proiectarea plAcii grinzii compozite beton-oTel la ImbinArile grindA-stAlp ale cadrelor solicitate la Incovoiere

Generalitati

Aceasta anexa se refera la proiectarea placii si a imbinarilor ei cu cadrul metalic solicitat la incovoiere la care grinzile T sunt compozite dintr-o sectiune metalica cu o placa de beton.

Anexa a fost elaborata si validata experimental pentru tipul de cadre compozite cu imbinari rigide, solicitate la incovoiere si la care articulatiile plastice se formeaza in grinzi.

Articulatiile plastice de la capetele grinzilor cadrului compozit solicitat la incovoiere trebuie sa fie ductile. Conform acestei anexe trebuie indeplinite doua cerinte pentru a se asigura o ductilitate ridicata la incovoiere:

trebuie evitat flambajul timpuriu al partii metalice;

trebuie evitata distrugerea timpurie a betonului placii;

Prima conditie impune o limita superioara pentru aria A_s a sectiunii armaturii longitudinale pe latimea efectiva a placii. Cea de a doua conditie impune o limita inferioara pentru aria A_T a sectiunii armaturii transversale la fata stalpului.

Reguli pentru prevenirea flambajului prematur al sectiunii metalice

Se aplica paragraful 7.6.1(4).

Reguli pentru prevenirea distrugerii premature a betonului

C.3.1     Stalp exterior - Incovoierea stalpului pe directia perpendiculara la fatada; momentul din grinda negativ: M < 0

C311         Fara grinda metalica in fatada; fara fasie de beton, de margine, in consola (Figura C.1(b)).

Daca in fatada nu exista o grinda metalica si nici o fasie de margine in consola, din beton atunci momentul capabil al imbinarii trebuie luat egal cu momentul plastic capabil al grinzii metalice.

C312         Fara grinda metalica in fatada; cu fasie de margine din beton, in consola

Daca in fatada nu exista o grinda metalica, dar exista o fasie de margine in consola, din beton, se aplica EN 1994-1-1:2004 pentru calculul momentului capabil al imbinarii.

Legenda

(a) elevatie

(b) fara fasie de margine in consola din beton - fara grinda metalica in fatada - vezi C.3.1.1.

(c) cu fasie de margine in consola din beton - fara grinda metalica in fatada - vezi C.3.1.2.

(d) fara fasie de margine in consola din beton - cu grinda metalica in fatada - vezi C.3.1.3.

(e) cu fasie de margine in consola din beton - cu grinda metalica in fatada - vezi C.3.1.4.

A - grinda principala; B - placa; C - stalp extrior; D - grinda metalica de fatada;

E - fasie de margine in consola, din beton

Figura C.1: Configuratii ale imbinarilor grinda - stalp exterioare compozite cu momente incovoietoare pe directia perpendiculara pe fatada

C313         Grinda metalica prezenta in fatada; placa pana la fata exterioara a stalpului; fara fasie de margine in consola, din beton (Figura C.1(d)).

Atunci cand in fatada exista o grinda metalica, dar nu exista o fasie de margine in consola, din beton, capacitatea imbinarii poate include contributia armaturii placii cu conditia ca sa fie indeplinite cerintele din (2) pana la (7) ale acestui subparagraf.

Barele de armatura ale placii trebuie sa fie efectiv ancorate de conectorii de forfecare ai grinzii metalice din fatada.

Grinda metalica din fatada trebuie sa fie ancorata de stalp.

(4)P Aria sectiunii armaturii A_s trebuie sa fie astfel incat plastificarea armaturii sa aiba loc inaintea cedarii conectorilor si a grinzii de fatada.

(5)P Aria sectiunii armaturii A_s si conectorii trebuie sa fie plasati pe o latime egala cu latimea efectiva definita in 7.6.3 si Tabelul 7.5 II.

Conectorii trebuie sa fie astfel incat:

(C.1)

unde

n este numarul de conectori pe latimea efectiva;

P_Rd este rezistenta de proiectare a unui conector;

F_Rds este rezistenta de proiectarea a barelor suplimentare prezente pe latimea efectiva ;

f_yd este rezistenta de plastificare de proiectare a armaturii placii.

Grinda metalica din fatada trebuie sa fie verificata la incovoiere, forfecare si torsiune sub forta orizontala F_Rds aplicata conectorilor

C314         Grinda metalica prezenta in fatada; cu fasie de margine in consola, de beton (Figura C.1(e)).

Cand exista o grinda metalica in fatada si o fasie de margine in consola, de beton, momentul capabil al imbinarii poate include urmatoarele contributii: (a) forta transferata prin intermediul grinzii metalice din fatada asa cum este descris in C.3.1.3 (vezi (2) al acestui subparagraf) si (b) forta transferata prin mecanismul descris in EN 1994-1-1:2004 (vezi (3) al acestui subparagraf).

Partea capacitatii care se datoreaza ariei sectiunii de armatura a barelor ancorate de grinda metalica din fatada, poate fi calculata in concordanta cu C.3.1.3, cu conditia ca cerintele de la (2) la (7) ale C.3.1.3 sa fie satisfacute.

Partea capacitatii care se datoreaza sectiunii de armatura ancorata in fasia de margine in consola, din beton poate fi calculata in concordanta cu C.3.1.2.

C.3.2     Stalp exterior - Incovoierea stalpului in directia perpendiculara pe fatada; moment incovoietor pozitiv pe grinda: M > 0

C.3.2.1 Fara grinda metalica in fatada; placa pana la fata interioara a stalpului (Figura C.2(b-c)).

Cand placa de beton se opreste la fata interioara a stalpului, momentul capabil al imbinarii poate fi calculat pe baza transferului fortelor prin compresiunea directa a betonului pe talpa stalpului. Forta de compresiune poate fi calculata in concordanta cu (2) al acestui subparagraf, cu conditia ca armarea de confinare a placii sa satisfaca (4) al acestui subparagraf.

Valoarea maxima a fortei transmisa placii poate fi calculata cu:

(C.2)

unde

d_eff este inaltimea generala a placii in cazul unei placi fara profile sau inaltimea placii deasupra profilelor de pe fata placii compozite;

b_b este latimea de rezemare a placii de beton pe stalp (vezi Figura 7.7).

Este necesara confinarea betonului placii langa talpa stalpului. Aria sectiunii transver-sale a armaturii de confinare trebuie sa satisfaca expresia urmatoare:

(C.3)

unde

f_yd,T este rezistenta de plastificare, de proiectare, a armaturii transversale din placa.

Aria sectiunii transversale A_T a acestei armaturi trebuie sa fie uniform distribuita pe lungimea grinzii egala cu b_b. Distanta de la prima bara de armatura la talpa stalpului nu trebuie sa fie mai mare de 30 mm.

Aria sectiunii transversale a armaturii, A_T definita in (3) poate fi partial sau total asigurata prin armatura plasata pentru alte scopuri, de exemplu pentru capacitatea la incovoiere a placii.

Legenda

(a) elevatie;

A grinda principala;

B placa;

C stalpul exterior;

D grinda metalica din fatada

E fasia de margine, din beton, in consola

Figura C.2: Configuratia imbinarilor exterioare grinda compozita - stalp pentru momente pozitive pe directia perpendiculara pe fatada si transferul posibil al fortelor din placa

Legenda

(b) fara fasie de margine, din beton, in consola - fara grinda metalica de fatada-vezi C.3.2.1;

(c) mecanismul 1;

(d) placa pana la fata exterioara a stalpului sau prelungita sub forma unei fasii de margine, din beton in consola - fara grinda metalica in fatada - vezi C.3.2.2;

(e) mecanismul 2;

(f) placa pana la fata exterioara a stalpului sau prelungita sub forma unei fasii de margine, din beton in consola - cu grinda metalica in fatada - vezi C.3.2.3;

(g) mecanismul 3;

F dispozitiv aditional fixat pe stalp pentru sustinere

Figura C.2(continuare): Configuratia imbinarilor exterioare grinda compozita - stalp pentru momente pozitive pe directia perpendiculara pe fatada si transferul posibil al fortelor din placa

C.3.2.2 Fara grinda metalica in fatada; placa pana la fata exterioara a stalpului sau prelungita cu o fasie de margine, din beton, in consola (Figura C.2(c-d-e)).

Cand in fatada nu este o grinda metalica, momentul capabil al imbinarii poate fi calculat din forta de compresiune dezvoltata de combinatia urmatoarelor doua mecanisme:

mecanismul 1: compresiunea directa asupra stalpului. Valoarea de proiectare a fortei care este transferata cu ajutorul acestui mecanism trebuie sa nu depaseasca valoarea data de urmatoarea expresie:

(C.4)

mecanismul 2: diagonalele de beton comprimate de pe laturile stalpului. Daca unghiul de inclinare este de 45 , valoarea de proiectare a fortei care este transmisa prin acest mecanism nu trebuie sa depaseasca valoarea data de urmatoarea expresie:

(C.5)

unde

h_c este inaltimea sectiunii stalpului metalic.

Aria totala a sectiunii armaturii transversale A_T trebuie sa satisfaca urmatoarea expresie (vezi Figura C.2.(e)):

(C.6)

Aria armaturii A_T trebuie sa fie distribuita pe o lungime egala cu h_c si ancorata in intregime. Lungimea barelor de armatura este , unde l_b este lungimea de ancorare a acestor bare in concordanta cu EN 1992-1-1:2004.

Momentul capabil al imbinarii poate fi calculat din valoarea de proiectare a fortei maxime de compresiune care poate fi transmisa:

(C.7)

b_eff este latimea efectiva a placii la imbinare asa cum rezulta din 7.6.3 si din Tabelul 7.5II. In acest caz

C.3.2.3 Grinda metalica existenta in fatada; placa pana la fata exterioara a stalpului sau prelungita cu o fasie de margine, din beton, in consola (Figura C.2(c-e-f-g)).

Cand in fatada exista o grinda metalica, este activat al treilea mecanism de transfer al fortei FRd3 pentru compresiune implicand grinda metalica din fatada

(C.8)

unde

n este numarul de conectori pe latimea efectiva calculata din 7.6.3 si Tabelul 7.5II;

P_Rd este rezistenta de proiectare a unui conector.

Se aplica C.3.2.2

Valoarea de proiectare a fortei maxime de compresiune care poate fi transmisa este

b_eff d_eff f_cd. Aceasta forta este transmisa daca urmatoarea expresie este satisfacuta:

(C.9)

Momentul plastic capabil "total" compozit este atins prin alegerea numarului n de conectori astfel incat sa se ajunga la forta adecvata F_Rd3. Latimea maxima efectiva corespunde cu b_eff definit in 7.6.3 si Tabelul 5.2 II. In acest caz, b_eff = 0,15 l.

C.3.3     Stalp interior

C.3.3.1 Nu exista o grinda transversala (Figura C.3(b-c)).

Cand nu exista o grinda transversala, momentul capabil al imbinarii poate fi calculat din forta de compresiune dezvoltata de combinatia urmatoarelor doua mecanisme:

mecanismul 1: compresine directa pe stalp. Valoarea fortei de proiectare care este transmisa prin acest mecanism trebuie sa nu depaseasca valoarea data de urmatoarea expresie:

(C.10)

mecanismul 2: diagonalele de beton comprimate, inclinate la 45 fata de laturile stalpului. Valoarea de proiectare a fortei care este transmisa prin acest mecanism nu trebuie sa depaseasca valoarea data de urmatoarea expresie:

(C.11)

Aria sectiunii armaturii transversale A_T necesara pentru dezvoltarea mecanismului 2 trebuie sa satisfaca urmatoarea expresie:

(C.12)

Pe fiecare latura a stalpului trebuie dispusa o armatura cu aria A_T, pentru a asigura schimbarea semnului momentelor incovoietoare.

Valoarea fortei de proiectare dezvoltata de cele doua mecanisme este:

(C.13)

Efectul total al actiunii care este dezvoltat in placa datorita momentelor incovoietoare de pe laturile opuse ale stalpului si care trebuie transferat stalpului prin intermediul combina-tiei mecanismelor 1 si 2 este dat de forta de intindere F_st din barele de armatura paralele cu grinda pe laturile stalpului unde momentul este negativ si de forta de compresiune F_sc in beton la fata stalpului, unde momentul este pozitiv:

(C.14)

unde

A_s este aria sectiunii transversale a barelor pe latimea efectiva corespunzatoare momen-telor negative, b_eff specificata in 7.6.3 si Tabelul 7.5 II. In acest caz b_eff = 0,15l.

Urmatoarele conditii trebuie indeplinite pentru ca sa se atinga plastificarea sectiunii metalice, fara distrugerea betonului din placa:

(C.15)

Daca conditiile de mai sus nu sunt indeplinite, capacitatea imbinarii de a transmite fortele din placa la stalp trebuie sa fie marita, fie prin prezenta unei grinzi transversale (vezi C.3.3.2), sau prin cresterea compresiunii directe a betonului pe stalp prin dispozitive suplimentare (vezi C.3.2.1).

Legenda:

(a) elevatie;

(b) mecanismul 1;

(c) mecanismul 2;

(d) mecanismul 3

A grinda principala;

B placa;

C stalpul interior;

D grinda transversala

Figura C.3: Transferul posibil al fortelor intr-o imbinare interioara grinda - stalp, fara grinda transversala, sub un moment incovoietor pozitiv pe o latura si negativ pe cealalta

C.3.3.2 Grinda transversala existenta (Figura C.3(d)).

Cand exista o grinda transversala, este activat al treilea mecanism al fortelor de transfer F_Rd3 implicand o grinda transversala metalica.

(C.16)

unde

n este numarul de conectori pe latimea efectiva calculata folosind 7.6.3 si Tabelul 7.5 II.

P_Rd este rezistenta de proiectare a unui conector

Pentru legaturile intinse se aplica C.3.3.1(2).

Valoarea de proiectare a fortei de compresiune dezvoltata de combinatia celor trei mecanisme este:

(C.17)

unde n este numarul de conectori pe lungimea b_eff pentru cel mai mare dintre momentele negative sau pozitive asa cum este definit in 7.6.3 si in Tabelul 7.5 II, pentru grinda care se imbina cu stalpul.

(4) Se aplica C.3.3.1(5) pentru calculul efectului total al actiunii F_st + F_sc, dezvoltat in placa datorita momentelor incovoietaore de pe laturile opuse ale stalpului.

Pentru ca sa se atinga plastificarea in talpa inferioara a sectiunii metalice, fara distrugerea betonului din placa, trebuie indeplinita urmatoarea conditie:

(C.18)