ΑΘAΝΑΣΙΟΣΣ X. TPIANTAΦYΛΛOYY KAΘHΓHTHΣ ΠANEΠIΣTHMIO ΠATPΩN TMHMA ΠOΛITIKΩN MHXANIKΩN ΣΥΜΜΙΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΠΑΤΡΑ 2016
ii ISBN 978-960-92177-4-3 c ΑΘ. X. TPIANTAΦYΛΛOY Απαγορεύεται η ολική ή εν μέρει αντιγραφή ή κατά οποιονδήποτε τρόπο αναπαραγωγή (εκτύπωση, φωτοτύπιση, φωτογράφηση, φιλμογράφηση, σάρωση κ.λ.π.) κειμένων, πινάκων, σχεδίων και διαγραμμάτων του βιβλίου αυτού, χωρίς γραπτή άδεια του συγγραφέα
iii ΠPOΛOΓOΣ Το παρόν βιβλίο έχει ως πρωτεύοντα στόχο την εισαγωγή του αναγνώστη στις βασικές ενότητες των σύμμικτων κατασκευών (κυρίως κτιρίων) χάλυβα-σκυροδέματος. Μετά από μία εισαγωγή στα υλικά και στις βάσεις ανάλυσης/διαστασιολόγησης, στο βιβλίο περιγράφονται η διατμητική σύνδεση, η διαστασιολόγηση σύμμικτων δοκών, πλακών και υποστυλωμάτων, θέματα συμπεριφοράς και υπολογισμών συνδέσεων, βασικά θέματα αντισεισμικού σχεδιασμού καθώς και οι βασικές αρχές συμπεριφοράς και διαστασιολόγησης σύμμικτων στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος μετά την ενίσχυση με χαλύβδινα. Δευτερεύων στόχος του βιβλίου είναι η παρουσίαση εισαγωγικών εννοιών σχετικά με τις σύμμικτες κατασκευές σκυροδέματος ξύλου ( ξυλοσύμμικτες κατασκευές ) αλλά και με τη σύμμικτη συμπεριφορά δομικών στοιχείων όπου το σκυρόδεμα συνδυάζεται με σύνθετα υλικά. Το βιβλίο αποτελεί το βασικό διδακτικό βοήθημα του κατ επιλογήν υποχρεωτικού μαθήματος Σύμμικτες Κατασκευές του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Αθ. X. Tριανταφύλλου Πάτρα, Απρίλιος 2016
iv
v ΠEPIEXOMENA ΠPOΛOΓOΣ ΠEPIEXOMENA iii v ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΣΥΜΜΙΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΧΑΛΥΒΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ 1 1.1 Γενικά 1 1.2 Βασικές αρχές σχεδιασμού 9 1.2.1 Οριακές καταστάσεις, δράσεις 10 1.2.2 Συντελεστές ασφάλειας, συνδυασμοί δράσεων 11 Παράδειγμα 1.1 11 Παράδειγμα 1.2 14 Παράδειγμα 1.3 14 1.3 Τα υλικά 15 1.3.1 Σκυρόδεμα 16 Άσκηση 1.1 16 1.3.2 Δομικός χάλυβας 17 1.3.3 Χάλυβας οπλισμού 17 1.3.4 Χάλυβας αυλακωτών χαλυβδόφυλλων 18 Άσκηση 1.2 19 1.4 Βάσεις ανάλυσης και διαστασιολόγησης 19 Άσκηση 1.3 20 Σύνοψη Κεφαλαίου 1 21 Βιβλιογραφία Κεφαλαίου 1 21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Η ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΣΥΝΔΕΣΗ 23 2.1 Γενικά - μέθοδοι διατμητικής σύνδεσης 23 Παράδειγμα 2.1 23 2.2 Χαρακτηριστικά διατμητικών συνδέσμων 27 Άσκηση 2.1 29 2.3 Μερική συνεργασία χάλυβα-σκυροδέματος 33 Άσκηση 2.2 36 2.4 Τέμνουσα στη διεπιφάνεια σύμμικτων πλακών 39 Σύνοψη Κεφαλαίου 2 41 Βιβλιογραφία Κεφαλαίου 2 41
vi ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΣΥΜΜΙΚΤΕΣ ΔΟΚΟΙ ΚΑΙ ΠΛΑΚΕΣ 43 3.1 Γενικά 43 3.2 Αμφιέρειστες δοκοί 43 3.2.1 Κάμψη 44 Παράδειγμα 3.1 46 3.2.2 Εγκάρσια διάτμηση 53 3.2.3 Διαμήκης διάτμηση 54 3.2.4 Οριακή κατάσταση λειτουργικότητας - βέλη κάμψης 62 Παράδειγμα 3.2 63 Άσκηση 3.1 64 Παράδειγμα 3.3 65 Παράδειγμα 3.4 72 3.3 Αμφιέρειστες πλάκες 76 3.3.1 Κάμψη 76 Άσκηση 3.2 79 3.3.2 Διαμήκης διάτμηση 80 3.3.3 Εγκάρσια διάτμηση, συγκεντρωμένα φορτία 81 Άσκηση 3.3 82 3.3.4 Οριακή κατάσταση λειτουργικότητας βέλη κάμψης 84 3.3.5 Πρόσθετες διατάξεις λεπτομερειών 85 Παράδειγμα 3.5 86 3.4 Συνεχείς δοκοί 90 3.4.1 Κάμψη 91 Άσκηση 3.4 93 Άσκηση 3.5 95 3.4.2 Εγκάρσια και διαμήκης διάτμηση, αλληλεπίδραση με κάμψη 95 3.4.3 Στρεπτοκαμπτικός λυγισμός 96 3.4.4 Ρηγμάτωση, βέλη κάμψης 99 3.5 Συνεχείς πλάκες 100 3.6 Συμπεριφορά σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση 101 Σύνοψη Κεφαλαίου 3 102 Βιβλιογραφία Κεφαλαίου 3 102 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΣΥΜΜΙΚΤΑ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΑ 105 4.1 Εισαγωγή 105
vii 4.2 Γενική μέθοδος υπολογισμού 107 4.3 Απλοποιημένη μέθοδος υπολογισμού 108 4.4 Χαρακτηριστικά διατομών 113 4.5 Μέθοδοι ανάλυσης και ατέλειες του μέλους 115 4.6 Αντοχή μελών 118 4.6.1 Αξονική θλίψη 118 4.6.2 Συνδυασμένη θλίψη και μονοαξονική κάμψη 119 4.6.3 Συνδυασμένη θλίψη και διαξονική κάμψη 120 Παράδειγμα 4.1 121 Παράδειγμα 4.2 123 Παράδειγμα 4.3 126 Παράδειγμα 4.4 131 4.6.4 Διατμητική σύνδεση και εισαγωγή συγκεντρωμένου φορτίου 138 Παράδειγμα 4.5 143 Παράδειγμα 4.6 144 4.7 Διατάξεις λεπτομερειών 145 4.8 Συμπεριφορά σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση 146 Σύνοψη Κεφαλαίου 4 148 Βιβλιογραφία Κεφαλαίου 4 149 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΥΜΜΙΚΤΟΙ ΚΟΜΒΟΙ 151 5.1 Εισαγωγή 151 5.2 Τύποι σύμμικτων συνδέσεων 152 5.3 Αρχές σχεδιασμού και ταξινόμηση σύμμικτων κόμβων 154 5.4 Αντοχή σύμμικτων κόμβων 157 5.4.1 Εφελκυόμενη περιοχή 158 5.4.2 Θλιβόμενη περιοχή 159 5.4.3 Διατεμνόμενη περιοχή 160 5.4.4 Υπολογισμός ροπής αντοχής 160 5.5 Χαρακτηριστικά συμπεριφοράς ημι-άκαμπτων κόμβων και προσομοίωση 161 5.5.1 Συμπεριφορά 161 5.5.2 Προσομοίωση 162 Σύνοψη Κεφαλαίου 5 167 Βιβλιογραφία Κεφαλαίου 5 168
viii ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΘΕΜΑΤΑ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ 171 6.1 Γενικά 171 6.2 Τύποι δομικών συστημάτων και συντελεστές συμπεριφοράς 174 6.3 Ανάλυση φορέων 178 6.4 Κριτήρια σχεδιασμού και κανόνες διαμόρφωσης λεπτομερειών για πλάστιμη συμπεριφορά 179 6.5 Κανόνες για τα μέλη του φορέα 182 6.5.1 Γενικά 182 6.5.2 Δοκοί από χάλυβα σύμμικτες με πλάκα 185 6.5.3 Συνεργαζόμενο πλάτος της πλάκας 187 6.5.4 Πλήρως εγκιβωτισμένα σύμμικτα υποστυλώματα 190 6.5.5 Μερικώς εγκιβωτισμένα μέλη 191 6.5.6 Σύμμικτα υποστυλώματα από κοίλες διατομές με πλήρωση από σκυρόδεμα 193 6.6 Κανόνες σχεδιασμού και διαμόρφωσης λεπτομερειών για πλαίσια παραλαβής ροπών 193 6.7 Κανόνες σχεδιασμού και διαμόρφωσης λεπτομερειών για σύμμικτα πλαίσια με κεντρικούς συνδέσμους 197 6.8 Κανόνες σχεδιασμού και διαμόρφωσης λεπτομερειών για σύμμικτα πλαίσια με έκκεντρους συνδέσμους 199 6.9 Κανόνες σχεδιασμού και διαμόρφωσης λεπτομερειών για δομικά συστήματα κατασκευασμένα από τοιχώματα οπλισμένου σκυροδέματος σύμμικτα με στοιχεία από δομικό χάλυβα 203 6.10 Κανόνες σχεδιασμού και διαμόρφωσης λεπτομερειών για σύμμικτα τοιχώματα από εγκιβωτισμένη χαλύβδινη πλάκα 206 Σύνοψη Κεφαλαίου 6 207 Βιβλιογραφία Κεφαλαίου 6 209 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΣΥΜΜΙΚΤΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ 211 7.1 Περιγραφή του φορέα 211 7.2 Χαρακτηριστικές τιμές των δράσεων 212 7.3 Στατική ανάλυση, φαινόμενα 2 ης τάξης και έλεγχος περιορισμού βλαβών 216 7.4 Έλεγχοι επάρκειας δοκών 220 7.5 Έλεγχοι επάρκειας υποστυλωμάτων 227
ix 7.6 Ικανοτικός έλεγχος 233 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΣΥΜΜΙΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΧΑΛΥΒΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΣΕ ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ 235 8.1 Γενικά 235 8.2 Ενίσχυση δοκών με προσθήκη νέων χαλύβδινων στοιχείων 235 8.3 Ενίσχυση υποστυλωμάτων με χαλύβδινους μανδύες 238 8.4 Ενίσχυση πλαισιακών φορέων οπλισμένου σκυροδέματος με δικτυωτούς συνδέσμους 239 Σύνοψη Κεφαλαίου 8 244 Βιβλιογραφία Κεφαλαίου 8 244 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΞΥΛΟΣΥΜΜΙΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ 247 9.1 Γενικά 247 9.2 Μορφές διατμητικής σύνδεσης σε ξυλοσύμμικτους φορείς 249 9.3 Ανάλυση 251 9.3.1 Υπολογισμός δυσκαμψίας 251 9.3.2 Υπολογισμός ροπής αντοχής στοιχείων τύπου δοκού 252 9.4 Μακροχρόνιες δράσεις 255 Σύνοψη Κεφαλαίου 9 255 Βιβλιογραφία Κεφαλαίου 9 256 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΣΥΜΜΙΚΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 259 10.1 Γενικά 259 10.2 Τα σύνθετα υλικά ως μέσο περίσφιγξης του σκυροδέματος 262 Σύνοψη Κεφαλαίου 10 265 Βιβλιογραφία Κεφαλαίου 10 265 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΠΙΝΑΚΕΣ ΜΕ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΔΙΑΤΟΜΩΝ ΧΑΛΥΒΑ 267 Π.1 Εύρος διαστάσεων τυποποιημένων Ευρωπαϊκών διατομών 267 Π.2 Ιδιότητες διατομών δοκών IPE 269 Π.3 Ιδιότητες διατομών δοκών IPΝ 273 Π.4 Ιδιότητες πλατύπελμων διατομών ΗΕ 275 Π.5 Ιδιότητες έξτρα-πλατύπελμων διατομών ΗLZ 283
x Π.6 Ιδιότητες έξτρα-πλατύπελμων διατομών ΗL 284 Π.7 Ιδιότητες πλατύπελμων διατομών υποστυλωμάτων ΗD 286 Π.8 Ιδιότητες πλατύπελμων διατομών πασάλων ΗP 288 Π.9 Ιδιότητες διατομών UPE 290 Π.10 Ιδιότητες διατομών UPN 291 Π.11 Ιδιότητες διατομών U 292 Π.12 Ιδιότητες διατομών ισοσκελών γωνιακών L 293 Π.13 Ιδιότητες διατομών ανισοσκελών γωνιακών L 300 Π.14 Κατασκευαστικές λεπτομέρειες διατομών ισοσκελών γωνιακών L 302 Π.15 Κατασκευαστικές λεπτομέρειες διατομών ανισοσκελών γωνιακών L 305 Π.16 Ιδιότητες διατομών ελασμάτων FL 306 Π.17 Ιδιότητες διατομών ράβδων SQ (τετραγωνική διατομή) 307 Π.18 Ιδιότητες διατομών ράβδων R (κυκλική διατομή) 308