تصميم عوارض الصلب (مع رسم بياني)

بعد قراءة هذه المقالة سوف تتعلم عن تصميم عوارض الصلب بمساعدة المخططات.

المقدمة:

إذا كان سطح السفينة يتكون من لوحة RC ببساطة مسترخية على عدد قليل من العارضات الفولاذية ، فإن لوح التسوية RC سيأخذ الحمولة المتراكبة والحمول المباشر من خلال التمدد بين العوارض الفولاذية وبالتالي نقل الحمولات إلى عوارض الصلب. من ناحية أخرى ، سيكون لعوارض الصلب ثني في الاتجاه الطولي وينقل الأحمال من سطح الجسر إلى الدعامات أو الأرصفة.

في مثل هذه الجسور ، تقاوم العوارض الفولاذية نفسها لحظة الانحناء التي تسببها الأحمال من سطح الجسر دون الحاجة إلى أي مساعدة من لوح السطح لكون الفصل والانزلاق بسبب القص الطولي يحدثان عند تقاطع لوح السطح الصلب العوارض. لذلك ، فإن وحدتين بمعنى. لا يمكن للبلاط سطح السفينة وعارضة الصلب تتصرف monolithically في انسجام كوحدة واحدة.

يمكن تصنيع وحدتين سالفتي الذكر للعمل كوحدة واحدة وبالتالي توفير لحظة أكبر من الجمود وبالتالي زيادة معامل القطاعات إذا تم منع الانفصال والانزلاق عند السطح البيني بين لوح السطح وعوارض الصلب بواسطة بعض الأجهزة الميكانيكية.

يُعرف الجهاز الميكانيكي باسم "موصلات القص" وفي مثل هذه الجسور ، يُحسب عمق الكمرات من أسفل العوارض إلى قمة البلاطة ، حيث يعمل لوح السطح على شكل حافة مستوية من العوارض الجديدة تسمى "العوارض المركبة" ". نظرًا لأن لوح السطح يأخذ الجزء الأكبر من قوة الانضغاط ، فإنه يجب زيادة الحافة السفلية للعارضة الفولاذية بشكل مناسب لأخذ قوة الشد.

مزايا العوارض المركبة هي:

1. يمكن زيادة قدرة حمل الحمولة المصنوعة من الصلب إلى حد كبير إذا أضيفت كمية من الفولاذ المقاوم للشد إلى الحافة السفلية ويتم جعل العارضة متجانسة مع لوح السطح.

2. الجمع بين الوحدات في الموقع والوحدات الجاهزة ، وبالتالي يحفظ العمل النموذج والمراحل المكلفة.

3. أسرع في البناء حيث لا يتطلب إجراء التدريج لصب لوح السطح ، إذا رغبت في ذلك.

موصلات القص:

هناك نوعان من موصلات القص. تتكون موصلات القص الصلبة من قضبان مربعة أو مستطيلة الطول ، وزوايا مقواة ، وقنوات أو محملات ، ملحومة على الحافة العليا لعوارض الصلب (الشكل: 15.1). تمنع موصلات القص هذه الانزلاق من خلال تحمل الخرسانة في لوح السطح.

لمنع الفصل الرأسي بين قمة العارضة والبلاطة ، يجب توفير جهاز التثبيت كما هو موضح في (الشكل 15.3) لجميع موصلات القص الظاهرة في (الشكل 15.1).

تتكون موصلات القص المرنة من مسامير وزوايا وقنوات ومحملات ملحومة إلى الحافة العليا لعوارض الصلب (الشكل 15.2). توفر موصلات القص هذه المقاومة عن طريق الانحناء. كما هو الحال في موصلات القص الصلبة ، يجب توفير جهاز التثبيت في بعض موصلات القص المرنة حيث يكون من الضروري منع العزل. في الأنواع الموضحة في (الشكل 15.2b) و (15.2d).

يوفر رأس المسامير (الشكل 15.2 أ) أو الساق الأفقي للقناة (الشكل 15.2 ج) المرساة اللازمة ، وبالتالي لا يلزم وجود جهاز رسو منفصل في هذه الحالات.

مبادئ التصميم:

في عارضة فولاذية غير مركبة ، تأخذ الحافة العليا قوة الانضغاط وشفة القاع ، قوة الشد الناجمة عن ثني العارضة بسبب الأحمال المتراكبة. لا تأخذ مستندات لوح السطح أي إجهاد طولي بسبب انحناء العارضة.

في العارضة المركبة ، على أية حال ، فإن الحافة العليا من العارضة المصنوعة من الصلب وكذلك لوح التسوية RC تقاوم قوة الانضغاط ، والشفة السفلية تأخذ قوة الشد كالمعتاد. نتيجة لامتلاك منطقة ضغط أكبر ، فإن العارضة الفولاذية تمتلك قدرة تحمل حمولة أعلى عندما يتم زيادة مساحة الحافة السفلية للعارضة الفولاذية.

المساحة المكافئة من لوح السطح:

نظرًا لأن العارضة المصنوعة من الصلب ، وبلاطة سطح السفينة RC ، مصنوعة من مواد ذات معامل مرونة مختلف ، يجب تحويل منطقة لوح السطح إلى منطقة فولاذية مكافئة. لهذا الغرض ، يتم الحفاظ على عمق البلاطة بدون تغيير ويقل عرض الشفة الفعالة عن طريق قسمة العرض الفعال على نسبة الوحدات ، m ، التي يتم الحصول عليها من خلال: m = E s / E c

حيث E s = معامل المرونة من الفولاذ من العارضة.

E c = معامل المرونة لخرسانة لوح السطح.

عرض شفة فعالة:

يجب أن يكون عرض الشفة الفعال للحزم T أو L أقل ما يلي:

أ) في حالة العوارض T:

ط) ربع المدى الفعال للحزمة.

2) اتساع شبكة الإنترنت بالإضافة إلى اثني عشر مرة من سمك البلاطة.

ب) في حالة العوارض L:

ط) واحد عشر على مدى فعالية من الحزم.

2) اتساع شبكة الإنترنت بالإضافة إلى نصف المسافة الواضحة بين الشبكات.

3) اتساع شبكة الإنترنت بالإضافة إلى ستة أضعاف سماكة البلاطة.

قسم مكافئ:

يتم الحصول على الخصائص الاجمالية اللازمة لتقييم الضغوط في العارضة على أساس القسم المعادل من العارضة المركبة.

افتراضات التصميم:

العوارض المركبة مصممة على أساس أي من الافتراضات التالية:

أنا) تكون العوارض الفولاذية مسنودة بشكلٍ كافٍ على الأقل في منتصف فترة الامتداد والربع قبل أن يتم تصنيع النموذج ويتم صب لوح السطح. عندما يكون لوح السطح بعد الصب قد اكتسب قوة على الأقل تصل إلى 75 في المائة من القوة المميزة ، فإن لوحة العجلات ، لوح الممر ، حديدي ، يرتدي الخ. يمكن أن يلقي بعد إزالة الدعائم.

في هذه الحالة ، يتم حمل الوزن الذاتي لعوارض الصلب من خلال القسم غير المركب ويتم حمل جميع الأحمال الميتة والمباشرة بواسطة القسم المركب.

ب) بعد تركيب عوارض الصلب ، يتم دعم العمل على شكل لوح السطح على عوارض الصلب (غير مسننة) ويتم صب لوح السطح.

بعد نضج لوح الخرسانة على سطح السفينة بنسبة 75 في المائة ، يتم صب العنصر مثل لوح الممر ، وحارس العجلات ، والحاجز. في مثل هذه السهولة ، يتم تحميل الحمولة الميتة لعوارض الصلب وبلاطة السطح بما في ذلك شكلها بواسطة عوارض الصلب غير المركبة ولكن المرحلة الثانية من الحمولات الميتة والأحمال الحية يتم نقلها بواسطة القسم المركب.

تصميم لل Flexure:

يجب مقاومة اللحظات المنحنية الناجمة عن الأحمال على العوارض الفولاذية غير المركبة من قبل القسم غير المركب ، ويقاوم القسم المركب تلك الأحمال المستحقة على الأجزاء المركبة. لهذا الغرض ، يتم تحديد الخصائص المقطعية للمقطع المركب

تصميم للقص:

يجب مقاومة القص العمودي بواسطة العارضة الفولاذية فقط.

يتم حساب القص الطولي عند السطح البيني بين عارضة الصلب وبلاطة السطح بالصيغة التالية:

V L = V. ج . نعم / الأول (15.1)

حيث V L = القص الطولي عند السطح البيني لكل وحدة.

V = القص العمودي بسبب الحمولة الميتة الموضوعة بعد أن يكون العمل المركب فعالاً والحمل المباشر بما في ذلك التأثير.

Ac = منطقة الضغط المحولة للخرسانة فوق الواجهة.

Y = المسافة من المحور المحايد للقسم المركب إلى النقطه الوسطى لمنطقة Ac قيد النظر.

أنا = لحظة من القصور الذاتي للقسم المركب.

يجب مقاومة القص الطولي عند الحابك بواسطة موصلات القص وتدعيم القص المستعرض الكافي.

الانكماش التفاضلي:

سوف يكون للخرسانة الخرسانية التي تحل محل ألواح الصلب العريضة ميلًا إلى الانكماش كما هو الحال في جميع الأعضاء الملموسة. في المرحلة الأولية عندما تكون الخرسانة خضراء ، يحدث بعض الانكماش ، ولكن من الوقت الذي تصل فيه قوة الخرسانة إلى الإنكماش ، يتم منع الانكماش من خلال موصلات القص المقدمة في الواجهة حيث لا تتقلص الحافة العلوية لعارضة الصلب.

هذا يسبب انكماش التفاضلية ويتم تطوير إجهاد الشد في الاتجاه الطولي في لوح السطح. ولتلبية ضغوط الانكماش التفاضلية ، يجب توفير الحد الأدنى من الشد في الاتجاه الطولي في لوح السطح الذي لا يقل عن 0.2 في المائة من مساحة المقطع العرضي للبلاطة.

تصميم التعزيز المستعرض:

يتم منع القص الطولي عند الواجهة بواسطة موصلات القص التي تستمد قوتها إما عن طريق حملها ضد الخرسانة من لوح السطح (موصلات القص الصلبة) ، أو عن طريق الانحناء ضد الخرسانة (وصلات القص المرنة).

لكن الخرسانة حول موصلات القص قد تفشل عن طريق القص بتكوين طائرات القص كما هو موضح في (الشكل 15.4 أ إلى 15.4 د). قد يتم منع فشل هذا النوع من خلال توفير تقوية القص المستعرض كما هو موضح في الشكل 15.4.

تفصيل:

يجب توفير الأبعاد الدنيا للكرات في السطح المركب من النوع الموضح في الشكل 15.4 ب.

مثال:

من المقرر تصميم جسر بطول 12 م كمسطح مركّب يتألف من 200 ملم. سميكة ذلك. جيم سطح السفينة من M 20 الخرسانة و 4 عوارض الصلب. يتم عرض تفاصيل السطح في الشكل 15.5. يصمم الجسر لممر واحد من IRC Class 70 R أو مسارين من التحميل من الصنف A على الافتراض.

يتم تصميم وتفصيل العناصر التالية:

ط) مقاومة الانحناء للقسم المركب وقسم الصلب من العارضة المركبة.

ثانيا) MS مسمار القص التي يقترح استخدامها في الجسر.

iii) تعزيز القص المستعرض.

حل:

الخطوة 1. الحمل الميت من سطح السفينة لكل متر:

الخطوة 2. لحظات التحميل الميت:

إجمالي DL = 4080 + 2795 = 6875 كغ / م.

نفترض وزن العارضة المصنوعة من الصلب بما في ذلك موصل القص بنسبة 15٪ من إجمالي DL (تقريبًا) = 985 كجم / م.

إجمالي المرحلة الأولى DL = 4080 + 985 = 5065 كغ / م.

إجمالي المرحلة الثانية DL = 2795 Kg / m.

بافتراض مشاركة موحدة ، يكون الحمل لكل عارضة 1266 كغ / م و 700 كغم / م للحمولة الميتة من المرحلة الأولى والثانية.

DLM لكل عارضة في المرحلة الأولى DL = 1266 x (12.0) 2/8 = 22.780 Kgm.

DLM لكل عارضة في المرحلة الثانية DL = 700 x (12.0) 2/8 = 12،600 Kgm.

الخطوة 3. لحظات تحميل حية:

بما أن امتداد الجسر هو نفس امتداد جسر T-beam فإن لحظات التحميل الحية للجسر الأخير يمكن اعتمادها للجسر المركب أيضاً.

أقصى لحظة LL مع تأثير لمسار واحد من فئة 70 R التحميل = 1،87،000 Kgm.

متوسط ​​LL لكل عوارض = 1 ، 87000/4 = 46،750 Kgm.

معامل التوزيع للعارضة الخارجية كما تم الحصول عليه لجسر T-beam هو 1.45. دع قيمة 1.50 يمكن أن تؤخذ في هذه الحالة لأن مسافة العارضة الخارجية هي أكثر بالنسبة للسطح المركب أكثر من سطح السفينة T-beam deck.

. . . تصميم LL لحظة للعارضة الخارجية = 1.5 × 46،750 = 70،125 كغم.

الخطوة 4. تصميم القسم:

ومن المفترض أن يتم العمل على شكل لوحة سطح السفينة من العوارض الفولاذية الموضوعة في موضعها قبل صب السطح ولن يتم وضع أي دعائم أسفل عوارض الصلب. لذلك ، فإن قطاعات الصلب يجب أن تقاوم هذه اللحظة بسبب وزنها ، وكذلك وزن سطح السفينة بما في ذلك وزن العمل على شكل العمل والحمل المباشر للبناء.

لذلك ، فإن لحظات التصميم للأقسام غير المركبة هي:

لحظة تصميم للقسم المركب:

يتم إضافة الإجهادات الناتجة في القسم المركب من العارضة الفولاذية نتيجة لحظات تصميم DL للمرة الأولى إلى الإجهاد في القسم المركب الناجم عن الحمولة الميتة للمرحلة الثانية ولحظة LL.

. . . لحظة التصميم = لحظة المرحلة الثانية DL + LL لحظة = 12،600 + 70،125 = 82،725 Kgm.

سيكون لعارضة الصلب المركبة مساحة أكبر للشفة السفلية من شفة الحافة العليا ، وبالتالي فإن قسم الصلب سيكون غير متماثل حول المحور الأفقي. سيتم تحقيق ذلك من خلال توفير لوحة إضافية إلى الحافة السفلية من RSJ متناظرة يمكن تحديد قسم منها على أساس ثلث إجمالي DL و LL أي ،

1/3 x (25،060 + 82،725) = 35،930 Kgm.

بافتراض وجود إجهاد فولاذي لعارضة الفولاذ MS كما هو 1500 كجم / سم 2 ،

معامل القسم لـ RSJ المتماثل = 35،930 x 10 2/1500 = 2395 سم 3

يوجد في ISMB 550 x 190 مقطع مقطع يبلغ 2360 سم 3 . (المساحة = 132 سم 2 ووزن المتر = 104 كجم) (شكل 15.6).

اقترح السيد JC Hacker الصيغ التجريبية التالية لتحديد قسم الصلب التجريبي:

است. متوفر في RSJ = 33.0 سم 2 (الشكل 15.5). استخدام صفيحة 40 سم × 2 سم في الحافة السفلية ، Asb = (40 × 2 + 33) = 113.0 سم 2 ، إجمالي مساحة العارضة الفولاذية المركبة = (132 + 40 × 2) = 212 سم 2 والوزن الإجمالي = 167 كجم / م.

الخطوة 5. المحور المركزى لقسم الصلب المجمع:

بالإشارة إلى الشكل 15.5 وأخذ اللحظة من الأسفل x x 212 = (40 x 2.0 x 1.0 + 132.0 x 29.5) = 3974

. . . x = 3974/212 = 18.75 سم. من أسفل.

الخطوة 6. لحظة القصور الذاتي للقسم المركب:

. . . Z Lg = (1،05،370 / 38.25) = 2755 cm 3 ؛ Z bg = (1،05،370 / 18.75) = 5620 سم 3

الخطوة 7. تؤكد في قسم الصلب المجمع بسبب الوزن الذاتي. من العارضة زائد الوزن من بلاطة ، شكل العمل الخ:

M DL = 25،060 x 100 K gcm.

. . . 6 tg = {(25،060 x 100) / 2755} = (+) 909.62 Kg.cm 2 ؛ 6 bg = {(25،060 x 100) / 5620} = (-) 445.91 Kg / cm 2

إجهاد الصلب المسموح به = 1500 كجم / سم 2 . ومن ثم تظل الضغوطات الفولاذية ضمن الحدود المسموح بها عندما يعمل القسم المركب كقسم غير مركب.

الخطوة 8. المساحة المكافئة للقسم المركب:

يجب تحويل المقطع المركب المكون من لوح التسوية RC وعارضة الصلب كما هو موضح في الشكل 15.7 إلى قسم صلب مكافئ. هذا مرة أخرى يعتمد على عرض شفة فعالة للقسم المركب.

عرض شفة فعالة هو أقل ما يلي:

ط) 1/4 x span = ¼ x 12.0 = 3.0 m. = 300 سم

ب) المسافة بين مركز الويب للحزمة = 200 سم.

iii) Breadth + 12 x thickness of slab = 1.0 + 12 x 20 = 241 cm.

ومن ثم 200 سم. هو أقل قيمة وعلى هذا النحو عرض شفة فعالة.

عرض مكافئ من Art. 15.3.2 = عرض شفة فعال / م = 200/10 = 20.0 سم.

ومن ثم ، فإن مساحة المقطع المركب = مساحة المقطع الفولاذية المركبة + منطقة الصلب المعادلة من لوح السطح. = 212 + 20 × 20.0 = 612 سم 2

الخطوة 9. المحور المركزي للقسم المركب المكافئ:

أخذ لحظة حول قاع العارضة ، x 1 X 612 = مساحة المقطع الفولاذي المركب x مسافة CG الخاصة به من القاع + مساحة المقطع الخرساني (منطقة الصلب المحولة) x مسافة CG من القاع. = 212 × 18.75 + 20 × 20 × 67.0 = 30،775 سم 3 .

. . . x 1 = 30،775 / 612 = 50.29 سم

الخطوة 10. لحظة القصور الذاتي للقسم المكافئ:

الخطوة 11. تؤكد على الحمل الثاني للحمل الميت ولحظة التحميل الحي في القسم المركب:

الخطوة 12. الضغوط النهائية في العارضة المركبة:

الإجهادات النهائية في العارضة والبلاطة على سطح السفينة بسبب الانحناء الطولي للحفاظ على جميع الأحمال الميتة والمباشرة كما هو مبين في الجدول 15.1 وفي الشكل 15.8 لفهم الحزم.

الخطوة 13. تصميم موصلات القص:

سوف تبدأ موصلات القص في العمل عندما تكتسب الخرسانة لطبقة السطح النضج. ولذلك ، فإن القص في نهايات العوارض بسبب الوزن الذاتي لعوارض الصلب المركبة والمرحلة الأولى من الحمولات الميتة ، أي أن وزن الخرسانة الخضراء للبلاطة المستوية بما في ذلك شكلها لن يؤثر على موصلات القص.

فقط القص بسبب المرحلة الثانية من الحمولة الميتة والعبء الحي سيؤدي إلى قص طولي عند الواجهة ، وبالتالي سوف يحتاج إلى وصلات القص لمقاومة الانزلاق. DL Shear بسبب المرحلة الثانية من الحمل الميت = ½ x 2795 x 12.0 = 16،770 Kg.

بافتراض المشاركة المتساوية ، القص لكل عارضة = 16،770 / 4 = 4،190 كغ.

قص تحميل مباشر (ممر واحد من التحميل من الفئة 70R) = 56،670 كغم.

وتبلغ عوامل تأثير الجسور الفولاذية والخرسانة على مدى 12 متر 25 في المائة و 10 في المائة على التوالي. الجسر الفوري هو مزيج من الفولاذ والخرسانة ، وعلى هذا النحو يمكن اعتبار عامل التأثير المتوسط ​​في تصميم موصلات القص.

. . . متوسط ​​عامل التأثير = ½ (10 + 25) = 17.5٪

. . . LL القص مع التأثير = 1.175 × 56.670 كغم. = 66.590 كغم

القص بالنسبة للعوارض المتوسطة سيكون بحد أقصى. يمكن أخذ تقاسم القص ك 0.35 لكل عارضة متوسطة = 0.35 × 66.590 كغ = 23،300 كغ.

يوضح الشكل 15.9 مخطط SF لعارضة متوسطة واحدة. من الشكل 15.9c ، يكون إجمالي القص العمودي الناتج عن الحمولة النافعة الموضوعة بعد إجراء مركب فعال والحمل المباشر مع تأثير بالقرب من الدعم هو 27،490 كغ.

موصل القص بالقرب من الدعم:

يتم إعطاء القص الطولي ، VL لكل وحدة طول في الواجهة ، بواسطة

قيمة القص الآمن لكل فولاذ طفيف (الحد الأدنى من UTS من 460 ميغا باسكال ونقطة العائد 350 ميغا باسكال و استطالة 20٪)

حيث Q = مقاومة آمنة في Kg. من على موصل القص.

H = ارتفاع المسمار في سم.

د = ضياء. من عشيق في سم.

FCk = خصائص قوة الخرسانة بالكيلو جرام / سم 2 .

باستخدام 20 ملم. ضياء 100 ملم. عشيق عالي ، Q = 4.8 x 10 x 2 √200 = 1350 Kg.

إذا تم وضع اثنين من موصلات القص في خط عرضي واحد ، فإن مقاومة القص لوصلتين القص = 2x 1350 = 2700 Kg.

وبالتالي فإن التباعد = 2700 / 167.19 = 16.14 سم. قل 150mm.

القص التصميم في 2.0 م. من الدعم (الشكل 15.9c) = 13500 كجم ، أي ما يقرب من نصف القص عند الدعم.

وبالتالي ، فإن المباعدة بين موصلات القص هي ضعف القيمة السابقة ، أي 300 مم. تباعد 200 ملم. يمكن استخدامها في هذه الحالة.

القص في المركز = 5500 كجم (الشكل 15.9b).

وبالتالي ، فإن تباعد موصلات القص (يتناسب عكسيا مع القص الرأسي والتباعد بالقرب من الدعم) = 160 × 27،490 / 5،500 = 800mm.

استخدم تباعد 300 ملم. من الاعتبارات العملية. يبين الشكل 15.10 التباعد بين موصلات القص على طول الحزمة. القص بالقرب من الدعم ينخفض ​​بسرعة.

الخطوة 14. تصميم التعزيز القص المستعرض:

يجب ألا تتجاوز قوة القص الطولي ، VL لكل وحدة طولية المحولة من العارضة الفولاذية إلى بلاطة السطح عبر أي مستوى من طبقات القص ، أيًا من تقسيمات القص المستعرضة التالية وفقًا لذلك.

حيث L S = طول مستوى القص قيد النظر بالملم كما هو موضح في الشكل 15.4.

f ck = خصائص قوة الخرسانة في MPa ولكن ليس أكثر من 45 ميجا باسكال

A S = مجموع مناطق المقطع العرضي لجميع قضبان التسليح التي تتقاطع مع مستوى القص لكل وحدة طول الحزمة (mm 2 / mm). يشمل ذلك تلك التي تنص على الثني.

6 ص = الإجهاد العائد (MPa) لأعمدة التسليح التي تتقاطع مع مستوى القص ولكن لا يزيد عن 450 ميجاباسكال.

في الحالة الفورية ، ستكون مستويات القص 1 - 1 و 2-2 كما هو موضح في الشكل 15.4 أ. L s في حالة shear plane 1-1 = 2 x 200 = 400 mm. و L s في حالة shear plane 2-2 = (190 + 2 x 100) = 390 mm. يمكن أخذ قيمة 400 ملم في التصميم. تم بالفعل تقييم V L بالقرب من الدعم أثناء تصميم موصل القص الذي يساوي 167.19 Kg / cm = 164 N / mm.

يتم إعطاء الحد الأدنى من التعزيز المستعرض بواسطة ،

القضبان العلوية والسفلية المقدمة للثني في حالة لوح الجسر والعارضة (الشكل 8.5) هي 12 Φ @ 220 ملم. في هذه الحالة ستكون القضبان متشابهة في الكمية.

القص الطولي V L عند الواجهة لكل مم. هو 164 نيوتن / مم. وهو أقل بكثير من مقاومة القص لطائرات القص. ومن ثم آمن.

يظهر تفصيل تقوية القص العرضية في الشكل 15.11.