jellemzi (használati állapotban), és jelentős elmozdulás a tönkremenetel fázisában. Ilyen duktilis viselkedés nyíróerő átrendeződést eredményezhet az acél és a betonlemez találkozási felületén, és részleges nyíró kapcsolatot biztosíthat. A fejescsapokat egyenletesen helyezhetjük el a gerenda kritikus keresztmetszetei között.

16 1.8 ábra Nyíró kapcsolatok

17 1.9 ábra Fejescsapok nyíró kisérlete Öszvérgerendákat gyakran azzal a feltételezéssel tervezik, hogy az alátámasztás nélküli acélgerenda viseli a bedolgozott beton súlyát és a szerelési terheket. Gazdasági szempontok alapján elhatározható, hogy csak annyi nyíró kapcsolatot helyezünk el, melyek csak a további terhek viselésére szolgálnak. Ez a megközelítés kevesebb kapcsolóelemet kíván az öszvérgerenda maximális nyomatéki ellenállásának kialakulásához. Ilyen részleges nyíró kapcsolat az ellenállást és a merevséget redukálja. Részleges nyíró kapcsolat nem használható, amikor acél profil-lemezt használunk a födém kialakításához. A nyíró kapcsolatok számát ilyenkor korlátozhatja a profil-lemezre való rögzítés lehetőségei Oszlop-gerenda kapcsolatok Különlegesen fejlesztett kötési technológiát használhatunk acélszerkezetek kapcsolatainál. A gazdaságosság azonban megkívánja, hogy a kapcsolatok gazdaságosan gyárthatók és a helyszínen szerelhetők legyenek. Vizsgálatok azt mutatják, hogy az öszvérszerkezetek költség-hatékonysága növelhető, ha a nominálisan egyszerű kapcsolatok folytonosságot biztosító hatását a tervezés során figyelembe vesszük. Az öszvérszerkezetekben azonban jelentősen növelhető a merevség és az ellenállás, amennyiben a folytonosságot biztosító vasalást helyeznek el az oszlop körül a betonlemezben, így a kapcsolat viselkedését befolyásoló jelentős tényező a lemez-hatás.

18 This effect can be augmented by a special sequence of construction and concreting, as follows: during concreting the steel section acts as a single span beam; the beam should be connected to the steel column by means of double web angles or flange cleats with or without web angles; after the concrete has hardened (assuming it is without joints as shown in Figure 10c) it is considered as a continuous beam supporting the additional applied loads. By following this construction sequence, the required bending moment redistribution is not extensive and plastic rotation can be significantly reduced. In addition the designer can take the decision whether or not to use shims between the steel compression flange and the column mainly depending upon the plastic end moment of the joint ábra Öszvér kapcsolatok

19 Az 1.10 ábra egyszerű (csuklós), merev és fél-merev (semi-rigid) öszvér csomópontot mutat be. Az 1.10c ábrán szereplő szerkezeti megoldás (hézagoló betét nélkül az övnél) az acél szempontjából fél-merev kötés, mely az építési időt nagyban lerövidíti. A következők javasolhatók: a kapcsolatok csuklóként viselkedjenek a betonozás előtt. a kapcsolatoknak merevnek kell lenni, rugalmasan kell viselkedni egy előírt nyomatéki értékig. a kapcsolatoknak hordani kell a képlékeny nyomatékot megfelelő képlékeny elfordulás bekövetkezéséig. Az oszlop-gerenda kapcsolatok megoldásai magas épületek esetében különbözhetnek. Jelenleg egy ilyen szerkezeti rendszerben csak egyszerű nyíró kapcsolatot alkalmaztak az acél és abetonlemez között. Azonban öszvérszerkezet kialakítható úgy is, hogy a szereléskor könnyű acéloszlopot alkalmaznak és magas öszvérgerendát, majd később az oszlopot körül betonozzák Öszvéroszlopok Az 1 11 ábra három tipikus öszvéroszlop keresztmetszetet mutat: acéloszlop körbe betonozva (a) acélcsövek kiöntve betonnal (c és d) hengerelt acéloszlop részben kibetonozva (b) ábra Tipikus öszvéroszlop keresztmetszetek

20 Ilyen oszlopok szilárdsági vizsgálatánál feltételezhető, hogy nincs csuszás az acél és beton felületén, teljesértékű öszvér-hatás alakul ki. Pontosabban a különböző szerkezeti anyagok esetében különböző geometriai és fizikai nem-linearitásokat kellene feltételezni. Csak az lehetséges azonban, hogy ezeket a hatásokat különböző numerikus módszerekkel vizsgálják. A feltételezett teljes együttdolgozás lehetővé teszi, hogy definiáljuk az inhomogén keresztmetszetre a kereszmetszeti tulajdonságait, a merevségét, az oszlop karcsusági arányait. Ez az információ szükséges ahhoz, hogy meghatározzuk a teherbirást, a karcsuság, vagy a P- delta -hatás figyelembe vételével. Az Eurocode 4 a gyakorlat számára egyszerűsített tervezési eljárást ad, öszvéroszlopra vonatkozó kihajlási görbéket a csak acélra előírt Európai kihajlási görbékkel (a, b és c görbék) azonosítja A mechanikus kapcsolatok biztosítják a teljes együttdolgozást. A kapcsolatoknak elsősorban az oszlop végein kell működni, ahol a teher átadódik. Ilyen kötések lehetnek fejescsapok, megfelelő merevítők, függöleges csomólemezek, vagy más szerkezeti elemek. Teljesen, vagy részlegesen körül betonozott oszlopok alkalmazása nagyon előnyös, mert megnöveli az oszlop szilárdságát, és jelentős tűz elleni védelmet biztosít, gyártása különböző helyszíneken történhet, így az egyik helyen felhegesztik a szükséges vasalást, másik helyen elvégzik a betonozást. A leghosszabb öszvéroszlop 30 m volt. Kibetonozott acélcsöveket is használnak. A neton általában nagyszilárdságú, a min. kockaszilárdság N/mm 2. Ez azonban jóval alatta marad az Észak Amerikában használt betonok szilárdságának. Ha a támaszerő a gerendáról a csőre függöleges lemezen keresztűl adódik át, a csövet fel kell vágni, a lemezt átdugni és mindkét oldalán oda hegeszteni. A tűz elleni védelem szempontjából a kitöltő betont vasalni kell Részlegesen bebetonozott acélprofilok A legutóbbi 20 évben a részlegesen bebetonozott gerendák és oszlopok jelentős fejlődésen mentek keresztűl. A legjelentősebb változás a tűz elleni védelem területén alakult ki. Az 1.12 ábra a hagyományos tűz elleni védelem egyik formáját, valamint a részlegesen bebetonozott megoldásokat mutatja. Az 1.7 fénykép egy tipikus részlegesen bebetonozott öszvérfödémet mutat. Az 1.12 ábrában: Protection boards - Védőlemezek Profiled steel sheeting - Acél profillemez. A betonozást a szerelés elött el lehet végezni, így a szerelési idő lerövidül. A betont az övek között vasalással látják el, a gerinchez fejescsapok hegeszthetők, vagy lyukak furhatók a vasalás átvezetésére.

21 1.12 ábra Öszvérgerenda túz elleni védelme 1.7 fénykép Részlegesen kibetonozott gerendák és oszlopok

22 A betonozás továbbiakban a horpadásokat, lemezgyűrődéseket megakadályozza, és jelentősen növeli a kifordulással szembeni biztonságot. Ezek a gerendák nagyobb merevségűek, nagyobbak a hajlítási és függöleges nyírási ellenállásuk, és így csökken a végső lehajlásuk. Nagyon "masszívnak" látszanak (1,13 ábra), az alsó övre a különböző vezetékek felerősíthetők Öszvérlemezek 1.13 ábra Részlegesen kibetonozott gerendák csuklós kapcsolattal Az 1.14 ábrán bemutatott öszvérlemez megoldás terjed el a gyakorlatban. Végső fázisban az öszvérlemez acél profillemezre betonozott vasbetonlemezt tartalmaz. A profillemez és a beton között a csuszást teljesen, vagy részben meggátolják. Az 1 14 ábrában: Metal decking: continuous or single span (as shown) - Profillemez: folytatólagos, vagy kéttámaszú (az ábrán az utóbbi szerepel)

23 1.14 ábra Profillemez használata öszvérfödémben A megkívánt öszvér-hatást számos megoldás formájában érik el. (1.15 ábra) A további megoldások segítése érdekében az Eurocode 4 az alábbiakat javasolja: (a). mechanikai benyomatokat létrehozva a profillemez felületén. (b). nyírási felületeket kialakítva. (c). végkeresztmetszetben fejescsapok felhegesztése, nyíró kapcsolat kialakítása szög belövéssel. (d). végkeresztmetszet deformálása, a (b). megoldással kombinálva. A profillemezek alkalmazása kétségtelenül lecsökkenti az építési időt, csökkenti a födém önsúlyát. Az öszvérlemezt acélgerenda támasztja alá, amely általában együttdolgozik a födémlemezzel. A gerendák távolsága és a lemez támaszköze a szerelési módszertől függ a következő módon: ha a gerenda távolsága kb m, akkor nem szükséges ideiglenes alátámasztást alkalmazni a betonozás idejére. Ebben az esetben a profillemez alátámasztés elegendő. A rövid támasz miatt a végső állapotban a feszültségek alacsonyak. Ez a megoldás a legalacsonyabb önsúlyú. Amikor a gerendák távolsága nagyobb szükséges a profillemez ideiglenes alátámasztása. A nagyobb öszvérlemez fesztáv miatt nagyobbak a keletkező feszültségek. Ebben az esetben az acélprofil jó vízszintes nyírási ellenállást kíván. Egyes profillemezek gyakran nagyobb önsúlyt eredményeznek.

24 1.4. ÖSZVÉRFÖDÉM SZERKEZETEK Az öszvérfödém szerkezetek az egyirányú szerkezeti elemek kombinációja. A betonlemez támaszköze a másodrendű, vagy födémgerendák távolságának felel meg, ezek merőlegesek a főtartókra, melyek az oszlop távolságot adják. (1.16 ábra), (1.1 és 1.2 fényképek). Az ilyen jellegű erő-elvezetés megfelel egy tartórácsnak, a támaszközök 12-15, vagy 20 m. Használható hengerelt és hegesztett szelvény, vagy rácsos tartó is ábra Öszvérfödém szerkezetek Az 1.16 ábrában: Column - Oszlop; Facade - Burkolat; Composite slab - Öszvérlemez; Beam, girder - Gerenda; Profiled sheet - Profillemez; Welded main beam - Hegesztett főtartó.

25 Egy szerkezet életében számos változás bekövetkezhet. Ezek a változások többnyire az infrastrukturát érintik, a legjobb megoldás maximálni a változás lehetőségét, minimalizálni a közbenső oszlopok számát. Az 1.2 ábra tipikus példát mutat arra, hogy a főtartók nagy támaszköze hogyan redukálja a közbenső oszlopok számát. Ez tartó olyan magas lehet,hogy a gerincben elhelyezhető olyan lyuk-rendszer, melyben a vezetékek elhelyezhetők. (1.17 ábra) A lyukak körül merevítők szükségesek lehetnek, különöse a nagy függöleges nyíróerő környezetében ábra Nagy merevített gerinc lyukak További megoldásokat az infrastruktura elhelyezésére az 1.18 ábra mutat. Egy további lehetőség a gerenda végeinek kiékelése. Az 1 18 ábrában: (a) Beam with web opening - Gerenda gerinc lyukkal; Stiffener - Merevítő; Openings for services - Nyílás a vezetékeknek; (b) Castellated beam - Magasított tartó; (c) Truss - Rácsos tartó.

26 1.18a c ábra Különböző megoldások az infrastruktura elhelyezésére a szerkezetimagasságon belül

27 1.18d -1.18f ábrák Különböző megoldások az infrastruktura elhelyezésére a szerkezetimagasságon belül

28 Az 1.18d f ábrákban: (d) Stub girder - Kiegészítő gerenda; Shear connector - Nyíró kapcsolat; Reinforcement - Vasalás; Stub welded to bottom chord - Kiegészítő az övhöz hegesztve; Service zone - vezetékek helye; Composite secondary beam - Másodrendű öszvérgerenda. (e) Parallel beam approach - Párhuzamos gerenda megoldás; Continuous ribs - Folytatólagos rúd; Main ducts - Fővezeték; Distribution ducts - Elosztott vezeték. (f) Haunched beams - Kiékelt gerenda. Nagyobb támaszközű födémek esetén szükséges lehet a födém vibrációját vizsgálni. Azezzel kapcsolatos paraméter a födém saját rezgése, mgasabb frekvencia esetén dinamikailag megfelelő a szerkezet ebből a célból a gerenda, vagy födém saját frekvenciája ne legyen kisebb 3Hz-nél. Abban az esetben, ha födémet ritmikus teher terheli 4 Hz-nél ne legyen kisebb a saját frekvencia. Alternatív, pontosabb vizsgálat figyelembe veszi az emberi reakciót a vibrációra Összefoglalva, az öszvérfödém szerkezet gazdaságosan használható többszintes vázas épületekben a következő elönyök miatt: szerelési idő rövid (acél lemezprofil, egyszerű kapcsolatok). könnyebb szerkezet, mint a hagyományos beton épületek (könnyű beton, karcsú szerkezeti elemek). kevesebb helyszíni munka (előregyártott szerkezeti elemek). kisebb tolerancia hibák a minőségileg kontrollált gyártás miatt. Az öszvérgerendákat képlékenyen méretezzük és részleges interakciós elmélet alapján összekapcsolva az acélt és vasbetont. A leghatékonyabb megoldás akkor kapható, ha a szerkezet formája, a tervezés és méretezés a kezdetektől integráltan történik. A megfelelően tervezett szerkezetnél a különböző munkafolyamatok, így az acél szerelése, lemezprofil elhelyezése, a fejescsapok felhegesztése, betonozás, tűzvédelem, burkolatok elhelyezése egyidejüleg végrehajtható különböző szinteken ÖSZVÉRHIDAK Közepes fesztávolságú öszvérhidak készíthetők hegesztett acéllemez tartók és széles vasbeton pályalemez segítségével. (1.19 ábra) Szekrénytartók (1.20 ábra) melyek nagyon attraktívak, de drágák kevésbé használatosak. Kisebb fesztávolság esetén (20-35 m) általában hengerelt szelvények használhatók. Az 1.8 fénykép ívben fekvő hengerelt tartót mutat.

29 1.19 ábra Tipikus gerendatartó közepes támaszközre 1.20 ábra Szekrénytartós öszvérhid

30 1.8 fénykép Közepes fesztávolságú öszvérhíd 1950 óta számos nagy fesztávú többtámaszú öszvérhíd épült. A Második Világháború után közvetlenül a szerkezeti acél nagyon drága volt, és fontos volt anyagtakarékos könnyű szerkezeteket készíteni. A szelvények ma már egyszerűbbek, vaskosabbak, nem szükséges sok másodrendű gerenda, merevítő, kitámasztó használata, ez munkaerőt takaríthat meg a gyártásnál, szerelésnél. A keresztmetszet nem szimmetrikus, így a beton lassú alakváltozása, zsugorodása nyomást eredményez és pozitív nyomatékot az acélkeresztmetszetben, amely nagyobb lehajláshoz vezet. Az alátámasztás alkalmazása a beton övben nyomást eredményez az önsúlyból, így a gerenda betonlemezében kúszási deformáció keletkezik. A feszültségek átrendeződnek, az acél nagyobb feszültséget kap, növekszika lehajlás. Egy egyszerű módszer, hogy a beton lassú-alakváltozását, kúszását figyelembe vegyük, hogy csökkentjük a beton merevségét, redukáljuk az "n" számot. Ez az "n" tényező nemcsak az időtől függ, hanem a keresztmetszettől, a környezet állapotiktól. Megemlíthető, hogy ez az eljárás épületek esetén nem használatos, mivel kisebb pontosság várható el. A teherbirási határállapotban a terhelésből származó alakváltozások nagyobbak, mint zsugorodásból, kúszásból keletkező alakváltozások, ezért ezen utóbbiak elhanyagolhatók ÖSSZEFOGLALÁS Öszvérszerkezetek nagyon gyorsan szerelhetők, ha acél profillemezeket használnak. Az öszvérszerkezethez alkalmazott acélanyag súlya jelentősen kisebb, mintha a szerkezeti anyagokat függetlenül alkalmaznák. Nem szükséges drága alátámasztásokat, zsaluzatokat használni, mivel az acélgerenda képes hordani az önsúlyterheket, esetenként ideiglenes alátámasztással. A zsaluzatot az előregyártott betonlemez, vagy az acél profillemezek pótolják.

31 Az említett előnyök hangsúlyozzák az öszvérgerendák alkalmazását épületek esetében. Közepes és nagy fesztávok esetében előnyösebb az öszvérszerkezet, mint rövid fesztáv esetén. Elsősorban kedvezőtlen az öszvér tartó, mivel nyíró kapcsolatokra van szükség az acél és a beton találkozádi felületén. Kevésbé kedvezőtlen, hogy az öszvérszerkezet tervezése és kivitelezése bonyolultabb mint más szerkezeti rendszernél. Ez a hátrány különösen fontos többtámaszú szerkezetek és hidak esetében, A hátrányok mellett az előnyök jelentősebbek IRODALOM 1. Bode, H., "Verbundbau, Werner-Verlag", Dusseldorf Johnson, R.P., "Composite Construction 1 and 2". 3. Hart, F., Henn, W., Sontag, H., "Multi-Storey Buildings in Steel", Second Edition, Collins, London Lawson, R.M., "Design of Composite Slabs and Beams with Steel Decking", SCI- Publication 055, Bucheli, P., Crisinel, M., "Verbundtrager im Hochbau, Schweizerische Zentalstelle fur Stahlbau (SZS)", Zurich Muess, H., "Verbundtrager im Stahlhochbau", Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin/Munchen/Dusseldorf 1973.