Wsporniki krótkie

-Ogólne wiadomości

Krótkie wsporniki stanowią bardzo odpowiedzialny i często występujący element konstrukcyjny. Przykładowo przez krótkie wsporniki przekazuje się na słup obciążenia z belek stropowych (rys 6.1a , zał 1) oraz belek podsuwnicowych (rys 6.1b zał 1) . Krótki wspornik jest zasadniczym elementem przekazywania sił między belkami , np.w ustrojach gerberowskich (rys.6.1c,zał 1) . Także w ustrojach ścianowych zachodzić może potrzeba zastosowania krótkich wsporników , np. w dylatacjach (rys 6.1d , zał 1) .

-Zasady pracy

Krótkie wsporniki przenoszą przede wszystkim obciążenia pionowe P (rys 6.2 zał 1) . Jednak w wielu przypadkach są one także obciążone siłami poziomymi H działającymi w płaszczyźnie wspornika . Siły te pochodzić mogą np. w ustrojach słupowo-wiązarowych między innymi od wpływu skurczu i temperatury przekazywanej na wspornik poprzez tarcie w płaszczyźnie styku . W takim przypadku zgodnie z PN-84/B-03264 wymaga się , aby siła H była odpowiednio obliczona , przy czym H ≥ 0,2P . Mniejszą wartość można by było przyjąć wtedy , gdy oparcie belki odbywa się za pośrednictwem łożyska tocznego lub elastycznego . Mogą to być także siły powstałe przy hamowaniu wózka suwnicy . Z uwagi na przestrzenny charakter pracy konstrukcji występują też siły pozio- me H₁ skierowane prostopadle do płaszczyzny wspornika . Siły H₁ są zwykle niewielkie i w obliczeniach często pomijane . W niektórych jednak przypadkach działanie ich może być istotne .Siły H₁ a także nie osiowe przyłożenie siły P , może spowodować ponadto wystąpienie skręcania krótkiego wspornika .

Istotny dla pracy krótkiego wspornika jest ponadto sposób przyłożenia obciążeń . Gdy

wspornik podpiera belki prefabrykowane (rys 6.3a zał 1) , obciążenie jest przekazywane na

górną krawędź wspornika . Jeżeli mamy do czynienia z belkami monolitycznymi (rys6.3b zał 1) to zazwyczaj obciążenie jest przekazywane wzdłuż całej krawędzi styku belki ze wspornikiem .

-Kształtowanie wspornika

Polska norma ( PN-84/B-03264 Konstrukcje betonowe , żelbetowe i sprężone -obliczenia statyczne i projektowanie ) , definiuje krótki wspornik stosunkiem a_p/h ≤ 1 (rys.6.12 zał 1). Wymaga ona , aby na krawędzi przyłożenia siły spełniony był warunek

P ≤ 2R_bz∗ b∗h₀₁

Gdzie R_bz jest obliczeniową wytrzymałością betonu na rozciąganie , h₀₁,b -efektywną

wysokością i szerokością przekroju betonu na krawędzi przyłożenia obciążenia (przekrój

1-1 na (rys.6.12 zał 1) . Należy zwrócić uwagę , że wzór ten nie uwzględnia wpływu na kształtowanie wspornika ani siły poziomej H , ani stosunku a_p/h .

Norma polska wymaga , aby kąt nachylenia dolnej krawędzi wspornika nie był większy

od 45⁰ (α ≤ 45⁰ rys 6.12 zał 1) oraz aby wysokość przekroju wspornika w strefie przyło- żenia obciążenia była nie mniejsza niż połowa jego wysokości u nasady . Powyższe przepisy wspólne dla wielu norm europejskich traktować należy jako kształtowanie nośnej części elementu . Jeżeli względy architektoniczne wymagać będą innego ukształto- wania wspornika to jako współpracujące uznać można jedynie te części , które spełniają

powyższe wymogi .

-Obliczanie

Zgodnie z ( pkt. 9.3.2 PN-84/B-03264 ) jeżeli siła P przyłożona jest na górnej krawędzi

wspornika (rys 59 zał 1) określić można siły

w których

Jeżeli siła jest przyłożona poniżej górnej krawędzi wspornika , np. poprzez wtopioną we wspornik belkę , to taką sytuację polska norma traktuje jako przyłożenie siły w

połowie wysokości wspornika (rys 60 zał 1) . Siły rozciągające w zbrojeniu określa się wtedy z wzorów :

.

Ponadto wymaga się , niezależnie od sposobu przenoszenia siły , aby strzemiona przeno-

siły siłę :

Gdy stosunek a_p/z jest mały , ilość tego dodatkowego zbrojenia jest tak znaczna , że

należało by wprowadzić redukcję siły Z_a . Norma polska nie zezwala na to , co prowa-

dzi do przezbrojenia bardzo krótkich wsporników .

W pierwszym przypadku (rys 59 zał 1) , przekroje głównego zbrojenia poziomego F_a i ukośnego F₀ należy obliczać zgodnie z rozkładem sił podanym na (rys59 zał 1) , ko- rzystając z warunków .

W drugim przypadku przekroje głównego zbrojenia poziomego F_a i ukośnego F₀ należy obliczać zgodnie z rozkładem sił podanych na (rys60) korzystając z warunków

-Konstrukcja zbrojenia

W praktyce spotyka się dwa rodzaje wsporników krótkich . Są to wsporniki prostokątne i trapezowe . Poniżej zostaną omówione zasady kształtowania zbrojenia tych wsporników

-wsporniki prostokątne

Zasadnicze zasady zbrojenia podano na (rys.6.15 zał 1) .Zbrojnie nośne poziome może być ukształtowane częściowo jako zbrojenie konturowe(rys.6.16a , zał 1) . Obecnie jednak ten typ zbrojenia jest coraz rzadziej stosowany . W celu dobrego zakotwienia na wspor niku chętnie stosuje się jego zakotwienie mechaniczne , np. przez dopasowany poprzecznie kątownik (rys.6.16b , zał 1)lub pręt zbrojeniowy (rys.6.16b₁,b₂ , zał 1). Norma polska zaleca zakotwienia zbrojenia nośnego w sposób przedstawiony na (rys.6.16c , zał 1) . Poziome zbrojenie może być projektowane jako dwu ramieniowe (rys.6.16c₁ , zał 1) lub cztero ramieniowe (rys.6.16c₂ , zał 1) . W razie potrzeby zbrojenie to umieszcza się w kilku poziomach (rys.6.15 zał 1) . Polska norma wymaga , aby obciążenie przyłożone było w odległości nie mniejszej niż jedna średnica wkładki głównej od początku łuku pętli (rys.6.17 zał 1) . Przy grubych wkładkach cofa to nadmiernie punkt przyłożenia siły od krawędzi . Spotyka się zalecenia , aby krawędź obciążenia znajdowała się co najwyżej w odległości 2d od wnętrza pętli (rys.6.18 zał 1) . Towarzyszą temu jednak zastrzeżenia , że wypadkowa sił powinna się znajdować w odległości nie mniejszej niż 3d+0,5d_p od wnętrza pętli o wewnętrznej średnicy d_p . Ponadto całe zbrojenie powinno być zakot- wione w słupie w postaci pętli , a nie jedynie zagięte , jak tego wymaga polska norma (rys.6.16c , zał 1) . Istotnym zaleceniem spotykanym również jest to , aby obciążenie w kierunku poprzecznym było przekazywane na obszar zakreślony głównym zbrojeniem nośnym . Pozwala to uniknąć uszkodzenia bocznych ścian wsporników (rys.6.19 zał 1) .W przypadku zbrojenia nośnego , zakotwionego w inny sposób niż przez pętle , prawidłowe usytuowanie obciążenia przedstawiono na (rys.6.20 zał 1) .

Polska norma wymaga aby średnica zbrojenia głównego nie była większa niż 25 mm . Sumaryczna powierzchnia przekroju poziomego i ukośnego zbrojenia głównego nie powinna być mniejsza niż 0,002bh₀ (oznaczenia wg. Rys 6.13 zał 1) .

Jeżeli zbrojenie główne wykonane jest w postaci poziomych pętli , konieczne jest zastosowanie zbrojenia montażowego wzdłuż krawędzi wspornika .

Odległość między zewnętrzną krawędzią elementu przekazującego obciążenie na wspornik , a początkiem łuku zagięcia prętów .

Poza zbrojeniem nośnym i krawędziowym stosuje się dla prostokątnych wsporników zbrojenie poziomymi strzemionami . Sumaryczny przekrój tych strzemion powinien speł

niać warunki :

Rozstaw strzemion powinien być nie większy niż 150 mm i nie większy niż 0,25h , oraz nie powinien przekraczać 12 średnic zbrojenia głównego .

Należy zwrócić uwagę , że wymóg stosowania strzemion poziomych może być dopeł-

niony jedynie w przypadku wsporników zwartych . W przypadku wsporników (rys.6.21a zał 1) jest on technicznie niewykonalny . Przy większych i silniej obciążonych tego ro- dzaju wspornikach zastosować można dodatkowe siatki poziome (rys. 6.21b , zał 1) . Zbrojenie pionowe słupa usytuowane przy przekroju podporowym wspornika powinno mieć przekrój równy co najmniej przekrojowi F_a , obliczonym według wzorów :

Ewentualne dodatkowe pręty zbrojenia w słupie F_a1 powinny być zakotwione powyżej i poniżej osi głównego zbrojenia poziomego wspornika na długości równej co najmniej

30d i nie mniejszej niż odległość siły P od krawędzi słupa (rys 6.15 zał 1) .

-wsporniki trapezowe

Ogólne zasady zbrojenia krótkich wsporników trapezowych przedstawiono na (rys.6.22 zał 1). Polska norma nie wymaga stosowania w tym przypadku na odcinku skosu strze- mion , ich umieszczenie szczególnie przy większych wymiarach wsporników wydaje się konieczne . Przykładowo norma amerykańska zaleca także w partiach ukośnych stoso- wanie strzemion ukośnych . Sumaryczna powierzchnia przekroju strzemion poziomych powinna spełniać warunki :

Ponadto jeżeli górna krawędź wspornika jest przedłużona poza przekrój podporowy ,wy

maga się stosowania dodatkowego zbrojenia ukośnego , przechodzącego przez miejsce przenikania wspornika i słupa , o powierzchni co najmniej 0,5F₀ . Zamiast tego dodatko-

wego zbrojenia wydaje się właściwsze odpowiednie pochylenie zbrojenia ukośnego niż ,

jak to przedstawia (rys.6.22 zał 1) , stosowania zbrojenia pod kątem 45^o , ale w dwóch płaszczyznach . Polska norma ogranicza kąt nachylenia zbrojenia ukośnego od 30^o do 60^o.

Wsporniki długie

Długie wsporniki - stanowiące przeważnie przedłużenie rygli ram niczym w swej pracy nie różnią się od zwykłych elementów zginanych , z tym że konieczne jest tu uwzglę- dnienie specyficznych warunków ich pracy . Zarówno długie jak i krótkie wsporniki wymagają silnego utwierdzenia na podporze , przy czym przy obliczaniu konstrukcji , z którą są one monolitycznie połączone , należy uwzględnić wpływ oddziaływania wspor- ników na tę konstrukcję .

W przypadku wsporników długich należy mieć przede wszystkim na uwadze , że mogą one spowodować znaczny moment ujemny w sąsiadującym przęśle i tym samym wywołać konieczność zastosowania pracującego górnego zbrojenia na całej długości przęsła .

Przy projektowaniu długich wsporników o charakterze belkowym zaleca się jest uwzględnienie następujących wytycznych :

1. Wysokość wsporników powinna wynosić co najmniej 1/7 wysięgu ; w przypadku dużych sił skupionych o wysokości wspornika decydują nie naprężenia zginające , lecz naprężenia główne rozciągające , a także ugięcia końca wspornika .

2. W przypadku sił skupionych działających na końcu wspornika , często bardziej niebezpiecznym przekrojem ze względu na naprężenia główne rozciągające - pomimo korzystnego wpływu skosu - jest nie przekrój B-B , lecz przekrój A-A podany przykła- dowo na rys. (11-13b zał 2) .

3. Pręty rozciąganej strefy muszą być dobrze zakotwione nie tylko w przekroju utwierdzenia wspornika rys (1-13c zał 2) , lecz również i na jego końcu ; ma to szczególne znaczenie w przypadku dużej siły skupionej umieszczonej w bezpośrednim sąsiedztwie końcowej części wspornika . Na rys (11-13d zał 2) podano przykład błędnego skonstruowania końcowej części wspornika ; wskutek niedostatecznej ( dla zapewnienia przyczepności ) długości zakotwienia zbrojenia oraz niezastosowania ukośnych odgięć prętów głównych wystąpiły groźne rysy ukośne . Na rys 11-13e podano rozwiązanie prawidłowe , które należy stosować nie tylko wówczas , gdy w tym przekroju zosta nie przekroczona nośność z uwagi na sile poprzeczną , ale również w przypadku stosunkowo małej siły poprzecznej , gdyż pod wpływem sił skupionych występuje koncentracja naprężeń i powstaje zjawisko podobne do przecinania .

4. W przypadku gdy siły skupione przekazywane są na wspornik za pośrednictwem żeber połączonych ze wspornikiem , tak jak na rys. (11-13b lub 11-13f , zał 2) konieczne jest - nawet w przypadku nie przekroczenia nośności przekroju - stosowanie dodatkowo silnych strzemion (pokazanych na rysunku 11-13f ał 2 po obu stronach żeber) , przeno-szących całość siły poprzecznej wynikającej z przyłożenia reakcji tych żeber .

W poniższym opracowaniu przedstawiono ogólne zasady wymiarowania i projektowania krótkich i długich wsporników . Przedstawione zostały ogólne wiadomości o tego typu

elementach , zasada ich pracy w konstrukcjach oraz sposoby obliczania , doboru i kształ- towania zbrojenia .

Wykaz literatury :

1. Pn-84/B-03264 Konstrukcje Betonowe , Żelbetowe i Sprężone - Obliczenia statyczne i

projektowanie .

2. J.Kobiak , W.Stachurski „Konstrukcje Żelbetowe” tom.1

3. .Starosolski „Konstrukcje Żelbetowe” tom.1

---