Használhatósági határállapotok. Alakváltozások ellenőrzése

Átírás

1 1.GYAKORLAT Használhatósági határállapotok A használhatósági határállapotokhoz tartozó teherkombinációk: Karakterisztikus (repedésmentesség igazolása) Gyakori (feszített szerkezetek repedés korlátozása) Kvázi állandó (alakváltozások, repedéstágasság vizsgálata) A használhatósági határállapotok vizsgálata: Alakváltozások korlátozása Rezgések, lengések Repedések korlátozása Betonacél és betonfeszültségek korlátozása Alakváltozások ellenőrzése Vasbetonszerkezetek esetén kvázi állandó teherkombinációban a szerkezetek nem szenvedhetnek olyan mérvű lehajlásokat, amik károsan befolyásolhatják azok működését vagy esztétikai megjelenését. w<w eng = l/50 Ilyen jellegű problémák léphetnek fel pl. válaszfalak, üvegezések, homlokzati falak, lapostetők vízelvezetései, épületgépészeti berendezések vagy lehajlásokra érzékeny gépek esetében. Amennyiben a szerkezethez csatlakozó elemek károsodását kell elkerülni, akkor szigorúbb követelményeket kell állítani: w eng = l/500 TARTÓSZERKEZETEK II gyakorlat

2 A vasbetonszerkezetek alakváltozásait befolyásoló tényezők: Statikai váz Keresztmetszeti méretek Beton húzószilárdsága Beton kúszása Beton zsugorodása A beton merevítő hatása a húzott övben, a berepedt keresztmetszetek között A fent felsorolásból is látszik, hogy a számítások rengeteg feltételezés tartalmaznak, így az alakváltozások számításával során csupán várható értékek nyerhetőek, amiket a legjobb esetben is alsó és felső határok közé lehet szorítani. Alakváltozások vizsgálatának fajtái: 1. Egyszerűsített vizsgálat a karcsúságok ellenőrzésével A karcsúságok ellenőrzésének konkrét mechanikai alapja nincs, gyakran pontatlan becslésekhez vezethet a tartó valódi viselkedéséhez képest.. Alakváltozások ellenőrzése közelítő számítással 1. gyakorlat anyaga 3. Alakváltozások ellenőrzése pontos számítással Pontos számítás (statikai alapismereteknél munkatételként ismert): Az alakváltozások pontos számításakor alkalmazott képlet: (görbületek integrálása a tartó teljes hosszán) a görbületek integrálásával kapható a lehető legpontosabb számítás, de kézzel rendkívül bonyolult és időidényes, végeselemes modellező programok használata szükséges hozzá Az alakváltozások csökkentésének lehetőségei: A hatékony magasság (d) növelése Többtámaszúsítás (l és M csökkentése) vagy más statikai váz választása Betonminőség növelése (lemezeknél) Acélmennyiség növelése (gerendáknál) Födémlemez zsaluzatának túlemelése (max l/50 értékkel) Feszítés TARTÓSZERKEZETEK II. 1. gyakorlat

3 1. Határozzuk meg az alábbi tartó vasalását, majd ellenőrizzük a tartót használhatósági határállapotokra! Beton: beton minőség: beton nyomószilárdságnak tervezési értéke: beton húzószilárdságának várható értéke: beton hatásos alakváltozási tényezője a kúszás végértékével: betontakarás: Betonacél: betonacél minőség: betoncél folyáshatárának tervezési értéke: betonacél rugalmassági modulusa: C f f 0 13,33N/mm γ 1,5 f,n/mm E, 8500N/mm c 1 0 mm B500 f f ,8N/mm γ 1,15 E 00000N/mm Terhek karakterisztikus érték: g 15,0kN/m γ, 1,35 q 5,0kN/m γ 1,5 gerenda önsúlya: g 0,34 0,61 5,0 5,19kN/m γ 5,0kN/m Elméleti támaszköz: t l 3 7,0 min h Teher tervezési értéke: 0,30 0,61 7,30m p γ g g γ q 1,35 15,0 5,19 1,5 5,0 64,75kN/m Nyomaték tervezési értéke: M p l 7,30 64,75 434,31kNm Vasbeton-szerkezetek tervezése (lsd.: később VSZT.) 64. oldal Terhek és hatások 33. oldal 3 VSZT 19. old. TARTÓSZERKEZETEK II gyakorlat

4 1.1. Vasalás tervezése: ac d d ő d mm mm f 13,33N/mm f 434,8N/mm ξ 560 f , ,8 700 x ξ d 0, ,9mm M, b x f d x 81, ,9 13, ,50kNm M, 547,50kNm M 431,31kNm Nincs szükség nyomott vasalásra! x dd M b f A M 431, ,7mm z f 468,4 434,8 zd x 03, ,4mm Alkalmazott vasalás: 7ϕ0 198mm Ellenőrzés: Vasak közötti szükséges távolság: ϕ 0mm tmax0mm 0mm 1mm d, 5 1mm A keresztmetszet szükséges szélességi mérete: 431, ,16mm x ,33 81,9mm b mm 340 é. A húzott vasalás előírt legkisebb mennyisége: A, ϱ b d 0, ,94mm A, Az összes hosszvasalás megengedett legnagyobb mennyisége: A, 0,04 A 0, mm A, TARTÓSZERKEZETEK II gyakorlat

5 1.. Lehajlás ellenőrzése: Lehajlás ellenőrzése közelítő számítással: kvázi állandó tartós teherkombinációban: p g g ψ q 15,0 5,19 0,3 5,0 7,69kN/m ψ 0,3 M p I. feszültségi állapot:, 7,69 184,5 knm ideális keresztmetszeti jellemzők: A b hα 1 A, , ,8 mm S b h h A α 1 d , mm c S A mm 356,1mm 56944,8 mm I b h 1 b h h c A α 1 d c ,1 3, , mm 9,39 10 mm repesztő nyomaték: M f I hc II. feszültségi állapot:, 9, ,1 80,1 knm M a tartó megreped Statikai nyomatékból meghatározása: b x x α A d x x 3, x x 51696,96 x , 0 /: 170 x 304,1 x ,9 0 x 304,1 304, ,9 I b x 3 α A dx 91, mm , 3 3, , 6, mm TARTÓSZERKEZETEK II gyakorlat

6 Alakváltozások ellenőrzése közelítő számítással A teher tartósságát, vagy ciklikusságát figyelembe vevő tényező: β 0,5 itt tartós terhet veszünk figyelembe esetén, ez az érték egyszeri vagy rövid idejű tehernél 1,0 A ζzéta tényezővel figyelembe vesszük a húzott betonöv merevítő hatását. A biztonság javára tett közelítésként a tartó teljes hosszán egyetlen ζ tényezőt veszünk figyelembe. ζ 4 1β M M 10,5 80,1 184,5 0,906 A tartó lehajlásának közelítő számítási képlete: w 5 1 ζ w ζ w Egy egyenletesen megoszló teherrel terhelt kéttámaszú tartó lehajlása általános esetben itt minden esetben a kvázi állandó teherkombinációt vesszük figyelembe: w p leff E, I Az I. feszültségi állapot feltételezésével számított lehajlás: w , ,04 mm ,39 10 Az II. feszültségi állapot feltételezésével számított lehajlás: w , ,67 mm , A tartó lehajlásának közelítő számítási képlete: w1 ζ w ζ w w 1 0,906 13,04 0,906 17,67 17, mm l , mm VSZT 57. old. 5 VSZT 58. old. TARTÓSZERKEZETEK II gyakorlat

7 1.Megjegyzés: Az ideális keresztmetszeti jellemzők meghatározása során a szerelővas hatását nem vettük figyelembe. Amennyiben a keresztmetszet tartalmaz nyomott vasalást is, az keresztmetszeti tényezőket az alábbi módon számíthatjuk: I. feszültségi állapot: A b ha α 1 A α 1 b hα 1 A A S b h h A α 1 da α 1 d c S A II. I b h 1 b h h c A α 1 dc A α 1 c d feszültségi állapot: A b x A α A α 1 b x x α 1 A x d α A d x 0 x a fenti másodfokú egyenlet gyöke I b x α 3 A d x α 1 A x d.megjegyzés: A számítás során egyszerűsítésként a zsugorodásból származó alakváltozásoktól eltekintettünk. TARTÓSZERKEZETEK II gyakorlat

8 A zsugorodási hatás figyelembevételével: 6 κ, ε E E, S, I κ, ε Beton zsugorodásának végértéke: 0,4 E E, S, I A zsugorodásból keletkező görbület számításához szükség van az, é, értékekre, amik az acélbetétek keresztmetszetének elsőrendű nyomatékai a keresztmetszet I. ill. II. feszültségi állapot szerinti súlypontjára. S, A d c , ,1 mm S, A dc , ,4 mm κ, 0, ,1 4, ,39 10 κ, 0, ,4 8, , mm 1 mm w p l E, I 1 8 l κ, , , , , mm w p l E, I 1 8 l κ, , , , ,31 mm w 1 0,906 16, 0,906 3,31,64 mm l , mm w,64 mm, tehát a beton zsugorodásának figyelembe vételével ~30% lehajlás növekedést tapasztalunk. 6 VSZT 58. old. TARTÓSZERKEZETEK II gyakorlat

9 1... Lehajlás ellenőrzése egyszerűsített módszerrel 7 l/k d α l d karcsúság megengedett karcsúság l 7,30m d 570mm első közelítésként α1,0 β1,0 l/k d β p b K 8 1,0 kéttámaszú tartó 7,30/1,0 0,57 1,81 a tartó karcsúsága 1,0 64,75 0,34 190,44 l d 9 14 l d 14 1,81 ó l A terhek arányának, a teherbírási túlméretezésnek, és az acél szilárdsági osztályának figyelembevételével: β M M 500 A, f A, f 117, , α 1 β p 1 64,75 1,038 p 7,69 1,10 β p b 64,75 1,038 0,34 197,68 l d 14 α l d 1, ,4 1,81 l Megjegyzés: Ebben a helyzetben az eredmény alig változott nyilván. 7 VSZT 54. old. 8 VSZT 55. old. táblázat 9 VSZT 57. old. táblázat TARTÓSZERKEZETEK II gyakorlat

10 A lehajlás számítása általános esetekben: w= F l3 48 EI w = F l3 3 EI w = q l4 8 EI TARTÓSZERKEZETEK II gyakorlat

11 1.3. Repedéstágasság ellenőrzése Repedéstágasság részletes számítása: A repedéstágasságok karaszterisztikus értékét az alábbi képlett lehet meghatározni az EC szerint: S, ε ε w max 0,6 S, A repedések maximális távolsága: S, 3,4 c0,45 k k ϕ A, A c 0mm k 0,8 bordás acélbetét k 0,5 hajlításnál A hatékony húzott terület magassága:,5 hd, mm , h, minh x 3 106, mm 100mm 3 h mm xx 91, mm II. feszültségi állapotban A hatékony húzott keresztmetszet nagysága: A, b h, mm a képletet a ZH n megadjuk S, 3,4 c 0,45 k k ϕ A, 3,4 00,45 0,8 0, ,6 mm A 198 A húzott betonacélok átlagos megnyúlása a repedések között: ε σ 0,4 f A, A E σ α M I ε 184,5 10 dx 3, , 177,56 N/mm 6, σ 0,4 f A, A E A húzott beton átlagos nyúlása a repedések között: ε 0,4 f E ε 0,4 f 0,4, E 30000,93 10 S, ε ε w max 0,6 S, σ E ,56 0,4, 198 8, ,6 8,81 10, ,10 mm max 0,6 10,6 177, ,06 mm 0,10mm w, 0,3 mm megfelel! 10 VSZT 63. old. TARTÓSZERKEZETEK II gyakorlat

12 1.3.. Repedések korlátozása részletes számítás nélkül. 11 : Az acélbetétekben ébredő feszültség az alábbi képlettel becsülhető: pontos számításnál σ 177,56 N/mm ha: w, 0,3mm σ 180N/mm ρ A 198 1,13 % 1,0 % b d akkor táblázatból 1 : ϕ 34 mm biztonsággal alkalmazott vasalás ϕ0 34 megfelel! σ f p A, 434,8 7,69 p A, 64,75 117,7 179,15 N/mm VSZT 61. old. 1 VSZT 61. old. TARTÓSZERKEZETEK II gyakorlat