Notat om kompositkonstruktioner - Hjemmesider på ...
Notat om kompositkonstruktioner - Hjemmesider på ...
Notat om kompositkonstruktioner - Hjemmesider på ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Ingeniørhøjskolen i Århus<br />
Bygningsteknik<br />
Bygningsdesign<br />
<strong>Notat</strong> <strong>om</strong><br />
k<strong>om</strong>positkonstruktioner<br />
BK401<br />
Januar 2009 Peter Ehlers<br />
Lars German Hagsten
Indledning<br />
Eurocode 4, K<strong>om</strong>positkonstruktioner, bygger videre <strong>på</strong> og henviser i stor udstrækning til<br />
Eurocode 2 og Eurocode 3. Der forudsættes i dette notat en vis fortrolighed med disse to<br />
normer.<br />
Ved udarbejdelse af notatet er der lånt figurer fra Gerd Wagenknecht: C<strong>om</strong>posite Beams<br />
according to Eurocode 3 og fra det fælleseuropæiske ESDEP og SSEDTA-materiale.<br />
I det følgende anvendes generelt forkortelserne EC for Eurocode og NA for Nationalt<br />
Anneks.<br />
Introduktion<br />
K<strong>om</strong>positkonstruktioner af stålbjælker og betondæk har i mange år været anvendt til<br />
brobygningskonstruktioner både i udlandet og i Danmark, med Øresundsbroen s<strong>om</strong> et af de<br />
nyere eksempler herhjemme.<br />
I husbygningskonstruktioner er eksemplerne i Danmark endnu ret få, hvorimod princippet<br />
har haft stor udbredelse i udlandet i flere årtier.<br />
K<strong>om</strong>positkonstruktioner kan inddeles i 3 grundelementer jf. figur 1 nedenfor.<br />
Figur 1. K<strong>om</strong>positkonstruktioner, grundelementer.<br />
Valget af konstruktionstype – stål, beton eller k<strong>om</strong>posit – afhænger af hvad der er mest<br />
fordelagtigt i den enkelte situation. Konstruktionerne kan blandes, fx således at k<strong>om</strong>positsøjler<br />
anvendes under en stålgitterkonstruktion, eller k<strong>om</strong>positbjælker anvendes oven <strong>på</strong> stål-<br />
eller betonsøjler.<br />
For at belyse fordelene ved k<strong>om</strong>positkonstruktioner er der i figur 2 vist en sammenligning<br />
mellem konstruktioner med hhv. uden k<strong>om</strong>positvirkning, altså med eller uden forskydningsforbindelse<br />
mellem stål- og betondel.<br />
1
Figur 2. Sammenligning af konstruktioner med hhv. uden k<strong>om</strong>positvirkning.<br />
K<strong>om</strong>positvirkningen opnås, når stål og beton arbejder sammen. I en k<strong>om</strong>positsøjle k<strong>om</strong>mer<br />
det ofte mere eller mindre af sig selv: Lasten fra den ovenliggende konstruktion fordeler sig<br />
<strong>på</strong> stål- og betondelen i forhold til deres bærevner ved en passende udformning af samlingsdetaljerne.<br />
For bjælker og dæk kræves der en effektiv forskydningsforbindelse – forskydningssamling -<br />
mellem stål og beton for at opnå k<strong>om</strong>positvirkning s<strong>om</strong> illustreret i figur 3.<br />
Uden forskydningssamling er der ingen k<strong>om</strong>positvirkning, og pga. bjælkens nedbøjning vil<br />
oversiden af bjælken og undersiden af betonpladen blive forskudt i forhold til hinanden s<strong>om</strong><br />
vist til venstre <strong>på</strong> figuren. Dette fæn<strong>om</strong>en kaldes endeglidning.<br />
Figur 3. Sammenhæng mellem forskydningssamling og tøjnings- og spændingsfordeling.<br />
2
Dimensioneringsgrundlag og materialer EC 4-1-1 kap. 2 og 3<br />
For beton, armering og stål korrigeres partialkoefficienten generelt med faktoren γ3 afhængig<br />
af kontrolklassen. Lempet kontrolklasse anvendes ikke.<br />
3.1 Beton<br />
Kontrolklasse: Normal Skærpet<br />
γ3 = 1,0 0,95<br />
Materialeparametre findes i EC 2-1-1 pkt. 3.1 (11.3 for letbeton) og NA.<br />
Partialkoefficienten <strong>på</strong> trykstyrken er γc = 1,45 γ3<br />
Ved undersøgelse af betonens trækstyrke tages udgangspunkt i middelværdien fctm<br />
Elasticitetstallet – sekantmodulet - bestemmes iht. NA til EC 2-1-1 s<strong>om</strong><br />
f ck<br />
Ecm = 0,<br />
7 ⋅ 51000 for korttids<strong>på</strong>virkninger<br />
f + 13<br />
ck<br />
Beton C 20/25 C25/30 C 30/37 C 35/45 C 40/50 C45/55 C 50/60 C60/75<br />
fck 20 25 30 35 40 45 50 60<br />
fctm 2,2 2,6 2,9 3,2 3,5 3,8 4,1 4,4<br />
Ecm 21636 23487 24907 26031 26943 27698 28333 29342<br />
Tabel 1. Materialeparametre for beton i MPa.<br />
3.2 Armering<br />
Der henvises igen til EC 2-1-1, hvor armeringsstål skal være ribbet og have karakteristisk<br />
flydespænding i intervallet 400 – 600 MPa.<br />
Armeringens karakteristiske flydespænding (0,2%-spænding) benævnes fsk i EC 4, og den<br />
regningsmæssige flydespænding er<br />
f<br />
sk<br />
fsd =<br />
γS<br />
hvor γS = 1,2 γ3<br />
Armeringens elasticitetsmodul benævnes Es i EC 4 og sættes til Es = 210000 MPa.<br />
3.3 Stål<br />
Stålets styrke- og stivhedstal fastlægges iht. EC 3-1-1. Beregningsreglerne i EC 4 gælder<br />
generelt for stål op til S355, og med enkelte tillægsregler, s<strong>om</strong> ikke er medtaget i dette notat,<br />
op til S460.<br />
Stålets karakteristiske flydespænding benævnes fy i EC 4, og den regningsmæssige<br />
flydespænding er<br />
f<br />
y<br />
fyd =<br />
γM0<br />
hvor γM0 = 1,1 γ3 jf. NA til EC 3.<br />
3
For centralt <strong>på</strong>virkede trykstænger jf. pkt. 6.7.3.5 benyttes dog<br />
f y<br />
fyd = fyd1 =<br />
γ<br />
M1<br />
hvor γM1 = 1,2 γ3 jf. NA til EC 3.<br />
Stålets elasticitetsmodul benævnes Ea i EC 4 og sættes til Ea = 210000 MPa.<br />
3.4.2 Forskydningsdyvler<br />
Forskydningssamlingen mellem stål og beton udføres stort set<br />
altid med <strong>på</strong>svejste forskydningsdyvler med udformning s<strong>om</strong><br />
vist <strong>på</strong> figur 4, og reglerne i EC 4 gælder kun for denne<br />
type af forskydningssamling.<br />
Dyvlernes styrke angives ved brudspændingen, fu ≤ 500 MPa.<br />
Diameteren bør ligge i intervallet 16 mm ≤ d ≤ 25 mm.<br />
Partialkoefficienten for dyvlernes forskydningsbæreevne er<br />
γV = 1,35 γ3 jf. NA til EC 4.<br />
4<br />
Figur 4.<br />
Forskydningsdyvel.<br />
3.5. Profilerede stålplader til k<strong>om</strong>positdæk<br />
Der henvises til EC 3-1-3, pkt. 3.1 og 3.2, og eftervisning af stålpladerne følger generelt EC<br />
3-1-3.<br />
Analyse af konstruktioner EC 4-1-1 kap. 5<br />
Kapitel 5 indeholder en række anvisninger <strong>på</strong>, hvilke beregningsprincipper der kan bruges i<br />
forbindelse med k<strong>om</strong>positkonstruktioner, herunder bl.a.:<br />
5.1.3: klassifikation af samlinger s<strong>om</strong> simple (charnier), kontinuerte (stive) eller semikontinuerte<br />
(halvstive), med henvisning til klassifikationen i EC 3-1-8<br />
5.2.1: Grænse for hvornår der skal regnes med 2.-ordenseffekt i rammer, jf. EC 3-1-1<br />
5.3.2: Hensyntagen til imperfektioner i bygninger, med henvisning til EC 3-1-1, punkt 5.3.2<br />
og 5.3.4<br />
5.4.1.2 Effektiv bredde af betonflange<br />
Den effektive bredde af en betonflange er begrænset af fæn<strong>om</strong>enet "shear lag", s<strong>om</strong> populært<br />
sagt betyder, at der er grænser for hvor hurtigt kraften fra forskydningsdyvlerne spreder sig<br />
ud i pladen. Derfor vil betonpladens effektive bredde være mindst i nærheden af understøtningerne<br />
og størst midt i fagene, se nedenstående figur 2, s<strong>om</strong> svarer til figur 5.1 side 31 i<br />
EC 4.<br />
For beregning af en simpelt understøttet bjælke er det nok at bestemme beff midt i faget:<br />
beff = b0 + 2 bei = b0 + 2 ( L/8) = b0 + L/4<br />
dog beff ≤ b1 + b0 + b2<br />
jf. nedenstående figur.<br />
≥1,5 d<br />
d<br />
h
Figur 5. Ækvivalente spændvidder og effektive bredder for kontinuert bjælke.<br />
5.4.2.2. Virkningen af krybning og svind<br />
Ved elasticitetsteoretiske beregninger er stivhedsforholdet mellem stål og beton givet ved:<br />
hvor<br />
nL = n0 (1 + ψLφt )<br />
n0 = Ea /Ecm er stivhedsforholdet for korttidslast<br />
ψL er en krybningsfaktor, s<strong>om</strong> afhænger af belastningstypen<br />
φt er en krybningskoefficient (tidsafhængig), se EC 2-1-1 pkt. 3.1.3<br />
5.5 Tværsnitsklassifikation og beregningsmetode<br />
Der gælder samme regler for sammenhængen mellem tværsnitsklassifikation og beregningsprincipper<br />
s<strong>om</strong> for stålkonstruktioner. S<strong>om</strong> udgangspunkt gælder også de samme grænser for<br />
tværsnitsklasserne s<strong>om</strong> i EC 3, men den afstivende virkning af en betonudstøbning kan dog<br />
tages i regning, forudsat at der er god sammenhæng mellem beton og stål, se punkt 5.5.3.<br />
Brudgrænsetilstand, plastisk beregning EC 4-1-1 kap. 6<br />
Generelt<br />
For k<strong>om</strong>posittværsnit i tværsnitsklasse 1 og 2 (og det er langt de fleste) kan regnes med<br />
plastisk spændingsfordeling.<br />
S<strong>om</strong> udgangspunkt forudsættes:<br />
- fuld samvirken mellem stål, beton og armering, dvs. fuld forskydningsforbindelse<br />
- plastisk spændingsfordeling i stålbjælke, med regningsmæssig flydespænding fyd<br />
i hhv. træk- og trykside<br />
- i tryksiden er betonspændingen 0,85 fcd og der ses bort fra armeringen.<br />
- i træksiden er betonspændingen 0<br />
- for negativt m<strong>om</strong>ent regnes med regningsmæssig flydespænding fsd i armeringen.<br />
Det er muligt at fravige den første forudsætning, fuld forskydningsforbindelse. Det bliver<br />
belyst sidst i dette afsnit.<br />
5
6.1.2 Effektive bredder<br />
Der forudsættes effektive bredder af betonflangen jf figur 5 ovenfor. Dog kan det foreklet<br />
antages, at der er en konstant effektiv bredde beff,1 (beff,3) for hele <strong>om</strong>rådet med positivt<br />
m<strong>om</strong>ent, og konstant bredde beff,2 (beff,4) for hele <strong>om</strong>rådet med negativt m<strong>om</strong>ent.<br />
Figur 6.<br />
Betegnelser <strong>på</strong> k<strong>om</strong>positbjælke.<br />
6.2.2 Lodret forskydningsbæreevne<br />
Forskydningsbæreevnen Vpl,Rd ved understøtninger m.m. bestemmes normalt <strong>på</strong> basis af<br />
stålbjælken alene ud fra beregningsreglerne i EC 3 pkt. 6.2.6. Betonpladens bidrag til<br />
forskydningsbæreevnen kan evt. medtages, men der gives ingen beregningsvejledning til<br />
dette.<br />
Kontrol for forskydningsfoldning kan undlades hvis kroppen overholder følgende krav:<br />
c / tw ≤ 70 ε uden beton<strong>om</strong>støbning<br />
c / tw ≤ 124 ε med effektiv beton<strong>om</strong>støbning<br />
Hvis dette ikke er opfyldt bestemmes bæreevnen mht. forskydningsfoldning Vb,Rd iht.<br />
EC 3-1-5 afsnit 5.<br />
6.2.2.4 Bøjning og forskydning<br />
Hvis den lodrette forskydnings<strong>på</strong>virkning VEd er under halvdelen af forskydningsbæreevnen<br />
VRd kan der regnes med fuld udnyttelse af ståltværsnittet ved beregning af m<strong>om</strong>entbæreevnen,<br />
svarende til ρ = 0 i de efterfølgende figurer.<br />
Når VEd > ½ VRd bestemmes ρ af:<br />
2<br />
⎛ 2VEd<br />
⎞<br />
ρ = ⎜ − 1<br />
V ⎟<br />
⎝ Rd ⎠<br />
og der regnes med en reduceret spænding (1 - ρ) fyd i forskydningsarealet.<br />
6.2.1.2 M<strong>om</strong>entbæreevne ved fuld forskydningsforbindelse<br />
Nedenfor er vist eksempler <strong>på</strong> spændingsfordeling og beregning af m<strong>om</strong>entbæreevnen ved<br />
forskellige placeringer af nullinien. I alle nedenstående spændingsfigurer forudsættes<br />
normalkraften N = 0.<br />
6<br />
tf<br />
beff<br />
ba<br />
tw<br />
hc<br />
hp<br />
r h<br />
ha
1. Nullinie i betonflangen<br />
Betonflangens trykbæreevne er større end stålbjælkens trækbæreevne. Der medregnes derfor<br />
kun arealet beff zc i betonflangen.<br />
Figur 7. Plastisk spændingsfordeling ved nullinie i betonflangen. Her er:<br />
Na = (Aa - ρ AV) fyd<br />
Nc,f = Na => zc =<br />
Mpl,Rd = Na z<br />
b<br />
eff<br />
Na<br />
0,<br />
85f<br />
cd<br />
≤ hc<br />
2. Nullinie i øverste bjælkeflange<br />
Betonflangens trykbæreevne er her lidt mindre end stålbjælkens trækbæreevne. Derfor<br />
medregnes en del af stålbjælkens trykflange til trykzonen.<br />
M<strong>om</strong>entbæreevnen bestemmes ud fra to kraftpar: Den tryk<strong>på</strong>virkede del af overflangen<br />
danner et kraftpar sammen med den tilsvarende del af underflangen, og betonflangen danner<br />
et kraftpar med den resterende del af ståltværsnittet.<br />
Figur 8. Plastisk spændingsfordeling ved nullinie i øverste flange. Her er:<br />
Nc,f = beff hc 0,85 fcd<br />
Na = Nc,f<br />
ba<br />
beff<br />
Nf = zf ba fyd<br />
beff<br />
hc<br />
hp<br />
ha<br />
Mpl,Rd = Na z + Nf (ha - zf)<br />
hc<br />
hp<br />
ha<br />
zc<br />
zpl zf<br />
fyd<br />
0,85 fcd<br />
7<br />
fyd<br />
fyd<br />
0,85 fcd<br />
=<br />
(1-ρ) fyd<br />
z<br />
Nc,f<br />
(1-ρ) fyd<br />
Na<br />
z<br />
Nc,f<br />
+<br />
Nf<br />
Na ha - zf<br />
Nf
3. Nullinie i bjælkekrop<br />
Betonflangens trykbæreevne er her noget mindre end profilets trækbæreevne, og hele<br />
overflange og en del af kroppen medregnes derfor til trykzonen.<br />
Lige s<strong>om</strong> i tilfælde 2 ovenfor bestemmes m<strong>om</strong>entbæreevnen i to trin. Betonflangens danner<br />
et kraftpar sammen med en del af kroppen med højden h0, og den resterende del af<br />
ståltværsnittet bidrager med et m<strong>om</strong>ent M1s<strong>om</strong> markeret <strong>på</strong> figuren.<br />
Figur 9. Plastisk spændingsfordeling ved nullinie i bjælkekrop. Her er:<br />
Nc,f = beff hc 0,85 fcd<br />
Na = Nc,f => h0 =<br />
MRd = Na z + M1<br />
t<br />
w<br />
Na<br />
( 1−<br />
ρ)<br />
f<br />
yd<br />
≤ hw<br />
4. Negativt m<strong>om</strong>ent, nullinie i øverste bjælkeflange<br />
For negativt m<strong>om</strong>ent regnes betonflangen revnet, og kun armeringens trækbæreevne As fsd<br />
medregnes.<br />
Figur 10. Plastisk spændingsfordeling for negativt m<strong>om</strong>ent ved nullinie i øverste flange.<br />
Her er:<br />
Ns = As fsd<br />
Na = Ns<br />
tw<br />
beff<br />
ba<br />
beff<br />
ba<br />
tw<br />
Nf = zf ba fyd<br />
hc<br />
hc<br />
hp<br />
ha<br />
hp<br />
ha<br />
Mpl,Rd = Na z + Nf (ha - zf)<br />
zpl<br />
zpl<br />
fsd<br />
(1-ρ) fyd<br />
fyd<br />
0,85 fcd<br />
8<br />
zs<br />
zf<br />
fyd<br />
fyd<br />
(1-ρ) fyd<br />
= z +<br />
h0<br />
Ns<br />
z<br />
Nc,f<br />
Na<br />
= +<br />
Na<br />
M1<br />
Nf<br />
ha - zf<br />
Nf
5. Negativt m<strong>om</strong>ent, nullinie i bjælkekrop<br />
Beregningsprincippet minder meget <strong>om</strong> tilfælde 3. Armeringen danner et kraftpar med en del<br />
af bjælkekroppen, og den resterende del af bjælketværsnittet bidrager med et m<strong>om</strong>ent M1.<br />
Figur 11. Plastisk spændingsfordeling for negativt m<strong>om</strong>ent ved nullinie i bjælkekrop. Her er:<br />
Ns = As fsd<br />
Na = Ns => h0 =<br />
Mpl,Rd = Na z + M1<br />
t<br />
w<br />
Na<br />
( 1−<br />
ρ)<br />
f<br />
yd<br />
≤ hw<br />
M<strong>om</strong>entbæreevne ved delvis forskydningssamling<br />
For positivt m<strong>om</strong>ent er det tilladt at udføre bjælker med delvis forskydningssamling. Det vil<br />
sige at forskydningsdyvlernes bæreevne er mindre end betonflangens trykbæreevne – eller<br />
bjælkens trækbæreevne, hvis den er mindre.<br />
Derfor udnyttes kun en del af den maksimalt opnåelige trykkraft Nc,f. Trykkraften bliver så<br />
Nc = η Nc,f, hvor η angiver graden af forskydningssamling.<br />
Ved beregning af m<strong>om</strong>entbæreevnen regnes Nc at ligge i den øverste del af betontværsnittet<br />
over højden zc = η zc,f, hvor zc,f angiver trykzonehøjden hørende til Nc,f.<br />
Tilfælde 1 ovenfor kan kun opnås med fuld forskydningssamling.<br />
For tilfælde 2 og 3 derimod fås en lidt anden spændingsfigur ved delvis forskydningssamling,<br />
se nedenfor.<br />
2a. Delvis forskydningssamling, nullinie i øverste bjælkeflange<br />
tf<br />
ba<br />
beff<br />
beff<br />
ba<br />
tw<br />
tw<br />
hc<br />
hp<br />
hc<br />
hp<br />
ha<br />
ha<br />
zpl<br />
zc<br />
Figur 12. Plastisk spændingsfordeling ved delvis forskydningssamling ved nullinie i<br />
øverste flange. Her er:<br />
Nc = beff zc 0,85 fcd hvor zc = η hc<br />
fsd<br />
(1-ρ) fyd<br />
zpl zf<br />
9<br />
zs<br />
fyd<br />
0,85 fcd<br />
fyd<br />
fyd<br />
=<br />
(1-ρ) fyd<br />
h0<br />
Ns<br />
z<br />
z<br />
Na<br />
Nc<br />
= +<br />
Na<br />
+<br />
M1<br />
Nf<br />
ha - zf<br />
Nf
Na = Nc<br />
Nf = zf ba fyd<br />
Mpl,Rd = Na z + Nf (ha - zf)<br />
3a. Delvis forskydningssamling, nullinie i bjælkekrop<br />
beff<br />
ba<br />
tw<br />
Figur 13. Plastisk spændingsfordeling ved delvis forskydningssamling og nullinie i<br />
bjælkekrop. Her er<br />
Nc = beff zc 0,85 fcd , hvor zc = η hc<br />
Na = Nc => h0 =<br />
Mpl,Rd = Na z + M1<br />
t<br />
w<br />
Na<br />
( 1−<br />
ρ)<br />
f<br />
yd<br />
≤ hw<br />
6.2.1.5 Brudgrænsetilstand, elastisk beregning<br />
Hvis den plastiske bæreevne ikke kan udnyttes, fordi (de trykkede dele af) ståltværsnittet<br />
ligger i tværsnitsklasse 3 eller 4, anvendes en elastisk spændingsfordeling ud fra følgende<br />
forudsætninger:<br />
- største betontrykspænding σc ≤ fcd. Der regnes ikke med trækspændinger i beton.<br />
- største spænding i stålbjælken σa ≤ fyd<br />
hc<br />
hp<br />
ha<br />
zc<br />
zpl<br />
fyd<br />
0,85 fcd Nc<br />
- største spænding i armeringen σs ≤ fsd (tryk<strong>på</strong>virket armering kan ignoreres)<br />
- elasticitetstallet for beton fastlægges ud fra lastvarigheden s<strong>om</strong> angivet i pkt. 5.4.2.2.<br />
Beregningsmetoden er iøvrigt den samme s<strong>om</strong> for anvendelsesgrænsetilstand, se nedenfor.<br />
10<br />
fyd<br />
=<br />
(1-ρ) fyd<br />
h0<br />
z<br />
Na<br />
+<br />
M1
Anvendelsesgrænsetilstand EC 4-1-1 kap. 7<br />
Beregningen baseres <strong>på</strong> en elastisk spændingsfordeling. Det forudsættes, at betonpladen og<br />
stålbjælkerne er fuldt samvirkende. Denne samvirken sikres af forskydningselementerne,<br />
s<strong>om</strong> behandles i næste afsnit i nærværende notat.<br />
Der ses i det følgende <strong>på</strong> et symmetrisk tværsnit s<strong>om</strong> vist i nedenstående figur.<br />
nullinie<br />
Figur 14. K<strong>om</strong>positbjælke.<br />
My<br />
beff<br />
C<br />
L<br />
Tværsnitskonstanter<br />
For My > 0 er hele tværsnittet aktivt. For My < 0 kan betonens bidrag medtages under<br />
forudsætning af at den maksimale trækspænding i betonen er mindre end 2 gange den<br />
enaksede karakteristiske trækstyrke fctm . Er dette ikke opfyldt skal nye tværsnitskonstanter<br />
for det transformerede tværsnit bestemmes, således at bidragene fra <strong>om</strong>råder med større<br />
trækspændinger end 2 gange den enaksede trækstyrke ikke medtages, jf. nederste eksempel i<br />
figur 15.<br />
Bestemmelse af tværsnitskonstanter svarer principielt til bestemmelse af transformerede<br />
tværsnitskonstanter for armerede betonbjælker, dvs at der skal tages hensyn til forskellene i<br />
elasticitetsmodulet for stål hhv. beton. Elasicitetsmodulet for beton afhænger tillige af<br />
belastningens varighed, idet der opereres med hhv korttidslast og langtidslast (kvasipermanent<br />
last). Denne forskel skyldes krybning i betonen. Krybning i betonen medfører at<br />
tøjningen vokser s<strong>om</strong> funktion af tiden for fastholdt last<strong>på</strong>virkning.<br />
Forholdet mellem elasticitetsmodulerne for stål og for beton benævnes s<strong>om</strong> tidligere nævnt<br />
nL, se EC 4-1-1 pkt. 5.4.2.2.<br />
For korttidslast er nL = n0 = Ea/Ecm<br />
For langtidslast er nL = n0(1 + ψL φt)<br />
hvor ψL er krybningsfaktoren, ψL = 1,1 for permanent (og kvasipermanent) last<br />
φt er krybningskoefficienten, φt = φ(∞,t0) fra EC 2-1-1 afsnit 3.1.4<br />
Tværsnitskonstanterne bestemmes med elasticitetsmodulet for stål s<strong>om</strong> referenceelasticitetsmodul.<br />
Det statiske m<strong>om</strong>ent for det transformerede tværsnit <strong>om</strong> oversiden af betonpladen er givet<br />
ved:<br />
Str = 1/nL · beff · ½ · hc 2 + As · zs + Aa · (hc + ½ ha)<br />
hvor As er armeringens areal og Aa er stålprofilets areal. For at medtage armeringen<br />
forudsættes det at denne er forankret.<br />
11<br />
zy<br />
hc<br />
ha<br />
h<br />
zs
Arealet af det transformerede tværsnit:<br />
Atr = 1/nL · beff · hc + As + Aa<br />
Nulliniens placering i forhold til betonpladens overside for det transformerede tværsnit<br />
er givet ved:<br />
zy = Str/Atr<br />
Inertim<strong>om</strong>entet for det transformerede tværsnit er givet ved:<br />
Itr = 1/nL · 1/12 · beff · hc 3 + 1/nL · beff · hc (zy – hc/2) 2 + As(zy - zs) 2 + Ia + Aa (hc + ½ha - zy) 2<br />
hvor Ia er stålprofilets eget inertim<strong>om</strong>ent.<br />
I figuren nedenfor er tøjninger og spændinger over tværsnittet vist.<br />
nullinie<br />
My<br />
C<br />
L<br />
Træk regnes positivt<br />
nullinie<br />
My<br />
C<br />
L<br />
Figur 15. Elastisk spændingsfordeling ved positivt og negativt m<strong>om</strong>ent.<br />
+<br />
tøjning<br />
+<br />
_<br />
12<br />
+<br />
-<br />
spænding<br />
tøjning<br />
spænding<br />
For My < 0 og maksimal trækspænding i beton mindre end 2 x fctk. Må ikke anvendes<br />
ved tværsnitsundersøgelse i brudgrænsetilstanden<br />
nullinie<br />
My<br />
C<br />
L<br />
+<br />
_<br />
_<br />
tøjning<br />
+<br />
_<br />
σc,o= - 1/nL · My/Itr · zy<br />
_<br />
σc = 0<br />
spænding<br />
For My < 0 og maksimal trækspænding i beton ved første beregning større end 2 x fctk, samt i<br />
brudgrænsetilstanden ved elastisk spændingsfordeling<br />
+<br />
σs = - My/Itr · (zy - zs)<br />
σc,o= - 1/nL · My/Itr · zy<br />
σc,u = -1/nL · My/Itr · (zy-hc)<br />
σa,o = - My/Itr · (zy-hc)<br />
σa,u = My/Itr · (hc+ha-zy)<br />
σc,u = -1/nL · My/Itr · (zy-hc)<br />
σa,o = - My/Itr · (zy-hc)<br />
σs = - My/Itr · (zy - zs)<br />
σa,o = - My/Itr · (zy-hc)<br />
σs = - My/Itr · (zy - zs)<br />
σa,u = My/Itr · (hc+ha-zy)<br />
σa,u = My/Itr · (hc+ha-zy)
Bemærk, at der skal bestemmes nye tværsnitskonstanter når bidraget fra betondelen ved<br />
negativt m<strong>om</strong>ent ikke må medregnes, svarende til den nederste af ovenstående figurer. Dvs.<br />
at betonarealet udgår i ovennævnte udtryk for areal, statisk m<strong>om</strong>ent og inertim<strong>om</strong>ent.<br />
Desuden afhænger deformationerne af svind i betonen. Ligeledes afhænger snitkraftfordelingen<br />
i statisk ubestemte konstruktioner af svind i betonen såfremt snitkraftfordelingen<br />
bestemmes <strong>på</strong> basis af elasticitetsteorien. Dette emne behandles i et efterfølgende afsnit.<br />
Eksempel.<br />
Bestemmelse af tværsnitskonstanter og udbøjning for korttidslast hhv. langtidslast.<br />
Der betragtes et tværsnit s<strong>om</strong> vist i nedenståede figur, med beff = 2 m. Armeringen regnes at<br />
ligge ca. midt i pladen.<br />
Tværsnittet regnes urevnet, dvs. at betondelen regnes aktiv, hvorved de ovenfor opskrevne<br />
udtryk for areal, statisk m<strong>om</strong>ent og inertim<strong>om</strong>ent direkte kan anvendes.<br />
M<strong>om</strong>entet fra korttidslast: My,kort = 100 kNm<br />
M<strong>om</strong>entet fra langtidslast: My,lang = 300 kNm<br />
nullinie<br />
Figur 16. K<strong>om</strong>positbjælke, eksempel.<br />
Profil: (HE300B)<br />
ha = 300 mm<br />
Aa = 14900 mm 2<br />
Ia = 251,7 · 10 6 mm 4<br />
Ea = 210000 MPa<br />
Armering: (Y10/150)<br />
As = π/4 · 10 2 · 2000/150 = 1047 mm 2<br />
zs = 65 mm<br />
Es = 210000 MPa<br />
Beton:<br />
beff = 2000 mm<br />
hc = 125 mm<br />
Ac = 2000 · 125 = 250000 mm 2<br />
My<br />
Ic = 1/12 · 2000 · 125 3 = 326 · 10 6 mm 4<br />
fck = 35 MPa<br />
beff = 2000<br />
Korttids stivhedsforhold n0 = Ea /Ecm = 210000/26031 = 8,07<br />
Krybetallet er bestemt til φt = 3,0<br />
Langtids stivhedsforhold nL = n0(l + ψL φt) = 8,07(1 + 1,1 · 3) = 34,7<br />
C<br />
L<br />
13<br />
Y10/150<br />
z<br />
zy<br />
hc=125<br />
ha=300<br />
zs = 65<br />
h = 425
Transformerede tværsnitskonstanter for korttidslast:<br />
Atr = 1/8,07 · 2000 · 125 + 1047 + 14900 = 46926 mm 2<br />
Str = 1/8,07 · 2000 · ½ · 125 2 + 1047 · 65 + 14900 · (125 + ½ · 300) = 6102 · 10 3 mm 3<br />
zy = Str/Atr = 6102 · 10 3 /46926 = 130 mm<br />
Itr = 1/8,07 · 1/12 · 2000 · 125 3 + 1/8,07 · 2000 · 125 (130 – 125/2) 2 + 1047 (130 - 65) 2 +<br />
251,7 · 10 6 + 14900 (125 + ½ · 300 - 130) 2 = 751 · 10 6 mm 4<br />
Spændinger bestemmes af Mkort/(Itr · n0) · z for beton og Mkort/Itr · z for stål.<br />
Figur 17.<br />
Spændinger for<br />
korttidslast.<br />
Tilsvarende for langtidslast:<br />
nL = 34,7<br />
Transformerede tværsnitskonstanter for langtidslast:<br />
Atr = 1/34,7 · 2000 · 125 + 1047 + 14900 = 23152 mm 2<br />
Str = 1/34,7 · 2000 · ½ · 125 2 + 1047 · 65 + 14900 · (125 + ½ · 300) = 4616 · 10 3 mm 3<br />
zy = Str/Atr = 4616 · 10 3 /23152 = 199 mm<br />
Itr = 1/34,7 · 1/12 · 2000 · 125 3 + 1/34,7 · 2000 · 125 (199 – 125/2) 2 + 1047 (199 - 65) 2 +<br />
251,7 · 10 6 + 14900 (125 + ½ · 300 - 199) 2 = 500 · 10 6 mm 4<br />
Spændinger bestemmes af Mlang/(Itr · nL) · z for beton og Mlang/Itr · z for stål.<br />
Figur 18.<br />
Spændinger for<br />
langtidslast.<br />
+<br />
tøjning<br />
+<br />
tøjning<br />
_<br />
Til disse spændinger lægges evt. bidrag fra svind ved superposition.<br />
_<br />
14<br />
+<br />
-<br />
spænding<br />
+<br />
-<br />
spænding<br />
σc,o= - 2,14 MPa<br />
σs = - 8,65 MPa<br />
σc,u = - 0,08 MPa<br />
σa,o = - 0,67 MPa<br />
σa,u = 39,3 MPa<br />
σc,o= - 3,44 MPa<br />
σs = - 80,4 MPa<br />
σc,u = - 1,28 MPa<br />
σa,o = - 44,4 MPa<br />
σa,u = 136 MPa
Svind<br />
I de første par år efter støbningen opstår der et lille svind i betonen. Når betonen trækker sig<br />
sammen pga. dette svind, vil stålprofilet forsøge at hindre sammentrækningen. Det medfører<br />
en bøjnings<strong>på</strong>virkning i konstruktionen med tilhørende bøjningsspændinger.<br />
I EC 4-1-1 pkt. 3.1(4) angives det, at det er tilladt at se bort fra virkningen af svind, også ved<br />
beregning af udbøjninger.<br />
Hvis virkningen af svind alligevel ønskes vurderet, anføres det i noten nedenunder, at<br />
værdierne for svind, beregnet efter EC 2, ofte vil være for store, og det anbefales at anvende<br />
værdien angivet i EC 4 Anneks C.<br />
Spændinger og deformationer<br />
Vi betragter i første <strong>om</strong>gang den tænkte situation at sammentrækningen af beton s<strong>om</strong> følge<br />
af svind kan foregå frit, dvs. vi tænker os sammenhængen mellem betonplade og stålprofil<br />
brudt. Sammentrækningen er givet ved: Δl = εsvind · bjælkens længde, se figuren nedenfor,<br />
s<strong>om</strong> viser et snit parallelt med stålprofilet.<br />
½Δl<br />
Figur 19. Frit svind i betonflange.<br />
Vi <strong>på</strong>sætter herefter en fiktiv ydre kraft af en sådan størrelse at forlængelsen herved lige<br />
netop svarer til sammentrækningen fra svindet. Størrelsen <strong>på</strong> denne fiktive kraft er:<br />
NEd = εsvind · Ec · Ac<br />
hvor Ec = Ecm /(l + ψL φt) er elasticitetsmodulet for langtidslast.<br />
εsvind findes i EC 4-1-1 Anneks C. For almindelig beton regnes med εsvind = 325 · 10 -6 .<br />
Samvirkningen mellem beton og stål tænkes nu genetableret, og betonen vil <strong>på</strong> grund af<br />
svindet yde et tryk <strong>på</strong> den sammensatte konstruktion af størrelse NEd.<br />
Denne kraft virker i betonen tyngdepunktslinie og kan ækvivaleres med et m<strong>om</strong>ent og en<br />
normalkraft placeret i nullinien, se figuren nedenfor.<br />
nullinie<br />
Figur 20. Snitkræfter pga. svind.<br />
N Ed<br />
≈<br />
a c<br />
15<br />
NEd<br />
½Δl<br />
M Ed = a c N Ed
Eksempel<br />
Beregning af spændinger og nedbøjning <strong>på</strong> grund af svind<br />
Bjælken fra ovenstående eksempel betragtes igen:<br />
εsvind = 325 · 10 -6<br />
Ec = Ecm /(l + ψL φt) = 26031/(1 + 1,1 · 3) = 6054 MPa<br />
Indsat fås:<br />
NEd = 325 · 10 -6 · 6054 · 250000 · 10 -3 = 492 kN<br />
MEd = NEd · ac = 492 · (199-65) · 10 -3 = 65,9 kNm (konstant m<strong>om</strong>ent i hele bjælkens længde)<br />
Nedbøjningen fra svind kan bestemmes af:<br />
usvind = 1/8 · MEd · L 2 /(Ea · Itr)<br />
hvor L er bjælkens længde.<br />
For en bjælke med længden 8 m haves:<br />
usvind = 1/8 · 65,9 ·10 6 · 8000 2 /(210000 · 500 · 10 6 ) = 5,0 mm<br />
Tøjninger og spændinger er vist i figuren nedenfor.<br />
nullinie<br />
tøjninger εM εN εsvind<br />
nullinie<br />
Figur 21. Tøjninger og spændinger s<strong>om</strong> følge af svind.<br />
+<br />
+<br />
- 0,76 MPa<br />
- 17,7 MPa<br />
- 0,28 MPa<br />
- 9,75 MPa<br />
29,8 MPa<br />
spændinger σM σN σsvind<br />
_<br />
16<br />
_<br />
_<br />
- 0,61 MPa 1,97 MPa<br />
- 21,3 MPa<br />
- 21,3 MPa<br />
+<br />
+<br />
+<br />
_<br />
Σσ<br />
0,60 MPa<br />
- 39,0 MPa<br />
1,08 MPa<br />
- 31,1 MPa<br />
8,5 MPa
Forskydningssamling EC 4-1-1 afsn. 6.6<br />
Forskydningssamling med dyvler<br />
S<strong>om</strong> tidligere nævnt udføres forskydningssamlingen mellem beton og stålprofil i langt de<br />
fleste tilfælde ved hjælp af <strong>på</strong>svejste forskydningsdyvler, se figur 4 s. 4, og EC 4-1-1 angiver<br />
kun bæreevner for denne type af forskydningssamlinger.<br />
Hvis dyvlerne overholder følgende betingelser:<br />
fu ≤ 500 MPa.<br />
16 mm ≤ d ≤ 25 mm.<br />
h ≥ 4 d<br />
- kan de regnes at være duktile (deformerbare, seje), og forskydningskraften mellem<br />
betonplade og profil kan under visse betingelser, se nedenfor, regnes jævnt fordelt <strong>på</strong><br />
dyvlerne over en delstrækning l. Forskydningskraften over en delstrækning - VL1 over<br />
strækningen l1, hhv. VL2 over strækningen l2 <strong>på</strong> figur 22 - bestemmes s<strong>om</strong> summen af de<br />
kræfter, der virker <strong>på</strong> betondelen s<strong>om</strong> markeret <strong>på</strong> figuren.<br />
Figur 22.<br />
Delstrækninger og<br />
langsgående<br />
forskydningskraft.<br />
Dyvler, s<strong>om</strong> opfylder ovenstående betingelser, kan regnes at være duktile ved fuld<br />
forskydningssamling, samt ved delvis forskydningssamling inden for følgende grænser, se<br />
EC 4 pkt. 6.6.1.2(1) og 6.6.1.3:<br />
- Bjælkerne tilhører tværsnitsklasse 1 eller 2.<br />
- K<strong>om</strong>posittværsnittets plastiske bæreevne Mpl,Rd ≤ 2,5 Mpl,a,Rd,<br />
hvor Mpl,a,Rd er stålprofilets egen m<strong>om</strong>entbæreevne<br />
For stålbjælker med ens flanger:<br />
Le ≤ 25 m: η ≥ 1 - (355/fy)(0,75 - 0,03 Le) η ≥ 0,4<br />
Le > 25 m: η ≥ 1<br />
hvor Le er afstanden mellem m<strong>om</strong>entnulpunkter, se figur 3 ovenfor og figur 5.1 i EC 4.<br />
η er graden af forskydningssamling.<br />
Desuden angives der grænser gældende for stålbjælker med ulige store flanger og en<br />
interpolationsregel, samt regler for lidt afvigende ge<strong>om</strong>etrier, se pkt. 6.6.1.2(3).<br />
Hvis ovenstående betingelser er opfyldt, kan forskydningselementerne (dyvlerne) regnes at<br />
være duktile, og de kan derfor fordeles jævnt over strækningen l1 hhv. l2.<br />
Hvis forskydningselementerne ikke kan regnes at være duktile, dimensioneres de for den<br />
aktuelle forskydningskraft i hvert snit, dvs. at tætheden af forskydningselementer følger<br />
forskydningskraftkurven.<br />
l 1<br />
A B<br />
17<br />
MB<br />
VL1<br />
Nc<br />
Nc<br />
VL2<br />
l 1<br />
l 2<br />
l 2<br />
Ns
hf<br />
hf<br />
6.6.3.1 Regningsmæssig bæreevne af dyvler<br />
Bæreevnen PRd pr. dyvel i massiv beton regnes at være den mindste værdi af<br />
og<br />
hvor<br />
PRd =<br />
PRd =<br />
0,<br />
8 f<br />
γ<br />
u<br />
v<br />
π d<br />
4<br />
0,<br />
29α<br />
d<br />
2<br />
γ<br />
2<br />
v<br />
f<br />
ck<br />
E<br />
cm<br />
(forskydningsbrud i dyvel)<br />
(brud i beton)<br />
α = 0,2 (hsc /d + 1) for 3 ≤ hsc /d ≤ 4, α = 1 for hsc /d > 4<br />
γv er partialkoefficienten, γv = 1,35 γ3 jf. NA<br />
hsc er dyvlens højde<br />
d er dyvlens skaftediameter, 16mm ≤ d ≤ 25 mm<br />
fu er dyvlens trækstyrke, fu ≤ 500 Mpa<br />
fck er betonens trykstyrke<br />
6.6.4.1 og 6.6.4.2 Dyvler i dæk med profilerede stålplader<br />
Der angives i disse to punkter reduktionsfaktorer for dyvlernes bæreevne i de tilfælde, hvor<br />
dyvlerne monteres i bunden af ribberne i et dæk udstøbt <strong>på</strong> profilerede stålplader.<br />
6.6.6 Langsgående forskydning i betonpladen.<br />
Ud over beregning af det nødvendige antal dyvler skal det også kontrolleres, at betonpladens<br />
forskydningsbæreevne er tilstrækkelig.<br />
EC 4 angiver hvilke snit der skal undersøges, jf. figur 23, men henviser iøvrigt til EC 2-1-1<br />
pkt 6.2.4 mht. beregning af forskydningsbæreevnen.<br />
b b<br />
c b b c<br />
a<br />
a<br />
a<br />
a<br />
c b b c<br />
(b))(b)<br />
Figur 23. Potentielle snitflader til forskydningsundersøgelse, jf. EC 4-1-1 fig. 6.15 og 6.16.<br />
Bæreevneeftervisningen baseres iht. EC 2-1-1 pkt 6.2.4 <strong>på</strong> en beregningsmodel, hvor flangen<br />
betragtes s<strong>om</strong> en række skrå trykdiagonaler, og armeringen optager de udadrettede kræfter<br />
fra trykdiagonalerne.<br />
Forskydningskraften VEd i et givet snit kan iht. EC 4-1-1 pkt 6.6.6.1(4) regnes jævnt fordelt<br />
over den aktuelle delstrækning ∆x, hvor ∆x svarer til strækning l1 hhv. l2 <strong>på</strong> figur 22<br />
ovenfor. Herudfra bestemmes forskydningsspændingen νEd, og styrken kontrolleres.<br />
18<br />
a<br />
a<br />
a<br />
a<br />
d d<br />
c b b c<br />
a<br />
a<br />
a<br />
a<br />
hf<br />
hf
EC 2-1-1 pkt 6.2.1(4) – notation tilpasset EC 4:<br />
Nødvendig tværarmering pr. længdeenhed Asf /sf [mm 2 /mm]:<br />
A<br />
s<br />
sf<br />
f<br />
f<br />
sd<br />
υEd<br />
h<br />
≥<br />
cot θ<br />
f<br />
f<br />
⇔<br />
A<br />
s<br />
sf<br />
f<br />
υEd<br />
h f ≥<br />
cot θ f<br />
Kontrol af forskydningsspændingen for at forhindre trykbrud i trykstænger:<br />
νEd =<br />
VEd<br />
≤ ν fcd sin θf cos θf<br />
h ∆x<br />
f<br />
hvor 1 ≤ cot θf ≤ 2 for trykflanger, 1 ≤ cot θf ≤ 1,25 for trækflanger<br />
f ck<br />
ν = νv = 0,<br />
7 − ≥ 0,<br />
45 ,<br />
200<br />
ν er en effektivitetsfaktor jf. NA til EC 2-1-1<br />
hf er længden (bredden) af den betragtede snitflade.<br />
f<br />
sd<br />
For snit rundt <strong>om</strong> forskydningsdyvlerne, snit b-b, c-c og d-d <strong>på</strong> figur 23, er hf lig med<br />
længden af snittet, og ved bestemmelse af Asf /sf tæller armeringen dobbelt, fordi der er to<br />
snit gennem stængerne. Men der medregnes kun den armering s<strong>om</strong> passerer gennem snittet,<br />
se også tabellerne i EC 4-1-1 figur 6.15 og 6.16.<br />
Hvis der anvendes k<strong>om</strong>positdæk med spændretning <strong>på</strong> tværs af den betragtede bjælke, kan<br />
den profilerede stålplade medregnes i armeringsarealet, se EC 4-1-1 pkt. 6.6.6.4(4).<br />
6.6.6.3 Minimumsarmering<br />
Der henvises til EC 2-1-1 pkt. 9.2.2(5), s<strong>om</strong> egentlig handler <strong>om</strong> bøjlearmering i bjælker.<br />
Med notation tilpasset EC 4 og for armering vinkelret <strong>på</strong> bjælken (sin α = 1) er kravet:<br />
A<br />
s<br />
ρ<br />
0,<br />
063<br />
sf<br />
ck<br />
≥ w,<br />
min =<br />
(dimensionsløs)<br />
f hf<br />
fsk<br />
Værdien af ρw,min er angivet i NA til EC 2-1-1.<br />
f<br />
19
Søjler og tryk<strong>på</strong>virkede elementer EC 4-1-1 afsn. 6.7<br />
Beregningsreglerne for søjler gælder for en række forskellige k<strong>om</strong>posittværsnit s<strong>om</strong> angivet<br />
<strong>på</strong> figur 24 herunder.<br />
y<br />
d<br />
y<br />
cy<br />
a<br />
bc<br />
b<br />
z<br />
b<br />
z<br />
tw<br />
Figur 24. Typiske k<strong>om</strong>positsøjler.<br />
6.7.1 Generelt<br />
Reglerne gælder for stålkvaliteter fra S235 til S460 og for beton i styrkeklasser fra C20/25 til<br />
C50/60.<br />
Stålets bidrag til den plastiske bæreevne δ bør være mellem 20% og 90%:<br />
A a f yd<br />
0,2 ≤ δ ≤ 0,9, hvor δ = jf. pkt. 6.7.3.3(1)<br />
Hvis følgende betingelser er opfyldt:<br />
t<br />
cy<br />
tf<br />
t<br />
cz<br />
h hc<br />
cz<br />
h<br />
N<br />
pl,<br />
Rd<br />
- for cirkulære rørprofiler (e og f): d/t ≤<br />
- for rektangulære rør (d): h/t ≤52<br />
y<br />
y<br />
t<br />
e<br />
b<br />
b = bc<br />
20<br />
235<br />
90<br />
f y<br />
235<br />
f y<br />
- for delvis indstøbte stålprofiler (b og c): b/tf ≤ 44<br />
235<br />
f y<br />
- kan der ses bort fra lokal foldning af ståltværsnittet ved bæreevneberegningen.<br />
z<br />
d<br />
z<br />
h = hc<br />
6.7.2 Generel dimensioneringsmetode<br />
K<strong>om</strong>positsøjler kan – lige s<strong>om</strong> stålsøjler – eftervises med en beregningsmodel, s<strong>om</strong><br />
medtager alle imperfektioner og alle relevante andenordensvirkninger samt svind og<br />
krybning. Det medfører i praksis en eller anden form for FEM–modellering og bliver altså<br />
ret beregningstungt.<br />
tf<br />
y<br />
y<br />
t<br />
f<br />
c<br />
b = bc<br />
tw tw<br />
b<br />
d<br />
z<br />
z<br />
tf<br />
h = hc
6.7.3 Forenklet dimensioneringsmetode<br />
Den forenklede metode er et noget simplere alternativ til den generelle metode, s<strong>om</strong> til<br />
gengæld har et mere begrænset gyldigheds<strong>om</strong>råde.<br />
Metoden forudsætter, at tværsnittet er dobbeltsymmetrisk og med konstant tværsnit, og at<br />
slankhedstallet opfylder betingelsen:<br />
λ ≤ 2,<br />
0<br />
For fuldt indstøbte tværsnit jf. figur 24 (a) kan der højst medregnes et betondæklag <strong>på</strong><br />
cz ≤ 0,3 h og cy ≤ 0,4 h<br />
Der kan højst medregnes længdearmering svarende til 6% af betonarealet.<br />
6.7.3.2 Tværsnittets bæreevne<br />
Bæreevnen for centralt tryk (uden søjlevirkning) beregnes s<strong>om</strong>:<br />
Npl,Rd = Aa fyd + 0,85 Ac fcd + As fsd<br />
for indstøbte og delvis indstøbte ståltværsnit, jf. figur 24 a-c, og<br />
Npl,Rd = Aa fyd + Ac fcd + As fsd<br />
for betonfyldte tværsnit, jf. figur 24 d-f.<br />
I pkt 6.7.3.2(6) gives der mulighed for at hæve betonens trykstyrke yderligere for cirkulære<br />
betonfyldte tværsnit.<br />
6.7.3.3 Effektiv bøjningsstivhed og relativ slankhed<br />
Den relative slankhed for trykstænger er givet ved:<br />
λ =<br />
N<br />
pl,<br />
Rk<br />
N<br />
cr<br />
hvor Npl,Rk = Aa fy + 0,85 Ac fck + As fsk for indstøbte tværsnit<br />
Npl,Rk = Aa fy + 1,0 Ac fck + As fsk for udstøbte tværsnit (rør)<br />
π ( EI)<br />
L<br />
2<br />
N cr = 2<br />
eff er den kritiske normalkraft (Eulerkraften)<br />
Til beregning af Ncr benyttes den effektive bøjningsstivhed for k<strong>om</strong>posittværsnittet:<br />
(EI)eff = Ea Ia + Es Is + Ke Ec,eff Ic<br />
hvor Ke = 0,6 er en korrektionsfaktor<br />
Ic bestemmes for det ikke-revnede betontværsnit<br />
Ec,eff er betonens effektive bøjningsstivhed under hensyntagen til lastvarigheden.<br />
Betonens effektive bøjningsstivhed Ec,eff bestemmes af:<br />
Ec,eff = Ecm<br />
1+<br />
( N<br />
1<br />
/ N ) φ<br />
G,<br />
Ed<br />
hvor Ecm er korttids-elasticitetstallet for beton, se tabel 1 s. 3.<br />
Ed<br />
NG,Ed /NEd er forholdet mellem permanent last og total last<br />
φt er krybningskoefficienten iht. EC 2-1-1<br />
t<br />
21
6.7.3.5 Bæreevne for aksialt tryk, forenklet beregning<br />
Bæreevnen for en centalt <strong>på</strong>virket trykstang kan bestemmes s<strong>om</strong><br />
Nb,Rd = χ Npl,Rd<br />
hvor χ er søjlereduktionsfaktoren bestemt ud fra λ ovenfor og søjlekurverne i EC 3-1-1,<br />
idet søjlekurven vælges ud fra EC 4-1-1 tabel 6.5<br />
Npl,Rd = Aa fyd1 + 0,85 Ac fcd + As fsd for indstøbte tværsnit og<br />
Npl,Rd = Aa fyd1 + 1,0 Ac fcd + As fsd<br />
Bemærk at der i dette specielle tilfælde benyttes flydespændingen fyd1 for ståldelen.<br />
6.7.3.4 Beregningsmetoder og elementimperfektioner<br />
S<strong>om</strong> alternativ til ovenstående, og for alle trykstænger hvor der også optræder m<strong>om</strong>enter,<br />
tages der hensyn til andenordensvirkninger ud fra en effektiv bøjningsstivhed<br />
(EI)eff,II = K0 (Ea Ia + Es Is + Ke,II Ec,eff Ic )<br />
hvor Ke,II = 0,5 er en korrektionsfaktor<br />
K0 = 0,9 er en kalibreringsfaktor<br />
I henhold til EC 4-1-1 pkt. 5.2.1(3) kan der ses bort fra andenordensvirkninger, hvis<br />
Ncr,eff ≥ 10 NEd.<br />
Andenordensvirkninger tages i regning ved at bestemme snitkræfterne ud fra ækvivalente<br />
ge<strong>om</strong>etriske imperfektioner s<strong>om</strong> angivet i EC 4-1-1 tabel 6.5 og derefter forøge det største<br />
regningsmæssige m<strong>om</strong>ent med faktoren k:<br />
β<br />
k =<br />
≥ 1<br />
1−<br />
N<br />
Ed<br />
/ N<br />
cr,<br />
eff<br />
hvor β er en ækvivalent m<strong>om</strong>entfaktor jf. EC 4-1-1 tabel 6.4, 0,44 ≤ β ≤ 1,0<br />
2<br />
π ( EI)<br />
N cr,<br />
eff =<br />
L<br />
eff , II<br />
2<br />
6.7.3.6 K<strong>om</strong>bineret tryk og enakset bøjning<br />
Bæreevnen kontrolleres ud fra formlen<br />
M<br />
M<br />
Ed<br />
pl,<br />
N,<br />
Rd<br />
≤ αM<br />
⇔ MEd<br />
≤ αMM<br />
pl,<br />
N,<br />
Rd<br />
hvor MEd er det regningsmæssige m<strong>om</strong>ent incl. ækvivalente ge<strong>om</strong>etriske imperfektioner,<br />
og evt. forøget med faktoren k s<strong>om</strong> angivet ovenfor.<br />
Mpl,N,Rd er den plastiske m<strong>om</strong>entbæreevne bestemt ud fra betonens interaktionskurve<br />
(N-M-diagram) ved den samtidige normalkraft NEd, se EC 4-1-1 figur 6.18 og 6.19<br />
og nedenstående figurer 25 og 26.<br />
αM er en koefficient s<strong>om</strong> sættes til 0,9 for S235 – S355, og 0,8 for S460.<br />
EC 4-1-1 angiver, at Mpl,N,Rd = µd Mpl,Rd og angiver interaktionskurven <strong>på</strong> dimensionsløs<br />
form, se figur 6.20, men ved praktisk beregning er det mere bekvemt at bestemme Mpl,N,Rd<br />
direkte og derefter kontrollere bæreevneudtrykket ovenfor.<br />
22
A<br />
B<br />
C<br />
D<br />
hn<br />
hn<br />
hn<br />
2hn<br />
2h n<br />
0,85f cd fyd fsd<br />
0,85fcd fyd fsd<br />
0,85f cd fyd fsd<br />
0,85fcd fyd fsd<br />
Figur 25. Spændingsfordeling for fire punkter i M-N-diagrammet.<br />
N<br />
Npl.Rd<br />
Npm.Rd<br />
0,5 Npm.Rd<br />
0<br />
A<br />
E<br />
23<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
Bæreevne<br />
+<br />
+<br />
+<br />
Tilnærmet bæreevne<br />
Mpl.Rd Mmax.Rd<br />
Mpl.Rd<br />
Npl.Rd<br />
Mmax.Rd<br />
Mpl.Rd<br />
Npm.Rd<br />
½ Npm.Rd<br />
Figur 26. Interaktionskurve. Hvis der er behov for det, kan et punkt E beregnes mellem A<br />
og C for at k<strong>om</strong>me tættere <strong>på</strong> den korrekte bæreevne.<br />
B<br />
C<br />
D<br />
M
Bemærk at den ekstra m<strong>om</strong>entbæreevne mellem punkt B og C kun må tages i regning, hvis<br />
MEd er direkte sammenhørende med NEd og altså ikke kan forek<strong>om</strong>me ved andre værdier af<br />
N.<br />
I modsat fald må Mpl,N,Rd ikke regnes større end Mpl,Rd svarende til punkt B hhv. C.<br />
Det er ikke nødvendigt at bestemme hele M-N-diagrammet, medmindre der skal eftervises<br />
en række forskellige lastk<strong>om</strong>binationer med meget forskellige værdier af NEd, og det er<br />
heller ikke væsentligt <strong>om</strong> man finder de præcise punkter A-E angivet ovenfor,<br />
Ved praktisk beregning af en enkelt lastk<strong>om</strong>bination er det tilstrækkeligt at gætte et par<br />
nullinieplaceringer, s<strong>om</strong> giver NRd lidt mindre hhv. lidt større end NEd, og kontrollere<br />
bæreevnen herudfra, jf. figur 27.<br />
Figur 27. Eksempel <strong>på</strong> bæreevnekontrol for en enkelt lastk<strong>om</strong>bination.<br />
6.7.3.7 Tryk og toakset bøjning<br />
Følgende bæreevneudtryk kontrolleres:<br />
My,Ed ≤ αM Mpl,y,N,Rd<br />
Mz,Ed ≤ αM Mpl,z,N,Rd<br />
M<br />
M<br />
y,<br />
Ed<br />
pl,<br />
y,<br />
N,<br />
Rd<br />
M<br />
+<br />
M<br />
z,<br />
Ed<br />
pl,<br />
z,<br />
N,<br />
Rd<br />
≤<br />
1<br />
hvor My,Ed og Mz,Ed er de regningsmæssige bøjningsm<strong>om</strong>enter incl. imperfektioner og<br />
andenordensvirkninger <strong>om</strong> hhv. y-aksen og z-aksen.<br />
Mpl,y,N,Rd og Mpl,z,N,Rd er m<strong>om</strong>entbæreevnerne <strong>om</strong> hhv. y-aksen og z-aksen ved den<br />
aktuelle normalkraft s<strong>om</strong> beskrevet ovenfor.<br />
(I EC 4-1-1 angives Mpl,y,N,Rd s<strong>om</strong> µdy Mpl,y,Rd og Mpl,z,N,Rd s<strong>om</strong> µdz Mpl,z,Rd)<br />
Imperfektioner skal kun tages i regning i den retning, hvor brud forventes. I tvivlstilfælde<br />
undersøges begge udknækningsretninger, én ad gangen.<br />
24
6.7.4 Forskydningssamling og last<strong>på</strong>førsel<br />
Selv <strong>om</strong> lasten ikke fordeles jævnt ud over k<strong>om</strong>posittværsnittet, men fx. kun angriber <strong>på</strong> en<br />
flange eller en rørvæg, er det ofte muligt at overføre kraften til betonen uden ekstra<br />
forskydningssamlinger. Det er tilladt at regne med en vis friktion i samlinger s<strong>om</strong> vist <strong>på</strong><br />
figur 28.<br />
Figur 28. Kraftoverførsel i en samling mellem k<strong>om</strong>positbjælker og en k<strong>om</strong>positsøjle.<br />
Over højden p kan der regnes med en forskydningsbæreevne s<strong>om</strong> angivet nedenfor, forudsat<br />
at ståloverfladerne er er umalede, oliefri og uden løs rust eller glødeskal:<br />
Fuldt betonindstøbte ståldele τRd = 0,30 MPa<br />
Betonfylde cirkulære rør τRd = 0,55 MPa<br />
Betonfyldte rektangulære rør τRd = 0,40 MPa<br />
Flanger af delvist indstøbte dele τRd = 0,20 MPa<br />
Kroppe af delvist indstøbte dele τRd = 0 MPa<br />
Slår denne forskydningsbæreevne ikke til, kan kraften i stedet regnes overført af forskydningsdyvler<br />
s<strong>om</strong> vist <strong>på</strong> figur 29 (jf. EC 4-1-1 figur 6.21). Ud over dyvlernes forskydningsbæreevne<br />
kan der pga. det skrå betontryk fra dyvlerne regnes med et ekstra friktionsbidrag<br />
fra flangerne s<strong>om</strong> markeret <strong>på</strong> figuren. For umalet stål kan regnes med friktionskoefficienten<br />
µ = 0,5.<br />
Figur 29. Forskydningsdyvler og ekstra friktionsbidrag fra flanger. Hvis afstanden mellem<br />
flangerne overstiger 400 mm, tilføjes flere dyvler.<br />
25