Inginerie structurală I

Documente

Note de curs pentru inginerie structurală I

Technische Universitt Berlin Departamentul de proiectare și construcții - Solid Construction Secretariat TIB 1 - B 2 Gustav-Meyer-Allee 25 13355 Berlin

Prof. Dr. sc. tehn. Mike Schlaich Dipl.-Ing. Achim Bleicher, Dipl.-Ing. Diana Bartsch

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

Subiectele de bază de matematică, mecanică, statică, știința materialelor, informatica clădirilor, operațiuni de construcție, modelarea proceselor etc. sunt predate în aproape toate universitățile din diferite materiale sau independent. Ingineria structurală nu este o excepție și de aceea Universitatea Tehnică din Berlin predă și cercetează în acest domeniu diferite materiale.

Diferitele materiale au mai multe în comun decât împart. Indiferent de separarea adesea artificială prin standarde, fundamentele comune și proprietățile caracteristice legate de aplicație ale materialelor pentru proiectare, construcție și dimensionare ar trebui elaborate și transmise într-un mod practic. Un constructor nu comandă un pod de oțel sau beton, o casă din lemn sau sticlă, ci mai degrabă poduri bune și case bune. În plus față de materialele clasice precum lemnul, oțelul și betonul, sunt utilizate tot mai multe materiale noi, cum ar fi sticla și membranele. Numai un inginer care este familiarizat cu toate materialele poate proiecta creativ.

Ca parte a prelegerilor de inginerie structurală I-II, care vor fi predate ca parte a cursului de licență (semestrul 3-6) din 2006 încoace, dimensionarea și construcția structurilor în formă de tijă, suporturilor, plăcilor și geamurilor și conexiunile acestora transportat prin toate materialele. În prezentul script KI I, dimensionarea secțiunilor transversale ale structurilor în formă de bare și a mijloacelor de conectare a acestora este abordată mai întâi.

Pentru prima dată, o predare cross-material în ingineria structurală a fost integrată într-un concept de predare la Universitatea din Stuttgart de către profesorul Jrg Schlaich și profesorul Kurt Schfer. Dorim să îi mulțumim profesorului Kurt Schfer pentru permisiunea de a folosi scenariul său „Noțiuni de bază pentru proiectare și construcție” ca bază pentru acest scenariu. Scenariul de la Stuttgart a fost adaptat în semestrul de iarnă 2004/2005 pentru prelegerea Inginerie structurală I (KI I) și va fi, de asemenea, utilizat în viitor în cadrul cursului de licență/master pentru prelegerea din cursul de specialitate. În acest scop, au fost rearanjate diferite capitole, unele secțiuni au fost actualizate, iar utilizarea materialelor noi a fost abordată.

Mike Schlaich, Berlin, aprilie 2005.

TU Berlin Departamentul de Proiectare și Construcție de Structuri Solide Inginerie Structurală I Cuprins

1.1 Istoria ingineriei structurale 1 1.1.1 Structuri din zidărie 1 1.1.2 Structuri din lemn 2 1.1.3 Construcții metalice 3 1.1.4 Construcții din beton armat și construcții din beton precomprimat 9 1.1.5 Metode de construcție mixte și materiale noi 11

1.2 Clasificarea dimensionării în procesul de planificare 12

2 BAZA DE EVALUARE 17

2.1 Zonele B și D ale structurilor 17 2.1.1 Caracteristicile zonelor B și D 17 2.1.2 Delimitarea zonelor D 19

2.2 Echilibrul, compatibilitatea și legile materiale 21

2.3 Determinarea forțelor interne și a rezistenței structurale 22

2.4 Anexă: Termeni din mecanică și știința materialelor 29

3.1 Caracteristicile materialelor de construcție și combinația acestora pentru a forma materiale compozite 31

3.2 Materiale metalice 37 3.2.1 Oțel 37 3.2.2 Fontă/oțel turnat 62 3.2.3 Metale neferoase 64 3.2.4 Curbele de tensiune-deformare ale materialelor metalice 66

3.3 Lemn 72 3.3.1 Tipuri de lemn 72 3.3.2 Proprietăți fizice 75

3.4 Beton 81 3.4.1 Rezistența la compresiune 81 3.4.2 Rezistența la tracțiune 82 3.4.3 Curbele de deformare, beton 85 3.4.4 Modulul de elasticitate și contracție transversală 86 3.4.5 Contracție, fluare și dilatare termică 86

TU Berlin Departamentul de Proiectare și Construcție de Structuri Solide Inginerie Structurală I Cuprins

4 CONEXIUNEA ÎNTRE BETON ȘI OȚEL 99

4.1 Natura rețelei 99

4.3 Lungimi de ancorare și prindere 104

5 MĂSURAREA SECȚIONALĂ 107

5.1 Determinarea eforturilor în secțiune transversală pe baza legii materialului liniar-elastic 108

5.1.1 Dimensionarea secțiunilor transversale din oțel (metoda elastic-elastică conform DIN 18800-1) 110 5.1.2 Dimensionarea secțiunilor transversale din lemn 117

5.2 Dimensionarea secțiunilor transversale din oțel folosind legea materialelor plastice (metode elastic-plastic și plastic-plastic conform DIN 18800-1) 122

5.3 Proiectarea secțiunii transversale în cazul fisurilor sau îmbinărilor deschise (zidărie) 128

5.4 Proiectarea secțiunilor transversale din beton armat pentru moment și forța normală 134 5.4.1 Bare din beton armat supuse comprimării în centru 134 5.4.2 Bazele proiectării îndoirii secțiunilor transversale din beton armat 138 5.4.3 Determinarea simplificată a rezistenței la îndoire utilizând un bloc de solicitare 143 5.4.4 Prezentare generală a metodelor de proiectare pentru M și N 144 5.4 .5 Dimensionarea pentru presiune cu o excentricitate mică = moment mic și forță de compresie mare

(Diagrame de interacțiune) 146 5.4.6 Proiectare pentru îndoire pură și compresie/tensiune cu excentricitate mare = moment mare și

forță de compresie mică (e = M/N> 0,5h) 148 5.4.7 Dimensionare pentru tensiune cu excentricitate mică 150 5.4.8 Dimensionarea secțiunilor transversale ale fasciculului T 151 5.4.9 Armare la compresie 154 5.4.10 Dimensionare pentru zona de compresie neregulară și îndoire oblică 156

5.5 Dimensionarea grinzilor de beton cu modele de structuri 157 5.5.1 Modele de structuri 157 5.5.2 Dimensionarea corzilor (inclusiv participarea la forța de forfecare) 158 5.5.3 Transferul forței de forfecare 162 5.5.4 Sarcini atașate 171 5.5.5 Rezistența forței de forfecare fără armarea forței de forfecare 172 5.5.6 Conexiunea părților transversale proeminente la web (placă de conectare/bandă) 173

5.6 Rezistența secțiunii transversale a grinzilor compozite 176 5.6.1 Generalități 176 5.6.2 Rezistența momentului 177 5.6.3 Rezistența forței la forfecare și interacțiunea cu rezistența momentului 180

5.7 Bara cu tensiune de torsiune 182 5.7.1 Generalități 182 5.7.2 Torsiunea lui Saint Venant 183 5.7.3 Torsiunea forței de arcuire 186 5.7.4 Structuri din beton armat sub torsiune pură (stare II) 186

TU Berlin Departamentul de Proiectare și Construcție de Structuri Solide Inginerie Structurală I Cuprins

6 COMPORTAMENTUL DEFORMĂRII ÎNCĂRCĂRII PIERRILOR DE BETON ARMAT BETON, ADECVABILITATE 193

6.1 Comportamentul de deformare a sarcinii barelor de beton armat 193 6.1.1 Compresiunea și tensiunea la tracțiune în zona elastică 193 6.1.2 Bara de compresie a betonului armat în zona neliniară 195 6.1.3 Bara de tensiune a betonului armat în starea de fisurare II 196 6.1.4 Deformări ale grinzilor de beton armat sub îndoire 202

6.2 Stare limită de întreținere 203 6.2.1 Limitarea lățimilor fisurilor 203 6.2.2 Calculul lățimilor fisurilor (model complet de fisurare) 207 6.2.3 Deflexiuni 208 6.2.4 Încărcare dinamică 210

7.1 Prezentare generală a conexiunilor componentelor 215

7.2 Informații generale despre elementele de fixare în formă de tijă 219

7.3 Conexiuni cu șuruburi în construcția de oțel 224 7.3.1 Proprietățile șuruburilor și dispunerea acestora în conexiuni 224 7.3.2 Verificarea capacității de încărcare pentru conexiunile cu șuruburi în construcția de oțel 227 7.3.3 Conexiuni cu șuruburi 230

7.4 Conexiuni sudate în construcții de oțel 230 7.4.1 Generalități 230 7.4.2 Tipuri de suduri 232 7.4.3 Tipuri de cusături 234 7.4.4 Tensiuni și verificarea sudurilor 235

7.5 Ancorare, devieri și armături pentru corzi și tendoane 240 7.5.1 Ancorare 240 7.5.2 Devieri 241 7.5.3 Armături 241

7.6 Conexiuni în construcția lemnului 242 7.6.1 Informații generale despre elementele de fixare în formă de știft 242 7.6.2 Dibluri, șuruburi (montaj) și tije filetate 243 7.6.3 Conexiuni cu cui 245 7.6.4 Conexiuni cu dibluri 245

7.7 Detalii de construcție în construcția de sticlă 248 7.7.1 Tipuri de depozitare 248 7.7.2 Aprobări și instrucțiuni 250

7.8 Conexiuni în construcția membranei 251 7.8.1 Suprafețe 251 7.8.2 Formații de margine 252

TU Berlin Departamentul de Proiectare și Construcție de Structuri Solide Inginerie Structurală I Cuprins

TU Berlin Departamentul de proiectare și construire a structurilor solide Inginerie structurală I Capitolul 1

1.1 Despre istoria ingineriei structurale

1.1.1 Structuri de zidărie

Structurile din zidărie și lemn sunt la fel de vechi ca și cultura umană. Pietrele artificiale realizate din lut uscat și, mai presus de toate, din lut ars erau disponibile și în antichitate. Unele culturi, de ex. Incasii, de exemplu, au folosit pietre bine tăiate, cântărind câteva tone, pentru a construi structuri fără mortar, a căror fabricare nu poate fi încă explicată pe deplin.

Structurile din lemn erau adesea folosite pentru tavanele și acoperișurile structurilor de zidărie. Intervalele care puteau fi punte cu zidărie erau limitate de lungimea pietrelor (naturale) ușor de manevrat. În bolțile false, pietrele în consolă au fost folosite pentru a atinge o întindere de câțiva metri (cel mai cunoscut exemplu: comoara lui Atreus din Micene, aprox. 1325 î.Hr.).

Romanii au condus tehnologia arcuirii la prima sa înflorire prin construirea de poduri arcuite pentru străzi și conducte de apă și cu arcuirea unor săli mari, cu întinderi care au fost realizate doar aproximativ din nou în Renaștere (Fig. 1-1, Fig. 1-2). În ceea ce privește îndrăzneala structurilor de zidărie, utilizarea proprietăților materialului și calitatea proiectării acestora