INSTRUCIUNI TEHNICE PENTRU CALCULUL I ALCTUIREA CONSTRUCTIV A STRUCTURILOR COMPUSE BETON-OELIndicativ: P. 83-81nlocuiete: P. 83-74Cuprins* PREVEDERI GENERALE* PRINCIPII FUNDAMENTALE DE CALCUL* MATERIALE* SECIUNEA TRANSVERSAL DE CALCUL* CALCULUL ELEMENTELOR COMPUSE BETON-OEL LA STAREA LIMIT DE REZISTEN* CALCULUL EFORTURILOR UNITARE N BETON I OEL* VERIFICAREA LA STAREA LIMIT DE OBOSEAL* VERIFICAREA LA STAREA LIMIT DE DEFORMAII (SGEI)* VERIFICAREA LA STAREA LIMIT DE DEFORMAII SPECIFICE CRITICE* ELEMENTELE DE LEGTUR* ELEMENTE CONSTRUCTIVE* ANEXA A: Notaii* ANEXA B* ANEXA C* ANEXA D: Exemplu de calcul1. PREVEDERI GENERALE1.1. Prezentele instruciuni tehnice cuprind prescripii pentru calculul i alctuirea constructiv a elementelor compuse beton-oel, prevederile acestora fiind aplicabile la construcii civile i industriale sub form de: elemente compuse pentru planee intermediare; elemente speciale de acoperi de tip grind cu inima plin i cu zbrele avnd structura compus; estacade pentru culoare de benzi transportoare; poduri industriale de tip estacad etc.1.2. Prezentele instruciuni tehnice se refer la elementele compuse beton-oel realizate dintr-o grind de oel (profile laminate sau grinzi alctuite din elemente nituite sau sudate), care conlucreaz, prin intermediul unor elemente mecanice de legtur, cu o plac de beton armat, turnat monolit peste grinda de oel, sau realizat din elemente prefabricate i monolitizate dup montaj. Elementele de legtur preiau forele de legtur la nivelul suprafeei de contact dintre grinda de oel i placa de beton i ancoreaz totodat placa de grind mpotriva forelor de ridicare. Aderena natural a betonului pe suprafaa de contact a plcii cu grinda de oel i efectul capetelor de nituri sau de uruburi ale seciunilor compuse de oel aflate pe aceast suprafa de contact nu se consider elemente de legtur i ca atare nu se iau n considerare n calcul. 1.3. Prezentele instruciuni tehnice nu se aplic grinzilor de beton n care sunt nglobate n ntregime profile de oel (laminate, sudate sau nituite) sau carcase sudate spaiale de oel i la care conlucrarea este asigurat numai prin aderen, lipsind elementele mecanice de legtur; asemenea grinzi se calculeaz i se alctuiesc ca elemente de beton armat cu armtur rigid. 1.4. Instruciunile tehnice se refer att la elementele compuse beton-oel realizate cu plac din beton armat, executat cu agregate grele, ct i la cele cu placa executat cu agregate uoare. 1.5. Elementele compuse beton-oel fr eforturi iniiale sau cu eforturi iniiale introduse prin prencovoierea grinzii de oel n sens invers aciunii ncrcrilor, nainte de realizarea legturilor cu placa de beton, se calculeaz cu metoda la stri limit, conform prezentelor instruciuni. Elementele compuse beton-oel cu eforturi iniiale n grinda de oel sau n grinda compus, introduse prin pretensionarea cu cabluri sau fascicole de srme de oel de nalt rezisten, pn la elaborarea metodei de calcul la stri limit proprie acestor elemente, se vor calcula n domeniul elastic pe baza metodelor indicate n literatura de specialitate. Independent de metoda folosit n calculul elementelor compuse, fora de lunecare necesar calculului elementelor de legtur se determin corespunztor capacitii portante a grinzii compuse. [top] 2. PRINCIPII FUNDAMENTALE DE CALCULVerificarea elementelor compuse2.1. Calculul elementelor compuse beton-oel se face privind verificarea comportrii lor corespunztoare la strile limit care pot apare n diferite etape (execuie, exploatare, eventual depozitare, transport i montaj). Verificarea se face la cele mai defavorabile condiii de solicitare, cele mai defavorabile caracteristici ale materialelor n fiecare caz considerat, precum i la efectele defavorabile ale variaiei dimensiunilor geometrice. Stabilirea celor mai defavorabile condiii de solicitare luate n considerare n calcul se face confirm prevederilor din capitolul Determinarea solicitrilor. Stabilirea celor mai defavorabile caracteristici ale materialelor luate n considerare n calcul se face conform prevederilor capitolului 3. Efectele defavorabile ale variaiei dimensiunilor geometrice se iau n considerare, de regul, mpreun cu efectele variabilitilor caracteristicilor mecanice ale materialelor. n cazuri speciale se pot prevedea coeficieni suplimentari ai condiiilor de lucru. 2.2. La calculul elementelor beton-oel se iau n considerare urmtoarele stri limit:a) stri limit ale capacitii portante:- rezisten;- stabilitatea formei sau a poziiei;- oboseal;b) Stri limit ale exploatrii:- deformaii (sgei);- deformaii specifice critice. Verificarea la starea limit de stabilitate a poziiei se face numai n cazul grinzilor independente. Determinarea solicitrilor2.3. Clasificarea i gruparea ncrcrilor, coeficienii de suprancrcare precum i valorile normate i de calcul ale parametrilor care caracterizeaz ncrcrile (intensiti, frecven etc.) se iau conform prevederilor din standarde. Coeficienii dinamici (de impact) se iau n considerare independent de coeficienii de suprancrcare. ncrcrile directe, rezultate din ncrcrile utile, temporare de lung durat, se pot considera ca aciuni de lung durat cu ntreaga lor intensitate. 2.4. n calculul solicitrilor sau a altor parametri care caracterizeaz diferitele stri limit (spre exemplu, sgei) se iau n considerare urmtoarele ncrcri:- ncrcri de calcul, la cea mai defavorabil grupare de ncrcri, pentru strile limit de rezisten i stabilitate;- ncrcri normate, n gruparea fundamental de ncrcri, pentru celelalte stri limit, cu excepia urmtoare:Pentru calculul la starea limit de oboseal, n cazul solicitrilor repetate produse de aciunea dinamic a mainilor i utilajelor cu amplasament fix, se iau n considerare ncrcrile de calcul corespunztoare acestei aciuni dinamice, iar celelalte ncrcri cu valorile lor normate. 2.5. La determinarea solicitrilor n elementele structurilor static nedeterminate, necesare verificrii la diferite stri limit, se recomand s se ia n considerare modul real de lucru al elementelor sau al structurii la starea limit considerat, innd seama de proprietile de deformaii ale betonului i oelului, de influena fisurrii betonului ntins i de efectul contraciei i curgerii lente a betonului. Se permite, pentru simplificare, ca determinarea solicitrilor s se fac cu metodele mecanicii construciilor, ca pentru corpuri elastice i omogene. n aceast situaie, se poate ine seama de efectul curgerii lente a betonului, nlocuind, la determinarea seciunilor transversale de calcul ale grinzilor compuse. Modulul de elasticitate Eb al betonului cu modulul de al betonului cu modulul deformaiei totale sau . n condiiile simplificatoare prevzute n aliniatul precedent se poate admite c efectele ncrcrilor sunt practic proporionale cu mrimea lor; rezult c solicitrile de calcul se pot deduce din solicitrile normate (produse de ncrcrile normate) multiplicate cu coeficieni de suprancrcare. 2.6. Diferena de temperatur ntre placa de beton armat i grinda de oel nu se ia n considerare la calculul solicitrilor la planeele cldirilor nchise i la acoperiurile prevzute cu termoizolaii peste placa de beton. La acoperiurile neizolate termic, care deservesc cldiri nclzite, se va lua n considerare n calcul o diferen de temperatur to = 15oC ntre placa de beton i grinda de oel. Pentru structurile situate n aer liber, aceast diferen de temperatur e ia egal cu to = 10oC. Diferena de temperatur ntre grinda de oel i dala de beton se poate realiza pe o durat scurt de timp (24 ore) astfel c eforturile unitare e determin fr a se lua n considerare curgerea lent a betonului. Verificri la strile limit ale capacitii portante2.7. Verificarea la starea limit de rezisten a grinzilor compuse beton-oel se face cu luarea n considerare a comportrii elastico-plastice a betonului i oelului; se admite ipoteza c betonul ntins, cnd axa neutr cade pe plac, nu preia eforturi. Verificarea rezistenei grinzilor compuse se face punnd condiia ca solicitarea de calcul cea mai defavorabil s fie mai mic sau cel puin egal cu capacitatea portant a seciunii (M), calculat conform prevederilor capitolului 5. 2.8. Verificarea la starea limit de stabilire a formei reprezint, n cazul grinzilor compuse oel-beton, verificarea la stabilitate local a inimii grinzii de oel (valoarea). Aceast verificare se face conform prevederilor STAS 10108/0-78 avnd n vedere neglijarea efectului de ncastrare realizat de dala de beton pentru marginea superioar a inimii grinzii de oel; se vor lua n considerare eforturile care apar pe grinda de oel, determinarea acestora fcndu-se pe seciunea compus. 2.9. Verificarea la starea limit de oboseal se face punnd condiia ca eforturile unitare normale n beton i oel, determinate conform capitolului 6, s nu depeasc rezistenele de calcul la oboseal prescrise la paragraful 3.16. 2.10. Eforturile unitare provenite din contracia i curgerea lent a betonului pot fi neglijate pentru grinzile compuse simplu rezemate cu deschidere mai mic de 10 m. Verificri la strile limit de exploatare2.11. Verificrile la strile limit de exploatare se fac lund n considerare comportarea elastic a materialelor (oel-beton); se consider c betonul ntins nu preia eforturi. Se ine seama de efectul curgerii lente a betonului, folosind modulul deformaiei totale Eb n locul modulului de elasticitate Eb. 2.12. Sgeile grinzilor compuse beton-oel, determinate fr aplicarea coeficienilor dinamici, nu trebuie s depeasc valorile admise pentru construciile metalice civile i industriale, conform prevederilor STAS 101078/0-78. 2.13. Verificarea la starea limit de deformaii specifice se efectueaz pentru asigurarea mpotriva depirii limitei de proporionalitate a eforturilor unitare n talpa grinzii de oel, care poate produce deformaii remanente, mpotriva pericolului de microfisurare a betonului din zona comprimat, care poate prejudicia durabilitatea plcii de beton armat i mpotriva fisurrii betonului n zona ntins, prin starea limit de decompresiune, n cazul momentelor negative. [top]3. MATERIALEBetonul3.1. Pentru alctuirea grinzilor compuse beton-oel se folosesc plci (dale) din beton armat, n care betonul are cel puin clasa Bc 25. la elementele secundare ca: planee pentru acoperi sau planee la cldiri etajate cu ncrcri utile pn la 500 kg/m2 se pot folosi i betoane de clasa Bc 15 (plci monolite) sau Bc 20 (plci prefabricate). Folosirea claselor superioare de betoane (peste Bc 35) impune o justificare tehnico-economic i condiii foarte ngrijite de execuie. 3.2. Rezistenele de calcul ale betonului la compresiune, modulii de elasticitate i coeficienii e echivalen se dau n tabelul 1. rezistenele de calcul din tabel corespund STAS 10107/0-81. Pentru cazuri curente, coeficientul de dilataie liniar, a betonului, la variaii de temperatur cuprinse ntre 30 C i 100oC, se poate lua t=1x10-5 pentru betoane cu agregate grele, respectiv t=0.8x10-5 pentru betoane cu agregate uoare. Tabel 1REZISTENTELE DE CALCUL ALE BETONULUI LA COMPRESIUNE. MODULI DE ELASTICITATE IN N/mm2 SI COEFICIENTI DE ECHIVALENTACaracteristiciSimbolClasa de beton

B 7.5B 10B 15B 20B 25B 30B 35B 40B 50B 60

Rezistenta de calcul la compresiune in N/mm2 (valori de baza)Rc*4.76.09.012.015.018.020.523.028.033.0

Modulul de elast. al betonului in N/mm2agregate greleEb16000200002300027000300003250034500360003800040000

agregate usoareEb*11000130001500016500180001950021000---

Coeficientul de echivalentaBeton cu gregate grelePC60 PC52 OB37n=E/Eb12.010.09.08.07.06.56.06.005.55.0

STNB STPB12.09.58.07.56.56.06.05.005.05.0

Beton cu agregate usoarePC60 PC52 OB37n=E/Ec*19.016.014.013.011.511.010.0---

STNB STPB18.015.013.012.011.010.09.5---

Rc* - Rezistente de calcul pentru mb,c=1 (valori de baza);Eb* - Valorile sunt date pentru betoane cu agregate din granulit sau agregate din cenusa de termocentrala granulata;E - modulul de elasticitate al otelului.3.3. Pentru verificrile care se refer la etapa de lucru dinaintea realizrii clasei respective de beton prescris n proiect (ex.: grinzile executate cu sprijiniri temporare sau cu contrasgeat a grinzii de oel etc.), rezistena de calcul a betonului la compresiune (Rc) se stabilete n funcie de rezistena efectiv prevzut sau determinat a betonului la vrsta respectiv, folosind cuburi cu latura de 14,1 cm (Rb):N/mm2 (3.1)n care:mb,c = coeficientul condiiilor de lucru al betonului la compresiune;= rezistena normat a betonului la compresiune, care se stabilete conform relaiei:=(0.87-0.002Rb)Rb N/mm2 (3.2.)3.4. Deformaia specific final datorit contraciei din dalele de beton armat ale grinzilor compuse din oel-beton se ia egal cu una din valorile urtoare:= 0,00015 (beton greu) i = 0,00030 (beton uor) pentru procedeele normale de betonare a dalelor monolite;= 0,00010 (beton greu) i = 0,00020 (beton uor) pentru betonarea pe sectoare a dalelor monolite (n scopul reducerii efectului contraciei);= 0 pentru dalele realizate din elemente prefabricate (beton greu i beton uor) i monolitizate dup montaj. 3.5. Deformaia specific final datorit curgerii lente a betonului n cazul unei solicitri de mrime practic constant se poate exprima prin relaia:(3.3)n care:be deformaia specific elastic iniial a betonului sub aciunea diferitelor solicitri; se calculeaz cu Eb corespunztor clasei de beton (be=b/Eb); caracteristica deformaiei n timp a betonului, care se determin conform anexei III din STAS 10107/0-81. deformaia specific datorit contraciei, determinat conform prevederilor din anexa III din STAS 10107/0-81. Valorile finale ale caracteristicii deformaiei de curgere lent a betonului se determin cu relaiile:(3.4)i (3.5)cu (3.6)valorile finale i se folosesc la verificrile n faza final, dup darea n exploatare a construciei. Dup verificrile n faza iniial, din timpul execuiei lucrrilor, sau imediat dup darea n exploatare, se folosesc valorile caracteristicii curgerii lente cl i ale modulului deformaiei totale Eb corespunztoare momentului verificrii:(3.7)i Eb=Eb/k (3.8)cu k=1+vcl (3.9)i =1/9; 1/12; 1/18 (3.10)dup cum este mai defavorabil;t = timpul n zile de la aplicarea solicitrilor de lung durat. 3.6. Pentru verificrile n domeniul de comportare elastic a materialelor, se folosete coeficientul de echivalen , respectiv ; cnd toate solicitrile pot fi considerate de scurt durat, se ia , respectiv k = 1. 3.7. Diagrama eforturilor unitare deformaii specifice a betonului comprimat la starea limit de rezisten se ia de forma triunghi-dreptunghi (fig. 4, a). Valoarea efortului maxim este egal cu rezistena de calcul la compresiune Rc a betonului. Deformaia specific limit (de rupere) a betonului comprimat, pentru clasele de betoane peste B 15 (beton greu) se ia , iar deformaia specific la limita convenional de elasticitate ; n cazul claselor de betoane B.15 B 45 (beton uor) se va considera i . Armtura dalei de beton3.8. Pentru armarea dalelor grinzilor compuse beton-oel se folosesc oeluri beton OB 37, PC 52 i PC 60. La armarea cu plase sau carcase sudate a elementelor de beton armat care nu necesit un calcul la oboseal, se poate ntrebuina armtura din STNB. Datele privind caracteristicile geometrice i mecanice ale acestor armturi se iau conform prevederilor STAS 438/1, 2, 3, - 80. 3.9. Rezistenele de calcul ale armturilor (Ra), stabilite conform prevederilor STAS 10107/0-81, sunt date n tabelul 2. Tabelul 2 REZISTENELE DE CALCUL ALE ARMTURILORNr. crt.Tipul oeluluiDiametrul armturilorRezistena de calcul Ra

--mmN/mm2

1234

1OB 37d 12 mm d > 12 mm210

2PC 52d 14 mm d = 1628 mm d > 28 mm300

3PC 60d 14 mm d > 14 mm370

4STNBd 4 mm d = 4,57,1 mm d > 7,1 mm400 330

Modulul de elasticitate al armturilor se consider:Ea = 210.000 N/mm2 pentru oelurile Pc 60, PC 52 i OB 37;Ea = 200.000 N/ mm2 pentru STNB (srm tras neted pentru beton armat). Oelul grinzilor metalice3.10. Pentru grinzile metalice ale elementelor compuse beton-oel, realizate din profile laminate sau grinzi cu seciune compus nituite sau sudate, se folosesc laminate din mrcile de oeluri Ol 37, OL 44 i OL 52, conform prevederilor STAS R-8542-76. 3.11. Rezistenele normate Rc ale oelurilor laminate la cald din mrcile prevzute n paragraful precedent se iau egale cu valorile minime ale limitei de curgere aparent, sau limita de curgere minim tehnic, stabilite pe produs, n conformitate cu standardele de produse (STAS 10108/0-78). 3.12. Rezistenele de calcul R ale oelurilor laminate la cald din mrcile prevzute n paragraful 3.10., obinute prin mprirea rezistenelor normate Rc cu coeficientul m (coeficient supraunitar care ine seama de variaiile probabile ale rezistenei normate Rc a oelurilor puse n oper, fa de cea stabilit pe epruvetele de ncercare i de abaterile dimensionale ale elementelor construciei, conform toleranelor admise la livrarea produselor):R=Rc/m (3.11)rezult din tabelul 3. Tabelul 3 REZISTENELE NORMATE I DE CALCUL PENTRU OELUL GRINZII METALICEMarca oeluluiRcmR

t 16 mm16hphb4,2dd=7,55 mm. Capacitatea portant a dornului este dat de relaiile (10.8) i (10.9) lund n calcule valoarea cea mai mic: ; ; md=1,0 daN Lc=0,63x1,82x2400=4899 daN. Deci Lc = 3135 daN. 5.2.2. Numrul elementelor de legtur n ipoteza distribuiei uniforme pe lungimea grinzii numrul elementelor de legtur se determin cu relaia (10.1); buc. buc. Acestea se distribuie pe jumtate din lungimea grinzii, ntre punctul de moment maxim i punctul de moment nul, n aa fel ca la mijlocul deschiderii s fie un mijloc de interval (fig. 18.a). Distana ntre dornuri, n ipoteza aezrii conform figurii: e = 220 cm. 5.3. Elemente de legtur dibluri Capacitatea portant la starea limit de rezisten a elementelor de legtur tip dibluri se determin cu relaia (10.13); Lc=msRcAbs; Abs=Lc/(msRc) Dac presupunem c diblurile se aeaz la o distan e = 22,5 mm, pentru jumtate din deschidere rezult un numr de 14 dibluri. Efortul de lunecare preluat de un diblu este: daN Deci suprafaa de strivire necesar: cm2 Diblul se poate executa deci din profile de oel I 12 tiate n dou, de nlime 5,0 cm. Abs=5,0x5,8=29,0 cm2 Amplasarea diblurilor rezult din fig. 18.b. Eficiena soluieiEficiena soluiei rezult din comparaia cu varianta n care toate ncrcrile sunt preluate de o grind de oel;ncrcri:- greutatea proprie a grinzii i a dalei de beton g1 = 655 daN/m- greutatea moart g2 = 311 daN/m- ncrcare util u = 900 daN/mMomentul de ncovoiere q = 1866 daN/mdaNmcm3 Din condiia de sgeat rezult necesar un profil I 30, cu Ix = 9800 cm4; Wx = 653 cm2 i g = 54,2 daN/mcmcm Varianta de grind compus cu eforturi iniiale are un consum de oel de:- profil I 20 = 26,3 daN/m - elemente de legtur dibluri I 12/2

Prin folosirea soluiei compuse beton-oel: - reducerea consumului de oel cu 49% - reducerea nlimii planeului cu 8 cm- reducerea greutii permanente cu 10 daN/m2- reducerea costului construciei datorit nlimii mai mici cu 8 cm pentru fiecare nivel. [top]