structuri compuse otel beton

29
Structuri Compuse Oțel-Beton Student:Mănarcă Ionuț Alex

Upload: afronebunu

Post on 15-Jan-2016

480 views

Category:

Documents


28 download

DESCRIPTION

ok

TRANSCRIPT

Page 1: Structuri Compuse Otel Beton

Structuri Compuse

Oțel-Beton

Student:Mănarcă Ionuț Alex

An:4

C.F.D.P

Borderou

Page 2: Structuri Compuse Otel Beton

o Bază de calcul

o Structuri compuse realizare în România

o Structuri compuse realizate în Spania

o Exemplu de calcul Acobri

Structuri compuse otel beton

Page 3: Structuri Compuse Otel Beton

Prezentare generală

Structurile compuse oțel-beton reprezintă soluții eficiente în construcțiile civile și

industriale- platforme maritime, hidrocentrale, atomocentrale, și cu precădere in domeniul

construcțiilor de poduri de cale ferată și șosea.

Utilizarea combinațiilor de oțel-beton într-un sistem structural unitar a evoluat de-a

lungul timpului datorită modelelor de calcul a elementelor din beton armat și verificarea în

practică a comportării în timp al acestora. Progresul structurilor compuse este în strânsă legătură

cu evoluția caracteristicilor materialelor de construcții, reprezentată de rezistența mecanică, a

metodelor de calcul și dezvoltarea tehnologiei de fabricație si execuție.

Podurile noi sunt proiectate și executate conform normelor de proiectare europene numite

Eurocode-uri dublate de Stas-urile naționale, destinate să suporte traficul actual și de perspectivă

în condiții de siguranță, confort și economicitate. Transportul auto și cel feroviar impun

realizarea unor condiții optime pentru infrastructura și suprastructura căilor de comunicație

pentru a asigura viteza de circulație și exploatarea eficientă a vehiculelor.

În ceea ce privește structurile existente, acestea sunt expertizate și consolidate în cazul în

care prezintă degradări fizice sau morale, din punct de vedere static și dinamic, urmând să poată

prelua traficul actual.

Principalele etape de realizare ale structurilor de poduri sunt reprezentate de etapa de

concepție a structurii de rezistență și etapa de execuție .

Tendința actuală este de îmbunătățire a formelor constructive clasice, ajungându-se la la

solutii noi în ceea ce priveste forma constructiei, modul de proiectare și tehnologia de execuție.

Stări limită

Stările limită dincolo de care structura nu mai satisface cerinţele de

Page 4: Structuri Compuse Otel Beton

performanţă proiectate sunt clasificate în următoarele:

o stări limită ultime asociate cu colapsul sau cu alte forme decedare structurală;

o stări limită de serviciu (ale exploatării normale) carecorespund stărilor dincolo de care nu

mai sunt îndepliniteanumite criterii de exploatare.

În general , sub diverse combinaţii ale acţiunilor, în stadiul limităultim, o grindă mixtă oţel-beton

trebuie să fie verificată la:

o asigurarea rezistenţei secţiunii transversale critice;

o asigurarea stabilităţii generale şi locale:

- rezistenţa la flambaj lateral prin torsiune;

- rezistenţa la flambaj la forţă tăietoare şi la forţe transversale aplicate inimii;

o asigurarea conlucrării între grinda metalică şi placa de beton armat prin intermediul

conectorilorȘ

- rezistenţa la lunecare longitudinală.

Secţiunile transversale critice sunt:

o secţiunile de moment încovoietor maxim pozitiv;

o secţiunile de reazem;

o secţiunile supuse la forţe sau reacţiuni concentrate;

o puncte în care are loc o modificare bruscă a secţiunii (alta

decât cea datorată fisurării betonului).

Secțiunile compuse oțel-beton sunt încadrate în 4 clase de secțiuni pentru a analiza conportarea

transversală și procentul de secțiune activă.

În ceea ce privește dala de beton, aceasta are următoarele roluri:

- face parte din talpa superioară a grinzilor metalice;

- face parte din tălpile superioare ale antretoazelor, când între acestea şi dală este realizată

conlucrarea;

- fixează talpa comprimată a grinzii metalice;

- acţionează ca o diafragmă pentru a transmite încărcările orizontale la reazeme;

Page 5: Structuri Compuse Otel Beton

- contribuie la repartiţia transversală a încărcărilor între grinzile principale .

Lățimea activă de dală

Lăţimea de conlucrare a dalei este distanța pe care volumul de eforturi unitare de

compresiune, considerate distribuite uniform şi egale cu efortul maxim în dală în dreptul grinzii

metalice, este egal cu volumul eforturilor unitare de compresiune, variabile, acţionând pe lăţimea

reală a dalei.

Conform EN

În câmp și pe reazemele intermediare

Pe reazemele finale

beff b0 b ei b0

beff b0 i bei b0b0

Page 6: Structuri Compuse Otel Beton

unde: b0 este distanţa între axele conectorilor marginali;

dar nu mai mare decât bi , în care

bi este distanţade la conectorul marginal până

la un punct situat la jumătatea distanţei dintre două inimi adiacente, măsurată pe

linia mediană a tălpii de beton, cu excepţia că lângă o latură liberă, distanţa bi este până la latura

liberă;

Le se alege conform figurii:

Determinarea coeficientului de echivalenţă

bei

Le8

Le

i 0.55 0.025Le

bi

1Le

Page 7: Structuri Compuse Otel Beton

Pentru determinarea caracteristicilor secţionale ale secţiunilor compuse, se foloseşte metoda

secţiunii transformate, în care secţiunea transversală neomogenă oţel - beton se echivalează cu o secţiune

omogenă prin transformarea secţiunii betonului din dală într-o secţiune echivalentă de oţel.

Această transformare se realizează prin intermediul coeficientului de echivalenţă, care reprezintă

raportul între modulul de elasticitate al oţelului şi al betonului, funcţie de natura încărcărilor ce acţionează

asupra structurii compuse considerate.

Relația coeficientului de echivalare conform EN:

Încărcări de scurtă durată:

este modulul de elasticitate al oţelului din grinda metalică;

este modulul de elasticitate al betonului din dală.

Încărcări permanente si temporare de lungă durată:

L este egal cu 1,1 pentru încărcări permanente

t t0 este coeficientul curgerii lente

Calculul momentului capabil

Momentul capabil elastic

Analiza elastică a grinzilor mixte se bazează pe următoarele ipoteze:

o legătura dintre grinda metalică și dala de beton este continuă și nu există lunecare la

interfața de contact oțel-beton

o secținile plane rămân plane și după deformare

o oțelul și betonul se consideră materiale elastice.

ni nEa

Ecm n

EaEcm

nL n0 1 L t t0 n0

Page 8: Structuri Compuse Otel Beton

Pe baza acestor ipoteze , secțiunea mixtă se consideră formată dintr-un material omogen

echivalent în oțel.

Aria echivalentă în oțel, A1 se calculează cu relația:

Aa -aria grinzii metalice

As-aria armîturii flexibile

hc-grosimea dalei

n- coeficientul de echivalare

Calculul și verificarea tensiunilor normale

Secțiunea mixtă în zona de moment pozitiv

Axa neutră în grinda metalică

Aria echivalentă în oțel a întregii secțiuni se calculează:

A1 Aa

Ac

n Aa

beff hc

n

beff

Poziția centrului de greutate al secțiunii echivalente în raport cu fibra superioară a plăcii,y:

Z

Aa za hac hc beffhc

n

hc2

Aa

Ac

n

beff

Momentul de inerție al secțiunii echivalente în raport cu axa care trece prin centrul de

greutate este:

A1 Aa Asbeff hc

n

beff

Page 9: Structuri Compuse Otel Beton

Ii Ia Aa za hac hc z 2

beff hc

nz

hc2

2

beff

Ia si Ic sunt momentele de inerție ale grinzii metalice, respectiv ale dalei de beton în

raport cu axele proprii de greutate.

Axa neutră în grinda metalică

Tensiunile pe înălțimea secțiunii sunt:

În oțel:

aiM

l1h z( )

fy

a

M

asM

l1z hac hc

fy

a

MM

În beton:

csM

n l1z

0.85fck

c

M

Page 10: Structuri Compuse Otel Beton

Axa neutră în dala de beton

Dacă valorile lui Z calculate cu relația anterioară rezultă mai mici decât hc, poziția axei

neutre se determină cu relația:

z Aan

beff 1

2 beff

Aa nza hc hc 1

hcbeff

Aria echivalentă în oțel a întregii secțiuni se calculează:

A1 Aa

Ac

n Aa

beff hc

n

beff

Momentul de inerție al secțiunii echivalente va fi:

Ii Ia Aa za hac hc z 2beff z

3

3n zz

Axa neutră în placa de beton

Page 11: Structuri Compuse Otel Beton

Secțiunea mixtă în zona de moment negativ

Aria echivalentă în oțel a secțiunii active se va evalua cu relația:

Poziția axei neutre se determină cu relația:

ZAa za hac hc Ass ds Asi di

A2

Aa

Momentul de inerție al secșiunii echivalente va fi:

I2 Ia Aa za hac hc z 2 Ass z ds( )2 Asi z di( )

2 IaIa

Secțiunea mixtă în zona de moment negativ

A2 Aa As Aa Asi AssAa

Page 12: Structuri Compuse Otel Beton

Tensiunile pe înălțimea secțiunii sunt:

În oțel:

aiM

l2h z( )

fy

a

MM

asM

l2z hac hc

fy

a

MM

În armătura de la partea superioară:

ssM

I2z ds( )

fsk

s

MM

Momentul capabil elastic

Momentele capabile elastice se determină punând condiția ca eforturile unitare normale

pe înălțimea secțiunii grinzii mixte să fie egale cu cele limită admise, respectiv 0.85fck/γc în

beton , fy/γa în oțel și fsk/γs în armătură.

Momentul capabil elastic pozitiv

Mel.Rd min Mel.Rd

aiMel.Rd

cc

Mel.Rd

Mel.Rdcc

0.85fck

cn

l1

zcsMel.Rd

ccMel.Rd

cc

Mel.Rdai fy

a

l1

zaiMel.Rd

aiMel.Rd

ai

Momentul capabil elastic negativ

Mel.Rd min Mel.Rdai

Mel.Rdss

Mel.Rd

Mel.Rd

ai fy

a

l2

zaiMel.Rd

aiMel.Rd

ai

Mel.Rd

aifsk

s

l2

zssMel.Rd

aiMel.Rd

ai

Page 13: Structuri Compuse Otel Beton

Conectarea la lunecare

Forța de lunecare capabilă de calcul:

Forța de lunecare capabilă de calcul a unui dorn cu cap sudat automat, conform cu EN 14555, se

determină cu relația:

PRd

0.8 fu d

2

4

v

fuPRd

0.29 d2 fck Ecm

v

în care: 0.2

hsc

d1

hsc

pentru 3

hsc

d 4

1 pentru

hsc

d4

v -coeficientul parțial de siguranță=1.25

d- diametrul tijei dornului(16-25)mm

fu-rezistența de întindere ultimă a dornului

fck-rezistența caracteristică cilindrică a betonului

hsc I2I2-înălțimea totală a dornului

Numărul necesar de dornuri

nLab

PRd

PRdPRdLab

Tmed S

Iechivlab

Tmed

unde:

- S-momentul static al dalei echivalente în oțel față de centrul de greutate al întregii

secțiuni echivalente

-forța tăietoare mdie pe lungimea a-b

lab-lungimea pe care se calculează numărul de conectori.

Tmed

Page 14: Structuri Compuse Otel Beton

Poduri cu structură compusă oțel beton în România

Tipuri de structuri mixte cu conlucrare pentru poduri

Din punct de vedere al schemei statice a construcției se pot distinge urmãtoarele categorii

de structuri mixte cu conlucrare, utilizate pentru alcãtuirea lucrãrilor de poduri:

o tabliere independente (simplu rezemate);

o tabliere continue, pe douã sau mai multe deschideri;

o cadre cu stâlpi verticali sau înclinați;

o tabliere cu arce și grinzi de rigidizare;

o structuri hobanate.

Pentru fiecare categorie în parte existã o mare diversitate de tipuri de structuri, depinzând

de mãrimea, alcãtuirea și configurația obstacolului ce trebuie traversat, dar mai ales de imagina-

ția proiectantului care concepe lucrarea.

Poduri cu tabliere independente

Structurile compozite cu tabliere independente sunt alcãtuite din grinzi metalice simplu rezemate, în conlucrare cu platelajul din beton armat care susține calea pe pod. Un exemplu de astfel de lucrare este podul peste râul Câmpinița, la Lunca Cornului în județul Prahova.

Podul are suprastructura alcãtuitã dintr-un tablier independent având structura de rezistențã cu alcãtuire mixtã cu conlucrare, compusã din grinzi metalice în conlucrare cu platelajul din beton armat prin intermediul conectorilor flexibili.

Tablierul independent al suprastructurii are o lungime de 40 m .În secțiune transversalã sunt 6 grinzi principale, așezate la o distanțã de 1,50 m interax. Calea pe pod este prevãzutã cu o parte carosabilã, cu lãțimea de 7,80 m (pentru douã benzi de circulație) și cu douã trotuare pietonale, cu lãțimea de câte 1 m fiecare.

Page 15: Structuri Compuse Otel Beton

Poduri cu tabliere continue

Varianta de ocolire a municipiului Pitești, realizatã la profil de autostradã, a necesitat

execuția a 12 lucrãri de artã, dintre care trei poduri peste râul Argeș și un pod peste râul Doamnei

având suprastructurile alcãtuite cu structuri mixte cu conlucrare.

Tablierele podurilor peste râul Argeș sunt continue pe câte trei deschideri de 50 m + 70 m

+ 50 m .Diferența dintre cele trei poduri peste Argeș constã în oblicitatea cu care fiecare

traverseazã râul.

Podul peste râul Doamnei are suprastructura alcãtuitã din douã tabliere continue,pe câte

trei deschideri egale de câte 60 m fiecare (2 tabliere x 3 x 60 m).

Podul este continuat cu un pasaj superior cu lungimea de aproape 2 km, având

suprastructura alcãtuitã din tabliere cu grinzi prefabricate precomprimate. În secþiune

transversalã, toate cele patru poduri menþionate (peste râurile Argeș și Doamnei) sunt alcãtuite

cu câte douã grinzi principale semicasetate pentru fiecare cale a podului, în conlucrare cu

platelajele din beton armat.

Page 16: Structuri Compuse Otel Beton

Poduri cu structuri cadre

Structurile mixte cu conlucrare sunt mai puțin folosite la alcãtuirea cadrelor, din cauza

necesitãții existenței unui teren bun de fundare, dar și a anumitor dificultãți de execuție.Totuși, în

cazuri justificate, pentru a obține o înãlțime de construcție cât mai redusã și o comportare mai

bunã la seism, este justificatã și utilizarea unor astfel de structuri.

Din aceastã categorie de lucrãri poate fi exemplificat pasajul rutier denivelat peste DN1

la Câmpina. Acest pasaj a apãrut din necesitatea de a elimina blocajele rutiere și riscul major de

accidente la intersecția dintre DN1 și calea de acces în municipiul Câmpina. De o mar importanțã

Page 17: Structuri Compuse Otel Beton

pentru aceastã lucrare a fost conceperea traseului, menitã sã rezolve în mod optim fluența

traficului în zona intersecției (fig. 6).

Soluția adoptatã pentru realizarea acestui pasaj constã în 5 cadre succesive cu câte 3

deschideri a câte 30 m lungime fiecare, totalizând lungimi ale pasajului de 360 m pe calea 1 și

respectiv 361 m pe calea 2 (fig. 7).

Page 18: Structuri Compuse Otel Beton

Cadrele reazemã independent unul pe celãlalt, în dreptul pilelor, pe banchete de rezemare

tip Cerber.(fig. 8).

Page 19: Structuri Compuse Otel Beton

În secțiune transversalã, structura de rezistențã a suprastructuriiare o alcãtuire mixtã, cu

conlucrare între tablierele metalice și platelajul din beton armat. Legãtura dintre cele douã

elemente componente se face prin intermediul conectorilor rigizi. Deosebit de importantã și

interesantã în același timp, la tablierele metalice ale acestei structuri este curbarea inimilor

grinzilor, conform traseului foarte complicat al cãii rutiere (fig. 9).

Tabliere cu arce și grinzi de rigidizare

Tablierele cu arce și grinzi de rigidizare sunt structuri deosebit de avantajoase din punct

de vedere economic, deoarece pot acoperi deschideri mari și foarte mari, cu un consum redus de

material metalic și cu o înãlțime foarte micã în raport cu deschiderea. La aceste tabliere,

platelajul cãii poate fi realizat din beton armat sau beton precomprimat, în conlucrare cu

elementele metalice (grinzile tirant rigide, antretoazele și eventual longeronii structurii, dacã

existã). Tablierele cu arce și grinzi de rigidizare pot fi de tip Langer (cu tiranți verticali) sau

Nielsen (cu tiranþi înclinați).

Un exemplu de lucrare a cãrui suprastructurã este alcãtuitã dintr-un tablier mixt cu

conlucrare tip Langer îl constituie podul peste Canalul Dunãre - Marea Neagrã de la Medgidia,

realizat în cadrul lucrãrilor canalului - primul pod de acest gen din România. Podul are o

deschidere peste canal care este acoperitã cu un tablier independent cu structurã mixtã cu

conlucrare tip Langer cu lungimea de 131 m (fig. 10).

Page 20: Structuri Compuse Otel Beton

Poduri cu structura compusa oțel-beton in Europa

Spania

Spania are o suprafață de 505.000 km2 și o rețea de drumuri naționale de 164.000km și

490.000 km de drumuri administrate de consiliile oraselor. Compania Natională de Căi Ferate

administrează 15.700 km de cale ferată și un număr de 6.401 poduri.

Tipuri de structuri de poduri(în 1996):

o 5,509 poduri pe grinzi cu sectiune I

o 506 poduri casetate

o 5 poduri pe cabluri

o 17 poduri pe grinzi cu zăbrele

o 159 poduri cu structură compusă

Page 21: Structuri Compuse Otel Beton

Poduri casetate

Podul ,,Puente de Juan Bravo, Madrid, 1970” proiectat de ing. Martinez Calzón

și Fernández Ordoñez, reprezentativ pentru structura compusă oțel-beton pentru

acele vremuri cu L/h=40

,,Puente de Juan Bravo, Madrid, 1970”

,,Puente del Diablo, Barcelona, 1972”-100m deschidere.

Page 22: Structuri Compuse Otel Beton

Viaductul Tina Menor

Lungimea totală a viaductului este de 378.5m, cu 4 deschideri (64,25-

125-125-64.25), cu primele două deschideri realizate cu o curbură de 600m

și următoarele doua sunt realizate in curbe de sens contrar.

Este structurat pe o grinda continuă, cu secțiune casetată compusă

oțel-beton cu o grosime constantă de 6.5m si o lățime de 10m. Placa de

beton are o grosime de 0.32m și a fost realizată din prefabricate de 0.06m

urmate de o suprabetonare de 0.26m.

Pentru a atinge lățimea de 30m necesară autostrăzii, secțiunea

casetată a fost compusă cu o structulă din zăbrele din oțel, crescând

rezistența la torsiune cu 25%.

Grosimea părții inferioare a grinzii casetate este de 20-30mm, ajungându-se

astfel la posibilitatea realizării continuității grinzii, peste punctele de

rezemare.

Page 23: Structuri Compuse Otel Beton

Bibliografie:

1. Moga.p: ,,Proiectarea Elementelor din Oțel”;

2. Combri Design Manual Part II : ,, State-of-the-Art and Conceptual Design of

Steel and Composite Bridges”;

3. Revista Constructiilor - Nr. 111, Ianuarie - Februarie 2015

Page 24: Structuri Compuse Otel Beton