structuri compuse otel beton

of 29 /29
Structuri Compuse Oțel-Beton Student:Mănarcă Ionuț Alex

Author: afronebunu

Post on 15-Jan-2016

392 views

Category:

Documents


28 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

ok

TRANSCRIPT

Structuri CompuseOel-Beton

Student:Mnarc Ionu AlexAn:4C.F.D.P

Borderou

Baz de calcul Structuri compuse realizare n Romnia Structuri compuse realizate n Spania Exemplu de calcul Acobri

Structuri compuse otel beton

Prezentare generalStructurile compuse oel-beton reprezint soluii eficiente n construciile civile i industriale- platforme maritime, hidrocentrale, atomocentrale, i cu precdere in domeniul construciilor de poduri de cale ferat i osea. Utilizarea combinaiilor de oel-beton ntr-un sistem structural unitar a evoluat de-a lungul timpului datorit modelelor de calcul a elementelor din beton armat i verificarea n practic a comportrii n timp al acestora. Progresul structurilor compuse este n strns legtur cu evoluia caracteristicilor materialelor de construcii, reprezentat de rezistena mecanic, a metodelor de calcul i dezvoltarea tehnologiei de fabricaie si execuie.Podurile noi sunt proiectate i executate conform normelor de proiectare europene numite Eurocode-uri dublate de Stas-urile naionale, destinate s suporte traficul actual i de perspectiv n condiii de siguran, confort i economicitate. Transportul auto i cel feroviar impun realizarea unor condiii optime pentru infrastructura i suprastructura cilor de comunicaie pentru a asigura viteza de circulaie i exploatarea eficient a vehiculelor.n ceea ce privete structurile existente, acestea sunt expertizate i consolidate n cazul n care prezint degradri fizice sau morale, din punct de vedere static i dinamic, urmnd s poat prelua traficul actual.Principalele etape de realizare ale structurilor de poduri sunt reprezentate de etapa de concepie a structurii de rezisten i etapa de execuie .Tendina actual este de mbuntire a formelor constructive clasice, ajungndu-se la la solutii noi n ceea ce priveste forma constructiei, modul de proiectare i tehnologia de execuie.

Stri limitStrile limit dincolo de care structura nu mai satisface cerinele deperforman proiectate sunt clasificate n urmtoarele: stri limit ultime asociate cu colapsul sau cu alte forme decedare structural; stri limit de serviciu (ale exploatrii normale) carecorespund strilor dincolo de care nu mai sunt ndepliniteanumite criterii de exploatare.

n general , sub diverse combinaii ale aciunilor, n stadiul limitultim, o grind mixt oel-beton trebuie s fie verificat la: asigurarea rezistenei seciunii transversale critice; asigurarea stabilitii generale i locale:- rezistena la flambaj lateral prin torsiune;- rezistena la flambaj la for tietoare i la fore transversale aplicate inimii; asigurarea conlucrrii ntre grinda metalic i placa de beton armat prin intermediul conectorilor- rezistena la lunecare longitudinal.Seciunile transversale critice sunt: seciunile de moment ncovoietor maxim pozitiv; seciunile de reazem; seciunile supuse la fore sau reaciuni concentrate; puncte n care are loc o modificare brusc a seciunii (altadect cea datorat fisurrii betonului).Seciunile compuse oel-beton sunt ncadrate n 4 clase de seciuni pentru a analiza conportarea transversal i procentul de seciune activ.n ceea ce privete dala de beton, aceasta are urmtoarele roluri:- face parte din talpa superioar a grinzilor metalice;- face parte din tlpile superioare ale antretoazelor, cnd ntre acestea i dal este realizat conlucrarea;- fixeaz talpa comprimat a grinzii metalice;- acioneaz ca o diafragm pentru a transmite ncrcrile orizontale la reazeme;- contribuie la repartiia transversal a ncrcrilor ntre grinzile principale .

Limea activ de dal

Limea de conlucrare a dalei este distana pe care volumul de eforturi unitare de compresiune, considerate distribuite uniform i egale cu efortul maxim n dal n dreptul grinzii metalice, este egal cu volumul eforturilor unitare de compresiune, variabile, acionnd pe limea real a dalei.

Conform ENn cmp i pe reazemele intermediare

Pe reazemele finale

unde: b0 este distana ntre axele conectorilor marginali;

dar nu mai mare dect , n care este distanade la conectorul marginal pn la un punct situat la jumtatea distanei dintre dou inimi adiacente, msurat pelinia median a tlpii de beton, cu excepia c lng o latur liber, distana este pn la latura liber;

se alege conform figurii:

Determinarea coeficientului de echivalen

Pentru determinarea caracteristicilor secionale ale seciunilor compuse, se folosete metoda seciunii transformate, n care seciunea transversal neomogen oel - beton se echivaleaz cu o seciune omogen prin transformarea seciunii betonului din dal ntr-o seciune echivalent de oel. Aceast transformare se realizeaz prin intermediul coeficientului de echivalen, care reprezint raportul ntre modulul de elasticitate al oelului i al betonului, funcie de natura ncrcrilor ce acioneaz asupra structurii compuse considerate.

Relaia coeficientului de echivalare conform EN:

ncrcri de scurt durat:

este modulul de elasticitate al oelului din grinda metalic;

este modulul de elasticitate al betonului din dal.

ncrcri permanente si temporare de lung durat:

este egal cu 1,1 pentru ncrcri permanente

este coeficientul curgerii lenteCalculul momentului capabilMomentul capabil elastic

Analiza elastic a grinzilor mixte se bazeaz pe urmtoarele ipoteze: legtura dintre grinda metalic i dala de beton este continu i nu exist lunecare la interfaa de contact oel-beton secinile plane rmn plane i dup deformare oelul i betonul se consider materiale elastice.

Pe baza acestor ipoteze , seciunea mixt se consider format dintr-un material omogen echivalent n oel.

Aria echivalent n oel, A1 se calculeaz cu relaia:

-aria grinzii metalice -aria armturii flexibile -grosimea dalei n- coeficientul de echivalareCalculul i verificarea tensiunilor normale

Seciunea mixt n zona de moment pozitivAxa neutr n grinda metalicAria echivalent n oel a ntregii seciuni se calculeaz:

Poziia centrului de greutate al seciunii echivalente n raport cu fibra superioar a plcii,y:

Momentul de inerie al seciunii echivalente n raport cu axa care trece prin centrul de greutate este: Ia si Ic sunt momentele de inerie ale grinzii metalice, respectiv ale dalei de beton n raport cu axele proprii de greutate.

Axa neutr n grinda metalic

Tensiunile pe nlimea seciunii sunt:n oel: n beton:

Axa neutr n dala de beton

Dac valorile lui Z calculate cu relaia anterioar rezult mai mici dect , poziia axei neutre se determin cu relaia:

Aria echivalent n oel a ntregii seciuni se calculeaz: Momentul de inerie al seciunii echivalente va fi:

Axa neutr n placa de betonSeciunea mixt n zona de moment negativ

Aria echivalent n oel a seciunii active se va evalua cu relaia:

Poziia axei neutre se determin cu relaia:

Momentul de inerie al seciunii echivalente va fi:

Seciunea mixt n zona de moment negativTensiunile pe nlimea seciunii sunt:n oel: n armtura de la partea superioar:

Momentul capabil elasticMomentele capabile elastice se determin punnd condiia ca eforturile unitare normale pe nlimea seciunii grinzii mixte s fie egale cu cele limit admise, respectiv 0.85fck/c n beton , fy/a n oel i fsk/s n armtur.

Momentul capabil elastic pozitiv Momentul capabil elastic negativ

Conectarea la lunecare

Fora de lunecare capabil de calcul:

Fora de lunecare capabil de calcul a unui dorn cu cap sudat automat, conform cu EN 14555, se determin cu relaia:

n care: pentru pentru -coeficientul parial de siguran=1.25- diametrul tijei dornului(16-25)mm-rezistena de ntindere ultim a dornului-rezistena caracteristic cilindric a betonului-nlimea total a dornului

Numrul necesar de dornuri

unde:- S-momentul static al dalei echivalente n oel fa de centrul de greutate al ntregii seciuni echivalente -fora tietoare mdie pe lungimea a-b-lungimea pe care se calculeaz numrul de conectori.Poduri cu structur compus oel beton n Romnia

Tipuri de structuri mixte cu conlucrare pentru poduri

Din punct de vedere al schemei statice a construciei se pot distinge urmtoarele categorii de structuri mixte cu conlucrare, utilizate pentru alctuirea lucrrilor de poduri: tabliere independente (simplu rezemate); tabliere continue, pe dou sau mai multe deschideri; cadre cu stlpi verticali sau nclinai; tabliere cu arce i grinzi de rigidizare; structuri hobanate.Pentru fiecare categorie n parte exist o mare diversitate de tipuri de structuri, depinznd de mrimea, alctuirea i configuraia obstacolului ce trebuie traversat, dar mai ales de imagina- ia proiectantului care concepe lucrarea.

Poduri cu tabliere independente

Structurile compozite cu tabliere independente sunt alctuite din grinzi metalice simplu rezemate, n conlucrare cu platelajul din beton armat care susine calea pe pod. Un exemplu de astfel de lucrare este podul peste rul Cmpinia, la Lunca Cornului n judeul Prahova. Podul are suprastructura alctuit dintr-un tablier independent avnd structura de rezisten cu alctuire mixt cu conlucrare, compus din grinzi metalice n conlucrare cu platelajul din beton armat prin intermediul conectorilor flexibili. Tablierul independent al suprastructurii are o lungime de 40 m .n seciune transversal sunt 6 grinzi principale, aezate la o distan de 1,50 m interax. Calea pe pod este prevzut cu o parte carosabil, cu limea de 7,80 m (pentru dou benzi de circulaie) i cu dou trotuare pietonale, cu limea de cte 1 m fiecare.

Poduri cu tabliere continue

Varianta de ocolire a municipiului Piteti, realizat la profil de autostrad, a necesitat execuia a 12 lucrri de art, dintre care trei poduri peste rul Arge i un pod peste rul Doamnei avnd suprastructurile alctuite cu structuri mixte cu conlucrare. Tablierele podurilor peste rul Arge sunt continue pe cte trei deschideri de 50 m + 70 m + 50 m .Diferena dintre cele trei poduri peste Arge const n oblicitatea cu care fiecare traverseaz rul. Podul peste rul Doamnei are suprastructura alctuit din dou tabliere continue,pe cte trei deschideri egale de cte 60 m fiecare (2 tabliere x 3 x 60 m).Podul este continuat cu un pasaj superior cu lungimea de aproape 2 km, avnd suprastructura alctuit din tabliere cu grinzi prefabricate precomprimate. n seciune transversal, toate cele patru poduri menionate (peste rurile Arge i Doamnei) sunt alctuite cu cte dou grinzi principale semicasetate pentru fiecare cale a podului, n conlucrare cu platelajele din beton armat.

Poduri cu structuri cadre

Structurile mixte cu conlucrare sunt mai puin folosite la alctuirea cadrelor, din cauza necesitii existenei unui teren bun de fundare, dar i a anumitor dificulti de execuie.Totui, n cazuri justificate, pentru a obine o nlime de construcie ct mai redus i o comportare mai bun la seism, este justificat i utilizarea unor astfel de structuri.Din aceast categorie de lucrri poate fi exemplificat pasajul rutier denivelat peste DN1 la Cmpina. Acest pasaj a aprut din necesitatea de a elimina blocajele rutiere i riscul major de accidente la intersecia dintre DN1 i calea de acces n municipiul Cmpina. De o mar importan pentru aceast lucrare a fost conceperea traseului, menit s rezolve n mod optim fluena traficului n zona interseciei (fig. 6).

Soluia adoptat pentru realizarea acestui pasaj const n 5 cadre succesive cu cte 3 deschideri a cte 30 m lungime fiecare, totaliznd lungimi ale pasajului de 360 m pe calea 1 i respectiv 361 m pe calea 2 (fig. 7).

Cadrele reazem independent unul pe cellalt, n dreptul pilelor, pe banchete de rezemare tip Cerber.(fig. 8).

n seciune transversal, structura de rezisten a suprastructuriiare o alctuire mixt, cu conlucrare ntre tablierele metalice i platelajul din beton armat. Legtura dintre cele dou elemente componente se face prin intermediul conectorilor rigizi. Deosebit de important i interesant n acelai timp, la tablierele metalice ale acestei structuri este curbarea inimilor grinzilor, conform traseului foarte complicat al cii rutiere (fig. 9).

Tabliere cu arce i grinzi de rigidizare

Tablierele cu arce i grinzi de rigidizare sunt structuri deosebit de avantajoase din punct de vedere economic, deoarece pot acoperi deschideri mari i foarte mari, cu un consum redus de material metalic i cu o nlime foarte mic n raport cu deschiderea. La aceste tabliere, platelajul cii poate fi realizat din beton armat sau beton precomprimat, n conlucrare cu elementele metalice (grinzile tirant rigide, antretoazele i eventual longeronii structurii, dac exist). Tablierele cu arce i grinzi de rigidizare pot fi de tip Langer (cu tirani verticali) sau Nielsen (cu tirani nclinai).Un exemplu de lucrare a crui suprastructur este alctuit dintr-un tablier mixt cu conlucrare tip Langer l constituie podul peste Canalul Dunre - Marea Neagr de la Medgidia, realizat n cadrul lucrrilor canalului - primul pod de acest gen din Romnia. Podul are o deschidere peste canal care este acoperit cu un tablier independent cu structur mixt cu conlucrare tip Langer cu lungimea de 131 m (fig. 10).

Poduri cu structura compusa oel-beton in Europa

Spania

Spania are o suprafa de 505.000 km2 i o reea de drumuri naionale de 164.000km i 490.000 km de drumuri administrate de consiliile oraselor. Compania National de Ci Ferate administreaz 15.700 km de cale ferat i un numr de 6.401 poduri.Tipuri de structuri de poduri(n 1996): 5,509 poduri pe grinzi cu sectiune I 506 poduri casetate 5 poduri pe cabluri 17 poduri pe grinzi cu zbrele 159 poduri cu structur compus

Poduri casetate

Podul ,,Puente de Juan Bravo, Madrid, 1970 proiectat de ing. Martinez Calzn i Fernndez Ordoez, reprezentativ pentru structura compus oel-beton pentru acele vremuri cu L/h=40

,,Puente de Juan Bravo, Madrid, 1970

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

Viaductul Tina Menor

Lungimea total a viaductului este de 378.5m, cu 4 deschideri (64,25-125-125-64.25), cu primele dou deschideri realizate cu o curbur de 600m i urmtoarele doua sunt realizate in curbe de sens contrar.

Este structurat pe o grinda continu, cu seciune casetat compus oel-beton cu o grosime constant de 6.5m si o lime de 10m. Placa de beton are o grosime de 0.32m i a fost realizat din prefabricate de 0.06m urmate de o suprabetonare de 0.26m.Pentru a atinge limea de 30m necesar autostrzii, seciunea casetat a fost compus cu o structul din zbrele din oel, crescnd rezistena la torsiune cu 25%.Grosimea prii inferioare a grinzii casetate este de 20-30mm, ajungndu-se astfel la posibilitatea realizrii continuitii grinzii, peste punctele de rezemare.

Bibliografie:1. Moga.p: ,,Proiectarea Elementelor din Oel;

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