Kap 10 - Konstruktionsteknik
Transcription
Kap 10 - Konstruktionsteknik
Bruksgränstillstånd Konstruktionsteknik LTH 1 Krav på Konstruktioner • Säkerhet mot brott (säkerhetskrav) – Safety Människors liv och hälsa Kostnader för skador • God funktion (brukarkrav) – Serviceability Begränsa nedböjningar Begränsa svikt och svängningar Undvika skador på sekundära konstruktioner, ytskikt, dörrar, fönster o.d • Beständighet - Durability • Robusthet - Robustness Konstruktionsteknik LTH 2 Bruksgränstillstånd Fungerar konstruktionen under sin livstid? • funktionen hos konstruktionen och/eller byggnaden under normal användning • människors upplevelse och bekvämlighet • utseendet hos konstuktionsdelen/byggnaden 3 Bruksgränstillstånd 4 Bruksgränstillstånd Deformationer - Krav • Funktionskrav (vattenavrinning, dörrar ska gå att öppna) • Utseendemässiga krav • Skador på icke-bärande konstruktioner • Förändringar i statiskt verksamma konstruktioner 5 Formändring och förskjutning Fall på fel håll – vatten blir stående Icke bärande vägg Ändrade upplagsförhållande Spricka i tätskikt 6 Deformationer, sprickor och svängningar bestäms med beaktande av • lastens storlek • lastens varaktighet och variationer • byggnadsdelens miljö, innefattande temperatur och fuktighet • materialets långtidsegenskaper. 7 Konstruktionsteknik LTH 8 Lastkombinationer i bruksgränstillståndet 9 Lastkombinationer i bruksgränstillstånd a) Deformationerna medför permanenta problem/skador. (karakteristisk kombination) b) Deformationerna skapar problem, men kan accepteras under kortare perioder. (frekvent kombination) c) Deformationerna kan accepteras under längre tid. (kvasipermanent kombination) Byggnadskonstruktion Konstruktionsteknik LTH 10 Lastkombinationer i bruksgräns Karakteristisk lastkombination (korttidslast) qd ,k g k qk ,1 0,i qk ,i Kvasi-permanent lastkombination (långtidslast) qd ,kv g k 2,i qk ,i 11 Nedböjning d 2v Bestäms av elastiska linjens ekvation M EI 2 dx V nedböjning x M koordinat i längdriktning moment, positivt drag i uk d 2v 1 M Krökningen ges av 2 dx r EI 12 Nedböjning Lösningen av ekvationerna beror på belastning och randvillkor. I Balktabeller hittar vi uppgifter på hur nedböjningen kan beräknas, kräver värden på last och styvhet EI. 13 Exempel på acceptabla värden på nedböjningar 14 Deformation hos stålkonstruktioner Dimensionering enligt elasticitetsteori även om plasticitetsteori använts i brottgränstillståndet E-modul = E = 210 GPa 15 Deformation hos trä 16 Deformation hos träkonstruktioner Korttidseffekter: bestäm deformationen med E-modul = Ek för deformationsberäkningar, ger uppfattning om kortvariga deformationer 17 Materialvärden för konstruktionsvirke 18 Deformation hos träkonstruktioner Långtidseffekter bestäm deformationerna med E modul E fin Ek 1 k def ger uppfattning om deformationer efter lång tid 19 Deformation hos träkonstruktioner 20 Nedböjning trä Nedböjning hos fritt upplagd balk med jämt 4 utbredd last 5qL v Initiell nedböjning 384 EI vinst 5qL4 384 Ek I 21 Nedböjning trä Nedböjning efter lång tid 5qL4 5qL4 1 k def 5qL4 5qL4 vtot k def 384 E fin I 384 I Ek 384 Ek I 384 Ek I vtot vinst k def vinst 22 Några exempel Långtidseffekter • Två typfall – Kvasi-permanent last, fall 1 • Innebär korttidseffekt av egentyngd, korttidseffekt av låg nivå på variabel last + långtidseffekter av hela kvasi-permanenta lastkombinationen – Korttidseffekt av karakteristisk last + långtidseffekter av kvasi-permanenta lastkombinationen, fall 2 23 Långtidseffekter fall 1 Kvasi-permanent last vtot ,kv qd ,kv g k 2,i qk ,i 5qd ,kv L4 1 k def 5qd ,kv L4 5qd ,kv L4 k def 384 E fin I 384 I Ek 384 Ek I 384 Ek I 5qd ,kv L4 korttidseffekt 5qd ,kv L4 384 Ek I långtidseffekt av kvasi-permanent last k def 5qd ,kv L4 384 Ek I 24 Långtidseffekter, fall 2 Korttidseffekt av karakteristisk last + långtidseffekter av kvasi-permanenta lastkombinationen qd ,k g k qk ,1 0,i qk ,i qd ,kv g k 2,i qk ,i 25 Långtidseffekter, fall 2, forts • Bestäm deformation för karakteristisk last vinst ,k 5qd ,k L4 384 Ek I 26 Långtidseffekter, fall 2, forts • Bestäm deformation för kvasi-permanent last vtot ,kv 5qd ,kv L4 1 k def 5qd ,kv L4 5qd ,kv L4 k def 384 E fin I 384 I Ek 384 Ek I 384 Ek I 5qd ,kv L4 • Endast långtidseffekten av kvasi-permanent last ska vara med i detta fall vcr ,kv k def 5qd ,kv L4 384 Ek I 27 Långtidseffekter, fall 2, forts • Totalt blir nedböjningen: vtot vinst ,k vcr ,kv vinst ,k 5qd ,k L4 384 Ek I vcr ,kv k def 5qd ,kv L4 384 Ek I 28 Deformation betongkonstruktioner 29 Elasticitetsteori för böjda balkar 1. Plana tvärsnitt förblir plana 2. Draghållfasthet (fct) för betong kan försummas efter uppsprickning 3. Spännings-töjningskurvan för stål och betong är linjär cc < cu s < sy 4. Små deformationer 30 Osprucket tvärsnitt: Stadium I Armering försumbar (EI)t = Ec Itot Betongen tar drag Armering ej verksam 31 Sprucket tvärsnitt: Stadium II Spänning i betong linjär Armering tar all kraft i dragna zonen c c Ec , s s, Es s s Es Neutrala lagrets läge d Betongen sprucken Armering verksam 32 Nedböjning Böjstyvhet i stadium II EI II 2 0.5bd Ec 1 Es As d 1 1 3 3 3 2 2 1 1 Es Ec As bd 33 Faktorer som påverkar nedböjningens storlek •Betongens krympning pga uttorkning M Betongens krymper vilket leder till större M spricka och därmed större deformation •Krypeffekter i betong (eff) •Hur uppsprickning sker (storlek på sprickor och antal) Beräknad nedböjning ± 20% jämfört med verkliga 34 Krypning Deformationens storlek beror på spänningsnivå och hur lång tid den varit belastad 35 Krypning Kryptöjning c cr t t t Ec Krypeffekt beaktas genom en effektiv E-modul Ec ,eff Ec 1 36 Krypning 37 Krypning 38 Deformationskontroll enligt Eurokod Stadium I (osprucket): Nedböjning vI EI I Ec I tot Stadium II (sprucket): Nedböjning vII EI II 0.5db EC 1 3 Nedböjningen för delvis sprucken balk kan beräknas mha 3 2 v vII 1 vI 39 Deformationskontroll enligt Eurokod sr 1 s 2 40 Deformation hos Betongkonstruktioner Kortvariga effekter: bestäm deformationen med E-modul = Ecm, ger uppfattning om kortvariga deformationer 41 Deformation hos Betongkonstruktioner Långtidseffekter bestäm deformationerna med E modul Ec ,eff Ecm 1 ger uppfattning om deformationernas storlek efter lång tid 42 OBSERVERA Beräkningar med kvasi-permanent lastkombination underskattar effekten av kortvarig hög belastning. Därför bör man kontrollera båda effekterna vid dimensionering. 43 Vibration, Svängning Vibrationer Det är svårt att definiera vad som är acceptabelt med hänsyn till vibrationer. Och det är komplicerat att förutsäga storleken på framtida vibrationer. 44 Sprickor – framförallt aktuellt för betongkonstruktioner Byggnadsdelars sprickbildning skall begränsas med hänsyn till byggnadsdelens funktion och beständighet. 45 46 47 Sprickor 48 Sprickor 49 Sprickor åtgärder • • • • Håll ytan på nygjuten betong fuktig Kyla betong, minska temperatureffekter Rörelsefogar så att tvångskrafter minskas Armeringsdiameter, bättre med mindre diameter då spänningskoncentrationerna kring armeringsjärnen minskas • Täckskikt, ökad storlek på täckskikt ger färre men större sprickor. 50 Sprickor i betong Kravet på sprickbegränsningar kan delas i tre nivåer • Sprickor accepteras • Sprickor begränsas • Sprickor accepteras inte Åtgärder: • Fokus ligger på avstånd mellan armeringsstänger, spänningsnivå i armering och täckskikt 51 Spänningsfördelning i sprucken sektion Armering Betong Vidhäftning mellan armering och betong 52 Sprickor i betong 53