Öszvérszerkezetek 4. előadás Öszvér oszlopok kialakítása, THÁ, nyírt kapcsolatok, erőbevezetés környezete. 2. mintapélda - oszlop méretezése. készítette: 2012.10.27.
Tartalom Öszvér oszlopok szerkezeti kialakítása Szerkezeti kialakítás, Előnyök, hátrányok. EC4 méretezési elvei THÁ Központos nyomás, Külpontos nyomás, Nyírás, Erőbevezetés helye, Nyírt kapcsolatok. 2. mintapélda oszlop méretezése 2
Szerkezeti kialakítás
Előnyök: Teljesen körbebetonozott keresztmetszet - nagy ellenállás, - jelentős tűzállóság, - gazdaságos kialakítás (alacsony anyag ár).. Hátrányok: - zsaluzást igényel (magas ár), - oszlop-gerenda kapcsolatok bonyolultan alakíthatók ki, -későbbi megerősítés nehézkes, - élvédelem szükséges lehet. 4
Előnyök: Részlegesen körbebetonozott - nagy ellenállás, - zsaluzat nem szükséges, - csomópontok egyszerűek, -későbbi megerősítés egyszerű, - élvédelem nem szükséges.. Hátrányok: - alacsonyabb tűzállóság. keresztmetszet 5
Előnyök: Kibetonozott zárt szelvény + vasalás - nagy ellenállás nagy b/t arányú szelvény, - kétirányú hajlításra előnyös, - élvédelem nem szükséges, - zsaluzat nem szükséges. Hátrányok: - acél zárt szelvények magas ára, - bonyolult betonozási technológia, -tűzállóság miatt többletvasalás szükséges. 6
Kibetonozott zárt szelvény + profil Előnyök: - kiemelkedően nagy ellenállás, - állandó keresztmetszetű oszlop az épület teljes magasságában, - magas tűzállóság, - vasalást nem igényel. Hátrányok: - acél szelvények magas ára, - bonyolult betonozási technológia. 7
EC4 méretezési elvei
EC4 méretezési elvei Szabvány előírásai érvényesek az alábbi esetekben: - acél anyagminőség: S235-S460 - beton szilárdság: C20/25-C50/60, - keretszerkezet többi eleme is öszvér vagy acél, - acél teherviselési hányada 0, 2 δ 0,9 δ = a f yd / - acél és beton együttdolgozása biztosított. A N 9
Általános módszer: Méretezési módszer Bármely km. típus, bármilyen anyagminőség esetén használható, Figyelembe kell venni: - másodrendű hatások, - gyártási sajátfeszültségek, - geometriai imperfekciók, - helyi horpadás, - beton berepedése, - kúszás, - zsugorodás, - acél és vasalás megfolyása. Alkalmazási szabályokat nem ad az EC4 - nemlineáris analízis, - sík km. elve feltételezhető, - beton és acél teljesen együttdolgozás, - húzott beton elhanyagolható, - húzott betonzóna merevség növelő hatása - bonyolult számítógépi eljárás. 10
Szoftveres modell: Szoftveres analízis Öszvér oszlop elem: beton+vasalás+profil Nemetschek: EngiSSol: 11
Katalógusból rendelhető termékek RUUKKI öszvér oszlop: 12
Egyszerűsített módszer THÁ
Méretezés lépései: - acél km. helyi horpadásának ellenőrzése, Méretezés lépései - km. ellenállás ellenőrzése (nyomás, hajlítás, nyírás és interakciók), -erőbevezetés helyének vizsgálata, - hosszirányú nyírás felvétele. 14
Km. ellenállás meghatározása Egyszerűsített módszer: - kétszeresen szimmetrikus, - hossz mentén állandó km., - melegen hengerelt, hegesztett, vékonyfalú km. - viszonyított karcsúság λ 2,0, - km. magasság/szélesség aránya 0,2 b / h 5,0 - betontakarás max 0,3h 0, 4b - max hosszirányú vasalás 6%. - kézzel számítható 15
Szerkezeti acél helyi horpadás Teljesen körbebetonozott szelvény: - elhanyagolható, ha a betonfedés c, c 40mm b /6 Kibetonozott és részlegesen körbebetonozott szelvény: - elhanyagolható, ha teljesülnek az alábbi arányok: Kör keresztmetszetű zárt szelvény 235 max = 90 ( d / t) f y y z Négyzet keresztmetszetű zárt szelvény ( h / t) max = 52 235 f y Részlegesen körbebetonozott I-szelvény ( b / t) max = 44 235 f y 16
N pl, Képlékeny nyomási ellenállás számítása: N + N + N pla, = N pla, = A a f yd acél km. ellenállása N plc, plc abroncsoló hatás! pls beton ellenállása nagyobb, acél ellenállása kisebb c N = α A f beton km. ellenállása cd α = 1,0 α = 0, 85 N pls, = A f s sd vasalás ellenállása 17
Képlékeny nyírási ellenállás Egyszerűsítő módszer: csak az acél szelvény viseli a nyírást lásd EC3 V Ed V a, Beton ellenállásnak a figyelembe vétele: acél és beton együtt viseli a nyírást V a, Ed = V Ed M M a, V c, Ed = VEd Va, Ed acélra jutó nyíróerő betonra jutó nyíróerő V V V aed, pla,, V ced, c, EC3 EC2 18
Képlékeny ellenállás - interakció Egyidejű hajlítás + nyomás + nyírás: M+N interakciós görbe: - képlékeny feszültségeloszlás, - húzott beton elhanyagolható. Nyírást figyelembe kell venni, ha V a, Ed 05 V a, 1 ρ f > ( ) yd nyírás hatása EC3 19
Interakciós görbe - poligon Egyszerűsített interakciós görbe: tiszta nyomás N ; M = 0 A A tiszta hajlítás N = 0; M B hajlítás + nyomás N ; M = M B C C B max. hajlítás N = N /2; M max D C D 20
Kihajlási ellenállás Stabilitásvizsgálat központos nyomás: Öszvér oszlop kihajlási ellenállása: N =χ N b, pl, kihajlási csökkentő tényező N λ= χ Ncr ( EI) = EaIa+ EsIs+ KeEcmIc eff Tartós terhek hatása: E ceff, = E cm 1 1 + / ϕ ( N, N ) GEd Ed t képlékeny nyomási ellenállás számításához effektív hajlítási merevség N cr 21
Igénybevétel meghatározása Effektív hajlítási merevség: ( EI ) = K0 ( E I + E I + K, E I ) eff, II a a s s e II cm c Másodrendű számítás: 1. geometriai imperfekciók 2. egyszerűsítés M = k M Ed. II EdI, növelő tényező β k = 1, 0 1 N / N Ed cr, eff 22
Egytengelyű hajlítás + nyomás: Megfelel, ha: M M Ed N, normálerő hatása α M α M = 0,9 = 0,8 M = μ M d Ed α M S235, S275, S355 S420, S460 Ellenőrzés 23
Kéttengelyű hajlítás + nyomás: Megfelel, ha M μ M dy dz α M α M y, Ed M μ M y, z, Ed M μ M dy z, y, Ed y, = 0,9 = 0,8 α α M, y M, z M + μ M dz z, Ed z, 1,0 S235, S275, S355 S420, S460 Ellenőrzés síkbeli hajlítás y-y tengely síkbeli hajlítás z-z tengely két síkbeli hajlítás összegzése y-y tengely z-z tengely 24
Együttdolgoztató kapcsolat Tervezési nyírási szilárdság mechanikus kapcsolóelem: - hosszirányú nyírófeszültségek τ Ed (csúsztatófeszültségek) keletkeznek a beton-acél határfelületén, - τ Ed meghatározása: - rugalmas analízis, - kúszást, zsugorodást figyelembe kell venni. - mechanikus kapcsolóelem nélkül megfelel, ha Keresztmetszet típusa 2 τ τ τ N / mm Ed betonfedés > 40mm τ Ed βτ β 2,5 c - mechanikus kapcsolóelemmel kell felvenni a teljes τ Ed -t, ha τ > τ Ed - keresztmetszet nyírási ellenállása a beton bevonásával: felvételére méretezett kengyelek és csapok a gerincre Teljesen körbebetonozott acél szelvény 0,30 Kibetonozott acél csőszelvény 0,55 Kibetonozott acél négyzet szelvény 0,40 Részlegesen kibetonozott szelvény övei 0,20 Részlegesen kibetonozott szelvény gerince 0,00 V ced, 25
Erőbevezetés környezete Nem egyenletes erőbevezetés: Egyenletes erőbevezetés: 26
Erőbevezetés környezete Csapos kapcsolat: - nyírt csapok kellenek, ha τ Ed > τ - csapok elhelyezésének a hossza L E N Ed erő felvétele: a NaEd, = NEd N acél szelvényre jutó erő vasalásra jutó erő c NcEd, = NEd N betonra jutó erő Hosszirányú csúsztatófeszültség: Szükséges csapok száma: N N s NsEd, = NEd N N N = N + N + N N VLEd, = NcEd, + NsEd, = NEd 1 N V n = P LEd, Ed a, Ed s, Ed c, Ed a ( 2 d, L/3) 27
Beton befeszülése: Erőbevezetés környezete - részlegeses körbebetonozott I-szelvény Hosszirányú nyírási ellenállás: V = np + V L, LR, csapok ellenállása beton befeszülése V, = μp /2 súrlódási tényező LR μ = 0,5 28
2. mintapélda Oszlop méretezése teherbírási határállapotban
Felhasznált irodalom MSZ EN 1994-1-1: 2004. Eurocode 4: Öszvérszerkezetek tervezése: Általános és az épületekre vonatkozó szabályok. MSZ EN 1994-2: 2005. Eurocode 4: Öszvérszerkezetek tervezése: Általános és hidakra vonatkozó szabályok. MSZ EN 1993-1-1: 2005. Eurocode 3: Acélszerkezetek tervezése: Általános és az épületekre vonatkozó szabályok. MSZ EN 1993-1-5: 2005. Eurocode 3: Acélszerkezetek tervezése: Lemezekből összeállított szerkezetek. MSZ EN 1993-1-8: 2005. Eurocode 3: Acélszerkezetek tervezése: Csomópontok tervezése. MSZ EN 1992-1-1: 2004. Eurocode 2: Betonszerkezetek tervezése: Általános és az épületekre vonatkozó szabályok. MSZ EN 1993-2: 2006. Eurocode 3: Acélszerkezetek tervezése: Hidakra vonatkozó szabályok. ESDEP http://www.fgg.uni-lj.si/kmk/esdep/master/wg10/l0810.htm#sec_1 G. Hanswille: Eurocode 4 composite columns http://eurocodes.jrc.ec.europa.eu/doc/ws2008/en1994_4_hanswille.pdf 30