Upload
others
View
14
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO
Matej Ferlinc
UPORABA PROGRAMA DLUBAL RSTAB ZA
PROJEKTIRANJE SOVPREŽNIH NOSILCEV
Diplomsko delo
Maribor, september 2011
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev I
Diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa
UPORABA PROGRAMA DLUBAL RSTAB ZA PROJEKTIRANJE SOVPREŽNIH
NOSILCEV
Študent: Matej Ferlinc
Študijski program: Univerzitetni, gradbeništvo
Smer: Konstrukcijska
Mentor: doc. dr. Milan Kuhta, univ. dipl. inţ. grad.
Somentor: doc. dr. Simon Šilih, univ. dipl. gosp. inţ.
Lektorica: prof. Aleksandra Godec
Maribor, september 2011
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev II
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev III
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Milanu Kuhti za
pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela.
Prav tako se zahvaljujem somentorju doc. dr. Simonu
Šilihu za uporabne nasvete in pomoč pri diplomskem
delu.
Posebna zahvala velja staršem in vsem bliţnjim, ki so
mi omogočili študij, me spodbujali in mi bili vselej v
oporo.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev IV
UPORABA PROGRAMA DLUBAL RSTAB ZA PROJEKTIRANJE
SOVPREŽNIH NOSILCEV
Ključne besede: gradbeništvo, projektiranje, sovpreţne konstrukcije, sovpreţni nosilec,
sovpreţni nosilec s profilirano pločevino, Dlubal Rstab
UDK: 624.072.2.437:004.4(043.2)
Povzetek
Predmet diplomskega dela je seznanitev s sovprežnimi konstrukcijami. V prvih poglavjih
bomo predstavili splošne značilnosti sovprežnih konstrukcij, ki so v današnjem svetu vedno
bolj popularne, in primere le-teh po svetu ter v Sloveniji. Na kratko bomo tudi predstavili
slovenski predpis SIST EN 1994-1-1, ki je namenjen projektiranju sovprežnih konstrukcij.
Kasneje pa se bomo seznanili s programom Dlubal Rstab in modulom Verbund, ki se
uporablja za projektiranje sovprežnih nosilcev. S pomočjo njega bomo izvedli kontrolo
analize sovprežnega nosilca, ki je podan v Priročniku za projektiranje sovprežnih konstrukcij
iz jekla in betona [1], ter projektirali sovprežni nosilec s profilirano pločevino.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev V
DESIGN OF COMPOSITE BEAMS USING DLUBAL RSTAB
SOFTWARE
Key words: civil engineering, design, composite structures, composite beam, composite
beam with profiled steel, Dlubal Rstab
UDK: 624.072.2.437:004.4(043.2)
Abstract
The main topic of my diploma is composite structures. The composite structures are very
popular nowadays. In the first few chapters we will present them by showing some examples
from Slovenia and all over the world. We will also make a short summary of the Slovenian
regulations SIST EN 1994-1-1, which we are using to design composite structures. Next we
will meet with Dlubal Rstab software and its module Verbund, which is used for designing the
composite beams. With the module Verbund we will make a control of the design of the
composite beam designed in the Slovenian guide “Priročnik za projektiranje sovprežnih
konstrukcij iz jekla in betona” [1]. At the end we will design a composite beam with profiled
steel.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev VI
KAZALO
1 UVOD ................................................................................................................................ 1
1.1 SPLOŠNO O PODROČJU DIPLOMSKEGA DELA ................................................................ 1
1.2 NAMEN DIPLOMSKEGA DELA ....................................................................................... 1
1.3 STRUKTURA DIPLOMSKEGA DELA ................................................................................ 1
2 SOVPREŽNE KONSTRUKCIJE .................................................................................. 3
2.1 UVOD .......................................................................................................................... 3
2.1.1 Sovprežni sistemi .................................................................................................... 4
2.1.2 Prednosti in slabosti sovprežnih konstrukcij .......................................................... 6
2.1.3 Vezna sredstva ........................................................................................................ 6
2.2 SOVPREŢNE KONSTRUKCIJE PO SVETU ......................................................................... 7
2.3 SOVPREŢNE KONSTRUKCIJE V SLOVENIJI ................................................................... 11
2.4 MOST ČEZ SAVO V BEOGRADU .................................................................................. 14
3 STANDARD ZA PROJEKTIRANJE SIST EN 1994-1-1 .......................................... 16
3.1 UVOD ........................................................................................................................ 16
3.2 OSNOVE PROJEKTIRANJA SOVPREŢNIH KONSTRUKCIJ ................................................ 17
3.3 MEJNO STANJE NOSILNOSTI ....................................................................................... 18
3.3.1 Plastična upogibna nosilnost ............................................................................... 18
3.3.2 Plastična upogibna nosilnost z delno strižno povezavo ....................................... 19
3.3.3 Elastična upogibna nosilnost ............................................................................... 20
3.3.4 Nosilnost na vertikalni strig ................................................................................. 23
3.3.5 Upogib in vertikalni strig ..................................................................................... 23
3.3.6 Bočna zvrnitev sovprežnih nosilcev ...................................................................... 24
3.3.7 Vzdolžni strig ........................................................................................................ 24
3.3.8 Projektna nosilnost čepov .................................................................................... 26
3.4 MEJNO STANJE UPORABNOSTI ................................................................................... 27
4 PROGRAM DLUBAL RSTAB ..................................................................................... 29
4.1 O PROGRAMSKI OPREMI DLUBAL .............................................................................. 29
4.2 MODUL VERBUND ..................................................................................................... 30
5 SOVPREŽNI NOSILEC................................................................................................ 34
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev VII
5.1 PRIMER IZ PRIROČNIKA ZA PROJEKTIRANJE ............................................................... 34
5.1.1 Geometrija nosilca ............................................................................................... 34
5.1.2 Lastnosti materialov ............................................................................................. 35
5.1.3 Obtežbe ................................................................................................................. 36
5.1.4 Mejno stanje nosilnosti ......................................................................................... 37
5.1.5 Mejno stanje uporabnosti ..................................................................................... 42
5.2 ANALIZA S POMOČJO MODULA VERBUND .................................................................. 43
5.2.1 Mejno stanje nosilnosti ......................................................................................... 44
5.2.2 Mejno stanje uporabnosti ..................................................................................... 58
5.3 PRIMERJAVA REZULTATOV ........................................................................................ 61
5.3.1 Mejno stanje nosilnosti ......................................................................................... 61
5.3.2 Mejno stanje uporabnosti ..................................................................................... 65
6 SOVPREŽNI NOSILEC S PROFILIRANO PLOČEVINO ...................................... 66
6.1 GEOMETRIJA NOSILCA ............................................................................................... 66
6.2 LASTNOSTI MATERIALOV .......................................................................................... 67
6.3 OBTEŢBE ................................................................................................................... 68
6.4 MEJNO STANJE NOSILNOSTI ....................................................................................... 69
6.4.1 Notranje statične količine ..................................................................................... 69
6.4.2 Kontrola prerezov ................................................................................................ 72
6.4.3 Vzdolžni strig – kontrola čepov ............................................................................ 75
6.4.4 Vzdolžni strig – kontrola betonske pasnice .......................................................... 76
6.5 MEJNO STANJE UPORABNOSTI ................................................................................... 77
6.5.1 Kontrola pomikov ................................................................................................. 77
6.5.2 Kontrola razpok .................................................................................................... 77
6.6 PRIMERJAVA S SOVPREŢNIM NOSILCEM BREZ PLOČEVINE .......................................... 78
7 SKLEP ............................................................................................................................. 80
8 VIRI IN LITERATURA ................................................................................................ 81
9 PRILOGE ....................................................................................................................... 83
9.1 IZPIS IZ PROGRAMA DLUBAL RSTAB VERBUND ......................................................... 83
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev VIII
UPORABLJENI SIMBOLI
- površina prečnega prereza konstrukcijskega jekla
- površina prečnega prereza betona
- površina natezne cone tik pred razpokanjem
- površina prečnega prereza armature
- površina prečnega prereza sovpreţnega nosilca
- striţna površina dela prereza iz konstrukcijskega jekla
- modul elastičnosti konstrukcijskega jekla
- modul elastičnosti betona
- projektna natezna sila na čep
- vztrajnostni moment površine prereza konstrukcijskega jekla
- vztrajnostni moment površine nerazpokanega betonskega prereza
- vztrajnostni moment površine sodelujočega sovpreţnega prereza
- projektna upogibna nosilnost bočne zvrnitve
- elastični kritični moment bočne zvrnitve, določen za notranjo
podporo merodajnega razpona, kjer je negativni moment največji
- projektna vrednost plastične upogibne nosilnosti sovpreţnega
prereza pri polni striţni povezavi
- projektna vrednost plastične upogibne nosilnosti jeklenega dela
prereza iz konstrukcijskega jekla
- projektna vrednost upogibne nosilnosti sovpreţnega prereza
- upogibna nosilnost sovpreţnega prereza ob uporabi karakterističnih
materialnih vrednosti
- projektna vrednost tlačne osne sile v betonski pasnici
- projektna vrednost tlačne osne sile v betonski pasnici pri polni
striţni povezavi
- projektna vrednost striţne nosilnosti enega striţnega veznega
sredstva
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev IX
- statični moment sodelujočega dela betonske pasnice glede na teţišče
sovpreţnega prereza
- vzdolţna striţna sila
- projektna vrednost tlačne sile, ki deluje na sovpreţni prerez
- projektna vrednost plastične striţne nosilnosti sovpreţnega prereza
pri navpičnem strigu
- razdalja teţišča konstrukcijskega jekla od teţišča sovpreţnega
sistema
- razdalja teţišča betonskega dela od teţišča sovpreţnega sistema
- razdalja armature od teţišča sovpreţnega sistema
- skupna sodelujoča širina
- premer stebra čepa (16 mm ≤ d ≤ 25 mm)
- karakteristična vrednost tlačne trdnosti betona po 28 dneh za valjasti
preizkušanec
- karakteristična vrednost napetosti tečenja armaturnega jekla
- nazivna natezna trdnost
- nominalna vrednost napetosti tečenja konstrukcijskega jekla
- debelina betonske pasnice, brez upoštevanja reber in vut
- skupna nazivna višina čepa
- razmerje elastičnih modulov
- vertikalna razdalja med teţiščem nerazpokane betonske pasnice in
nerazpokanega sovpreţnega prereza
- delni faktor za beton
- delni faktor za konstrukcijsko jeklo, ki velja za nosilnost prečnih
prerezov
- delni faktor za armaturno jeklo
- delni faktor za projektno striţno nosilnost čepa z glavo (= 1,25)
- relativna vitkost
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev X
- dovoljena napetost v armaturi takoj po razpokanju
- redukcijski faktor bočne zvrnitve odvisen od relativne vitkosti
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev XI
UPORABLJENE KRATICE
AB - Armiranobetonska
MSN - Mejno stanje nosilnosti
MSU - Mejno stanje uporabnosti
NSK - Notranje statične količine
WTC - World trade center
ZDA - Zdruţene drţave Amerike
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 1
1 UVOD
1.1 Splošno o področju diplomskega dela
Sovpreţne konstrukcije imajo v današnjem svetu vedno večjo vlogo. Sestavljene so iz dveh
različnih materialov, kar prinaša veliko prednosti, saj vsak material izkorišča svoje dobre
lastnosti. Srečamo jih tako v mostogradnji kot tudi v visokogradnji.
1.2 Namen diplomskega dela
Namen diplomskega dela je seznaniti se s sovpreţnimi konstrukcijami in tudi z
dimenzioniranjem le-teh po slovenskih predpisih SIST EN 1994-1-1. Nato bomo pridobljeno
znanje uporabili pri projektiranju oz. kontroli analize sovpreţnih nosilcev s pomočjo
programa Rstab in modula Verbund. S tem programom se bomo na novo seznanili, saj ta
program v Sloveniji ni zelo razširjen, z njegovo pomočjo bomo izvedli kontrolo analize
kontinuiranega sovpreţnega nosilca in sovpreţnega nosilca s profilirano pločevino.
1.3 Struktura diplomskega dela
Diplomsko delo je sestavljeno iz devetih poglavij. V drugem poglavju diplomskega dela bodo
opisane tako splošne značilnosti sovpreţnih konstrukcij kot tudi primeri le-teh po svetu in v
Sloveniji. V tretjem poglavju bo predstavljen kratek povzetek slovenskega predpisa SIST EN
1994-1-1, ki je namenjen projektiranju sovpreţnih konstrukcij. Nato bomo v četrtem poglavju
opisali in predstavili program Dlubal Rstab in njegov modul Verbund. Peto poglavje bo
sestavljeno iz več delov. V prvem delu bo podana kratka analiza sovpreţnega nosilca, ki je
dimenzioniran v Priročniku za projektiranje sovpreţnih konstrukcij iz jekla in betona [1] ter
ga bomo uporabili v nadaljevanju. Kasneje bomo s pomočjo modula Verbund izvedli kontrolo
analize tega primera in primerjali rezultate dobljene s programom Rstab, z rezultati iz
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 2
Priročnika za projektiranje sovpreţnih konstrukcij iz jekla in betona [1]. V šestem poglavju
bomo s pomočjo modula Verbund ponovno projektirali sovpreţni nosilec iz petega poglavja,
vendar bomo tukaj sovpreţnemu nosilcu dodali profilirano pločevino na spodnji strani
betonske plošče.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 3
2 SOVPREŽNE KONSTRUKCIJE
2.1 Uvod
Sovpreţne konstrukcije so konstrukcije, sestavljene iz dveh ali več materialov. Kombiniramo
lahko različne materiale:
jeklo – jeklo,
beton – beton,
les – les,
jeklo – les,
jeklo – beton.
Značilno za njih je sovpreţno delovanje materialov kot enoten prečni prerez. To doseţemo, če
te elemente medsebojno poveţemo tako, da na kontaktni površini med njimi ne pride do
relativnega pomika.
Slika 2.1: Nesovpreţna in sovpreţna konstrukcija [1]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 4
2.1.1 Sovpreţni sistemi
Pojem sovpreţne konstrukcije danes najpogosteje pomeni konstrukcijo, sestavljeno iz betona
in jekla. Sovpreţni sistem lahko uporabimo za različne konstrukcijske elemente, kot so npr.:
sovpreţne plošče,
sovpreţni nosilci,
sovpreţni stebri.
Sovprežna plošča je plošča sestavljena iz profilirane jeklene pločevine, ki sluţi tudi kot opaţ
plošče, in armiranobetonske plošče. Profilirana pločevina pa prevzema tudi vlogo "pozitivne"
armature v plošči. Trajno sovpreţnost med betonom in profilirano pločevino doseţemo na
naslednje načine:
s pomočjo sprijemanja med betonom in pločevino (primerno samo za obteţbe nizke
intenzitete in do pojava prvih razpok),
s pomočjo trenja (preko vdolbin in izboklin na rebrih pločevine),
s pomočjo sidranja na koncih pločevine.
Slika 2.2: Tipi sovpreţnih plošč [1]
Sovprežni nosilci so sestavljeni iz jeklenega nosilca in armiranobetonske plošče. Pri tem
jekleni nosilec prenaša natege v natezni coni, armiranobetonska plošča pa tlake v tlačni coni.
Jekleni nosilec je lahko polnostenski I profil ali palični. Betonska plošča pa je lahko montaţna
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 5
ali lita na mestu. Sovpreţnost med jeklenim nosilcem in betonsko ploščo doseţemo s pomočjo
veznih sredstev.
Slika 2.3: Tipi sovpreţnih nosilcev [1]
Sovprežni stebri so sestavljeni iz zaprtih jeklenih profilov, zapolnjenih z betonom, ali iz
odprtih jeklenih I profilov, ki so obloţeni z betonom ter ojačani z armaturo. Takšne
konstrukcije lahko prenesejo zelo velike vertikalne obteţbe in precej večje striţne sile ter so
zelo primerne za potresna območja. Sovpreţni stebri imajo tudi večjo poţarno odpornost kot
klasični jekleni stebri.
Slika 2.4: Tipi sovpreţnih stebrov [1]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 6
2.1.2 Prednosti in slabosti sovpreţnih konstrukcij
Prednosti uporabe sovpreţnih konstrukcij se nahajajo v številnih ugodnih lastnostih njihovih
elementov. V primeru sovpreţnih stropov, sestavljenih s profilirano jekleno pločevino, sluţi
jekleni del kot opaţ betonskemu delu (pospeši gradnjo), kot delovni oder, armatura … Prav
tako so sovpreţne plošče striţno odporne, kar doseţemo z mozniki privarjenimi na zgornjo
stran jeklenega nosilca. Slabost sovpreţnih plošč pa se kaţe v majhni poţarni odpornosti, ki jo
moramo zagotoviti z dodatnimi ukrepi, kot so npr. različni poţarno odporni premazi.
Pri uporabi sovpreţnih nosilcev se najbolje izkoristijo dobre lastnosti obeh uporabljenih
materialov. V primeru uporabe sovpreţne konstrukcije se zmanjša tako poraba materiala kot
potrebna višina nosilca v primerjavi z nesovpreţnimi konstrukcijami. Tako se količina
uporabljenega jekla zmanjša tudi do 40 %, prav tako pa se zmanjša tudi skupna teţa objekta.
Pri sovpreţnih stebrih lahko doseţemo pomembno vitkost tudi pri zelo velikih vertikalnih
silah, kar zagotavlja ugodno razmerje med konstrukcijsko in koristno površino. Prav tako
imajo sovpreţni stebri visoko poţarno odpornost.
2.1.3 Vezna sredstva
Vezna sredstva prevzemajo striţne sile, ki nastanejo na stiku betona in jeklenega elementa in
tako zagotavljajo sovpreţno delovanje.
Kot vezna sredstva med armirano betonsko ploščo in jeklenim nosilcem lahko uporabimo več
različnih veznih sredstev. Ta so:
valjčni mozniki (čepi),
sidra,
togi mozniki in
visoko vredni vijaki.
Pri sovpreţnih konstrukcijah lahko zanemarimo trenje, ki se pojavi na stiku med betonskim in
jeklenim delom sovpreţnega nosilca.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 7
Slika 2.5: Valjčni moznik - čepi [7]
Trenja pa nikakor ne smemo zanemariti pri sovpreţnih konstrukcijah, kjer imamo betonsko
ploščo in profilirano jekleno pločevino. Zraven trenja doseţemo sovpreţnost tudi s pomočjo
elastičnih moznikov – čepov, z varjeno mreţasto armaturo in drugimi sredstvi.
2.2 Sovprežne konstrukcije po svetu
Prvič so se v gradbeništvu sovpreţne konstrukcije uporabile kot kombinacija jeklenega
nosilca zalitega z betonom, ki je sluţil kot protipoţarna zaščita. Tak način so začeli
uporabljati konec 19. stoletja v ZDA in konstrukterji so hitro ugotovili, da pride med betonom
in jeklom do povezave zaradi adhezije. Tako ima konstrukcija zaradi povezave večjo
nosilnost.
Prva priporočila za dimenzioniranje sovpreţnih konstrukcij so napisali v začetku 20. stoletja,
po raziskavah sovpreţnih nosilcev in stebrov.
Razvoj sovpreţnih nosilcev, ki so bili sestavljeni iz betonske plošče in jeklenega profila,
sovpreţnih stebrov in plošč se je nezadrţno širil. Po letu 1960 so začeli uporabljati profilirano
pločevino, ki je sprva bila le opaţ betonske plošče. Vendar pa so hitro ugotovili, da profilirana
pločevina prevzame tudi vlogo upogibne armature. Prav tako so s pomočjo pločevine
pospešili gradnjo in celo zmanjšali teţo konstrukcije, saj so potrebovali manjše debeline
betonskih plošč.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 8
Slika 2.6: Gradnja Twin Tower-ja [12]
Primeri sovpreţnih konstrukcij po svetu v visokogradnji:
Empire State Building (New York, Zdruţene drţave Amerike),
Twin Towers – WTC (New York, Zdruţene drţave Amerike),
Sears Tower (Chicago, Zdruţene drţave Amerike),
Taipei 101 (Taipei, Tajvan).
Slika 2.7: Taipei 101 (Tajvan) [13]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 9
Danes spadajo sovpreţne konstrukcije v mnogih drţavah med najpopularnejše vrste gradbenih
konstrukcij. Prisotne so tako v visokogradnji kot mostogradnji. Praktično so nepogrešljive pri
gradnji več sto metrov visokih nebotičnikov zaradi njihovih prednosti, kot so npr. hitrost
gradnje, ekonomičnost in relativno majhna teţa.
Slika 2.8: Primerjava sovpreţnih konstrukcij v visokogradnji [14]
V mostogradnji srečamo veliko sovpreţnih konstrukcij različnih razponov in oblik. Jekleni
deli sovpreţnih mostov so večinoma škatlasti ali I nosilci, medtem ko so plošče armirano-
betonske.
Slika 2.9: Primer jeklenega I nosilca pri sovpreţnem mostu [7]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 10
Slika 2.10: Jekleni I nosilci s privarjenimi čepi [7]
Sovpreţne mostove lahko danes najdemo po vsem svetu, saj so sovpreţne konstrukcije
postale pravi trend v mostogradnji. Nekaj primerov sovpreţni mostov:
Viadukt Verrières (Francija),
Most Mike O'Callaghan – Pat Tillman Memorial (ZDA) – prvi sovpreţni ločni most v
Zdruţenih drţavah Amerike,
Most Schleusetal (Nemčija),
Most Albrechtsgraben (Nemčija),
Most Auenbach (Avstrija) …
Slika 2.11: Viadukt Verrières v Franciji [18]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 11
Slika 2.12: Most Mike O'Callaghan – Pat Tillman Memorial v ZDA [19]
2.3 Sovprežne konstrukcije v Sloveniji
V Sloveniji so se sovpreţne konstrukcije v mostogradnji pojavile relativno hitro po II.
svetovni vojni. Med leti 1960 in 1980 je bilo projektiranih in izvedenih nekaj zelo naprednih
sovpreţnih mostov iz jekla in betona:
most Trojane (1960),
2 ţelezniška podvoza v Ljubljani (1962),
viadukt Lešnica (1966),
viadukt Peračica (1966),
ţelezniški most preko Pake v Šoštanju (1970),
most preko Drave–Ruta (1970),
most preko Save v Kranju (1980).
V obdobju, ki je sledilo pa so na slovenskem prostoru v mostogradnji prevladovale betonske
konstrukcije, ki so popolnoma izpodrinile sovpreţne konstrukcije iz projektantske in
izvajalske prakse. Razloge za to lahko najdemo v cenovno konkurenčnih montaţnih betonskih
gradnjah, prevladi betonskih podjetij zaradi specifike trga in razpadu kovinarske industrije ob
razpadu jugoslovanskega trga. V tem času lahko omenimo le most za pešce in kolesarje preko
Drave na Ptuju, ki je bil zgrajen leta 1997.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 12
Slika 2.13: Most za pešce in kolesarje na Ptuju [15]
Za vrnitev sovpreţnih konstrukcij pa lahko označimo leto 2008. Tega leta je bil namreč
zgrajen prvi nadvoz na avtocestnem programu in sicer gre za nadvoz 4–6 na razcepu Slivnica.
Nadvoz je sovpreţna konstrukcija iz jekla in betona, ki ga je projektiralo podjetje Ponting,
izvedlo pa podjetje Gradis.
Slika 2.14: Montaţa jeklenih nosilcev na nadvoz 4–6 na razcepu Slivnica [6]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 13
Slika 2.15: Nadvoz 4–6 na razcepu Slivnica [6]
Temu nadvozu je sledila rekonstrukcija viadukta Lešnica, ki je bil zgrajen leta 1966.
Obstoječa zgornja konstrukcija je bila zamenjana s sovpreţno konstrukcijo.
Slika 2.16: Rekonstrukcija viadukta Lešnica [6]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 14
2.4 Most čez Savo v Beogradu
Kot poseben primer sovpreţne konstrukcije dodajamo Most čez reko Savo v Beogradu, saj
gre za največji viseči most v Evropi in je nastal na osnovi slovenske idejne zasnove. Prav tako
pa sodelujejo slovenska podjetja tudi pri detajlnem načrtovanju in sami izgradnji mostu.
Most čez reko Savo v Beogradu je del bodoče beograjske obvoznice in povezuje Novi
Beograd z Radničko ulico na desnem bregu Save. Most je dolg 964 m in širok 45 m ter se na
obeh straneh nadaljuje s priključnimi viadukti. Na mostu je 6 voznih pasov, 2 tira za metro,
pločnika in kolesarski stezi.
Idejni projekt mostu je izdelalo slovensko podjetje PONTING inţenirski biro d. o. o, ki ima
sedeţ v Mariboru, medtem ko je dejanski projekt mostu izdelalo podjetje LAP s sedeţem v
Nemčiji. Izvajalci mostu so:
PORR (Avstrija) – glavni razpon in zadnji razpon, pilon …,
DSD (Nemčija) – glavni razpon – jeklena konstrukcija in vrh pilona …,
SCT d. d. (Slovenija) – stranski razpon, več stebrov in zaključna dela.
Slika 2.17: Idejna zasnova mostu [20]
Most prečka tri vodna področja v dolţini enega kilometra. Glavna razpona, ki premeščata
reko Savo in Čukarički zaliv, sta dolga 376 m in 200 m. Premoščena sta s poševnimi kabli,
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 15
obešenimi na pilon. Preostali razponi dolţin od 70 do 108 m pa so premoščeni z
neprekinjenim nosilcem.
Voziščna greda je sovpreţna konstrukcija, ki je sestavljena iz jeklene škatle kvalitete S355 in
betonske voziščne plošče visoke trdnosti in debeline 25 cm. Posamezni jekleni element je
visok 4,5 m, dolg 16 m in teţak 320 do 340 ton. Vsak jekleni element je pripeljan na splavu
pod objekt, dvignjen z dvigali na objekt in zavarjen na prejšnji segment.
Slika 2.18: Dvig jeklenega segmenta na objekt [20]
Na jekleni konstrukciji se postopoma gradi tudi tlačna voziščna plošča debeline 25 do 27 cm
iz betona trdnosti C 45/55 in C 50/60. V bliţini pilona imamo zaradi velikih tlakov dvojno
sovpreganje. Mostu je dodana spodnja sovpreţna AB plošča, ki se nadaljuje tudi skozi celotni
zadnji razpon, zaradi uravnoteţitve stalne obteţbe. Betonske plošče so sovpreţene s pomočjo
striţnih trnov z glavami (tip Nelson).
Posebna značilnost mostu je 200 m visok pilon, ki ima obliko igle. Na pilon so s pomočjo 40
poševnih zateg pritrjeni jekleni deli, tako da pilon nosi glavni razpon in zadnji asimetrični
razpon dolţine 200 m.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 16
3 STANDARD ZA PROJEKTIRANJE SIST EN 1994-1-1
3.1 Uvod
Slovenski standard SIST EN 1994 je namenjen projektiranju sovpreţnih konstrukcij
elementov stavb in inţenirskih objektov. Obravnava zahteve za nosilnost, uporabnost, trajnost
in poţarno nosilnost sovpreţnih konstrukcij. Razdeljen je na tri dele:
SIST EN 1994-1-1: Splošna pravila in pravila za stavbe [2],
SIST EN 1994-1-2: Projektiranje poţarno odpornih stavb,
SIST EN 1994-2: Mostovi.
SIST EN 1994-1-1 se ukvarja z vidiki projektiranja glavnih tipov sovpreţnih konstrukcij, ki
so skupne tako za stavbe kot mostove. Pravila za projektiranje v tem delu obsegajo podobne
sovpreţne konstrukcije kot so:
nosilci, pri katerih jekleni del deluje sovpreţno z betonom,
sovpreţne plošče, ki imajo profilirano jekleno ploščo,
sovpreţni stebri, zapolnjeni ali obliti z betonom,
spoje med sovpreţnimi nosilci in jeklenimi ali sovpreţnimi stebri.
SIST EN 1994-1-2 obravnava poţarno odporno projektiranje in v njem so podane preglednice
za določevanje dimenzij poţarno odpornih prerezov in elementov. Tako lahko v njem
najdemo preglednice za:
sovpreţne nosilce z delno obbetoniranimi jeklenimi nosilci,
obbetonirane sovpreţne nosilce,
delno obbetonirane sovpreţne stebre in
sovpreţne stebre iz votlih profilov, napolnjenih z betonom.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 17
V njem še najdemo poenostavljeno računsko metodo, ki se lahko uporabi za:
sovpreţne stropove s profilirano pločevino,
sovpreţne nosilce,
sovpreţne nosilce z delno obbetoniranimi jeklenimi nosilci in
sovpreţne stebre.
V SIST EN 1994-2 pa so obravnavane vse posebnosti projektiranja sovpreţnih mostov, ki se
nanašajo na:
globalno analizo, ki je pri mostovih omejena na elastično analizo, pri čemer je
potrebno upoštevati vpliv striţne podajnosti betonskih pasnic, krčenje in lezenje
betona, razpokanost betona, postopnost gradnje …
nosilnost prerezov, za katere je dovoljena izraba plastične nosilnosti,
utrujanje,
podrobno določena mejna stanja uporabnosti,
sovpreţne mostove s predizdelanimi betonskimi ploščami.
3.2 Osnove projektiranja sovprežnih konstrukcij
Pri projektiranju sovpreţnih konstrukcij je potrebno upoštevati naslednja pravila:
projektiranje se izvaja po metodi mejnih stanj v povezavi z metodo delnih faktorjev v
skladu s SIST EN 1990,
vplive se določi v skladu s SIST EN 1991,
kombinacije vplivov se upošteva v skladu s SIST EN 1990,
nosilnost, trajnost in uporabnost se določi v skladu s SIST EN 1994-1-1, SIST EN
1994-1-2 in SIST EN 1994-2,
pri projektiranju je načeloma potrebno upoštevati vplive postopnosti gradnje, vplive
krčenja in lezenja betona ter vplive temperature.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 18
3.3 Mejno stanje nosilnosti
Vse sovpreţne nosilce v stavbah je potrebno preveriti glede na:
Nosilnost kritičnih prečnih prerezov tj. upogib in vertikalni strig. Kritični prerezi pri
sovpreţnih nosilcih so prerezi na mestu, kjer imamo največji upogibni moment,
prerezi ob podporah in prerezi, kjer delujejo koncentrirane sile in reakcije.
Nosilnost napram bočni zvrnitvi.
Nosilnost glede vnosa koncentriranih sil v stojino.
Nosilnost na vzdolţni strig, tj. striţna sredstva in betonska pasnica.
3.3.1 Plastična upogibna nosilnost
Kadar računamo plastično upogibno nosilnost moramo upoštevati naslednje
predpostavke:
med konstrukcijskim jeklom, armaturo in betonom je polna interakcija,
sodelujoča površina jekla je obremenjena do projektne napetosti tečenja v tlaku ali
nategu,
sodelujoča površina vzdolţne armature v tlaku in v nategu je obremenjena do
projektne napetosti tečenja ,
sodelujoči prerez betona je v tlačnem delu obremenjen z napetostjo 0,85 ,
prispevek betona v natezni coni lahko zanemarimo.
Pozitivni moment:
Slika 3.1: Predpostavka prerazporeditve napetosti po prerezu pri pozitivnem upogibnem momentu [1]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 19
Negativni moment:
Slika 3.2: Predpostavka prerazporeditve napetosti po prerezu pri negativnem upogibnem momentu [1]
3.3.2 Plastična upogibna nosilnost z delno striţno povezavo
Upogibno nosilnost kritičnega prereza lahko izračunamo na podlagi plastične metode,
tudi ko uporabljamo duktilna striţna vezna sredstva. Pri tem pa moramo upoštevati reducirano
tlačno silo v betonski pasnici namesto projektne vrednosti tlačne osne sile v betonski
pasnici pri polni striţni povezavi . Stopnjo striţne povezave izraţa razmerje η.
Slika 3.3: Zveza med MRd in Nc pri delni striţni povezavi [1]
Vrednost MRd določimo ob uporabi linearne aproksimacije prikazane na sliki:
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 20
Pri tem je:
– projektna vrednost upogibne nosilnosti sovpreţnega prereza,
– projektna vrednost plastične upogibne nosilnosti jeklenega dela prereza iz
konstrukcijskega jekla,
– projektna vrednost plastične upogibne nosilnosti sovpreţnega prereza pri
polni striţni povezavi,
– projektna vrednost tlačne osne sile v betonski pasnici,
– projektna vrednost tlačne osne sile v betonski pasnici pri polni striţni povezavi.
3.3.3 Elastična upogibna nosilnost
Pri izračunu elastične upogibne nosilnosti moramo upoštevati naslednje omejitve napetosti:
pri betonu v tlaku,
pri konstrukcijskem jeklu v nategu ali v tlaku,
pri armaturi v nategu ali v tlaku. V tlaku lahko zanemarimo vpliv
armature.
Pri tem je:
– karakteristična vrednost tlačne trdnosti betona po 28 dneh za valjast
preizkušanec,
– karakteristična vrednost napetosti tečenja armaturnega jekla,
– delni faktor za beton,
– delni faktor za konstrukcijsko jeklo, ki velja za nosilnost prečnih prerezov,
– delni faktor za armaturno jeklo.
Geometrijske prereze je pri elastični analizi mogoče izračunati na več načinov. Eden
izmed načinov za področje pozitivnih momentov je izračun s pomočjo nerazpokanega
prereza brez armature:
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 21
Slika 3.4: Nerazpokan prerez brez armature [1]
,
Pri tem je:
– razmerje elastičnih modulov,
– modul elastičnosti konstrukcijskega jekla,
– modul elastičnosti betona,
– površina prečnega prereza sovpreţnega nosilca,
– površina prečnega prereza konstrukcijskega jekla,
– površina prečnega prereza betona,
– vztrajnostni moment površine sodelujočega sovpreţnega prereza,
– vztrajnostni moment površine prereza konstrukcijskega jekla,
– razdalja teţišča konstrukcijskega jekla od teţišča sovpreţnega sistema,
– vztrajnostni moment površine nerazpokanega betonskega prereza,
– razdalja teţišča betonskega dela od teţišča sovpreţnega sistema.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 22
Za področje negativnih momentov nad podporo pa bomo izračunali geometrijske prereze s
pomočjo razpokanega prereza z armaturo:
Slika 3.5: Razpokan prerez z armaturo [1]
Pri tem je:
– površina prečnega prereza sovpreţnega nosilca,
– površina prečnega prereza konstrukcijskega jekla,
– površina armature,
– vztrajnostni moment površine sodelujočega sovpreţnega prereza,
– vztrajnostni moment površine prereza konstrukcijskega jekla,
– razdalja teţišča konstrukcijskega jekla od teţišča sovpreţnega sistema,
– razdalja armature od teţišča sovpreţnega sistema.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 23
3.3.4 Nosilnost na vertikalni strig
Kadar preverjamo nosilnost sovpreţnega nosilca na vertikalni strig , lahko upoštevamo
kar nosilnost jeklenega prereza iz konstrukcijskega jekla, ki se določi v skladu s SIST EN
1993-1-1, 6.2.6:
Pri tem je:
– površina striţnega prereza,
– nominalna vrednost napetosti tečenja konstrukcijskega jekla,
– delni faktor za konstrukcijsko jeklo.
3.3.5 Upogib in vertikalni strig
Kadar vertikalna striţna sila presega polovico striţne nosilnosti , je potrebno
reducirati trdnost jekla na področju striţne površine, kot je prikazano na sliki.
Slika 3.6: Plastična razporeditev napetosti, modificirana zaradi vpliva vertikalnega striga [1]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 24
3.3.6 Bočna zvrnitev sovpreţnih nosilcev
Za jekleno pasnico, ki je s striţnimi veznimi sredstvi pritrjena na betonsko ali sovpreţno
ploščo, lahko predpostavimo, da je bočno podprta. Vse ostale tlačene jeklene pasnice, kot je
na primer spodnji pas jeklenega nosilca v območju negativnih momentov, pa moramo
preveriti glede bočne stabilnosti.
Kadar pa je kontinuiran sovpreţni nosilec bočno nepodprt, pa moramo določiti projektno
upogibno nosilnost bočne zvrnitve po naslednjih enačbah:
Pri tem je:
– upogibna nosilnost sovpreţnega prereza ob uporabi karakterističnih
materialnih vrednosti,
– elastični kritični moment bočne zvrnitve, določen za notranjo podporo
merodajnega razpona, kjer je negativni moment največji,
– relativna vitkost,
– redukcijski faktor bočne zvrnitve odvisen od relativne vitkosti,
– projektna negativna upogibna nosilnost nad merodajno notranjo podporo (ali v
spoju med nosilcem in steno).
3.3.7 Vzdolţni strig
Pri sovpreţnih konstrukcijah moramo zagotoviti prenos vzdolţne striţne sile med betonom in
jeklenim delom s pomočjo veznih sredstev in prečno armaturo.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 25
Slika 3.7: Različne stopnje sovpreţnosti [1]
Vzdolţno striţno silo pri nosilcih v stavbah lahko izračunamo po elastični ali po plastični
teoriji. Če je pri nosilcih za izračun nosilnosti prečnih prerezov uporabljena elastična teorija,
moramo elastično teorijo uporabiti tudi pri izračunu vzdolţne striţne sile :
Pri tem je:
– statični moment sodelujočega dela betonske pasnice glede na teţišče
sovpreţnega prereza,
– projektna vrednost tlačne sile, ki deluje na sovpreţni prerez,
– vztrajnostni moment površine sodelujočega sovpreţnega prereza
– razmerje elastičnih modulov,
– razdalja teţišča betonskega dela od teţišča sovpreţnega sistema,
– skupna sodelujoča širina,
– višina betonske plošče.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 26
Pri plastični teoriji pa moramo pri izračunu skupne projektne vzdolţne striţne sile upoštevati
tudi razlike osne sile v betonu ali jeklu vzdolţ kritične dolţine, ki je enaka razdalji med
dvema kritičnima prerezoma. Striţni tok se določi z izrazom:
Slika 3.8: Vzdolţna striţna sila pri plastični teoriji [1]
3.3.8 Projektna nosilnost čepov
Projektna striţna nosilnost avtomatsko varjenega čepa z glavo se izračuna po naslednjih
enačbah:
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 27
Pri tem je:
– delni faktor varnosti za moznik (= 1,25),
d – premer stebra čepa (16 mm ≤ d ≤ 25 mm),
– nazivna natezna trdnost materiala čepa,
– karakteristična cilindrična tlačna trdnost betona,
– skupna nazivna višina čepa.
Kadar so čepi zraven striga obremenjeni tudi z nategom, moramo izračunati še projektno
natezno silo na čep , ki mora biti manjša od:
3.4 Mejno stanje uporabnosti
Pri izračunu napetosti in pomikov sovpreţnih nosilcev moramo upoštevati naslednje vplive:
lezenje in krčenje betona,
postopnost gradnje,
razpokanost betona,
nepopolna striţna povezava,
plastifikacija jeklenega prereza in armature.
Pomike pri sovpreţnih konstrukcijah moramo izračunati z elastično metodo, kjer moramo
upoštevati vpliv razpokanosti betona v območju negativnih momentov, lezenje betona in
prerazporeditev upogibnih momentov.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 28
Slika 3.9 Globalna analiza z razpokanim prerezom [1]
Pri omejitvi širine razpok je potrebno določiti najmanjšo potrebno armaturo. Pri vseh
prerezih, ki niso prednapeti in so podvrţeni nateznim obremenitvam, se najmanjša potrebna
površina armature plošče ali sovpreţnega nosilca izračuna po enačbi:
Pri tem je:
,
,
,
– debelina betonske pasnice, brez upoštevanja reber in vut,
– vertikalna razdalja med teţiščem nerazpokane betonske pasnice in nerazpokanega
sovpreţnega prereza,
– največja dovoljena napetost v armaturi takoj po razpokanju,
– površina natezne cone tik pred razpokanjem.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 29
4 PROGRAM DLUBAL RSTAB
4.1 O programski opremi Dlubal
Programska oprema Dlubal je namenjena projektiranju in dimenzioniranju gradbenih
konstrukcij vseh vrst. Sestavljena je iz dveh glavnih programov:
RFEM in
RSTAB.
Slika 4.1: Logotip podjetja Dlubal [11]
Program Rfem je program za izračun ploskovnih elementov, kot so stene, plošče, lupine ...
Sestavljen je iz osnovnega programa Rfem, s katerim lahko izvajamo statično analizo
konstrukcij, in modulov, ki so namenjeni za določene tipe konstrukcij. Tako imamo module
za betonske, lesene, jeklene, steklene konstrukcije itd. Vsi ti dodatki temeljijo na evropskih
standardih.
Program Rstab pa predstavlja program za analizo 3D konstrukcij, sestavljenih le iz linijskih
elementov. S pomočjo njega lahko izračunamo NSK, deformacije in reakcije. Prav tako kot
program Rfem ima tudi Rstab module za beton, les, jeklo itd. Eden izmed dodatkov je
dodatek za sovpreţne konstrukcije Verbund, katerega smo uporabili v okviru diplomskega
dela in bo zato v nadaljevanju podrobneje predstavljen.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 30
Slika 4.2: Primer ploskovne konstrukcije izračunane s pomočjo programa Dlubal Rfem [11]
4.2 Modul Verbund
Modul Verbund omogoča dimenzioniranje sovpreţnih konstrukcij po evropskih predpisih
ENV 1994-1-1:1992. Sam modul deluje samostojno in za njegovo uporabo ni potrebna
licenca programa Rstab. Nekatere lastnosti modula so:
dimenzioniranje navadnih ali kontinuiranih sovpreţnih nosilcev z definiranimi
robnimi pogoji,
avtomatična določitev efektivnih prečnih prerezov,
vstavitev začasne podpore v času gradnje,
prosto določljive točkovne, linijske in trapezne obteţbe s specifikacijo starosti betona
in obremenitve,
avtomatske kombinacije obteţnih primerov,
izračun prečnega prereza po metodi 1. ali 2. reda,
izračun elastičnih presekov z Rstab-om,
dokaz upogibne nosilnosti in nosilnosti prečne sile,
določitev potrebnih veznih sredstev in njihova porazdelitev,
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 31
dokaz vzdolţne striţne sile,
preračun reakcijskih sil v fazi gradnje in končnem stanju vključno z montaţnimi
obteţbami,
določitev upogiba,
dokaz omejitve širine razpok in
dokaz nihanja sovpreţne konstrukcije.
V glavnem programu Rstab imamo modul Verbund in pri zagonu le-tega se nam odpre novo
okno, kjer nato vstavimo osnovne podatke sovpreţnega nosilca, kot so:
razpon nosilca,
vrsta in mesta podpor,
morebitni členki,
vrsta in oblika betonskega dela,
armatura v betonskem delu,
vrsta in lastnosti jeklenega dela,
vrste in lastnosti veznih sredstev in
obteţbe, ki delujejo na sovpreţno konstrukcijo v času gradnje in po končani gradnji.
Slika 4.3: Vstavljanje vhodnih podatkov v modulu Verbund
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 32
Ko smo vstavili podatke o sovpreţni konstrukciji, moramo še določiti parametre, po katerih
bo modul dimenzioniral sovpreţno konstrukcijo. Določiti moramo, ali modul računa po
metodi 1, ki predstavlja nerazpokan prerez po celotni dolţini, ali po metodi 2, kjer je v
izračunu upoštevan razpokan prerez v območju podpor. Prav tako še moramo določiti nekaj
ostalih parametrov, kot so moţnost prerazporeditve momentov, vrsta okolja, varnostni
faktorji, razmik med jeklenimi nosilci ipd.
Slika 4.4: Določitev parametrov v modulu Verbund
Ko smo vnesli vse podatke, lahko konstrukcijo preračunamo. Takoj po preračunu nam
program javi, ali sovpreţna konstrukcija izpolnjuje vse pogoje pri MSN in MSU.
Rezultate dimenzioniranja si lahko ogledamo v modulu Verbund, medtem ko si rezultate
notranjih statičnih količin ogledamo v modulu Verbund ali v programu RSTAB, kjer imamo
rezultate v grafični obliki.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 33
Slika 4.5: Rezultati dimenzioniranja pri mejnem stanju nosilnosti
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 34
5 SOVPREŽNI NOSILEC
5.1 Primer iz priročnika za projektiranje
Sovpreţni nosilec, ki ga bomo kasneje analizirali s programom Rstab, je povzet po Priročniku
za projektiranje sovpreţnih konstrukcij iz jekla in betona [1]. Sestavljen je iz jeklenega IPE
profila in betonske plošče, ki je s čepi pritrjena na jeklenski nosilec.
5.1.1 Geometrija nosilca
Slika 5.1:Skica sovpreţnega nosilca [8]
Nosilec teče preko dveh polj razpona 10 m, razmik med jeklenimi nosilci je 2,5 m. Izbran je
jekleni profil IPE 400. Nosilec je polno sovpreţen.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 35
Slika 5.2: Profil IPE 400 [16]
Pri debelini čepa 19 mm izberemo višino 90 mm in dobimo
.
Tako nam ni potrebno upoštevati reducirane nosilnosti čepa v betonu.
Zaščitni sloj veznega sredstva mora biti po SIST EN 1994-1-1 [2] večji od 20 mm, zato
izberemo 30 mm zaščitnega sloja.
Slika 5.3: Skica čepa z glavo [8]
5.1.2 Lastnosti materialov
Jeklo S 235
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 36
Beton C 25/30
Armatura RA 400/500
Čepi
5.1.3 Obteţbe
Izračun obteţb, ki delujejo na konstrukcijo v času gradnje in po končani gradnji, je prikazan v
Priročniku za projektiranje sovpreţnih konstrukcij iz jekla in betona [1], zato podajamo le
končne vrednosti:
lastna teţa jeklenega nosilca:
lastna teţa betonske plošče:
strnjen beton
sveţ beton
lastna teţa opaţa:
lastna teţa tlakov:
koristna obteţba:
obteţba med betoniranjem:
območje 3 x 3 m (kopičenje betona):
izven območja (delavci in oprema):
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 37
5.1.4 Mejno stanje nosilnosti
5.1.4.1 Notranje statične količine
5.1.4.1.1 Faza gradnje
V času gradnje obteţbo prevzame jekleni nosilec. V obeh poljih deluje lastna teţa jeklenega
nosilca, ki je . Kadar računamo maksimalni moment v polju, prištejemo lastni teţi
jeklenega nosilca v prvem polju še lastno teţo sveţega betona, opaţa in koristno obteţbo med
betoniranjem, ki je .
Slika 5.4: Maksimalni moment v polju [1]
Pri računanju maksimalnega momenta nad podporo pa obe polji obteţimo z lastno teţo
jeklenega nosilca, sveţega betona, opaţa in s koristno obteţbo med betoniranjem.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 38
Slika 5.5: Maksimalni moment nad podporo [1]
5.1.4.1.2 Končno stanje
Vso obteţbo prevzame sovpreţni nosilec, saj gre za plastično analizo, in postopek gradnje ni
pomemben.
Pri določanju notranjih statičnih količin smo uporabili elastično globalno analizo z
upoštevanjem nerazpokanega prereza in pri tem uporabili tudi prerazporeditev upogibnega
momenta tako, da smo zmanjšali negativni moment nad podporo in povečali pozitivni
moment v polju.
Vzdolţ celotnega razpona smo predpostavili konstantno sodelujočo širino, kjer smo
upoštevali vrednost na sredini razpona.
Slika 5.6: Geometrijske karakteristike sovpreţnega nosilca [8]
Pri računanju maksimalnega momenta v polju smo v prvem polju stalni teţi (jekleni nosilec,
strjen beton in tlaki) prišteli še koristno obteţbo.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 39
Slika 5.7: Maksimalni moment v polju [1]
Maksimalni moment nad podporo pa dobimo, ko sovpreţno konstrukcijo obteţimo s koristno
obteţbo v obeh poljih.
Slika 5.8: Maksimalni moment nad podporo [1]
Ker je moramo notranje statične količine določiti ob upoštevanju razpokanega
prereza. Ker je razmerje sosednjih razponov večje od 0,6 je prerez razpokan na vsaki strani
notranjih podpor v dolţini 0,15 L. Na tem delu smo upoštevali upogibno togost . Ostali
del smo obravnavali kot nerazpokan.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 40
Slika 5.9: Prerez nad podporo – razpokan [8]
Slika 5.10: Maksimalni moment v polju – razpokan prerez [1]
Slika 5.11: Maksimalni moment nad podporo – razpokan prerez [1]
Prerazporeditev upogibnih momentov smo izvedli le za maksimalni moment nad podporo. Po
razporeditvi smo dobili naslednje merodajne količine:
v polju:
nad podporo:
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 41
5.1.4.2 Dimenzioniranje
Pri dimenzioniranju bomo povzeli samo končne rezultate dimenzioniranja.
5.1.4.2.1 Kontrola prerezov
Pri kontroli prereza v polju dobimo naslednjo neenačbo:
Pri kontroli prereza nad podporo pa dobimo:
5.1.4.2.2 Kontrola kompaktnosti stojine
5.1.4.2.3 Vzdolţni strig – kontrola čepov
Striţna nosilnost čepov:
Robno polje:
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 42
V robnem polju potrebujemo 27 čepov, ki so med seboj oddaljeni 14 cm.
Vmesno polje:
V vmesnem polju potrebujemo 31 čepov, ki so med seboj oddaljeni 19 cm.
5.1.5 Mejno stanje uporabnosti
5.1.5.1 Pomiki
Slika 5.12: Pomik jeklenega nosilca po strditvi betona [1]
Slika 5.13: Pomik ob upoštevanju razpokanega prereza [1]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 43
Celotni pomik:
5.2 Analiza s pomočjo modula Verbund
Sovpreţni nosilec, ki je podan v Priročniku za projektiranje sovpreţni konstrukcij iz jeka in
betona [1], bomo analizirali s programom Rstab Verbund in izvedli primerjavo rezultatov.
Slika 5.14: Model sovpreţnega nosilca v modulu Verbund
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 44
5.2.1 Mejno stanje nosilnosti
5.2.1.1 Notranje statične količine
5.2.1.1.1 Faza gradnje
5.2.1.1.1.1 Maksimalni moment v polju
Slika 5.15: Vrednosti in postavitev stalne ter spremenljive obteţbe
Slika 5.16: Ovojnica upogibnih momentov
159.24 kNm
-11.19 kNm
-111.32 kNm
Z
6.27 kNm
XY
Against Y-directionCO3: ULS -Construction StageM-y
Max M-y: 159.24, Min M-y: -111.32 [kNm]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 45
Slika 5.17: Ovojnica prečnih sil
5.2.1.1.1.2 Maksimalni moment nad podporo
Slika 5.18: Vrednosti in postavitev stalne ter spremenljive obteţbe
Slika 5.19: Ovojnica upogibnih momentov
-95.71 kN
73.45 kN
15.61 kN
3.36 kN 6.65 kN5.60 kN
Z
X
-5.60 kN -3.36 kN
Y
Against Y-directionCO3: ULS -Construction StageV-z
Max V-z: 73.45, Min V-z: -95.71 [kN]
159.23
-11.19
-211.44
Z
159.23
XY
Against Y-directionCO3: ULS -Construction StageM-y
Max M-y: 159.23, Min M-y: -211.44 [kNm]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 46
Slika 5.20: Ovojnica prečnih sil
5.2.1.1.2 Končno stanje
5.2.1.1.2.1 Maksimalni moment v polju
Slika 5.21: Vrednosti in postavitev stalne ter spremenljive obteţbe
-105.72
73.44
-73.44
5.59
105.72
6.66
Z
X
-5.59-6.66
Y
Against Y-directionCO3: ULS -Construction StageV-z
Max V-z: 105.72, Min V-z: -105.72 [kN]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 47
Slika 5.22: Ovojnica upogibnih momentov (zgoraj – stalna teţa, spodaj – spremenljiva obteţba)
Slika 5.23: Ovojnica prečnih sil (zgoraj – stalna teţa, spodaj – spremenljiva obteţba)
107.58 kNm
112.58 kNm 112.58 kNm
-70.31 kNm
-201.03 kNm
Against Y-directionCO7: Ultimate Limit StateM-y
Max M-y: 112.58, Min M-y: -201.03 [kNm]
49.22 kN
100.52 kN
7.03 kN7.03 kN
-63.28 kN
-60.31 kN
60.31 kN
-100.52 kN
Against Y-directionCO7: Ultimate Limit StateV-z
Max V-z: 100.52, Min V-z: -100.52 [kN]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 48
5.2.1.1.2.2 Maksimalni moment nad podporo
Slika 5.24: Vrednosti in postavitev stalne ter spremenljive obteţbe
Slika 5.25: Ovojnica upogibnih momentov (zgoraj – stalna teţa, spodaj – spremenljiva obteţba)
107.58 kNm
112.58 kNm
107.58 kNm
112.58 kNm
-140.63 kNm
-201.03 kNmAgainst Y-directionCO7: Ultimate Limit State
M-y
Max M-y: 112.58, Min M-y: -201.03 [kNm]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 49
Slika 5.26: Ovojnica prečnih sil (zgoraj – stalna teţa, spodaj – spremenljiva obteţba)
5.2.1.1.2.3 Razpokan prerez
5.2.1.1.2.3.1 Maksimalni moment v polju
Slika 5.27: Vrednosti in postavitev stalne ter spremenljive obteţbe
70.31 kN
60.31 kN
100.52 kN
49.22 kN
7.03 kN
-49.22 kN
-60.31 kN
-7.03 kN
-70.31 kN
-100.52 kN
Against Y-directionCO7: Ultimate Limit StateV-z
Max V-z: 100.52, Min V-z: -100.52 [kN]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 50
Slika 5.28: Ovojnica upogibnih momentov (zgoraj – stalna teţa, spodaj – spremenljiva obteţba)
Slika 5.29: Ovojnica prečnih sil (zgoraj – stalna teţa, spodaj – spremenljiva obteţba)
132.43 kNm
-150.78 kNm
115.38 kNm
26.89 kNm
-25.63 kNm
132.43 kNm
-52.73 kNm
Against Y-directionCO7: Ultimate Limit StateM-y
Max M-y: 132.43, Min M-y: -150.78 [kNm]
-61.52 kN
95.49 kN
71.37 kN
50.98 kN
5.27 kN5.27 kN
-65.34 kN
-44.65 kN
-95.49 kN
65.34 kN
-71.37 kN
Against Y-directionCO7: Ultimate Limit StateV-z
Max V-z: 95.49, Min V-z: -95.49 [kN]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 51
5.2.1.1.2.3.2 Maksimalni moment nad podporo
Slika 5.30: Vrednosti in postavitev stalne ter spremenljive obteţbe
Slika 5.31: Ovojnica upogibnih momentov (zgoraj – stalna teţa, spodaj – spremenljiva obteţba)
115.38
132.43 132.43
26.89
115.38
26.89
-44.82
-25.63 -25.63
-150.78
-44.82
-105.47
Against Y-directionCO7: Ultimate Limit StateM-y
Max M-y: 132.43, Min M-y: -150.78 [kNm]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 52
Slika 5.32: Ovojnica prečnih sil (zgoraj – stalna teţa, spodaj – spremenljiva obteţba)
5.2.1.1.2.4 Razpokan prerez s prerazporeditvijo momentov
Slika 5.33: Ovojnica upogibnih momentov (zgoraj – stalna teţa, spodaj – spremenljiva obteţba)
95.49
49.92
66.80
71.37
50.98
65.34
5.27
-5.27
-71.37
-50.98-49.92
-66.80
-65.34
-95.49
Against Y-directionCO7: Ultimate Limit StateV-z
Max V-z: 95.49, Min V-z: -95.49 [kN]
148.45 kNm
6.41 kNm
148.45 kNm
38.10 kNm
6.41 kNm
-33.62 kNm
-79.10 kNm
-113.08 kNm
121.54 kNm121.54 kNm
Against Y-directionCO5: Ultimate Limit StateM-y
Max M-y: 148.45, Min M-y: -113.08 [kNm]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 53
Slika 5.34: Ovojnica prečnih sil (zgoraj – stalna teţa, spodaj – spremenljiva obteţba)
Merodajne količine za kontrolo prerezov, ki smo jih dobili s programom Rstab Verbund:
v polju:
nad podporo:
Vse maksimalne vrednosti smo izračunali z razpokanim prerezom in prerazporeditvijo
momentov. Pri maksimalnem upogibnem momentu v polju in nad podporo smo sešteli
vrednosti upogibnih momentov stalne teţe in koristne obteţbe.
Zaradi laţje primerjave s Priročnikom za projektiranje sovpreţnih konstrukcij iz jekla in
betona [1], smo pri primerjavi kontrole prereza nad podporo vzeli tudi izračun modula brez
prerazporeditve momentov. Tako smo dobili za primerjavo upogibnih momentov nad podporo
naslednji vrednosti:
91.72 kN
47.29 kN
67.60 kN69.11 kN
52.29 kN64.16 kN
3.96 kN
-3.96 kN
-69.10 kN
-52.29 kN-47.29 kN
-67.60 kN
-64.16 kN
-91.72 kN
Against Y-directionCO5: Ultimate Limit StateV-z
Max V-z: 91.72, Min V-z: -91.72 [kN]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 54
5.2.1.2 Kontrola prerezov
5.2.1.2.1 Prerez v polju
Pri kontroli prereza v polju je modul Verbund upošteval obteţni primer, kjer je koristna
obteţba postavljena v prvem polju, s prerazporeditvijo momentov.
Slika 5.35: Lastnosti prereza
Slika 5.36: Kontrola prereza v polju
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 55
5.2.1.2.2 Prerez nad podporo
Pri kontroli prereza nad podporo smo najprej izvedli kontrolo glede na modul Verbund. Pri
tem primeru smo upoštevali prerazporeditev momentov v obeh primerih, to je pri največjem
momentu v polju in največjem momentu nad podporo.
Slika 5.37: Lastnosti prereza
Slika 5.38: Kontrola prereza nad podporo
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 56
Kasneje smo zaradi primerjave s Priročnikom za projektiranje sovpreţnih konstrukcij iz jekla
in betona [1] izvedli še kontrolo prereza za primer največjega momenta nad podporo brez
prerazporeditve momentov.
Slika 5.39: Lastnosti prereza
Slika 5.40: Kontrola prereza nad podporo
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 57
5.2.1.3 Vzdolţni strig – kontrola čepov
Pri kontroli čepov je program polje razdelil na 3 dele, pri katerem meri prvi del 4,25 m, drugi
4,33 m in zadnji del 1,42 m. Vsak del je obravnaval posebej in določil potrebno število veznih
sredstev in razdaljo med njimi.
Slika 5.41: Kontrola in razporeditev veznih sredstev
V prvem polju je potrebnih 28 čepov na razdalji 151,8 mm, v drugem prav tako 28 čepov na
razdalji 154,6 mm in v tretjem 6 čepov na razdalji 236,7 mm.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 58
5.2.1.4 Vzdolţni strig – kontrola betonske pasnice
Slika 5.42: Vzdolţni strig – kontrola betonske pasnice
5.2.2 Mejno stanje uporabnosti
5.2.2.1 Kontrola pomikov
Pri računanju pomika konstrukcije je program zraven stalne in koristne obteţbe upošteval tudi
pomik zaradi krčenja, ki je v Priročniku za projektiranje sovpreţnih konstrukcij iz jekla in
betona [1] zanemarjen. Zaradi tega smo dobili večje pomike, kot so predstavljeni v Priročniku
[1] – 16,07 mm.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 59
Slika 5.43: Pomik pri stalni obteţbi, ki deluje na jekleni prerez.
Slika 5.44: Pomik ob upoštevanju razpokanega prereza
Slika 5.45: Pomik sovpreţne konstrukcije
9.1 mm9.1 mm
Against Y-directionCO9: Serviceability Limit States (SLS)u
Factor of deformations: 150.00Max u: 9.1, Min u: 0.0 [mm]
7.7 mm
2.6 mm
Against Y-directionCO7: SLS -Variable Load - Live Loadu
Factor of deformations: 75.00Max u: 7.7, Min u: 0.0 [mm]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 60
5.2.2.2 Kontrola razpok
Slika 5.46: Kontrola razpok
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 61
5.3 Primerjava rezultatov
V tem podpoglavju bomo primerjali rezultate, ki smo jih dobili s pomočjo programa Dlubal
Rstab Verbund, z rezultati v Priročniku za projektiranje sovpreţnih konstrukcij iz jekla in
betona [1].
5.3.1 Mejno stanje nosilnosti
5.3.1.1 Notranje statične količine
Priročnik [1] Modul Verbund
Mmax v polju 251,6 kNm 269,10 kNm
Mmax nad podporo 204,5 kNm 203,51 kNm
Vmax 156,9 kN 157,02 kN
Kot lahko vidimo, rezultati odstopajo le v primeru maksimalnega momenta v polju. To je
posledica prerazporeditve momentov. V Priročniku [1] je prerazporeditev momentov izvedena
v primeru, ko je sovpreţni nosilec obteţen s koristno obteţbo čez obe polji. Modul Verbund
pa izvede prerazporeditev za vse primere prerazporeditve koristne obteţbe. V obravnavanem
primeru je merodajna kombinacija s koristno obteţbo, ki deluje le na levem polju.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 62
5.3.1.2 Kontrola prerezov
Priročnik [1] Modul Verbund
Razred kompaktnosti I. I.
V polju 251,60 kNm < 569,89 kNm 269,10 kNm < 565,53 kNm
Nad podporo 204,57 kNm < 378,18 kNm 203,51 kNm < 369,12 kNm
156,9 kN < 579 kN 157,02 kN < 579,76 kN
Prerez spada v I. razred kompaktnosti tako po Priročniku [1], kot v modulu Verbund. Prerez v
obeh primerih prenese stalno in koristno obteţbo. Zaradi laţje primerjave s Priročnikom [1],
smo pri kontroli prereza nad podporo vzeli obteţni primer s koristno obteţbo v prvem polju in
brez prerazporeditve momentov.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 63
5.3.1.3 Vzdolţni strig – kontrola čepov
Priročnik [1] Modul Verbund
PRd1 81,6 kN 81,66 kN
PRd2 73,7 kN 73,13 kN
Število in razpored čepov robno polje
27 čepov
razdalja med čepi: 14 cm
1. polje
28 čepov
razdalja med čepi: 15,2 cm
vmesno polje
31 čepov
razdalja med čepi: 19 cm
2. polje
28 čepov
razdalja med čepi: 15,5 cm
3. polje
6 čepov
razdalja med čepi: 23,7 cm
Medtem ko je sovpreţni nosilec v Priročniku [1] razdeljen na vmesno in robno polje, ga je
modul Verbund razdelil na 3 dele različnih dolţin. Skupno število čepov izračunanih v
Priročniku [1] je 58, s pomočjo modula pa 62.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 64
5.3.1.4 Vzdolţni strig – kontrola betonske pasnice
Priročnik [1] Modul Verbund
Striţna ravnina a–a robno polje
1. polje
vmesno polje
2. polje
3. polje
Striţna ravnina b–b robno polje
1. polje
vmesno polje
2. polje
3. polje
Dejanske površine prečnega prereza prečne armature so večje, kot so potrebne tako po
Priročniku [1] kot izračunane z modulom Verbund.
V striţni ravnini a–a je namreč:
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 65
V striţni ravnini b–b pa:
5.3.2 Mejno stanje uporabnosti
5.3.2.1 Kontrola pomikov
Priročnik [1] Modul Verbund
Stalna obteţba 9,07 mm 9,1 mm
Koristna obteţba 7,0 mm 7,6 mm
Krčenje Zanemarimo 6,0 mm
Celoten pomik 16,07 mm 22,6 mm
Celoten pomik sovpreţnega nosilca izračunanega v Priročniku [1] je manjši od celotnega
pomika dobljenega s modulom Verbund. Razlog za to je zanemaritev krčenja, ki ga modul
upošteva in znaša 6 mm.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 66
6 SOVPREŽNI NOSILEC S PROFILIRANO PLOČEVINO
Sovpreţnemu nosilcu, ki smo ga preverili v poglavju 5, bomo dodali profilirano pločevino in
ga ponovno projektirali. Pri sovpreţnih konstrukcijah se pločevina namreč uporablja kot opaţ
betonu, zato opaţevanje ni potrebno.
6.1 Geometrija nosilca
Slika 6.1: Skica sovpreţnega nosilca s profilirano pločevino
Nosilec s profilirano pločevino teče preko dveh polj razpona 10 m. Razmik med jeklenimi
nosilci IPE 400 je 2,5 m. Sovpreţni nosilec je armiran v prečni in vzdolţni smeri na zgornjem
robu. Na spodnjem robu vlogo natezne armature prevzame profilirana pločevina.
Slika 6.2: Prerez nosilca s profilirano pločevino
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 67
Čepi premera 19 mm in višine 100 mm so privarjeni na jekleni nosilec. Prav tako kot v
poglavju 5 nam tudi tukaj ni potrebno upoštevati reducirane nosilnosti čepa v betonu, saj je:
.
Slika 6.3: Trapezna pločevina HI-BOND 55 [17]
Pločevina na spodnjem robu betonske plošče HI-BOND 55 je debela 1 mm. Postavljena je
tako, da vdolbine pločevine leţijo pravokotno na jekleni nosilec.
6.2 Lastnosti materialov
Jeklo S235
Beton C25/30
Armatura RA 400/500
Čepi
Pločevina S 320 GD
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 68
6.3 Obtežbe
Lastna teţa betonske plošče s profilirano pločevino je izračunana s pomočjo modula Verbund.
Ostale obteţbe so enake kot v poglavju 5, le da obteţbe opaţa ni.
lastna teţa jeklenega nosilca:
lastna teţa betonske plošče:
strnjen beton
sveţ beton
lastna teţa tlakov:
koristna obteţba:
obteţba med betoniranjem:
območje 3 x 3 m (kopičenje betona)
izven območja (delavci in oprema)
Slika 6.4: Model sovpreţnega nosilca s profilirano pločevino
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 69
6.4 Mejno stanje nosilnosti
Pri projektiranju sovpreţnega nosilca s profilirano pločevino smo upoštevali razpokani prerez
s konstantno širino in prerazporeditev momentov.
6.4.1 Notranje statične količine
6.4.1.1 Faza gradnje
Slika 6.5: Vrednosti in postavitev stalne ter spremenljive obteţbe v fazi gradnje
Slika 6.6: Ovojnica upogibnih momentov v fazi gradnje
118.64 kNm
-11.19 kNm
-158.38 kNm
Z
118.64 kNm
XY
Against Y-directionCO3: ULS -Construction StageM-y
Max M-y: 118.64, Min M-y: -158.38 [kNm]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 70
Slika 6.7: Ovojnica prečnih sil v fazi gradnje
6.4.1.2 Končno stanje
Slika 6.8: Vrednosti in postavitev stalne ter spremenljive obteţbe
-79.19 kN
54.87 kN
-54.87 kN
4.00 kN
79.19 kN
5.60 kNZ
X
-4.00 kN -5.60 kN
Y
Against Y-directionCO3: ULS -Construction StageV-z
Max V-z: 79.19, Min V-z: -79.19 [kN]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 71
Slika 6.9: Ovojnica upogibnih momentov (zgoraj – stalna teţa, spodaj – spremenljiva obteţba)
Slika 6.10: Ovojnica prečnih sil (zgoraj – stalna teţa, spodaj – spremenljiva obteţba)
126.34 kNm
5.13 kNm
126.34 kNm
37.97 kNm
5.13 kNm
-33.75 kNm
-79.42 kNm
-96.75 kNm
121.47 kNm121.47 kNm
Against Y-directionCO7: Ultimate Limit StateM-y
Max M-y: 126.34, Min M-y: -96.75 [kNm]
78.20 kN
47.32 kN
58.85 kN
64.19 kN52.28 kN
57.64 kN
3.97 kN
-3.97 kN
-64.19 kN-52.28 kN-47.32 kN
-58.85 kN-57.64 kN
-78.20 kN
Against Y-directionCO7: Ultimate Limit StateV-z
Max V-z: 78.20, Min V-z: -78.20 [kN]
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 72
6.4.2 Kontrola prerezov
6.4.2.1 Faza gradnje
6.4.2.1.1 Prerez v polju
Slika 6.11: Kontrola prereza v polju v času gradnje
6.4.2.1.2 Prerez nad podporo
Slika 6.12: Kontrola prereza nad podporo v času gradnje
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 73
6.4.2.2 Končno stanje
6.4.2.2.1 Prerez v polju
Slika 6.13: Lastnosti prereza v polju
Slika 6.14: Kontrola prereza v polju
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 74
6.4.2.2.2 Prerez nad podporo
Slika 6.15: Lastnosti prereza nad podporo
Slika 6.16: Kontrola prereza nad podporo
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 75
6.4.3 Vzdolţni strig – kontrola čepov
Slika 6.17: Kontrola prereza nad podporo
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 76
6.4.4 Vzdolţni strig – kontrola betonske pasnice
Slika 6.18: Kontrola prereza nad podporo
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 77
6.5 Mejno stanje uporabnosti
6.5.1 Kontrola pomikov
Slika 6.19: Kontrola pomikov sovpreţnega nosilca
6.5.2 Kontrola razpok
Slika 6.20: Kontrola razpok sovpreţnega nosilca
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 78
6.6 Primerjava s sovprežnim nosilcem brez pločevine
V tem podpoglavju bomo primerjali rezultate dimenzioniranja nosilca s profilirano pločevino,
z navadnim sovpreţnim nosilcem iz poglavja 5. Navedli bomo le končne rezultate obeh
primerov.
Sovpreţni nosilec Sovpreţni nosilec s
profilirano pločevino
v polju
nad podporo
Št. čepov
1. polje 28 14
2. polje 28 15
3. polje 6 9
Vzdolţni
strig
1. polje
2. polje
3. polje
Pomiki
Lastna teţa
konstrukcije 238,25 kN 203,04 kN
Kot je razvidno iz tabele, je sovpreţni nosilec s profilirano pločevino primernejši, v
primerjavi s sovpreţnim nosilcem brez pločevine. Zraven tega, da profilirana pločevina sluţi
kot opaţ betonu, profilirana pločevina nadomesti tudi "pozitivno" armaturo v betonski plošči.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 79
S pomočjo pločevine smo prav tako zmanjšali teţo celotne konstrukcije. Kljub temu da je
koristna obteţba v obeh primerih enaka, je pri sovpreţnem nosilcu s profilirano pločevino
odstotek dimenzioniranja manjši. To je posledica predvsem manjše lastne teţe betonske
plošče. Tudi število potrebnih čepov je manjše pri sovpreţnem nosilcu s profilirano
pločevino.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 80
7 SKLEP
V okviru diplomskega dela smo se seznanili s projektiranjem sovpreţnih nosilcev in s
pomočjo modula Verbund izvedli kontrolo analize sovpreţnega nosilca, projektiranega v
Priročniku za projektiranje sovpreţnih konstrukcij iz jekla in betona [1], ter projektirali
sovpreţni nosilec s profilirano pločevino.
Rezultate, ki smo jih dobili s pomočjo modula Verbund, smo primerjali z rezultati, ki so v
Priročniku [1], in ugotovili večje odstopanje le pri maksimalnem upogibnem momentu v
polju. Ti rezultati so posledica prerazporeditve momentov, saj je v Priročniku [1] izvedena
prerazporeditev momentov le za obteţni primer, kjer računamo največji moment nad podporo,
ni pa izvedena še za maksimalni moment v polju. Zaradi tega pride do razlike tudi pri
maksimalnem momentu nad podporo. Prav tako je v Priročniku [1] za kontrolo prereza nad
podporo vzet maksimalni negativni moment iz obteţnega primera, kjer je postavljena koristna
obteţba samo v prvem polju, in ni uporabljena prerazporeditev momentov. Modul Verbund pa
je za kontrolo prereza nad podporo vzel maksimalni moment po prerazporeditvi momentov.
Zaradi primerjave s Priročnikom [1] smo tudi mi s pomočjo modula izračunali obteţni primer,
kjer smo dali koristno obteţbo samo čez prvo polje in nismo uporabili prerazporeditve
momentov. Ta obteţni primer smo nato uporabili za primerjavo maksimalnega momenta nad
podporo med Priročnikom [1] in modulom Verbund.
Prav tako smo s pomočjo modula projektirali tudi sovpreţni nosilec s profilirano pločevino,
saj ravno v tem primeru dobijo sovpreţne konstrukcije dodatno pozitivno lastnost. Profilirano
pločevino namreč uporabimo kot opaţ betonskemu delu elementa in dodatno opaţevanje ni
potrebno. Pri tem profilirana pločevina nadomesti "pozitivno" armaturo in zmanjša teţo
betonske plošče ter posledično teţo celotne konstrukcije. Po primerjavi med sovpreţnim
nosilcem s profilirano pločevino in sovpreţnim nosilcem brez, smo še ugotovili, da je
odstotek dimenzioniranja manjši pri nosilcu s pločevino, kjer prav tako potrebujemo manjše
število čepov.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 81
8 VIRI IN LITERATURA
Članki in literatura:
[1] D. Beg, A. Pogačnik, Priročnik za projektiranje gradbenih konstrukcij po evrokod
standardih, Inţenirska zbornica Slovenije, Ljubljana 2009.
[2] SIST EN 1994-1-1, maj 2005.
[3] M. Prţulj, Spregnute konstrukcije, IRO ''GraĎevinska knjiga'', Beograd, 1989.
[4] D. BuĎevac, Z. Marković, D. Bogavac, D. Tošić, Metalne konstrukcije, GraĎevinski
fakultet Univerziteta u Beogradu, Beograd, 1999.
[5] I. M. Viest, et al., Composite Construction Design for Buildings, American Society
of Civil Engineers, New York, 1997.
[6] V. Markelj, Sovpreţne konstrukcije na slovenskih cestah, 10. Slovenski kongres o
cestah in prometu, Portoroţ, 2010.
[7] D. Beg, Sovpreţne konstrukcije iz jekla in betona, UL FGG KMK.
[8] L. Hladnik, D. Beg, F. Sinur, Projektiranje sovpreţnih konstrukcij iz jekla in betona
v skladu z evrokod standardi – računski primeri, Ljubljana 2007.
[9] V. Markelj, Most čez Savo v Beogradu, Gradbeni vestnik, februar 2010.
[10] V. Markelj, Projekt mostu preko Save v Beogradu, Gradbeni vestnik, februar 2007.
Splet:
[11] www.dlubal.de.
[12] http://www.flickr.com/photos/8534413@N03/3164790270/.
[13] http://en.wikipedia.org/wiki/Taipei_101.
[14] http://schools-wikipedia.org/images/73/7359.png.
[15] http://kraji.eu.
[16] http://www.merle.es/perfiles-menu-IPE.html.
[17] http://www.metrapan.si/nosilne-trapezne-plocevine-55/600.aspx.
[18] http://en.structurae.de/photos/index.cfm?JS=871.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 82
[19] http://en.wikipedia.org/wiki/Mike_O'Callaghan_%E2%80%93_Pat_Tillman_Memor
ial_Bridge.
[20] www.savabridge.com.
[21] http://www.stalforbund.com/Staldag2007/Steel_composite_bridges_Germany.pdf.
[22] http://www.schimetta.at/download/10-2-Auenbach_Bridge.pdf.
Uporaba programa Dlubal Rstab za projektiranje sovpreţnih nosilcev Stran 83
9 PRILOGE
9.1 Izpis iz programa Dlubal Rstab Verbund
Matej FerlincFakulteta za gradbeništvo
Univerza v Mariboru
COMPOSITE-BEAM
Sheet: 1Page: 1/12
Project: Diplomsko delo Structure: Sovprežni nosilec sprofilirano pločevinoProjektiranje sovprežnih
nosilcev
RSTAB 7.04.0940 - Spatial Framed Structures www.dlubal.com
CONTENTS CONTENTS COMPOSITE-BEAM 1 Reinforcement bar 2 Composite beam 1 Loads 3 Input Data 1 Results 4
INPUT DATA
GENERAL DATA COMPOSITE-BEAMCA1Composite beam
Total Length of the Beam L 20.000 mPartial Safety Factor for the resistance at ULS c 1.50 s 1.15 v 1.25 a 1.00 ap 1.10 Partial Safety Factor for Loads G 1.35 Q 1.50 Design Values for SLS Lim L / 250 min f 3.00 HzPre-camber of the Beam for 0,1 0 % 0,3 0 % 0,5 0 % 0,2 0 % 0,4 0 %
GEOMETRY Supp No.
Distance x [m]
Type of Support
1 0.000 Hinged2 10.000 Hinged movable3 20.000 Hinged movable
MATERIAL DATA
No. Type of Material
1 Concrete C 25/30 Ec 30500.00 N/mm2 fck 30.000 N/mm2 fctk,0.05 1.800 N/mm2
25.000 kN/m3 w150 32.600 N/mm2 fctk,0.95 3.300 N/mm2
0.00001 K-1 fcm 33.000 N/mm2 cu -3.300 ‰ fck 25.000 N/mm2 fctm 2.600 N/mm2 c1 -2.200 ‰
2 Reinforcement S 420 S Es 200000.0 N/mm2 ftk 500.000 N/mm2 ftk / fsk 1.19 > 1.08 fsk 420.000 N/mm2 uk 10.000 >= 5.0 %
3 Steel S 235 Es 210000.0 N/mm2 t1 40.000 mm fyk,2 215.000 N/mm2
Ga 81000.00 N/mm2 fyk,1 235.000 N/mm2
T 1.200e-5 K-1 t2 100.000 mm
Matej FerlincFakulteta za gradbeništvo
Univerza v Mariboru
COMPOSITE-BEAM
Sheet: 1Page: 2/12
Project: Diplomsko delo Structure: Sovprežni nosilec sprofilirano pločevinoProjektiranje sovprežnih
nosilcev
RSTAB 7.04.0940 - Spatial Framed Structures www.dlubal.com
CONCRETE FLANGE Segment
No. Segment [m]
from to Description of
Material Width [mm]
b1 b2 Type of
Slab
1 0.000 20.000 C 25/30 1250.0 1250.0 Profiled steel sheeting Parameters of Concrete Flange : 120/0/1/0/55/60/60/90/1 hctot 120.0 mm a 0.0 mmProfiled Steel Sheeting : hp 55.0 mm bR 90.0 mm Mat. S 320 GD tp 1.0 mm bu 60.0 mm fyp 320.0 N/mm2
bb 60.0 mmAccounting of profiled steel sheeting according to EC4, 6.6.3Continuous decking according to EC4, 6.6.3(1) Discontinuous decking according to EC4, 6.6.3(2) Direction of Bars =accrossStud Welded through the steel decking Decking with holes pre-formed in the troughs
REINFORCING OF THE CONCRETE FLANGE Segment
No. Segment [m]
from to Definition of
Material Type of
Reinforcing
1 8.500 11.500 S 420 S Bar reinforcement Reinforcemet Parameter :40/8/63/2//27/6/115/2//0//1/0/20/40 Long Tran PosUp dsL 8.0 mm dsT 6.0 mm cTop 20.0 mm nL 40 nT 27 PosBot aL 63.0 mm aT 115.0 mm cBot - mm asL 8.0 cm2/m asT 2.5 cm2/m Near Along
2 0.000 8.500 S 420 S Bar reinforcement Reinforcemet Parameter :22/6/118/2//75/6/114/2//0//1/0/20/20 Long Tran PosUp dsL 6.0 mm dsT 6.0 mm cTop 20.0 mm nL 22 nT 75 PosBot aL 118.0 mm aT 114.0 mm cBot - mm asL 2.5 cm2/m asT 2.5 cm2/m Near Along
3 11.500 20.000 S 420 S Bar reinforcement Reinforcemet Parameter :22/6/118/2//75/6/114/2//0//1/0/20/40 Long Tran PosUp dsL 6.0 mm dsT 6.0 mm cTop 20.0 mm nL 22 nT 75 PosBot aL 118.0 mm aT 114.0 mm cBot - mm asL 2.5 cm2/m asT 2.5 cm2/m Near Along
REINFORCEMENT BAR Description of
Material Type of Profile
Distance from Bottom of Concrete Flange[mm]
S 235 Rolled I-section IPE 400 0.0
180.0
400.
0
13.5
8.6
[mm]
y
z
1 2
3 4
5
IPE 400
Matej FerlincFakulteta za gradbeništvo
Univerza v Mariboru
COMPOSITE-BEAM
Sheet: 1Page: 3/12
Project: Diplomsko delo Structure: Sovprežni nosilec sprofilirano pločevinoProjektiranje sovprežnih
nosilcev
RSTAB 7.04.0940 - Spatial Framed Structures www.dlubal.com
SHEAR CONNECTOR - SHEAR CONNECTOR FROM LIBRARY Description Symbol Value Unit
Bolt Diameter d 19.0 mm Tot Length h 100.0 mm Maximal Number in Row Nr 1 - Diameter of Head of a Stud D 32.0 mm Height of Head of a Stud hd 10.0 mm Ultimate Tensile Strength fu 450.0 N/mm2
LOAD WIDTH Segment [m]
from to Load Width [m] e1 e2
0.000 20.000 1.250 1.250
COMPOSITE STAGE - SELF-WEIGHT
No. Segment [m]
from to Load [kN/m]
g1,start g1,end Note
1 0.000 20.000 0.66 0.66 Steel2 0.000 20.000 5.74 5.74 Concrete Flange3 0.000 20.000 3.75 3.75 Lastna teža tlakov
COMPOSITE STAGE - VARIABLE LOAD
No. Segment [m]
from to Load [kN/m]
pstart pend
Load -type
Long-termPart [%]
Age of Concrete by Loading 90 Days1 0.000 20.000 7.50 7.50 Live Load 0
CONSTRUCTION STAGE - SELF-WEIGHT
No. Segment [m]
from to Self-weight
gM [kN/m]
1 0.000 20.000 0.66
CONSTRUCTION STAGE - VARIABLE LOAD
No. Segment [m]
from to Variable Load
pM1 [kN/m]
1 0.000 20.000 5.972 0.000 20.000 1.88
CALCULATION PARAMETER COMPOSITE-BEAMCA1Composite beam
Bending Moment Distribution - Method Cracked on internal supports
Constant effective width of the concrete flange in whole support area according to EC4, 4.2.2.1 (1)
Redistribution of moments Limit to hogging moment redistribution for class 1 25 %Limit to hogging moment redistribution for class 2 15 %Limit to hogging moment redistribution for class 3 10 %Limit to hogging moment redistribution for class 4 0 %
Exposure class 1 - Dry environment
Request of concrete cover of shear connector according to EC4, 6.4.1.2 (2)Partial shear connection with application of ductile shear connectors according to EC4 6.2.1.2
Matej FerlincFakulteta za gradbeništvo
Univerza v Mariboru
COMPOSITE-BEAM
Sheet: 1Page: 4/12
Project: Diplomsko delo Structure: Sovprežni nosilec sprofilirano pločevinoProjektiranje sovprežnih
nosilcev
RSTAB 7.04.0940 - Spatial Framed Structures www.dlubal.com
CALCULATION PARAMETER COMPOSITE-BEAMCA1Composite beam
A steel compression flange that is restrained from buckling by effective attachment to a concrete flangeby shear connectors according to EC4, 4.3.2(1) maybe assumed to be in class 1.Advancement of cross-section from class 3 to class 2, if possible.
RESULTS
BY CROSS-SECTION Span No.
Segment [m] from to
Class of Cross-section
1 0.000 8.500 1Ultimate Limit States (ULS) beff 2000.0 mm nb 6.8852 Ideal Positive Resistance Bending Moment bred 290.5 mm A 278.05 cm2
I2 72496.20 cm4 z -0.3 mmIdeal Negative Resistance Bending Moment bred 0.000 m A 89.24 cm2
I2 27088.50 cm4 z 184.2 mmPlastic Resistance Values Mpl,Rd+ 572.66 kN.m Mpl,Rd- 352.36 kN.m Vpl,Rd 579.76 kN zpl+ -55.6 mm zpl- 159.1 mm ClassificationWeb d 331.0 mm 1.0000 Clweb 1 t 8.6 mm 0.6230 d/t 38.4880 limiting d/t 55.7320 Upper Flange c 90.0 mm c/t 6.6670 ClF,up 1 t 13.5 mm limiting c/t 10.0000 Bottom Flange c 90.0 mm c/t 6.6670 ClF,bottom 1 t 13.5 mm limiting c/t 10.0000 Class of Cross-section Clsect 1 Serviceability Limit States (SLS)Steel Profile Ia 23130.00 cm4 Ai,L 84.50 cm2 za 200.0 mmComposite Member t0 = 28 days Fixed Loads nI,B 86.9178 Ii,B 49061.89 cm4 zi,B 93.8 mm Ic,B 52.66 cm4 Ai,B 133.73 cm2 nA,B 29.2202 Ac,B 44.49 cm2 Composite Member t0 = 90 days Fixed Loads nI,B 57.4760 Ii,B 51981.50 cm4 zi,B 81.9 mm Ic,B 79.63 cm4 Ai,B 143.15 cm2 nA,B 24.1157 Ac,B 53.91 cm2 Composite Profile - Variable Loads nI,PT 28.4134 Ii,PT 68047.29 cm4 zi,PT 16.0 mm Ic,PT 161.09 cm4 Ai,PT 234.33 cm2 nA,PT 8.9598 Ac,PT 145.09 cm2 Composite Profile t0 = 1 Day Shrinkage nI,S 161.1880 Ii,S 61772.89 cm4 zi,S 41.3 mm Ic,S 35.49 cm4 Ai,S 188.21 cm2 nA,S 16.4187 Ac,S 98.97 cm2
2 8.500 10.000 1Ultimate Limit States (ULS) beff 1250.0 mm nb 6.8852 Ideal Positive Resistance Bending Moment bred 181.5 mm A 212.08 cm2
I2 65754.60 cm4 z 26.7 mmIdeal Negative Resistance Bending Moment bred 0.000 m A 94.07 cm2
Matej FerlincFakulteta za gradbeništvo
Univerza v Mariboru
COMPOSITE-BEAM
Sheet: 1Page: 5/12
Project: Diplomsko delo Structure: Sovprežni nosilec sprofilirano pločevinoProjektiranje sovprežnih
nosilcev
RSTAB 7.04.0940 - Spatial Framed Structures www.dlubal.com
BY CROSS-SECTION Span No.
Segment [m] from to
Class of Cross-section
I2 30665.00 cm4 z 169.9 mmPlastic Resistance Values Mpl,Rd+ 530.20 kN.m Mpl,Rd- 398.67 kN.m Vpl,Rd 579.76 kN zpl+ 5.7 mm zpl- 109.2 mm ClassificationWeb d 331.0 mm 1.0000 Clweb 1 t 8.6 mm 0.7740 d/t 38.4880 limiting d/t 43.6730 Upper Flange c 90.0 mm c/t 6.6670 ClF,up 1 t 13.5 mm limiting c/t 10.0000 Bottom Flange c 90.0 mm c/t 6.6670 ClF,bottom 1 t 13.5 mm limiting c/t 10.0000 Class of Cross-section Clsect 1 Serviceability Limit States (SLS)Steel Profile Ia 23130.00 cm4 Ai,L 84.50 cm2 za 200.0 mmComposite Member t0 = 28 days Fixed Loads nI,B 0.0000 Ii,B 30665.00 cm4 zi,B 169.9 mm Ic,B 0.00 cm4 Ai,B 94.07 cm2 nA,B 0.0000 Ac,B 0.00 cm2 Composite Member t0 = 90 days Fixed Loads nI,B 0.0000 Ii,B 30665.00 cm4 zi,B 169.9 mm Ic,B 0.00 cm4 Ai,B 94.07 cm2 nA,B 0.0000 Ac,B 0.00 cm2 Composite Profile - Variable Loads nI,PT 0.0000 Ii,PT 30665.00 cm4 zi,PT 169.9 mm Ic,PT 0.00 cm4 Ai,PT 94.07 cm2 nA,PT 0.0000 Ac,PT 0.00 cm2 Composite Profile t0 = 1 Day Shrinkage nI,S 0.0000 Ii,S 30665.00 cm4 zi,S 169.9 mm Ic,S 0.00 cm4 Ai,S 94.07 cm2 nA,S 0.0000 Ac,S 0.00 cm2
3 10.000 11.500 1Ultimate Limit States (ULS) beff 1250.0 mm nb 6.8852 Ideal Positive Resistance Bending Moment bred 181.5 mm A 212.08 cm2
I2 65754.60 cm4 z 26.7 mmIdeal Negative Resistance Bending Moment bred 0.000 m A 94.07 cm2
I2 30665.00 cm4 z 169.9 mmPlastic Resistance Values Mpl,Rd+ 530.20 kN.m Mpl,Rd- 398.67 kN.m Vpl,Rd 579.76 kN zpl+ 5.7 mm zpl- 109.2 mm ClassificationWeb d 331.0 mm 1.0000 Clweb 1 t 8.6 mm 0.7740 d/t 38.4880 limiting d/t 43.6730 Upper Flange c 90.0 mm c/t 6.6670 ClF,up 1 t 13.5 mm limiting c/t 10.0000 Bottom Flange c 90.0 mm c/t 6.6670 ClF,bottom 1 t 13.5 mm limiting c/t 10.0000 Class of Cross-section Clsect 1 Serviceability Limit States (SLS)Steel Profile Ia 23130.00 cm4 Ai,L 84.50 cm2 za 200.0 mmComposite Member t0 = 28 days Fixed Loads
Matej FerlincFakulteta za gradbeništvo
Univerza v Mariboru
COMPOSITE-BEAM
Sheet: 1Page: 6/12
Project: Diplomsko delo Structure: Sovprežni nosilec sprofilirano pločevinoProjektiranje sovprežnih
nosilcev
RSTAB 7.04.0940 - Spatial Framed Structures www.dlubal.com
BY CROSS-SECTION Span No.
Segment [m] from to
Class of Cross-section
nI,B 0.0000 Ii,B 30665.00 cm4 zi,B 169.9 mm Ic,B 0.00 cm4 Ai,B 94.07 cm2 nA,B 0.0000 Ac,B 0.00 cm2 Composite Member t0 = 90 days Fixed Loads nI,B 0.0000 Ii,B 30665.00 cm4 zi,B 169.9 mm Ic,B 0.00 cm4 Ai,B 94.07 cm2 nA,B 0.0000 Ac,B 0.00 cm2 Composite Profile - Variable Loads nI,PT 0.0000 Ii,PT 30665.00 cm4 zi,PT 169.9 mm Ic,PT 0.00 cm4 Ai,PT 94.07 cm2 nA,PT 0.0000 Ac,PT 0.00 cm2 Composite Profile t0 = 1 Day Shrinkage nI,S 0.0000 Ii,S 30665.00 cm4 zi,S 169.9 mm Ic,S 0.00 cm4 Ai,S 94.07 cm2 nA,S 0.0000 Ac,S 0.00 cm2
4 11.500 20.000 1Ultimate Limit States (ULS) beff 2000.0 mm nb 6.8852 Ideal Positive Resistance Bending Moment bred 290.5 mm A 278.05 cm2
I2 72496.20 cm4 z -0.3 mmIdeal Negative Resistance Bending Moment bred 0.000 m A 89.24 cm2
I2 27088.50 cm4 z 184.2 mmPlastic Resistance Values Mpl,Rd+ 572.66 kN.m Mpl,Rd- 352.36 kN.m Vpl,Rd 579.76 kN zpl+ -55.6 mm zpl- 159.1 mm ClassificationWeb d 331.0 mm 1.0000 Clweb 1 t 8.6 mm 0.6230 d/t 38.4880 limiting d/t 55.7320 Upper Flange c 90.0 mm c/t 6.6670 ClF,up 1 t 13.5 mm limiting c/t 10.0000 Bottom Flange c 90.0 mm c/t 6.6670 ClF,bottom 1 t 13.5 mm limiting c/t 10.0000 Class of Cross-section Clsect 1 Serviceability Limit States (SLS)Steel Profile Ia 23130.00 cm4 Ai,L 84.50 cm2 za 200.0 mmComposite Member t0 = 28 days Fixed Loads nI,B 86.9178 Ii,B 49061.89 cm4 zi,B 93.8 mm Ic,B 52.66 cm4 Ai,B 133.73 cm2 nA,B 29.2202 Ac,B 44.49 cm2 Composite Member t0 = 90 days Fixed Loads nI,B 57.4760 Ii,B 51981.50 cm4 zi,B 81.9 mm Ic,B 79.63 cm4 Ai,B 143.15 cm2 nA,B 24.1157 Ac,B 53.91 cm2 Composite Profile - Variable Loads nI,PT 28.4134 Ii,PT 68047.29 cm4 zi,PT 16.0 mm Ic,PT 161.09 cm4 Ai,PT 234.33 cm2 nA,PT 8.9598 Ac,PT 145.09 cm2 Composite Profile t0 = 1 Day Shrinkage nI,S 161.1880 Ii,S 61772.89 cm4 zi,S 41.3 mm Ic,S 35.49 cm4 Ai,S 188.21 cm2 nA,S 16.4187 Ac,S 98.97 cm2
Matej FerlincFakulteta za gradbeništvo
Univerza v Mariboru
COMPOSITE-BEAM
Sheet: 1Page: 7/12
Project: Diplomsko delo Structure: Sovprežni nosilec sprofilirano pločevinoProjektiranje sovprežnih
nosilcev
RSTAB 7.04.0940 - Spatial Framed Structures www.dlubal.com
CONSTRUCTION STAGE Span No.
x[m]
Design- Criterion
1 10.000 0.5828Shear Force Vz,Sd -79.19 kN My,Sd -158.38 kN.m Vz,Rd 579.76 kN Shear Buckling of the Web d 331.0 mm 1.0000 Criterion 0.5552 1.0 tw* 8.6 mm lim 69.3253 k 5.3400 d/tw 38.4884 Proof - non-critical Shear Combined Strain Vz,Sd, My,Sd Design Criterion Vz,Sd/Vz,Rd 0.1366 1.0 Design 0.1366 1.0 Bending My,Sd -158.38 kN.m Vz,Sd -79.19 kNDesign Elastic Resistance Moment My,Rd -271.78 kN.m u -136.9 N/mm2 o 136.9 N/mm2
Combined Strain Vz,Sd, My,Sd Design Criterion My,Sd/My,Rd 0.5828 1.0 Resistance N 0.5828 1.0
2 10.000 0.5828Shear Force Vz,Sd 79.19 kN My,Sd -158.38 kN.m Vz,Rd 579.76 kN Shear Buckling of the Web d 331.0 mm 1.0000 Criterion 0.5552 1.0 tw* 8.6 mm lim 69.3253 k 5.3400 d/tw 38.4884 Proof - non-critical Shear Combined Strain Vz,Sd, My,Sd Design Criterion Vz,Sd/Vz,Rd 0.1366 1.0 Design 0.1366 1.0 Bending My,Sd -158.38 kN.m Vz,Sd 79.19 kNDesign Elastic Resistance Moment My,Rd -271.78 kN.m u -136.9 N/mm2 o 136.9 N/mm2
Combined Strain Vz,Sd, My,Sd Design Criterion My,Sd/My,Rd 0.5828 1.0 Resistance N 0.5828 1.0
ULTIMATE LIMIT STATE Span No.
x[m]
Design- Criterion
1 10.000 0.5228Shear Force Vz,Sd -145.62 kN My,Sd -208.42 kN.m Vpl,z,Rd 579.76 kN Shear Buckling of the Web d 331.0 mm 1.0000 Criterion 0.5552 1.0 tw* 8.6 mm lim 69.3253 k 5.3400 d/tw 38.4884 Proof - non-critical Shear Combined Strain Vz,Sd, My,Sd Design Criterion Vz,Sd/Vpl,z,Rd 0.2512 1.0 Design 0.2512 1.0 Negative Bending Moment My,Sd -208.42 kN.m Vz,Sd -145.62 kN Mel,y,Rd- 398.67 kN.m
Matej FerlincFakulteta za gradbeništvo
Univerza v Mariboru
COMPOSITE-BEAM
Sheet: 1Page: 8/12
Project: Diplomsko delo Structure: Sovprežni nosilec sprofilirano pločevinoProjektiranje sovprežnih
nosilcev
RSTAB 7.04.0940 - Spatial Framed Structures www.dlubal.com
ULTIMATE LIMIT STATE Span No.
x[m]
Design- Criterion
Combined Strain Vz,Sd, My,Sd Design Criterion My,Sd/My,Rd 0.5228 1.0 ULS Proof 0.5228 1.0
2 10.000 0.5228Shear Force Vz,Sd 145.62 kN My,Sd -208.42 kN.m Vpl,z,Rd 579.76 kN Shear Buckling of the Web d 331.0 mm 1.0000 Criterion 0.5552 1.0 tw* 8.6 mm lim 69.3253 k 5.3400 d/tw 38.4884 Proof - non-critical Shear Combined Strain Vz,Sd, My,Sd Design Criterion Vz,Sd/Vpl,z,Rd 0.2512 1.0 Design 0.2512 1.0 Negative Bending Moment My,Sd -208.42 kN.m Vz,Sd 145.62 kN Mel,y,Rd- 398.67 kN.m Combined Strain Vz,Sd, My,Sd Design Criterion My,Sd/My,Rd 0.5228 1.0 ULS Proof 0.5228 1.0
SHEAR CONNECTING OF CONCRETE FLANGE
No. Segment [m]
from to Number
n
1 0.000 4.250 14Full Shear ConnectionTotal Design Shear Force Vl 1985.75 kN Fcf-c 1841.67 kN Fcf-csk 2006.89 kN Redsegment 1.0000 Fcf-se 165.22 kN Fcf-a 1985.75 kN Fci,v 1985.75 kNRequired No. of Shear Connectors Nf 35 Sufficient Slip of Shear Connectors L 10.000 m N / Nf 0.4000 Nmax 28 Ndd / Nf 0.5500 NEC4 14 s 300.0 mm Ndd 20 Nmin 6 Number of Shear Connectors N 14 Partial rigid shear connection. Overdimensioned cross-section, MSd Mapl.Rd
Characteristic Resistance of Shear Connector PRk, 1 79.72 kNDesign Resistance of Shear Connector PRd 57.12 kN
2 4.250 8.580 15Full Shear ConnectionTotal Design Shear Force Vl 1985.75 kN Fcf-c 1841.67 kN Fcf-csk 2006.89 kN Redsegment 1.0000 Fcf-se 165.22 kN Fcf-a 1985.75 kN Fci,v 1985.75 kNRequired No. of Shear Connectors Nf 35 Sufficient Slip of Shear Connectors L 10.000 m N / Nf 0.4000 Nmax 29 Ndd / Nf 0.5500 NEC4 15 s 300.0 mm Ndd 20 Nmin 7 Number of Shear Connectors N 15 Partial rigid shear connection. Overdimensioned cross-section, MSd Mapl.Rd
Characteristic Resistance of Shear Connector PRk, 1 79.72 kNDesign Resistance of Shear Connector PRd 57.12 kN
3 8.580 10.000 9Full Shear ConnectionTotal Design Shear Force Vl 367.16 kN Fcf-se 367.16 kN Redsegment 1.0000 Fcf-csk 367.16 kN Fci,v 367.16 kNRequired No. of Shear Connectors Nf 7
Matej FerlincFakulteta za gradbeništvo
Univerza v Mariboru
COMPOSITE-BEAM
Sheet: 1Page: 9/12
Project: Diplomsko delo Structure: Sovprežni nosilec sprofilirano pločevinoProjektiranje sovprežnih
nosilcev
RSTAB 7.04.0940 - Spatial Framed Structures www.dlubal.com
SHEAR CONNECTING OF CONCRETE FLANGE
No. Segment [m]
from to Number
n
Shear Connector Nmin 2 Nmax 9 s 150.0 mmNumber of Shear Connectors N 9 Full shear connection. All proofs fulfiled. Characteristic Resistance of Shear Connector PRk, 1 79.72 kNDesign Resistance of Shear Connector PRd 57.12 kN
4 10.000 11.420 9Full Shear ConnectionTotal Design Shear Force Vl 367.16 kN Fcf-se 367.16 kN Redsegment 1.0000 Fcf-csk 367.16 kN Fci,v 367.16 kNRequired No. of Shear Connectors Nf 7 Shear Connector Nmin 2 Nmax 9 s 150.0 mmNumber of Shear Connectors N 9 Full shear connection. All proofs fulfiled. Characteristic Resistance of Shear Connector PRk, 1 79.72 kNDesign Resistance of Shear Connector PRd 57.12 kN
5 11.420 15.750 15Full Shear ConnectionTotal Design Shear Force Vl 1985.75 kN Fcf-c 1841.67 kN Fcf-csk 2006.89 kN Redsegment 1.0000 Fcf-se 165.22 kN Fcf-a 1985.75 kN Fci,v 1985.75 kNRequired No. of Shear Connectors Nf 35 Sufficient Slip of Shear Connectors L 10.000 m N / Nf 0.4000 Nmax 29 Ndd / Nf 0.5500 NEC4 15 s 300.0 mm Ndd 20 Nmin 7 Number of Shear Connectors N 15 Partial rigid shear connection. Overdimensioned cross-section, MSd Mapl.Rd
Characteristic Resistance of Shear Connector PRk, 1 79.72 kNDesign Resistance of Shear Connector PRd 57.12 kN
6 15.750 20.000 14Full Shear ConnectionTotal Design Shear Force Vl 1985.75 kN Fcf-c 1841.67 kN Fcf-csk 2006.89 kN Redsegment 1.0000 Fcf-se 165.22 kN Fcf-a 1985.75 kN Fci,v 1985.75 kNRequired No. of Shear Connectors Nf 35 Sufficient Slip of Shear Connectors L 10.000 m N / Nf 0.4000 Nmax 28 Ndd / Nf 0.5500 NEC4 14 s 300.0 mm Ndd 20 Nmin 6 Number of Shear Connectors N 14 Partial rigid shear connection. Overdimensioned cross-section, MSd Mapl.Rd
Characteristic Resistance of Shear Connector PRk, 1 79.72 kNDesign Resistance of Shear Connector PRd 57.12 kN
LONGITUDINAL SHEAR IN THE SLAB
No. Segment [m]
from to Design- Criterion
1 0.000 4.250 0.2046Longitudinal Shear Strain Vsd 190.39 kN/m PRd 57.12 kN Rd 0.3 N/mm2
Nr 1 s 300.0 mmSection (a-a) Acv1 918.13 cm2/m vpd 453.85 kN/m VSd,red 95.19 kN/m Acv2 650.00 cm2/m Form6.25 613.29 kN/m D 0.1552 1.0 Ae 2.48 cm2/m Form6.26 662.03 kN/m Ap 15.60 cm2/m VRd 613.29 kN/mSection (b-b) Acv1 1756.25 cm2/m Ap 31.20 cm2/m Form6.26 930.73 kN/m
Matej FerlincFakulteta za gradbeništvo
Univerza v Mariboru
COMPOSITE-BEAM
Sheet: 1Page: 10/12
Project: Diplomsko delo Structure: Sovprežni nosilec sprofilirano pločevinoProjektiranje sovprežnih
nosilcev
RSTAB 7.04.0940 - Spatial Framed Structures www.dlubal.com
LONGITUDINAL SHEAR IN THE SLAB
No. Segment [m]
from to Design- Criterion
Acv2 1220.00 cm2/m vpd 907.70 kN/m VRd 930.73 kN/m Ae 4.96 cm2/m Form6.25 1220.59 kN/m D 0.2046 1.0Design D 0.2046 1.0
2 4.250 8.580 0.2046Longitudinal Shear Strain Vsd 190.39 kN/m PRd 57.12 kN Rd 0.3 N/mm2
Nr 1 s 300.0 mmSection (a-a) Acv1 918.13 cm2/m vpd 453.85 kN/m VSd,red 95.19 kN/m Acv2 650.00 cm2/m Form6.25 613.29 kN/m D 0.1552 1.0 Ae 2.48 cm2/m Form6.26 662.03 kN/m Ap 15.60 cm2/m VRd 613.29 kN/mSection (b-b) Acv1 1756.25 cm2/m Ap 31.20 cm2/m Form6.26 930.73 kN/m Acv2 1220.00 cm2/m vpd 907.70 kN/m VRd 930.73 kN/m Ae 4.96 cm2/m Form6.25 1220.59 kN/m D 0.2046 1.0Design D 0.2046 1.0
3 8.580 10.000 0.4091Longitudinal Shear Strain Vsd 380.78 kN/m PRd 57.12 kN Rd 0.3 N/mm2
Nr 1 s 150.0 mmSection (a-a) Acv1 918.13 cm2/m vpd 453.85 kN/m VSd,red 190.39 kN/m Acv2 650.00 cm2/m Form6.25 612.51 kN/m D 0.3108 1.0 Ae 2.46 cm2/m Form6.26 662.03 kN/m Ap 15.60 cm2/m VRd 612.51 kN/mSection (b-b) Acv1 1756.25 cm2/m Ap 31.20 cm2/m Form6.26 930.73 kN/m Acv2 1220.00 cm2/m vpd 907.70 kN/m VRd 930.73 kN/m Ae 4.92 cm2/m Form6.25 1219.01 kN/m D 0.4091 1.0Design D 0.4091 1.0
4 10.000 11.420 0.4091Longitudinal Shear Strain Vsd 380.78 kN/m PRd 57.12 kN Rd 0.3 N/mm2
Nr 1 s 150.0 mmSection (a-a) Acv1 918.13 cm2/m vpd 453.85 kN/m VSd,red 190.39 kN/m Acv2 650.00 cm2/m Form6.25 612.51 kN/m D 0.3108 1.0 Ae 2.46 cm2/m Form6.26 662.03 kN/m Ap 15.60 cm2/m VRd 612.51 kN/mSection (b-b) Acv1 1756.25 cm2/m Ap 31.20 cm2/m Form6.26 930.73 kN/m Acv2 1220.00 cm2/m vpd 907.70 kN/m VRd 930.73 kN/m Ae 4.92 cm2/m Form6.25 1219.01 kN/m D 0.4091 1.0Design D 0.4091 1.0
5 11.420 15.750 0.2046Longitudinal Shear Strain Vsd 190.39 kN/m PRd 57.12 kN Rd 0.3 N/mm2
Nr 1 s 300.0 mmSection (a-a) Acv1 918.13 cm2/m vpd 453.85 kN/m VSd,red 95.19 kN/m Acv2 650.00 cm2/m Form6.25 613.29 kN/m D 0.1552 1.0 Ae 2.48 cm2/m Form6.26 662.03 kN/m Ap 15.60 cm2/m VRd 613.29 kN/mSection (b-b) Acv1 1756.25 cm2/m Ap 31.20 cm2/m Form6.26 930.73 kN/m Acv2 1220.00 cm2/m vpd 907.70 kN/m VRd 930.73 kN/m Ae 4.96 cm2/m Form6.25 1220.59 kN/m D 0.2046 1.0Design D 0.2046 1.0
6 15.750 20.000 0.2046Longitudinal Shear Strain Vsd 190.39 kN/m PRd 57.12 kN Rd 0.3 N/mm2
Matej FerlincFakulteta za gradbeništvo
Univerza v Mariboru
COMPOSITE-BEAM
Sheet: 1Page: 11/12
Project: Diplomsko delo Structure: Sovprežni nosilec sprofilirano pločevinoProjektiranje sovprežnih
nosilcev
RSTAB 7.04.0940 - Spatial Framed Structures www.dlubal.com
LONGITUDINAL SHEAR IN THE SLAB
No. Segment [m]
from to Design- Criterion
Nr 1 s 300.0 mmSection (a-a) Acv1 918.13 cm2/m vpd 453.85 kN/m VSd,red 95.19 kN/m Acv2 650.00 cm2/m Form6.25 613.29 kN/m D 0.1552 1.0 Ae 2.48 cm2/m Form6.26 662.03 kN/m Ap 15.60 cm2/m VRd 613.29 kN/mSection (b-b) Acv1 1756.25 cm2/m Ap 31.20 cm2/m Form6.26 930.73 kN/m Acv2 1220.00 cm2/m vpd 907.70 kN/m VRd 930.73 kN/m Ae 4.96 cm2/m Form6.25 1220.59 kN/m D 0.2046 1.0Design D 0.2046 1.0
SERVICEABILITY LIMIT STATES Span No.
x[m]
[mm] max min
L /
1 0.000 0.0 0.0 -
e 0.0 mm vl,max 0.0 mm vl,min 0.0 mm a 0.0 mm vs,max 0.0 mm vs,min 0.0 mm s 0.0 mm max 0.0 mm min 0.0 mm 0 0.0 mm
4.250 24.9 18.1 401.0
e 11.3 mm vl,max 0.0 mm vl,min 0.0 mm a 0.0 mm vs,max 5.2 mm vs,min -1.6 mm s 8.4 mm max 24.9 mm min 18.1 mm 0 0.0 mm
2 15.750 24.9 18.1 401.0
e 11.3 mm vl,max 0.0 mm vl,min 0.0 mm a 0.0 mm vs,max 5.2 mm vs,min -1.6 mm s 8.4 mm max 24.9 mm min 18.1 mm 0 0.0 mm
SLS Proof Maximum Deflection L / 401.0 >= 250.0 Natural Frequency f 9.47 >= 3.00 Hz
LATERAL-TORSIONAL BUCKLING Span No.
Segment[m] from to
Design Criterion My.Sd / Mb.Rd
1 0.000 10.000 -
Lateral-torsional Buckling My,Sd 233.21 kN.m Mpl,y,Rd 572.66 kN.m Mpl,y,k 592.70 kN.mParts of M-course M1 -208.42 kN.m M3 384.00 kN.m -287.5 mm M2 208.42 kN.m M4 -61.88 kN.m -320.0 mm N -31.388 kN.m2
Lateral-torsional Buckling non-critical while N is negative.
2 10.000 20.000 -
Lateral-torsional Buckling My,Sd 233.21 kN.m Mpl,y,Rd 572.66 kN.m Mpl,y,k 592.70 kN.mParts of M-course M1 -208.42 kN.m M3 384.00 kN.m -287.5 mm M2 208.42 kN.m M4 -61.88 kN.m -320.0 mm N -31.388 kN.m2
Lateral-torsional Buckling non-critical while N is negative.
Matej FerlincFakulteta za gradbeništvo
Univerza v Mariboru
COMPOSITE-BEAM
Sheet: 1Page: 12/12
Project: Diplomsko delo Structure: Sovprežni nosilec sprofilirano pločevinoProjektiranje sovprežnih
nosilcev
RSTAB 7.04.0940 - Spatial Framed Structures www.dlubal.com
ALLOWABLE CRACK WIDTH
No. Segment [m]
from to Design- Criterion
1 8.580 10.000 0.4157 812.50 cm2 st 420.0 N/mm2 D 0.4157 1.0 3.0 N/mm2 As,min 4.18 cm2
wk 0.5 mm As 10.05 cm2
2 10.000 11.420 0.4157 812.50 cm2 st 420.0 N/mm2 D 0.4157 1.0 3.0 N/mm2 As,min 4.18 cm2
wk 0.5 mm As 10.05 cm2
REACTIONS Supp No.
Distance x [m]
Type of Support
1 0.000 Hinged
Construction Stage PTz,min -4.00 kN PGz,min -2.42 kN PTz,max 54.87 kN PGz,max 36.83 kNComposite Stage PTz,min 50.33 kN PGz,min 34.46 kN PTz,max 106.58 kN PGz,max 71.96 kN
2 10.000 Hinged movable
Construction Stage PTz,min 11.19 kN PGz,min 8.29 kN PTz,max 158.38 kN PGz,max 106.42 kNComposite Stage PTz,min 162.85 kN PGz,min 126.90 kN PTz,max 296.53 kN PGz,max 216.35 kN
3 20.000 Hinged movable
Construction Stage PTz,min -4.00 kN PGz,min -2.42 kN PTz,max 54.87 kN PGz,max 36.83 kNComposite Stage PTz,min 50.33 kN PGz,min 34.46 kN PTz,max 106.58 kN PGz,max 71.96 kN