29.07.2013 Views

Notat om kompositkonstruktioner - Hjemmesider på ...

Notat om kompositkonstruktioner - Hjemmesider på ...

Notat om kompositkonstruktioner - Hjemmesider på ...

SHOW MORE
SHOW LESS

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

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!