Montažne armiranobetonske konstrukcije VEZE I SPOJEVI

1. Montažne armiranobetonske konstrukcijeVEZE I SPOJEVI Prof. dr. sc. Darko Meštrović

2. UVOD OSNOVE PRORAČUNA SPOJEVA TLAČNE VEZE POSMIČNE VEZE OSTALI SPOJEVI SPECIFIČNI SPOJEVI SKELETNIH OKVIRA PATENTIRANI SPOJEVI sadržaj

3. Projektiranje i konstruiranje veza i spojeva najvažniji je dio u razmatranju betonskih elemenata. Njihova namjena je prenositi sile između konstrukcijskih dijelova i / ili osigurati stabilnost i nosivost. Postoji nekoliko različitih načina ostvarenja zadovoljavajućeg spoja, npr.vijcima, zavarivanjem, ili injektiranjem, ali ovisno koja metoda je izabrana, ona mora biti jednostavna te mora dati jednoznačne upute radnicima na gradilištu. Osim što veze moraju biti projektiranje da se odupru opterećenjima, koja se mogu relativno jednostavno predvidjeti i izračunati, moraju biti zadovoljavajući u slučaju neočekivanih opterećenja uslijed požara, udara, eksplozija, slijeganja itd UVOD

4. Definicija spoja je djelovanje sila (naprezanja, posmika, tlaka) i / ili momenata (savijanja, torzije) kroz montažno sastavljanje jednog ili više sučelja. Projektiranje spojeva je zbog toga funkcija oba konstrukcijska elementa i veze među njima UVOD Definicija 'spoja' i 'veze'

5. Pojam mehanizama znači djelovanje sile između konstruktivnih elemenata (ne u kinematičkom smislu). Upotrebljava se za prikazivanje razlika između monolitnog lijevanja na mjestu spoja i mjestu spajanja predgotovljenog betona u cjelinu. Jedinstveno za predgotovljene elemente su sile prouzročene djelovanjem relativnih pomaka i rotacijom među elementima. Postoji važna podjela među predgotovljenim elementime koji se smatraju da su ne-izolirani i oni koji su izolirani. Ne-izolirani elementi su spojeni na drugi element sa sekundarnim sredstvom prijenosa opterećenja, koje bi pretrpjelo opterećenje u slučaju otkazivanja primarnog oslonca. Kao primjer, šuplje podne jedinice jezgre, koje su injektirane zajedno, raspodjeljuju posmične sile po susjednim djelovima u slučaju otkazivanja ležaja grede, svrstale bi se u klasu ne-izoliranih. S druge strane, postavljeno stubište na gotovu konzolu je izolirani element. UVOD

6. UVOD • spoj-namjerno ostavljen otvor između dva elementa, najčešće zapunjen nekim materijalom • uvijek ima konstruktivnu funkciju • rade se na nekoliko načina: 1.betoniranje na mjestu ugradnje 2.zavarivanjem 3.vijcima 4.korištenjem smola i sidra u kombinaciji s ostalim gore navedenim

7. KRITERIJI ZA UPORABIVOST SPOJEVA UVOD • čvrstoća • utjecaj volumnih promjena • duktilnost • trajnost,uključujući koroziju i otpornost na požar • jednostavnost pri proizvodnji i ugradnji • privremeno stanje opterećenja • ekonomičnost i izgled

8. VRSTE SPOJEVA UVOD 1. tlačni 2. vlačni 3. posmični 4. ostali

9. 1.TLAČNI SPOJ • tlak se između predgotovljenih elemenata prenosi ili direktnim nalijeganjem ili preko prenosnog sredstva (in-situ beton ili mort) • deformacija tlačnog spoja također ovisi o vrsti i broju kontaktnih površina između različitih materijala

10. 2.VLAČNI SPOJ • preklapanje šipki aramature je često korišteno kod spajanja predgotovljenih elemenata • glavni problem s vertikalnim preklapanjem-osiguranje čvrste veze insitu betona i armature

11. spajanje vijkom se često koristi za prijenos vlaka i posmika • zavarivanje se koristi kod spajanja komponenti armaturom, usidrenim čeličnim pločama ili kružnim čeličnim dijelovima; spoj se radi direktno ili koristeći međuelement

12. 3.POSMIČNI SPOJEVI • posmik-posljedica djelovanja savijanja • na slici vidimo veće posmične spojeve -njihova dubina mora iznositi najmanje 10 mm -projektni zahtjevi su zadovoljeni uz nekoliko jednostavnih pravila geometrije-α ovisi o dimenzijama spoja; rezultirajuća sila N=Vcotα (α od 40° do 50°) i preuzima je ili armatura ili naknadno prednapinjanje

13. 4.TORZIJSKI SPOJEVI • naprezanja u ovim spojevima su često velika i materijal od kojih se spoj sastoji će se ponašati drugačije pod različitim naprezanjima • tlak se prenosi betonom, vlak i posmik čelikom • glavni kriterij projektiranja za prijenos vlačne sile je dovoljna duljina sidrenja, koja je obično omogućena usidrenom čeličnom pločom u spojne elemente

14. SPOJEVI ČAVLIMA • transformiraju potpuno posmične sile na gravitaciju i odižuće sile pružajući jednostavne detalje i konstrukciju, te mogu definirati najjednostavniji način povezivanja elemenata • kako bi im se povećala nosivost i smanjilo lokalno cijepanje koristimo čelične umetke uz sidrene pločice ili savijene dijelove strukture • spoj je završen popunjavajući čelične umetke cementnom smjesom koja služi kao protupožarna i trajnosna zaštita

15. SPOJEVI ZA SPREČAVANJE MOMENATA • koriste se kod temelja te između greda i stupova • mogu se koristiti i između stupova i predgot.zidova ili tankih fasadnih panela budući da su oni u većini slučajeva sposobni izgladiti transformirani moment

16. NAPREZANJA U LEŽAJEVIMA • osnovni tipovi ležajeva: 1.suhi ležajevi od predgot.ili predgot.-insitu betona 2.suhi ležajevi sa komponentama smještenim na tankoj podložnoj ploči 3.ležajevi na posteljici od smjese cementa i pijeska 4.elastomerni ili makani lež. od neoprenske gume 5.produženi ležajevi gdje je privremeni ležaj mali i armiran insitu beton 6.čelični ležaj

17. - nalaženje otpornosti spoja (Rjd )ispitivanjem Oba pristupa, da bi se izračunala računska otpornost R*jd , ispitivanjem ili analitički, moraju voditi do istih numeričkih vrijednosti. Referentna računska otpornost R*jd , definirana je 5%-na fraktila svih mjerenih otpornosti za specificirane spojeve,. Pretpostavka normalne distribucije pojedinih mjerenja otpornosti je dozvoljena za izračunavanje vrijednosti Rjd. Prema tome dok ima dovoljan broj rezultata ispitivanja /približno n  25/ može se pretpostaviti da je R*jd = (1 – 2,58 obsR ) obsRjm obsR – koeficijent varijacije rezultata ispitivanja, obsRjm – srednja otpornost spojeva ,dobivena ispitivanjem. Osnove proračuna spojeva

18. Referentna računska vrijednost R*jd , podijeljena sa komplementarnim faktorima sigurnosti n i Rd,2 , daje računsku vrijednost Rjd, koja se koristi za provjeru krajnjih graničnih stanja spoja. Osnove proračuna spojeva faktor n /modifikacijski faktor / se uzima kao funkcija od dva faktora n1 i n2 , gdje : n1 uzima u obzir tip sloma konstrukcije, duktilan ili krhki. n2 uzima u obzir posljedice sloma.

19. Najvažnija karakteristika spoja njegova je otpornost na djelovanja - Rj ili ekvivalentna granična vrijednost / spojevi u potresnim uvjetima / koja se koristi za Rjd u nejednadžbi : Sjd < Rjd gdje je Sjd – računsko djelovanje u spoju Rjd – računska otpornost u spoju. Zapojednostavljenuanalizu u kojojjezanemarenutjecajdeformabilnostispojanadistribucijuakcijanakonstrukcijupoznavanjeveličineRjdjedovoljnozaprovjeravanjeuvjeta Osnove proračuna spojeva

20. Veličina Rj može se odnositi samo na jedan tip spoja, koji je napravljen od betona definirane čvrstoće fc i čelika definirane granice razvlačenja fy, ili na grupu spojeva sa različitim dimenzijama i čvrstoćama materijala. U prvom slučaju, otpornost spoja Rj može se odrediti ispitivanjem,a u drugom analitički na bazi teoretskog eksperimentalnog ispitivanja. Veličina Rjd trebala bi uzeti u obzir mogući krhki lom spoja kao i imperfekcije u radu na gradilištu. Osnove proračuna spojeva

21. Kad je veličina Rj određena ispitivanjem, način određivanja ove veličine jednak je onom kod određivanja čvrstoće materijala. Slijedeći osnovna načela semiprobabilističke metode parcijalnih faktora sigurnosti, definirano je : Osnove proračuna spojeva Rjm – srednja otpornost spoja Rjk = (obs Rj)p=5% - karakteristična otpornost spoja / 5% - tnifraktil od rezultata ispitivanja / Vrijednosti Rj i Rjk su dobivene eksperimentalno, analogno srednjoj i karakterističnoj čvrstoći materijala. Vrijednost Rjd se definira kao :

22. Računska otpornost spoja Rjd dobivena je analitički kao funkcija računske čvrstoće betona fcd, računske granice popuštanja čelika fyd i komplementarnih faktora sigurnosti Rd i n. Faktor Rd je razbijen u dva Rd1 i Rd2 od kojih Rd1 – nastoji držati proračunsku formulu na strani sigurnosti testnih rezultata, Rd2= duzima u obzirmogućeimperfekcije u izradinagradilištu Osnove proračuna spojeva

23. srednjavrijednost, karakterističnairačunskaotpornost se razlikuju, sličnokaokodpostavkiparametaračvrstoćefmm, fmkifmd Karakteristična otpornost Rk podudara se sa 5%-tnom fraktilom rezultata ispitivanja, uz pretpostavku normalne distribucije Rk,m = Rm,m (1 – 1,64 abs R ) R – koeficijentvarijacijerezultataispitivanja Osnove proračuna spojeva gdjesuc , s – koeficijentivarijacijebetonaičelika

24. KRUTOST SPOJA • Obično se pretpostavljalinearnavezaizmeđusileipomakailimomentaizaokretaistoha se možedeformabilnostspojakarakteriziratisanjegovomkrutosti Elastična i elastoplastična krutost spoja su povezane • za posmične spojeve – sa pomakom u spojenih dijelova • za tlačne spojeve – sa kutom rotacije • ElastičnakrutostspojaopisujenjegovudeformabilnostnarežimopterećenjaobičnopretpostavljenzadobivanjemodulauzdužnedeformabilnostibetonaEc. • Elastoplastičnakrutostspojatrebala bi se postavitiuzimajući u obziripretpostavljeniscenarijopterećenjaiponašanjegrađevine / normalniuvjeti , lokalnislom, potres, duktilnost Osnove proračuna spojeva

25. Najčešće metode analize spojeva su: 1. Potporanj i veza , za prijenos nosivih sila; 2. Vezni spojevi, za prijenos nosivih sila i/ili momenta torzije; 3. Posmično trenje ili posmično zaklinjavanje, za prijenos posmika sa ili bez stlačivanja Jednostavna pravila su primjenjena kako slijedi: 1. 'Pokrovni' beton izvan armature je zanemaren. 2. Konstrukcijska tolerancija i proizvodna netočnost dimenzioniranja, date slikom na slici, uvijek se dopuštaju. Uobičajeno dopuštenje za jedinice do 6,0 m dužine je 15 mm, +1 mm po 1 m dodatne dužine. 3. Rotacije, date na slici, za otprilike 0,01 radijana dopuštaju se za linijska opterećenja i projektiranje ležajnih postolja, itd. 4. Gdje je H  V tag 20 omogućena je poprečna armatura u vrhu potpornog dijela ili neprekidna armatura zbog sprećavanja kalanja u potpornom dijelu. 5. Za djelotvorniji prijenos sila između tlačnog potpornja i vlačne veze idealno bi trebalo biti između 40 i 50, a ne manji od 30. 6. Cijelo sidrište zatega mehaničkim sredstvima, npr. upotrebom sprava za sidrenje, ne smiju se miješati sa tlačnim zonama naprezanja, kako je prikazano na slici 7. Tlačne zone X u spojnoj vezi ne smiju biti veće od 0,9 puta neto dubine h tog dijela. (kao što se vidi na slici) 8. Veze sa posmičnim trenjem ne upotrebljavaju se u izoliranim elementima ili u situacijama gdje se može razviti bez pripremanja direktni vlak od tlačne zatege spojevi

26. spojevi Putevi sila i devijacija u spojevima: a) greda na konzoli b) spoj stupac) posmični klin

27. 1. Suhi ležaj ili predgotovljeni – predgotovljeni ili predgotovljeni - na mjestu betonirani; 2. Suhi stišnjeni ležaj gdje su elementi zabrtvljeni na tanku (3 – 10 mm debljine) pločicu lima, a preostale male praznine se ispunjavaju sa polu-suhom pješčanom/ cementnom injektnom masom; 3. Temeljni ležaj gdje su elementi smješteni na pripravljenu polu – mokru pješčanu/cementnu injektnu masu; 4. Elastomerni ili mekani ležaj od neoprenske gume ili slično ležajno postolje; 5. Produženi ležaj gdje je trenutni oslonac malen i armiran na mjestu betoniranja; 6. Čelični ležaj od čeličnih ploča ili konstrukcijskih čeličnih dijelova. TLAČNE VEZE

28. TLAČNE VEZE Tipovi ležajeva

29. Ležajevi od čistog betona mogu biti upotrebljeni tamo gdje je ležaj jednoliko raspoređen i gdje je malo naprezanje u ležaju, karakteristično fb < 0.2 fm do 0.3 fm. Armatura nije potrebna čak i ondje gdje je dodana horizontalna sila H, osim ako je ležajno područje manje od oko 12 000 mm2, kada je preporučeno po PCI Design Hanbook 1 da bude upotrebljen nominalni poprečni čelik As = H/0.95fy. Minimalna dimenzija ležaja je 50 mm. Čisti beton također odgovara primjeru šuplje podne jezgre gdje je postavljena armatura samo u jednom smjeru. Važnost provjere tih udaljenosti ilustrirana je slikom TLAČNE VEZE

30. TLAČNE VEZE Neadekvatna dužina ležaja

31. TLAČNE VEZE

32. TLAČNE VEZE Ograničenja sile i naprezanja u tlačnim vezama

33. TLAČNE VEZE

34. TLAČNE VEZE Konture naprezanja od koncentriranog opterećenja

35. TLAČNE VEZE

36. TLAČNE VEZE • Koeficijenti sila bočnog raspucavanja Površina armature koja se odupire bočnom naponu:

37. TLAČNE VEZE Odnos naprezanja pri bočnom raspucavanju pod djelovanjem koncentriranog opterećenja. Posljedica ekscentričnog koncetriranog opterećenja

38. TLAČNE VEZE PRIMJER

39. TLAČNE VEZE PRIMJER

40. ARMIRANI I ARMIRANO BETONSKI PLOČASTI LEŽAJEVI TLAČNE VEZE Ako uzeto naprezanje u ležaju prekorači vrijednosti definirane prije, u području ležaja potrebne su ležajna ploča i određena armatura. S obzirom na sliku.u prisustvu vertikalne sile, horizontalna sila H postoji zbog otpora trenju od toplinskog pomicanja i skupljanja, gdje je H = V,  je statički koeficijent trenja. Vrijednosti za  su dane u slijedećoj tablici. Konstrukcijski mehanizam na armiranom kraju ležaja

41. TLAČNE VEZE

43. PRIMJER

44. Detalji uz primjer

45. LEŽAJNO POSTOLJE Ležajna postolja koriste se za raspodjelu koncentriranih opterećenja i dopuštaju ograničeno horizontalno pomicanje i rotaciju. Također sprečavaju direktni kontakt beton – beton koji može dovesti do neuglednih krhotina i smanjenja efektivnog pokrova armature – od kojih oba zahtjevaju neke potrebne radove popravaka. Njihova upotreba nije toliko raširena kao što nas tehnička literatura uvjerava, gdje se upotrebljavaju samo ondje gdje suhi ili mokri ležajevi (na mort) nisu praktični. Njihova najvažnija upotreba je za oslanjanje stropnih  ploča i greda velikih raspona gdje na krajevima mogu biti veliki zaokreti, uobičajeno 0,02-0,03 radijana. Karakteristična veličina je 150 x 150 mm . Dužina ( ili širina ) podloge mora biti 5 puta njene debljine, koja ne smije biti manja od 6 mm za stropne jedinice i 10 mm za grede i rogove.

46. Ležajno postolje može se proizvesti od tvrde prirodne gume, sintetičke gume, kao neopren (ponekad se naziva kloropren), olova, čelika ili filca. Spregnute sendvič podloge armirane tankom čeličnom pločom ili proizvoljno orijentiranim vlaknima uspješno se koriste u nekim situacijama veće opterećenosti. Tvrdoća gume i odtuda njezina sposobnost za bočnu deformaciju pod normalnim naprezanjima, data je mjerenjem Potpornja A između 40 i 70. Granična tlačna čvrstoča za gume je uzeta kao 7-10 N/mm2, iako neki materijali podnose veće naprezanje – kada su dostupni podaci proizvodnog testiranja. Naprezanja od stalnog opterećenja vlastitom težinom ne smiju prekoračiti 3,5 N/mm2. Tlačna granica deformacija uzeta je kao 0.15. Youngov modul elastičnosti nije naveden jer su ti materijali nelinearni pri naprezanju većem od 1 N/mm2. Projektni proračun izvodi se pri korisnom opterećenju. Za granična stanja ne postoje podaci. Najvažnije karakteristike ponašanja prikazane su na slici 8.13. Sposobnost ležajnih postolja da se ponašaju zadovljavajuće ovisi o njihovoj mogučnosti horizontalnog i poprečnog deformiranja. Bočno širenje spriječeno je u 2 smjera: (1) ili sučeljnim trenjem ili (2) unutarnjom vlačnom armaturom, kao što je na slici 8.13b. Ograničenje trenjem ovisi o opterećenoj površini, koje je dano 'faktorom oblika' S. Ako je ležajno postolje beskonačno dugo i dimenzija kontakta je b1, faktor oblika je jednak S = b1/t, gdje je tstvarna debljina TLAČNE VEZE

47. TLAČNE VEZE Veza deformacija i naprezanja za ležajno postolje različite tvrdoće

48. TLAČNE VEZE Kombinirano stlačivanje i savijanje rješava se superpozicijom osnog naprezanja i naprezanja savijanjem, kako je prikazano na slici.Ekscentritet pri opterećenju, e = M/N, ne smije prekoračiti 1/6 širine ležajnog postolja (= srednjoj trećini mjere). Površina poprečnog presjeka su izračunati sa efektivnim dimenzijama oslanjanja b1 i bp. Ipak je prilično rijetka upotreba stlačenih ležajnih postolja gdje postoje momenti savijanja, jer u pravilu cijela svrha krutosti veze je preuzimanje momenata otpora u spoju. Vjerojatnija situacija je prisutstvo zaokreta. Gdje su poznati zaokret  imamo deformaciju t = 0.5bl (pozitivna vrijednost na početku ruba i negativna na kraju brida postolja). PCI Priručnik ograničuje rotaciju nearmiranog i neravnomjernih vlakana elstomera na 0.3t/b Ponašanje elastomernog ležajnogpostolja

49. TLAČNE VEZE PRIMJER

50. TLAČNE VEZE