Σύμφωνα με το Μέρος 1.8 του Ευρωκώδικα 3 (ΕΝ1993) Χάρης Ι. Γαντές Αναπληρωτής Καθηγητής Χαλύβδινες και Σύμμικτες Κατασκευές Επιστημονικό Σεμινάριο Μυτιλήνη 9-10 Οκτωβρίου 2009
Περιεχόμενα παρουσίασης Εισαγωγή Κοχλιώσεις Συγκολλήσεις Κόμβοι πλαισιακών κατασκευών Τυπικές συνδέσεις μεταλλικών υπόστεγων Παραδείγματα 2
Ρόλος συνδέσεων στις μεταλλικές κατασκευές Σύνδεση μελών κατασκευής μεταξύ τους Ασφαλής μεταφορά εντατικών μεγεθών από μέλος σε μέλος και τελικά στο έδαφος Απαιτήσεις: Ασφάλεια Κατασκευασιμότητα Συνέπεια με υπολογιστικό προσομοίωμα 3
Ιδιαιτερότητα συνδέσεων στις μεταλλικές κατασκευές Σε αντίθεση με το έγχυτο επιτόπου του έργου οπλισμένο σκυρόδεμα, που εξασφαλίζει μονολιθικότητα λόγω του τρόπου κατασκευής, στις μεταλλικές κατασκευής τόσο η μελέτη (υπολογισμοί και σχεδίαση) των συνδέσεων, όσο και η κατασκευή τους, απαιτούν ιδιαίτερο χρόνο, προσπάθεια και προσοχή. Ειδικό μέρος του Ευρωκώδικα 3, αφιερωμένο στις συνδέσεις 4
Τύποι συνδέσεων στις μεταλλικές κατασκευές Κοχλιώσεις κυρίως εργοταξιακή σύνδεση Συγκολλήσεις κυρίως εργοστασιακή σύνδεση 5
Κοχλιώσεις 6
Κοχλιώσεις: Ορισμοί Γεωμετρία κοχλία Συνδεόμενα ελάσματα Κεφαλή Δακτύλιος (ροδέλα) Κορμός Σπείρωμα Περικόχλιο (παξιμάδι) 7
Κοχλιώσεις: Ορισμοί r z 1 r z 1 d d 2 d 1 l s y b c l s y b k l k l e e s s Μήκος σύσφιξης Μήκος σύσφιξης t m Μήκος σύσφιξης t m 8
Κοχλιώσεις: Ανοχές d 0 = d + α όπου: d 0 d α διάμετρος οπής διάμετρος κοχλία ανοχή Κανονικές οπές α = 1 mm για κοχλίες Μ12 α = 2 mm για κοχλίες Μ16 έως Μ24 α = 3 mm για κοχλίες Μ27 9
Κοχλιώσεις: Διάμετροι Μετρικοί κοχλίες (στον ευρωπαϊκό χώρο) Κατηγορίες: Μ12 Μ16 Μ20 Μ22 Μ24 Μ27 Μ30 Μ36 Ο αριθμός στην ονομασία αντιστοιχεί στη διάμετρο κορμού Πχ. Μ20 σημαίνει 20mm διάμετρος κορμού 10
Κοχλιώσεις: Ποιότητες υλικού Στον Ευρωκώδικα 3 προδιαγράφονται 5 κατηγορίες υλικών για κοχλίες: 4.6 5.6 6.8 8.8 10.9 f y [MPa] 240 300 480 640 900 f u [MPa] 400 500 600 800 1000 4.6 4.6 f u =400 MPa f y =0,6 x 400MPa = 240MPa Υψηλής αντοχής 11
Κοχλιώσεις: Ποιότητες υλικού Γενική αρχή: Ποιότητα του χάλυβα κοχλιών καλύτερη από την ποιότητα του χάλυβα των συνδεόμενων ελασμάτων 12
Κοχλιώσεις: Είδη έντασης Μια κοχλίωση σχεδιάζεται προκειμένου να παραλάβει: 1. Διατμητική δύναμη - κάθετη στον άξονα του κορμού 2. Εφελκυστική δύναμη - παράλληλη στον άξονα του κορμού 3. Διατμητική και εφελκυστική δύναμη ταυτόχρονα F F F 13
Διατεμνόμενες κοχλιώσεις: Τύποι Κατηγορία Α Κοχλιώσεις σύνθλιψης άντυγας Απλοί κοχλίες Κατηγορία Β Κοχλιώσεις ανθεκτικές σε ολίσθηση στην οριακή κατάσταση λειτουργικότητας Κατηγορία C Κοχλιώσεις ανθεκτικές σε ολίσθηση στην οριακή κατάσταση αστοχίας Η δύναμη μεταφέρεται μέσω επαφής του κορμού του κοχλία με την άντυγα της οπής Προεντεταμένοι κοχλίες Η δύναμη μεταφέρεται μέσω τριβής μεταξύ των ελασμάτων που εξασφαλίζεται λόγω προέντασης του κοχλία Μόνο υλικά 8.8 και 10.9 14
Διατεμνόμενες κοχλιώσεις: Έλεγχοι κατά ΕC3 Κατηγορία Α Οριακή κατάσταση αστοχίας 1.Διάτμηση κορμού F v,ed F v,rd 2.Σύνθλιψη άντυγας οπών F v,ed F b,rd Κατηγορία Β Οριακή κατάσταση λειτουργικότητας 1.Ολίσθηση ελασμάτων F v,ed,ser F s,rd,ser Οριακή κατάσταση αστοχίας 2.Διάτμηση κορμού F v,ed F v,rd 3.Σύνθλιψη άντυγας οπών F v,ed F b,rd Κατηγορία C Οριακή κατάσταση αστοχίας 1. Ολίσθηση ελασμάτων F v,ed,ser F s,rd,ser 2. Σύνθλιψη άντυγας οπών F v,ed F b,rd 15
Κοχλιώσεις κατηγορίας Α: Μηχανισμός λειτουργίας Πραγματοποιείται μικρή σχετική μετακίνηση των συνδεόμενων ελασμάτων κατά τη φορά των ασκούμενων δυνάμεων, ώστε να έρθει σε επαφή ο κορμός του κοχλία με τις άντυγες των οπών) Συνθλιβόμενη επιφάνεια οπής F t t F Διατεμνόμενη επιφάνεια κορμού κοχλία Συνθλιβόμενη επιφάνεια οπής d (διάμετρος κορμού κοχλία) 16
Κοχλιώσεις κατηγορίας Α: Μηχανισμός λειτουργίας 17
Διατεμνόμενες κοχλιώσεις: Διάτμηση κορμού Αντοχή κορμού κοχλία σε διάτμηση n: αριθμός των επιπέδων διάτμησης F v,rd = n 0,6 fub A γ M2 f ub : όριο θραύσης χάλυβα κοχλία Α: διατομή του κορμού του κοχλία γ Μ2 = 1,25 18
Διατεμνόμενες κοχλιώσεις: Διάτμηση κορμού F F F F/2 F/2 n=1 Ένα επίπεδο διάτμησης n=2 Δύο επίπεδα διάτμησης Καλή πρακτική είναι τα επίπεδα διάτμησης να μη διέρχονται από το σπείρωμα. Αλλιώς επέρχεται μείωση της αντοχής σε διάτμηση 19
Διατεμνόμενες κοχλιώσεις: Σύνθλιψη άντυγας οπών Αντοχή άντυγας οπής σε σύνθλιψη F b,rd = k 1 a b fu d t γ M2 a b, k 1 : συντελεστές που εξαρτώνται από τη γεωμετρία της κοχλίωσης (αποστάσεις της οπής από τα όρια ή άλλες οπές) και από τα υλικά d : η διάμετρος του κοχλία t : το πάχος του λεπτότερου από τα συνδεόμενα ελάσματα f u : το όριο θραύσης του χάλυβα του ελάσματος γ Μ2 = 1,25 20
Διατεμνόμενες κοχλιώσεις: Σύνθλιψη άντυγας οπών a b = min 1, f ub f u, e 1 3d 0, p 1 3d 0 1 4 Όρια και αποστάσεις κατά τη φορά του φορτίου k 1 2,8e2 1,4p2 = min - 1,7, 1,7, 2,5 d0 d0 Πλευρικά όρια και αποστάσεις 21
Κοχλιώσεις κατηγορίας B,C: Μηχανισμός λειτουργίας Οι αναπτυσσόμενες δυνάμεις τριβής μεταξύ των ελασμάτων δεν επιτρέπουν να πραγματοποιηθεί σχετική μετακίνηση τους F F εγκάρσιες δυνάμεις μεταξύ των ελασμάτων δυνάμεις τριβής μεταξύ των ελασμάτων 22
Διατεμνόμενες κοχλιώσεις: Ολίσθηση ελασμάτων kμ s Fs,Rd = n F γ n : αριθμός των επιφανειών τριβής k s : συντελεστής σχήματος οπής (για κανονικές οπές k s =1, για υπερμεγέθεις ή επιμήκεις οπές k s <1) μ : συντελεστής τριβής F p,c : δύναμη προέντασης F p,c = 0,7 f ub A s As : ενεργός διατομή κορμού κοχλία (απομειωμένη λόγω σπειρώματος) γ Μ3 = 1,25 Αντοχή σε ολίσθηση M3 p,c 23
Διατεμνόμενες κοχλιώσεις: Ολίσθηση ελασμάτων Η δύναμη προέντασης στο εργοτάξιο επιβάλλεται είτε με δυναμόκλειδο ή με μέτρηση της περιστροφής του κοχλία (πιο δύσκολο αλλά ασφαλέστερο) Ο συντελεστής τριβής μ εξαρτάται από την επεξεργασία των επιφανειών (βαφή, αμμοβολή κλπ.) Στον Ευρωκώδικα 3 προδιαγράφονται 4 κατηγορίες επεξεργασίας, Α, B, C, D, με συντελεστές τριβής μ από 0,2 ως 0,5 24
Εφελκυόμενες κοχλιώσεις: Τύποι Κατηγορία D Απλοί κοχλίες Κατηγορία E Προεντεταμένοι κοχλίες Δεν προσφέρονται για περιπτώσεις έντονης εναλλαγής φορτίου Μόνο ποιότητας 8.8 και 10.9 25
Εφελκυόμενες κοχλιώσεις: Έλεγχοι κατά ΕC3 Κατηγορία D Οριακή κατάσταση αστοχίας 1. Εφελκυσμός κορμού F t,ed F t,rd 2. Διάτρηση ελάσματος F t,ed B p,rd Κατηγορία E Οριακή κατάσταση αστοχίας 1. Εφελκυσμός κορμού F t,ed F t,rd 2. Διάτρηση ελάσματος F t,ed B p,rd 26
Εφελκυόμενες κοχλιώσεις: Εφελκυσμός κορμού Αντοχή σε εφελκυσμό κορμού F t,rd = fa ub 0.9 γ M2 s f ub : όριο θραύσης χάλυβα κοχλία Α s : ενεργός διατομή του κορμού του κοχλία γ Μ2 = 1,25 27
Εφελκυόμενες κοχλιώσεις: Διάτρηση ελάσματος Αντοχή σε διάτρηση ελάσματος B = π0.6 p,rd d m tf u γ M2 d m : διάμετρος της κεφαλής του κοχλία t : πάχος του ελάσματος f ub : όριο θραύσης χάλυβα κοχλία Αs: ενεργός διατομή του κορμού του κοχλία γ Μ2 = 1,25 28
Κοχλιώσεις υπό διάτμηση και εφελκυσμό F F V,Ed V,rd + F t, Ed 1,4F t, rd 1,0 F V,Ed : διατμητική δύναμη που ασκείται στον κοχλία F t,ed : εφελκυστική δύναμη που ασκείται στον κοχλία F V,rd : διατμητική αντοχή του κοχλία F t,rd : εφελκυστική αντοχή του κοχλία 29
Συγκολλήσεις 30
Συγκολλήσεις Βασικές αρχές Το υλικό της συγκόλλησης πρέπει να είναι μεγαλύτερης αντοχής από το μητρικό μέταλλο (επιλογή ηλεκτροδίου) Ταυτόχρονη συγκόλληση και κοχλίωση για την παραλαβή του ίδιου φορτίου πρέπει να αποφεύγεται Όλες οι συγκολλήσεις πρέπει να γίνονται σε κλειστό χώρο με ελεγχόμενες συνθήκες (όχι στο εργοτάξιο) 31
Συγκολλήσεις Βασικές μορφές Εξωραφή Εσωραφή πλήρους διείσδυσης Εσωραφή μερικής διείσδυσης 32
Εξωραφές Κανόνες εφαρμογής Γωνία μεταξύ ελασμάτων από 60º ως 120º Μπορεί να είναι διακοπτόμενες Πάχος a εξωραφής = ύψος εγγεγραμμένου τριγώνου 3mm α 0,7 t min 33
Εσωραφές Κανόνες εφαρμογής Εσωραφές πλήρους διείσδυσης Ονομάζονται έτσι επειδή προκαλούν τήξη σε όλο το πάχος του συνδεόμενου ελάσματος Πρέπει να είναι συνεχείς (όχι διακοπτόμενες) Εσωραφές μερικής διείσδυσης Ονομάζονται έτσι επειδή προκαλούν τήξη σε τμήμα του πάχους του συνδεόμενου ελάσματος Πρέπει να είναι συνεχείς 34
Εξωραφές Υπολογισμός αντοχής Αντοχή εξωραφής (διατμητική τάση) 1 f/ 3 u f vw,d = β w γ M2 Έλεγχος σε σύνθετη καταπόνηση ( ) σ +3 τ +τ < 2 2 2 σ fu < γ Μ2 fu βγ wμ2 f u : όριο θραύσης του ασθενέστερου υλικού των συνδεόμενων ελασμάτων β w : συντελεστής που εξαρτάται από το υλικό των ελασμάτων S235 S275 S355 β w 0,80 0,85 0,90 Μια εξωραφή πάχους α και μήκους L w μπορεί να μεταφέρει δύναμη ίση με: w, rd = vw,d L w 35
Εσωραφές Υπολογισμός αντοχής Εσωραφές πλήρους διείσδυσης Επειδή αντικαθιστά πλήρως το μητρικό μέταλλο η αντοχή της λαμβάνεται ίση με εκείνη του αρχικού ελάσματος Εσωραφές μερικής διείσδυσης Ελέγχονται ως εξωραφές με χρήση του κατάλληλου πλάτους α 36
Παραμορφωσιμότητα τύπων συνδέσεων 37
Κόμβοι πλαισιακών κατασκευών 38
Κόμβοι πλαισιακών κατασκευών Κόμβοι δοκού-υποστυλώματος Κόμβοι δοκού-δοκού Βάσεις υποστυλωμάτων Κοχλιωτοί Συγκολλητοί 39
Κόμβοι δοκού - υποστυλώματος Με μετωπική πλάκα Συγκολλητός με ενισχύσεις Με γωνιακά Με μετωπική πλάκα με ενισχύσεις 40
Κόμβοι δοκού - δοκού 41
Κόμβοι έδρασης υποστυλωμάτων 42
Σημασία μόρφωσης κόμβων πλαισιακών κατασκευών Οι κόμβοι: αποτελούν αναπόσπαστο τμήμα μιας πλαισιακής κατασκευής Επηρεάζουν καθοριστικά την κατανομή των εντατικών μεγεθών στα μέλη και το μέγεθος των μετακινήσεων Διαγράμματα ροπών κάμψης πλαισίου 43
Προσομοίωση κόμβων πλαισιακών κατασκευών Πρόβλημα: Πώς ενσωματώνονται οι κόμβοι στην ελαστική ανάλυση της κατασκευής; Απάντηση: Εξαρτάται από τη δυσκαμψία τους Υψηλή δυσκαμψία Χαμηλή δυσκαμψία Ενδιάμεση δυσκαμψία Θεώρηση (στην ελαστική ανάλυση) Άκαμπτοι Αρθρωτοί Ημι-άκαμπτοι 44
Προσομοίωση κόμβων πλαισιακών κατασκευών Πόση δυσκαμψία πρέπει να έχει ο κόμβος για να θεωρηθεί άκαμπτος, αρθρωτός ή ημι-άκαμπτος; Μ Δυσκαμψία άκαμπτων κόμβων Κόμβος Μ φ Δυσκαμψία αρθρωτών κόμβων φ 45
Προσομοίωση κόμβων πλαισιακών κατασκευών Ο Ευρωκώδικας 3 δίνει όρια δυσκαμψίας για την κατάταξη κόμβων Για κόμβους δοκού-υποστυλώματος: Δυσκαμψία άκαμπτων κόμβων 8EI /L bb Αμετάθετα πλαίσια 25EI /L bb Μεταθετά πλαίσια Δυσκαμψία αρθρωτών κόμβων 0,5EI /L bb Ε,Ι b Ζύγωμα L b 46
Προσομοίωση κόμβων πλαισιακών κατασκευών Προσομοίωση κόμβων στην ελαστική ανάλυση της κατασκευής Πρέπει να ελεγχθεί η δυσκαμψία τους ώστε να ικανοποιεί τα όρια του Ευρωκώδικα 3 Αρθρωτός κόμβος Άκαμπτος κόμβος Ημι-άκαμπτος κόμβος 47
Προσομοίωση κόμβων πλαισιακών κατασκευών Πρόβλημα: Πως προσομοιώνονται οι κόμβοι στην περίπτωση που θέλουμε να κάνουμε πλαστική ανάλυση; Απάντηση: Εξαρτάται από την αντοχή τους Υψηλή αντοχή Χαμηλή αντοχή Ενδιάμεση αντοχή Θεώρηση (στην πλαστική ανάλυση) Πλήρους αντοχής Αρθρωτοί Μερικής αντοχής 48
Προσομοίωση κόμβων πλαισιακών κατασκευών Πόση αντοχή πρέπει να έχει ο κόμβος για να θεωρηθεί πλήρους αντοχής, αρθρωτός ή μερικής αντοχής; Μ Περιοχή κόμβων πλήρους αντοχής Κόμβος Περιοχή κόμβων μερικής αντοχής Μ Περιοχή αρθρωτών κόμβων φ φ 49
Προσομοίωση κόμβων πλαισιακών κατασκευών Ο Ευρωκώδικας 3 δίνει όρια αντοχής για την κατάταξη κόμβων Αντοχή κόμβων πλήρους αντοχής Αντοχή συνδεόμενων μελών Μ j,rd Μ b,rd Μ c,rd Μ j,rd > Μ b,rd & Μ j,rd > Μ c,rd Μ j,rd Μ b,rd Μ c,rd Μ j,rd > Μ b,rd & Μ j,rd > 2Μ c,rd Αντοχή αρθρωτών κόμβων 0,25 x (Αντοχή συνδεόμενων μελών) 50
Προσομοίωση κόμβων πλαισιακών κατασκευών Προσομοίωση κόμβων στην πλαστική ανάλυση της κατασκευής Πρέπει να ελεγχθεί η αντοχή τους ώστε να ικανοποιεί τα όρια του Ευρωκώδικα 3 Αρθρωτός κόμβος Κόμβος πλήρους αντοχής Κόμβος μερικής αντοχής 51
Προσομοίωση κόμβων πλαισιακών κατασκευών Πρόβλημα: Πως προσομοιώνονται οι κόμβοι στην περίπτωση που θέλουμε να ελαστοπλαστική ή μη γραμμική ανάλυση; Απάντηση: Εξαρτάται από την αντοχή και τη δυσκαμψία τους Θεώρηση (στην ελαστοπλαστική ανάλυση) Υψηλή αντοχή και δυσκαμψία Χαμηλή αντοχή και δυσκαμψία Ενδιάμεση αντοχή ή δυσκαμψία Συνεχείς Αρθρωτοί Ημι-συνεχείς 52
Παραδείγματα κόμβων πλαισιακών κατασκευών Μ Συνεχής Κατάταξη ως προς τη δυσκαμψία και την αντοχή, όπως και πριν Κόμβος Ημι-συνεχείς Μ Αρθρωτός φ φ 53
Σχεδιασμός κόμβων πλαισιακών κατασκευών Επομένως ο σχεδιασμός των κόμβων απαιτεί τον υπολογισμό της δυσκαμψίας και της αντοχής τους Όμως Ο υπολογισμός των χαρακτηριστικών αυτών είναι δύσκολος και απαιτεί μεγάλη εξειδίκευση Συχνά ο λεπτομερής σχεδιασμός των κόμβων ανατίθεται σε εξειδικευμένα μελετητικά γραφεία 54
Διαδικασία σχεδιασμού πλαισιακών κατασκευών Δεν ικανοποιείται Προκαταρκτική επιλογή κόμβων/μελών Ανάλυση της κατασκευής Έλεγχος μελών Ικανοποιείται Όχι Οι κόμβοι ικανοποιούν τις παραδοχές της ανάλυσης; Σχεδιασμός κόμβων Ναι Οριστικοποίηση σχεδιασμού 55
Υπολογισμός κόμβων πλαισιακών κατασκευών Υπολογισμός δυσκαμψίας και αντοχής κόμβων Πειραματικά Αριθμητικά (με αναλύσεις πεπερασμένων στοιχείων) Αναλυτικά 56
Πειραματικές δοκιμές κόμβων Πειραματικά αποτελέσματα Χρήσιμα μόνο σε ειδικά έργα με μεγάλη τυποποίηση κόμβων, καθώς και για βαθμονόμηση αριθμητικών αναλύσεων και αναλυτικών προσομοιωμάτων 57
Αριθμητικές αναλύσεις κόμβων Αποτελέσματα αναλύσεων πεπερασμένων στοιχείων Έχουν υψηλό κόστος για αξιοποίηση σε συνήθη έργα Είναι χρήσιμα για κατανόηση συμπεριφοράς και για βαθμονόμηση αναλυτικών προσομοιωμάτων 58
Αναλυτικά προσομοιώματα κόμβων Μοναδική λύση για συνήθη έργα Πολλές αβεβαιότητες και παραδοχές Καλύπτουν συνήθως μερικές (λίγες) περιπτώσεις κόμβων 59
Αναλυτικά προσομοιώματα κόμβων Δυσκαμψία και αντοχή κατά τον Ευρωκώδικα 3 με τη μέθοδο των «συστατικών μερών» ( component method ) Με μετωπική πλάκα Κόμβοι δοκού-υποστυλώματος Με γωνιακά άνω και κάτω πέλματος Πλήρως συγκολλητοί Βάσεις υποστυλωμάτων Δεν προσφέρεται για υπολογισμούς με το χέρι 60
Μέθοδος συστατικών μερών Ο κόμβος θεωρείται ένα σύστημα πολλών μικρότερων τμημάτων (συστατικά μέρη) Δυσκαμψία + Αντοχή Υπολογισμός δυσκαμψίας, αντοχής κλπ. του κόμβου 61
Συστατικά μέρη συγκολλητών κόμβων Κορμός υποστυλώματος σε εφελκυσμό Κορμός υποστυλώματος σε διάτμηση Κορμός και πέλμα δοκού σε θλίψη Κορμός υποστυλώματος σε θλίψη 62
Υπολογισμός αντοχής συγκολλητών κόμβων F t z Μ F c F t = F c = M/z 63
Υπολογισμός δυσκαμψίας συγκολλητών κόμβων cwt Μηχανικό προσομοίωμα δυσκαμψίας z cws cwc Ez S j,ini = 1 1 1 2 + + k k k cws cwc cwt 64
Συστατικά μέρη συγκολλητών κόμβων Αντοχή και δυσκαμψία του κορμού υποστυλώματος σε διάτμηση V = wp,rd 9,0 Af y,wc M0 vc γ3 cws k 0,38A cws = βz vc A vc = επιφάνεια διάτμησης του υποστυλώματος f y,wc = όριο διαρροής κορμού υποστυλώματος β = συντελεστής μετασχηματισμού. Εξαρτάται από την κατανομή των ροπών εκατέρωθεν του κόμβου γ Μ0 = συντελεστής ασφαλείας = 1,00 65
Συστατικά μέρη συγκολλητών κόμβων Πρόσθετη αντοχή λόγω εγκάρσιων νευρώσεων: V = wp,add,rd M4 pl,fc,rd d s d s cws αλλά V wp,add,rd 2M pl,fc,rd + d s 2M pl,st,rd d s : η απόσταση μεταξύ των κεντροβαρικών γραμμών των νευρώσεων M pl,fc,rd : η πλαστική αντοχή σχεδιασμού σε κάμψη του πέλματος υποστυλώματος M pl,st,rd : η πλαστική αντοχή σχεδιασμού σε κάμψη της νεύρωσης 66
Συστατικά μέρη συγκολλητών κόμβων Προσθήκη ενισχυτικών ελασμάτων κορμού cws t s t wc t s b s t s t wc H επιφάνεια διάτμησης A vc αυξάνεται κατά b s t wc ακόμα κι αν τοποθετηθούν δύο ενισχυτικά ελάσματα 67
Συστατικά μέρη συγκολλητών κόμβων Αντοχή και δυσκαμψία του κορμού υποστυλώματος σε εφελκυσμό cwt Αντοχή F = t,wc,rd ωb eff,t,wc γ M0 t f wc y,wc Δυσκαμψία k t,wc 0, 7b t eff,t,wc d c wc d wc s t fc b α = t5(t+ 2 s) 2 + + eff,t,wc fb b fc Πρότυπες διατομές: Συγκολλητές: s r c s 2a c b eff,t,wc a b t fb ω: μειωτικός συντελεστής για πιθανή αλληλεπίδραση με διάτμηση 68
Συστατικά μέρη συγκολλητών κόμβων Αντοχή και δυσκαμψία του κορμού υποστυλώματος σε θλίψη Αντοχή ωk b t f ωk ρb t f F c,wc,rd = min ; γm0 γm1 wc eff,c,wc wc y,wc wc eff,c,wc wc y,wc Δυσκαμψία k = c,wc 0,7b t eff,c,wc d c wc cwc b eff,c,wc =t α fb + +2 5(t 2+ s) b fc s t fc k wc : μειωτικός συντελεστής λόγω αξονικής θλιπτικής δύναμης στο υποστύλωμα (συνήθως k wc =1) ρ: μειωτικός συντελεστής για πιθανό λυγισμό του κορμού ω: μειωτικός συντελεστής για πιθανή αλληλεπίδραση με διάτμηση d wc b eff,c,wc a b t fb 69
Συστατικά μέρη συγκολλητών κόμβων Αντοχή κορμού και πέλματος δοκού σε θλίψη bfwc h F M /(h t ) c,fb,rd b,rd fb t fb h M b,rd t fb : το ύψος της συνδεόμενης δοκού. : η αντοχή σχεδιασμού σε ροπή της διατομής της δοκού απομειωμένη αν απαιτείται λόγω αλληλεπίδρασης με τέμνουσα : το πάχος πέλματος της συνδεόμενης δοκού. 70
Συστατικά μέρη συγκολλητών κόμβων Συγκόλληση άνω πέλματος Συγκόλληση κορμού Συγκόλληση κάτω πέλματος Κριτήρια επάρκειας 2 2 2 συγκόλλησης σ 3τ τ u και βγ wμ2 f σ fu γ Μ2 71
Συστατικά μέρη κόμβων με μετωπική πλάκα Κορμός υποστυλώματος σε εφελκυσμό Πέλμα υποστυλώματος σε κάμψη Μετωπική πλάκα σε κάμψη Κοχλίες σε εφελκυσμό Κορμός δοκού σε εφελκυσμό Κορμός υποστυλώματος σε διάτμηση Κορμός υποστυλώματος σε θλίψη Κορμός και πέλμα δοκού σε θλίψη 72
Υπολογισμός αντοχής κόμβων με μετωπική πλάκα F t1 F t2 z h 2 h 1 Μ F c Ισορροπία δυνάμεων ti i t1 1 t2 2 Fc F ti Ft1 Ft2 M Fh Fh F h 73
Υπολογισμός δυσκαμψίας κόμβων με μετωπική πλάκα cfb epb Μηχανικό προσομοίωμα δυσκαμψίας cwt bt cwt bt z cws cwc Ez S j,ini = 1 1 1 2 + + k k k cws cwc eq 74
Συστατικά μέρη κοχλιωτών κόμβων Στην εφελκυόμενη ζώνη των κοχλιωτών κόμβων ορισμένα συστατικά μέρη έχουν τη μορφή ισοδύναμων βραχέων ταυ Για κόμβους με μετωπική πλάκα Πέλμα υποστυλώματος σε κάμψη Μετωπική πλάκα σε κάμψη Για κόμβους με γωνιακά άνω/κάτω πέλματος Πέλμα υποστυλώματος σε κάμψη Γωνιακό σε κάμψη 75
Βραχέα ταυ Γεωμετρία βραχέος ταυ n m d 0.8r t w 0.8r m n d Κορμός Πλάγια όψη Πέλμα r t f b Κάτοψη 76
Βραχέα ταυ Διάγραμμα ελευθέρου σώματος και διάγραμμα ροπών κάμψης πέλματος βραχέος ταυ στην οριακή κατάσταση αντοχής σύμφωνα με τον πρώτο μηχανισμό αστοχίας Q F 1,rd 1 ος Μηχανισμός αστοχίας Q Θέση πλαστικής άρθρωσης Η αντοχή του πέλματος του βραχέος ταυ είναι μικρή σε σχέση με αυτήν των κοχλιών F t M f,rd F t M f,rd M F f,rd 1,rd 4M 2 btf 4γ m f,rd f y Μ0 77
Βραχέα ταυ Διάγραμμα ελευθέρου σώματος και διάγραμμα ροπών κάμψης πέλματος βραχέος ταυ στην οριακή κατάσταση αντοχής σύμφωνα με τον τρίτο μηχανισμό αστοχίας F 3,rd 3 ος Μηχανισμός αστοχίας Το πέλμα είναι πολύ ισχυρό σε σχέση με τους κοχλίες F 2Ft, 3,rd rd F t,rd F t,rd M <M f,rd F t,rd 0, 90fubA γ Μ2 s 78
Βραχέα ταυ Διάγραμμα ελευθέρου σώματος και διάγραμμα ροπών κάμψης πέλματος βραχέος ταυ στην οριακή κατάσταση αντοχής σύμφωνα με το δεύτερο μηχανισμό αστοχίας Q F 2,rd 2 ος Μηχανισμός αστοχίας Q F 2,rd Θέση πλαστικής άρθρωσης 2Mf,rd 2Ft,rdn m n F t,rd F t,rd M f,rd 2 btf 4γ f y Μ0 M <M f,rd F t,rd 0, 90fubA γ Μ2 s 79
Βραχέα ταυ Από τους τρεις μηχανισμούς αστοχίας θα εμφανιστεί εκείνος που έχει το μικρότερο F Rd και επομένως η αξονική αντοχή του βραχέος ταυ είναι: F min F,F,F Rd 1,Rd 2,Rd 3,Rd 80
Βραχέα ταυ Αριθμητική προσομοίωση 81
Βραχέα ταυ Παραμόρφωση και ισοδύναμη τάση για δύο διαφορετικά βραχέα ταυ: α) 1 ος Μηχανισμός αστοχίας β) 2 ος Μηχανισμός αστοχίας 82
Βραχέα ταυ Καμπύλη δύναμης-μετακίνησης βραχέος ταυ F (knt) 120 100 80 60 Πειραματική δοκιμή Προσομοίωμα πεπερασμένων στοιχείων 40 20 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 δ (mm) 83
Μέθοδος συστατικών μερών Πιθανοί μηχανισμοί αστοχίας πέλματος υποστυλώματος και μετωπικής πλάκας κόμβων με πολλαπλά επίπεδα κοχλίωσης με βάση τη θεωρία γραμμών διαρροής 84
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Σύνδεση ζυγώματος - υποστυλώματος 85
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Σύνδεση ζυγώματος στον κορφιά 86
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Σύνδεση συνδέσμων δυσκαμψίας στέγης 87
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Σύνδεση κεφαλοδοκού - υποστυλώματος 88
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Έδραση υποστυλώματος Πάκτωση Έδραση υποστυλώματος Άρθρωση 89
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Αποκατάσταση συνέχειας δοκού 90
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Συνδέσεις τέμνουσας δοκού - υποστυλώματος 91
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Γωνιακός κόμβος πλαισίου 92
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Σύνδεση κεφαλοδοκού υποστυλώματος 93
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Σύνδεση κορφιά πλαισίου και ανάρτηση ελκυστήρα 94
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Σύνδεση ντίζας - τεγίδας 95
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Σύνδεση ροπής δοκού υποστυλώματος κατά τον ασθενή άξονα 96
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Έδραση γερανοδοκού 97
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Αποκατάσταση συνέχειας υποστυλώματος 98
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Σύνδεσμος τύπου Λ 99
Τυπικές συνδέσεις κόμβων πλαισιακών κατασκευών Σύνδεσμος τύπου Λ με εκκεντρότητα 100