KIRJAN TRY/by 58 KORJATUT SIVUT

Transkriptio

1 KIRJAN TRY/by 58 KORJATUT SIVUT Kirjan taittovaiheessa osa sivuista on muuttunut ulkoasultaan ja tekstiltään. Tässä liitteenä olevat sivut ovat korjattuna sellaisia kuin niiden olisi tullut olla painetussa versiossa. Sivuilla 3 ja 7 on täsmennetty tekstiä väärinkäsityksen välttämiseksi: sivu 1: Lähdeluettelosivu sivu 3: Liittopilareita koskeva teoriasivu sivu 4: Liittopilareita koskeva teoriasivu sivu 7: Liittopilareita koskeva teoriasivu sivu 36: Lähdeluettelosivu sivu 37: Lähdeluettelosivu sivu 38: Lähdeluettelosivu

2 Liittorakenteet TRY/by 58 1 Luku: YLEISET PERUSTEET Yam, L.C.P, Design of Composite Steel-Concrete Structures. Surrey University Press 1981 Oehlers, D.J. and Bradford, M.A., Elementary Behaviour of Composite Steel & Concrete Structural Members. Butterworth Heinemann 1999 Petersen, Ch., Statik und Stabilität der Baukonstruktionen. Friedr. Vieweg & Sohn 1980 Petersen, Ch., Stahlbau. Friedr. Vieweg & Sohn 1988 Krüger, U., Stahlbau, Teil. Stabilitätslehre. Stahlhochbau und Industriebau. 3. Auflage. Ernst & Sohn 004 Kindmann, R., Stahlbau, Teil : Stabilität und Theorie II. Ordnung, 4. Auflage. Ernst & Sohn 008 Wood, R.H., Effective Lengths of Columns in Multistorey Buildings. The Structural Engineer, Vol. 5, 1974 (sivut 35-44, ja ) Gantes, C.J. and Mageriou, G.E., Improved stiffness distribution factors for evaluation of effective buckling lengths in multi-story sway frames. Engineering Structures, Vol. 7, No , Müller, Ch. and Oppe, M., Conceptual design and design examples for multi-storey buildings. AccessSteel 008 Das, B.M., Advanced Soil Mechanics. Taylor & Francis 008 DIN 4019 Baugrund Setzungsberechnungen. Deutsches Institut für Normung 011 DIN Baugrund - Untersuchung von Bodenproben - Eindimensionaler Kompressionsversuch. Deutsches Institut für Normung 011 1

3 TRY/by 58 Liittorakenteet Eat 1 1 R1h 1 1 Ed.max R1 R R3 L s ( ) a ( ) eff 4 ( ) a.y ( ) EA EA EI EI eff.y Esimerkki /3.5: Keskipilariin, jonka sivumitta on d liittyy reaktiot R l ja R r vastakkaisilta sivuilta. Muodostetaan tartuntajännityksen Ed.max lauseke. Tasapainossa oleva osa kokonaisreaktiosta R = R l + R r on R eq = min{r l, R r }. Taivutusta aiheuttaa reaktio R = R l - R r. Kokonaisreaktio on toisaalta R = R eq + R. Sen perusteella leikkausjännitys on Ed.max Eat 1 1 Rd 1 1 R L s ( ) a ( ) eff 4 ( ) a ( ) EA EA EI EI eff Mekaaninen leikkausliitos Taulukon 1/3.5 mukaisen tartuntalujuuden Rd ylittyessä katsotaan, ettei kuormaa voida siirtää luotettavasti koko pilaripoikkileikkaukselle ilman mekaanista liitosta. EN sisältää putkipilareita varten vain tarkastelun, jossa kuorman siirto tapahtuu läpivientilevyn avulla, mutta leikkausliittimiä ei tarkastella. Kannallisia tappeja ei asennusvaikeuksien vuoksi voida käyttää muissa kuin betonin ympäröimissä teräsprofiileissa. Putkiliittopilareissa voidaan käyttää kannattomia tappeja (Leskelä 1996), joiden käyttö ideoitiin Suomessa 1990-luvun alkupuolella (Leskelä & Syrjä 1994). Hilti-naulojen käyttöä leikkausliittiminä kokeiltiin ensimmäisen kerran vuosituhannen vaihteessa (Hanswille et al. 001) Mekaanisen leikkausliitoksen vaatimukset Kun Ed.max > Rd, kuorman tuonti varmistetaan mekaanisella leikkausliitoksella, joka mitoitetaan kokonaisvoimalle R lt : R V R (1 ) V Ed.max Rd lt B.Ed tai lt a B.Ed (/5.) Ed.max Ensimmäinen vaihtoehto on useimmiten varmalla puolella oleva vaihtoehto, kun kyseessä on pyöreä putki jonka seinämäpaksuus on pieni. Yleistä sääntöä ei voida kuitenkaan antaa. Toinen ehto perustuu päättelyyn, että pilarille tuotavasta kokonaiskuormasta V B.Ed teräspoikkileikkauksen kannettavaksi jää osuus a (teräsosakerroin) ja osuus (1 - a ) täytyy siirtää betonille + raudoitukselle. 3

4 Liittorakenteet TRY/by Kannaton tappi Putkipilareissa voidaan käyttää kannattomia tappiliittimiä, jotka asennetaan putkeen porattuun reikään ja hitsataan putken ulkopuolelta pienahitsillä (kuva 4/3.5). Liitin on suomalainen ratkaisu ja sen ominaisuuksia on tutkittu 1990-luvulla leikkauskokein (Leskelä 1996). t Pienahitsi d st h Kuva 4/3.5: Putkipilarin kannaton tappiliitin Kokeiden perusteella liitin toimii kannallisen tapin kanssa vastaavalla tavalla, mutta sen kokoa (d st ) ja mittasuhteita ei tarvitse rajoittaa kannallisen tapin sääntöjä noudattaen. Kuitenkin tulee ottaa huomioon, että tapin kokoa täytyy rajoittaa suhteessa putken seinämäpaksuuteen tapin kiinnityksen paikallisen murtuman estämiseksi ja liitoksen sitkeyden varmistamiseksi: Tapin pituus h d st, kuitenkin aina h 30 mm Tapin halkaisija d st 3t Tapin nimellislujuus f y.st 500 MPa Liittimen kestävyys P Rd voidaan laskea kannallisen tapin kestävyyttä vastaavasta lausekkeesta kun osoitetut ehdot toteutuvat: dst Rd ck ck V 0,3 P 30,45 f (f 8) (3/3.5) V = 1,5 = liitoksen osavarmuusluku Esimerkki 3/3.5: Kannattoman tapin mitoituskestävyys 30 0,3 Tappi d st = 30, h = 30, betoni C30/37: PRd 30, N 1,5 Tappia voidaan käyttää putkissa, joiden seinämäpaksuus t 10 mm 0 0,3 Tappi d st = 0, h = 30, betoni C30/37: PRd 30, N 1,5 Tappia voidaan käyttää putkissa, joiden seinämäpaksuus t 7 mm 4

5 TRY/by 58 Liittorakenteet (b) Reunapilari, V B.Ed = 575 kn, r = 0,5: , , Ed 0,575 0,33 064,9 3178,4 4 5,31 7,11 MPa < 0,55 MPa reunapilarissa ei tarvita mekaanista leikkausliitosta, kun siirrettävä kuorma 0,55 VB.Ed kn. 0,445 0,445 Mekaanisten liittimien d st = 30 mm mitoituskestävyys (esimerkki 3/3.5): P Rd = 07 kn Reaktiosummasta täytyy mekaanisella liitoksella siirtää vähintään osuus R lt : Aafyd Rlt 1 a VB.Ed, kun a 0, a = 0,358 N pl.rd Kahdella tapilla + tartuntaliitoksella siirretään siten yhteensä enintään PRd 07 VB.Ed 1156 kn. 1 0,358 a Huomautus: Kun taivutusjäykkyyden (EI) a osuus koko pilarin jäykkyydessä (EI) eff on määräävä, epäkeskisyyden vaikutus tartuntajännityksen suuruuteen jää pieneksi. Tässä tapauksessa (EI) a /(EI) eff > 0,93. Sen perusteella myös epäkeskisen kuorman siirrossa suurin tartuntajännityksen osuus aiheutuu keskisen kuorman siirrosta EN ohjeet kuormien välittymisen varmistamisesta Kun kuorma tuodaan palkilta putkipilarille kuvan 6/3.6 mukaisesti, betoni ei kuormitu koko pinnaltaan ja betonin paikallisena kestävyytenä c.rd voidaan käyttää: missä d t fy Ac Ac fcd c.rd fcd 1 cl d fck A1 A1 on putken halkaisija tai pilarin sivumitta, A c on betonipoikkileikkauksen ala, ja aina c.rd f yd (4/3.5) A 1 on betonin kuormitettu pinta-ala (varjostettu ala (a)-kuvassa) tai läpivientilevyn kuormitettu ala ((b)-kuva), cl = 4,9 pyöreissä putkissa ja 3,5 suorakaideputkissa, A c /A 1 0, jotta lauseketta (4/3.5) voidaan käyttää. 7

6 Liittorakenteet TRY/by 58 KIRJALLISUUTTA Eggemann, H., Development of composite columns. Emperger's effort. Proceedings of the First International Congress on Construction History, Madrid 003, EN , Eurocode : Design of concrete structures. Part 1-1: General rules and rules for buildings. CEN 005 EN , Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1-1: General rules and rules for buildings. CEN 005 EN , Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures. Part 1-1: General rules and rules for buildings. CEN 005 DIN , DIN 18800: Teil 5 Verbundtragwerke aus Stahl und Beton, Bemessung und Konstruktion, Ausgabe Januar Berlin: Beuth. Lindner, J. und Bergmann, R., Zur Bemessung von Verbundstützen nach DIN Teil 5. Der Stahlbau v. 67 No. 7, Juli 1998 Oehlers, D.J. and Bradford, M.A., Composite Steel and Concrete Structural Members. Fundamental Behaviour. Pergamon 1995 Uy, B., Local and post-local buckling of fabricated thin-walled steel and steelconcrete composite sections. ASCE Journal of Structural Engineering, Vol. 17 No 6, Vrcelj, Z. & Uy, B., Strength of slender concrete-filled steel box columns incorporating local buckling. Journal of Constructional Steel Research, Vol 58 No Uy, B. and Bradford, M.A., Local buckling of composite steel-concrete rectangular columns. Fifth International Conference on Steel Structures, Jakarta 1994, Uy, B., Local and interaction buckling of composite construction members. In: Shanmugam, N.E. & Wang, C.M. (Eds.), Analysis and design of plated structures: Volume 1: Stability. CRC Press, Woodhead Publishing Limited Liang, Q.Q., Uy, B. and Liew, J.Y.R., Local buckling of steel plates in concrete-filled thin-walled steel tubular beam-columns. Journal of Constructional Steel Research, Vol 63, No Shanmugam, N.E., Concrete filled steel box columns. In: Shanmugam, N.E. & Wang, C.M. (Eds.), Analysis and design of plated structures: Volume 1: Stability. CRC Press, Woodhead Publishing Limited Bradford, M.A., Loh, H.Y. and Yu, B., Slenderness limits for filled circular steel tubes. Journal of Constructional Steel Research, Vol. 58 No 00, 43-5 Harding, J.E., The elasto-plastic analysis of imperfect cylinder. Proceedings of Institution of Civil Engineers, Part, Vol , Yamaki, N., Postbuckling behaviour of rectangular plates with small initial curvature loaded in edge compression. Journal of Applied Mechanics, Vol. 6, No , Kilpatrick, A.E. and Rangan, B.V., Tests on High-Strength Composite Concrete Columns. Research Report No 1/97. School of Civil Engineering. Curtin University of Technology, Perth, Western Australia, March

7 TRY/by 58 Liittorakenteet Liu, D., Behaviour of eccentrically loaded high-strength rectangular concrete-filled steel tubular columns. Journal of Constructional Steel Research Vol 6 No 8 006, Ellobody, E., Young, B. and Lam, D., Behaviour of normal and high strength concrete-filled compact steel tube circular stub columns. Journal of Constructional Steel Research Vol 6 No 7 006, Johnson, R.P., Composite Structures of Steel and Concrete. Beams, slabs, columns and frames for buildings. Third Edition. Blackwell Publishing 004 Johnson, R.P. and Anderson D., Designer's Guide to EN Eurocode 4: Design of Composite Steel and Concrete Structures, Part 1.1: General Rules and Rules for Buildings. Thomas Telford Limited 004 ENV , Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures. Part 1-1: General rules and rules for buildings. CEN 1995 ECCS, Composite Structures. The Construction Press, London 1981 Nethercot, D.A. (ed.), Composite Construction. Spon Press 003 Rangan, B.V., Lateral deflection of slender reinforced concrete columns under sustained load. ACI Structural Journal, Vol. 86 No , Bergmann, R. and Hanswille, G., New Design Method for Composite Columns including High Strength Steel. Composite Construction in Steel and Concrete V. ASCE 006, Roeder, C.W., Cameron, B. and Brown, C.B., Composite Action in Concrete Filled Tubes. ASCE Journal of Structural Engineering, Vol. 15 No 5 May 1999, Koskinen, M., Composite Action of Steel Pipe Pile. Report 45, Laboratory of Foundation and Earth Sciences, Tampere University of Technology, 1997 Gho, W-M. and Liu, D., Flexural behaviour of high-strength rectangular concrete-filled steel hollow sections. Journal of Constructional Steel Research Vol. 60 No , Probst, A.D., Kang, T.H.-K., Ramseyer, C. and Kim, U., Composite Flexural Behavior of Full-Scale Concrete-Filled Tubes without Axial Loads. ASCE Journal of Structural Engineering, November 010, Han, L-H., Flexural behaviour of concrete-filled steel tubes. Journal of Constructional Steel Research Vol. 60 No.. 004, Leskelä, M.V., Composite Behaviour in Columns of Concrete-Filled Steel Hollow Sections. In: Ocelove Konstrukce a Mosty, Ed. J. Studnicka, CVUT, ISBN Leskelä, M.V. and Syrjä, J., Some considerations for the load introduction regions in concrete-filled steel tubes. Steel-Concrete Composite Structures, Proceedings of the Fourth International Conference held by ASCCS in Kosice 1994, Leskelä, M.V., Non-headed Studs as Shear Connectors for CFST Columns. Composite Construction in Steel and Concrete III. ASCE 1997, G. Hanswille, H. Beck and T. Neubauer, Design Concept of Nailed Shear Connections in Composite Tube Columns. International Symposium on 37

8 Liittorakenteet TRY/by 58 Connections between Steel and Concrete. RILEM Proceedings PRO1, Volume, Stuttgart 001, Pilkey, W.D. and Pilkey, D.F., Peterson's Stress Concentration Factors. Third Edition, John Wiley & Sons Inc. 008 Uy, B. and Das, S., Bracing of thin walled steel box columns during pumping of wet concrete in tall buildings. Thin-walled Structures, Vol Uy, B. and Das, S., Wet concrete loading of thin-walled steel box columns during construction of a tall building. Journal of Constructional Steel Research, Vol 4, No, Hicks, S.J. and Newman, G.M, Design Guide for Concrete Filled Columns. The Steel Construction Institute 00 TRY/by6, Liittorakenteet. Suunnitteluohjeet Suomen betoniyhdistys r.y. ja Teräsrakenneyhdistys r.y. TRY/by36, Liittorakenteiden sovellusohjeet Suomen betoniyhdistys r.y. ja Teräsrakenneyhdistys r.y. EN : Eurocode 3. Design of steel structures. Part 1-4: General rules. Supplementary rules for stainless steels. CEN 006 Ramberg, W. and Osgood, W.R., Determination of Stress-strain Curves by Three Parameters. Technical Note No National Advisory Committee on Aeronautics (NACA) Rasmussen, K.J.R., Full-range Stress-strain Curves for Stainless Steel Alloys. Research Report No R811, The University of Sydney, Department of Civil Engineering, Sydney NSW 006, Australia. November 001 Yu, B., Tao, Z., Liao, F.Y. & Han, L.H., Behaviour of slender square concrete-filled stainless steel columns subject to axial load. Proceedings of Nordic Steel Construction Conference 009 (NSCC 009), Lam, D. and Gardner, L., Structural design of stainless steel concrete filled columns. Journal of Constructional Steel Research, Vol. 64, No ,