Materiale utilizate la structuri compozite

Materiale utilizate la structuri compozite

Betonul

La elementele din BAR se utilizeaza beton de clasa cuprinsa intre C 25 si C60. Pe baza unor cercetari experimentale corespunzatoare se pot folosi si betoane de clase superioare.

Caracteristicile de calcul pentru betoane : rezistente caracteristice , de calcul, coeficientii conditiilor de lucru, moduli de elasticitate, coeficienti de deformatie transversala coeficient de dilatare ,diagrame s e ,sunt date in STAS 10107/90 cap 2 si in fig1a. In ceea ce priveste relatia constitutiva la compresiune a betonului nefretat se constata ca pe masura ce creste clasa betonului R_b scade deformatia specifica ultima ceea ce trebuie avut in vedere la asigurarea ductilitatii in cazul betoanelor de clasa ridicata (C50,C60).Valoarea prevazuta in STAS 10107790 _bu=3.5 este acoperitoare si pentru aceste clase de betoane.Cand betonul neconfinat este solicitat la eforturi de compresiune care se apropie de rezistenta ultima a betonului, se dezvolta deformatii transversale importante ca rezultat al formarii si propagarii fisurilor longitudinale.Zona comprimata devine instabila si are loc ruperea.Orice masuri de impiedicare a acestor procese realizate fie cu etrieri desi sau mai efectiv prin prezenta armaturii rigide conduce la atingerea unor deformatii si eforturi unitare mai mari in beton inainte de aparitia ruperii.Forta de fretare maxima indusa apare la curgerea otelului din etrieri sau elementele de fretare ale armaturii rigide .In cazul elementelor din BAR se disting zone cu diferite grade de fretare:

in perimetrul profilului de otel, intre limita etrierilor si cea al profilului de otel,in betonul de acoperire

Pentru considerarea in calcul a efectului fretarii betonului ,se majoreaza rezistenta de calcul la compresiune a betunului R_c si deformatia specifica ultima _bu , cu relatiile :

R_c=R_c(1+4_fr /R_c)

_bu=_bu(1+4)

in care_fr=_e R_a este efortul unitar de fretare_fr si _e =n A_ae/b a_e coeficientul de armare cu armatura transversala

Cu relatiile propuse de cod rezulta mariri ale valorii _bu de 4-16 ori

Contractia betonului

-deformatia specifica de contractie a betonului e_c se considera egala cu:

200³10^-6 pentru tevi umplute si 325x10^-6 in celelalte cazuri.

Greutatea specifica a betonului armat cu armatura rigida se considera 26 kN/m³ pentru grinzi ,stalpi si pereti cu tola egala cu si 25 kN/m³ pentru celelalte elemente

2Armaturile din otel pentru betonul armat

Armatura utilizata in elementele din BAR este armatura uzuala pentru elementele din beton armat respectiv OB 37, PC52, PC60 . Otelul OB37 se utilizeaza de regula numai la armaturi constructive si pentru etrieri. Utilizarea armaturilor de tip STNB nu este permisa la elemente la care pot apare zone plastice.

Caracteristicile geometrice ale armaturilor (diametre tolerante, sectiuni) precum si caracteristicile mecanice de livrare (rezistenta de rupere la tractiune,limita de curgere, alungirea de rupere) se specifica in urmatoarele normative:

Otel beton rotund -neted OB37

Otel beton cu profil periodic PC52, PC60

Valorile caracteristicilor de calcul ale armaturilor elementelor din BAR : rezistente caracteristice , de calcul, modul de elasticitate, diagrame caracteristice s e sunt date in (fig1b)

3 Armatura rigida din otel

Pentru structurile din BAR se folosesc produse finite din otel carbon si slab aliat laminate la cald OL37,OL44,OL5Sortimentul de table variaza intre 10-30mm .Pentru grosimi de table mai mari de 15mm solicitate perpendicular pe planul lor se impune controlul pentru evitarea desprinderii lamelare. |evile se pot realiza din otel OLT35 si OLT45 . Alungirea la rupere trebuie sa fie cel putin 15%.

Sectiunile din otel ale elementelor din BAR care fac parte din structuri antiseismice vor fi incadrate in clasa I-a

Diagramele s e pentru otel utilizate in calcule pot fi diagrame biliniare cu sau fara domeniu de consolidare (fig 1b). Diagramele cu zona de consolidare se folosesc mai ales in cazul in care efectul cresterii in domeniul de consoilidare a efortului in otel poate conduce la un calcul descoperitor.

Cercetari mai noi conduc la concluzia ca se pot utiliza cu succes si oteluri superioare care merg pana la OL 90 .Aceste oteluri au alungiri de curgere mai mari decat otelurile obisnuite (de doua ori mai mari decat deformatia de curgere a betonului) si un palier plastic mai redus .

In tara noastra sortimentul de profile laminate care se poate utiliza la structurile din BAR este limitat. De aceea in mod curent la structurile din BAR executate in tara noastra s-a apelat la profile compuse prin sudura.

Profilele laminate din import in gama mult mai larga pot fi utilizate pe baza de certificate de produs si agrementari

Materialele folosite la sudare vor fi alese astfel incat materialul depus prin sudare dupa racire sa aiba cel putin calitatile mecanice cerute ale laminatelor care se sudeaza.Cordoanele de sudura se vor incadra in clasa I-a de calitate la elementele intinse si in clasa a II-a pentru elementele supuse predominant la compresiune.

}uruburile folosite la imbinari vor avea caracteristici mecanice conform .}uruburile de inalta rezistenta vor fi din grupele de calitate 8.8 si 10.9.

Proprietatile materialelor din tevile umplute

Curba s e a tevilor umplute fata de suma diagramelor s e pentru beton si otel indica o crestere a ductilitatii si a rezistentei ultime.Aceasta indica interactiunea intre cele doua materiale Cresterea rezistentei la tevile rectangulare se poate neglija.

Coeficientul Poisson variaza la beton functie de incarcare:

Pentru deformatii mici m=0.16-0.25 dar la deformatii mari m >0.5

Pentru otelul tevii coeficientul Poisson este m=0.3 in domeniul elastic si m=0.5 in domeniul plastic

Pentru a reprezenta comportarea solicitarii multiaxiale a miezului din beton si a tevii din otel se pot folosi modele uniaxiale neliniare s e pentru materiale

In curba caracteristica a otelului s e se poate tine cont indirect de eforturile reziduale ale tevilor sudate formate la rece care sunt importante in directia grosimii tevii .

In cazul otelului comprimat se nelijeaza cresterea rezistentei in domeniul consolidarii pentru a lua in calcul reducerea datorita starii biaxiale de efort

Elementele CTUB pot folosi tevi laminate cu sectiune circulara sau rectangulara sau tevi realizate prin sudura (elicoidala sau pe generatoare in cazul tevilor ciculare) sau din table , profile U sau corniere sudate

Forma matematica a curbei caracteristice pentru beton depinde de raportul D/t si de rezistenta betonului .La tevile rectangulare efectul fretarii determina numai mariri ale ductilitatii si nu ale rezistentei.In toate cazurile de raporturi D/t betonul isi mentine rezistenta constanta pana la 5.La D/t <24 rezistenta isi mentine valoarea pana la 2% in timp ce pentru sectiuni mai zvelte rezistenta se reduce progresiv pana la 1.5% (fig)

In unele lucrari se recomanda considerarea unei rezistente la compresiune a betonului majorata cu 20% fata de rezistenta pe cilindru pentru a tine cont de conditiile de turnare a betonului mai favorabile in teava.

Modificarea rezistenta la compresiune bazata pe datele experimentale este data de relatia:

Rc*=Rc(1+1.5 +2s_r/R_c)

Efortul unitar longitudinal in otel s corespunzator cugerii tevii se poate obtine pe baza criteriului Von Mises: s s s s s_c

Ariile tevii si ale miezului din beton sunt : A_o=pD_b t si A_b=pD_b²/4 A_o/A_b=4t/D_b

Din echilibrul unei jumatati de teava actionata de presiune interna s t=D/2 s_r

Sau s s_r 2. s care actionraza radial asupra pereteliui tevii se neglijeaza

s ==

O alta relatie care exprima cresterea rezistentei la compresiune a miezului din beton a stalpului CTUB este R_c*=R_c+4 (t/r) R_o

Normativul chinez da relatia s_b e _b pentru betonul fretat

s_b e_b e_bc e_b e_bc)²)R_c* in care

R_c *= R_c+5.4 s_r in care s_r=(t/r)s_b

e_bc=(2000+500A_os_oc/A_bR_c)