Структурно инженерство I

Документи

Бележки по лекция за конструкционно инженерство I

Технически университет в Берлин Департамент по проектиране и строителство - Секретариат за твърдо строителство TIB 1 - B 2 Густав-Майер-Алее 25 13355 Берлин

Професор доктор. sc. техн. Mike Schlaich Dipl.-Ing. Achim Bleicher, Dipl.-Ing. Даяна Бартч

Тел +49 (0) 30 314-721 30 Факс +49 (0) 30 314-721 32 [email protected] www.ek-massivbau.tu-berlin.de

Основните предмети по математика, механика, статика, материалознание, строителна информатика, строителни операции, моделиране на процеси и др. Се преподават в почти всички университети или независимо от материалите. Структурното инженерство не е изключение и затова Техническият университет в Берлин преподава и проучва в тази област различни материали.

Различните материали имат повече общо, отколкото разделят. Независимо от често изкуственото разделяне чрез стандартите, общите основи и свързаните с приложението характерни свойства на материалите за проектиране, конструкция и оразмеряване трябва да бъдат разработени и предадени по практически начин. Строителят не поръчва стоманен или бетонен мост, дървена или стъклена къща, а по-скоро добри мостове и добри къщи. В допълнение към класическите материали като дърво, стомана и бетон се използват все повече и повече нови материали като стъкло и мембрани. Само инженер, който е запознат с всички материали, може да проектира креативно.

Като част от структурно инженерство от I до II лекции, които ще се преподават като част от курса за бакалавърска степен (3 до 6 семестър) от 2006 г. нататък, оразмеряването и конструкцията на пръчковидни конструкции, опори, плочи и стъкла и техните връзки предадени във всички материали. В настоящия скрипт KI I първо се разглежда оразмеряването на напречните сечения на прътовидни конструкции и техните свързващи средства.

За първи път интегрирано в концепция за преподаване, преподаване на различни материали по структурно инженерство в Университета в Щутгарт от професор Jrg Schlaich и професор Kurt Schfer. Бихме искали да благодарим на професор Курт Шфер за разрешението да използва неговия сценарий „Основи за проектиране и строителство“ като основа за този сценарий. Сценарият в Щутгарт е адаптиран през зимния семестър 2004/2005 за лекцията Структурно инженерство I (KI I) и ще бъде използван в бъдеще в хода на бакалавърския/магистърския курс за лекцията в специализирания курс. За тази цел бяха пренаредени различни глави и актуализирани някои раздели и адресирано използването на нови материали.

Майк Шлайх, Берлин, април 2005 г.

TU Берлин Департамент за проектиране и изграждане на твърди конструкции Структурно инженерство I Съдържание

1.1 История на строителното инженерство 1 1.1.1 Конструкционни конструкции от зидария 1 1.1.2 Конструкционни конструкции от дърво 2 1.1.3 Метална конструкция 3 1.1.4 Стоманобетонна и предварително напрегната бетонна конструкция 9 1.1.5 Смесени строителни методи и нови материали 11

1.2 Класификация на оразмеряването в процеса на планиране 12

2 ОСНОВНА ОЦЕНКА 17

2.1 B и D области на конструкциите 17 2.1.1 Характеристики на B и D зоните 17 2.1.2 Разграничаване на D областите 19

2.2 Баланс, съвместимост и материални закони 21

2.3 Определяне на вътрешни сили и структурно съпротивление 22

2.4 Приложение: Термини от механиката и материалознанието 29

3.1 Характеристики на строителните материали и тяхната комбинация за образуване на композитни материали 31

3.2 Метални материали 37 3.2.1 Стомана 37 3.2.2 Чугун/чугун стомана 62 3.2.3 Цветни метали 64 3.2.4 Криви на напрежение на деформация на метални материали 66

3.3 Дърво 72 3.3.1 Видове дървесина 72 3.3.2 Физически свойства 75

3.4 Бетон 81 3.4.1 Якост на натиск 81 3.4.2 Якост на опън 82 3.4.3 Криви на напрежение, бетон 85 3.4.4 Модул на еластичност и напречно свиване 86 3.4.5 Свиване, пълзене и термично разширение 86

TU Берлин Департамент за проектиране и изграждане на твърди конструкции Структурно инженерство I Съдържание

4 ВРЪЗКА МЕЖДУ БЕТОН И СТОМАНА 99

4.1 Естеството на мрежата 99

4.3 Дължина на закотвяне и хващане 104

5 СЕКЦИОННО ИЗМЕРВАНЕ 107

5.1 Определяне на напреженията в напречното сечение въз основа на линейно-еластичния закон на материала 108

5.1.1 Оразмеряване на стоманени напречни сечения (еластично-еластичен метод съгласно DIN 18800-1) 110 5.1.2 Оразмеряване на напречни сечения на дървен материал 117

5.2 Оразмеряване на стоманени напречни сечения по закона за пластмасовия материал (еластично-пластмасови и пластмасово-пластмасови методи съгласно DIN 18800-1) 122

5.3 Проектиране на напречно сечение в случай на пукнатини или зеещи фуги (зидария) 128

5.4 Проектиране на стоманобетонни напречни сечения за момент и нормална сила 134 5.4.1 Стоманобетонни пръти, подложени на компресия в центъра 134 5.4.2 Основи на конструкцията за огъване на стоманобетонни напречни сечения 138 5.4.3 Опростено определяне на съпротивлението при огъване с помощта на напрежение блок 143 5.4.4 Преглед на методите за проектиране за M и N 144 5.4 .5 Оразмеряване за налягане с малък ексцентриситет = малък момент и голяма сила на натиск

(Диаграми на взаимодействие) 146 5.4.6 Дизайн за чисто огъване и компресия/опън с голям ексцентриситет = голям момент и

малка сила на натиск (e = M/N> 0,5h) 148 5.4.7 Оразмеряване за опън с малък ексцентриситет 150 5.4.8 Оразмеряване на напречни сечения на Т-лъча 151 5.4.9 Укрепване на компресията 154 5.4.10 Оразмеряване за неправоъгълна зона на компресия и косо огъване 156

5.5 Оразмеряване на бетонни греди с ферми 157 5.5.1 Модели на ферми 157 5.5.2 Оразмеряване на хордите (включително участието на срязващата сила) 158 5.5.3 Предаване на срязваща сила 162 5.5.4 Прикрепени товари 171 5.5.5 Съпротивление на срязваща сила без усилване на срязваща сила 172 5.5.6 Свързване на изпъкнали части на напречното сечение към мрежата (свързваща плоча/мрежа) 173

5.6 Устойчивост на напречно сечение на композитни греди 176 5.6.1 Общи положения 176 5.6.2 Моментно съпротивление 177 5.6.3 Устойчивост на срязваща сила и взаимодействие с моментното съпротивление 180

5.7 Пръчката с усукващо напрежение 182 5.7.1 Общи положения 182 5.7.2 Усукване на Свети Венант 183 5.7.3 Усукване със сила на извиване 186 5.7.4 Стоманобетонни конструкции под чист усукване (състояние II) 186

TU Берлин Департамент за проектиране и изграждане на твърди конструкции Структурно инженерство I Съдържание

6 ДЕФОРМАЦИОННО ПОВЕДЕНИЕ НА НАТОВАРВАНЕТО НА СТАНДИРАНИ БЕТОН БЕТОННИ КАМЪНИ, ПОДХОДЯЩО

6.1 Поведение на деформация при натоварване на стоманобетонни пръти 193 6.1.1 Компресия и напрежение на опън в еластичната зона 193 6.1.2 Стоманобетонни компресионни пръти в нелинейна зона 195 6.1.3 Стоманобетонни напрегнати пръти в напукано състояние II 196 6.1.4 Деформации на стоманобетонни греди под огъване 202

6.2 Гранично състояние на експлоатация 203 6.2.1 Ограничение на широчината на пукнатините 203 6.2.2 Изчисляване на ширината на пукнатините (пълен модел на пукнатината) 207 6.2.3 Деформации 208 6.2.4 Динамично натоварване 210

7.1 Преглед на връзките на компонентите 215

7.2 Обща информация за прътовидни крепежни елементи 219

7.3 Болтови връзки в стоманена конструкция 224 7.3.1 Свойства на болтовете и тяхното разположение в съединенията 224 7.3.2 Проверка на товароносимостта на болтовите връзки в стоманената конструкция 227 7.3.3 Болтови връзки 230

7.4 Заварени връзки в стоманена конструкция 230 7.4.1 Общи положения 230 7.4.2 Видове заварки 232 7.4.3 Видове шевове 234 7.4.4 Напрежения и проверка на заварки 235

7.5 Закотвяне, отклонения и фитинги за въжета и сухожилия 240 7.5.1 Закотвяне 240 7.5.2 Деформации 241 7.5.3 Фитинги 241

7.6 Връзки в дървена конструкция 242 7.6.1 Обща информация за крепежни елементи с форма на щифтове 242 7.6.2 Дюбели, (фитинги) болтове и резбовани пръти 243 7.6.3 Свързване на пирони 245 7.6.4 Свързване на дюбели 245

7.7 Детайли за конструкцията в стъклена конструкция 248 7.7.1 Видове складове 248 7.7.2 Одобрения и насоки 250

7.8 Връзки в мембранната конструкция 251 7.8.1 Повърхности 251 7.8.2 Крайни образувания 252

TU Берлин Департамент за проектиране и изграждане на твърди конструкции Структурно инженерство I Съдържание

TU Берлин Департамент по проектиране и строителство Твърди конструкции Структурно инженерство I глава 1

1.1 За историята на строителното инженерство

1.1.1 Зидани конструкции

Конструкциите от зидария и дърво са стари колкото човешката култура. Изкуствени камъни, изработени от изсушена глина и преди всичко от изгорена глина, също са били налични в древни времена. Някои култури, напр. Например инките използвали спретнато дялани камъни с тегло в тонове, за да построят сгради без хоросан, чието производство все още не може да бъде напълно обяснено.

Дървени конструкции често са били използвани за тавани и покриви на зидани конструкции. Разстоянията, които биха могли да бъдат преодолени със зидария, бяха ограничени от дължината на управляемите (естествени) камъни. В фалшиви сводове са използвани конзолни камъни, за да се постигне обхват от няколко метра (най-известният пример: съкровищницата на Атрей в Микена, около 1325 г. пр. Н. Е.).

Римляните доведоха технологията за сводене до първия си разцвет с изграждането на сводести мостове за улици и водопроводи и с извиване на големи зали, с разстояния, които бяха постигнати само приблизително отново през Ренесанса (фиг. 1-1, фиг. 1-2). По отношение на дързостта на зиданите конструкции, използването на свойствата на материала и тяхното дизайнерско качество