Соединение сопротивлений: последовательное, параллельное и смешанное подключение резисторов

Простые соединения — SteelConstruction.info

В этой статье рассматриваются номинально закрепленные соединения (простые соединения), которые используются в многоэтажных стальных каркасах в Великобритании. Эта форма жесткой конструкции с номинально закрепленными соединениями называется «простой конструкцией».

В статье перечислены типы простых соединений, которые чаще всего используются в Великобритании. В нем представлены процедуры их разработки для Eurocode 3 и обсуждаются относительные достоинства типов соединений на конце балки.Преимущества стандартизации соединений обсуждаются для соединений балка-балка и балка-колонна с использованием ребристой пластины и гибких соединений концевой пластины.

Соединения колонн, основания колонн и крепежные соединения также обсуждаются вместе с кратким упоминанием специальных соединений.

Детали соединения стандартной ребристой пластины

[top] Типы простых соединений

Простые соединения — это номинально закрепленные соединения, которые, как предполагается, передают только поперечный сдвиг и имеют незначительное сопротивление вращению.Поэтому не передавайте значимые моменты в предельном предельном состоянии. Это определение лежит в основе конструкции многоэтажных рамных конструкций в Великобритании, спроектированных как «простая конструкция», в которой балки имеют простую опору, а колонны рассчитаны на осевую нагрузку и небольшие моменты, вызванные конечными реакциями от балки. Устойчивость обеспечивается каркасом за счет крепежа или бетонного сердечника.

Простые соединения

В Великобритании используются две основные формы простого подключения (как показано справа):

Обычно встречающиеся простые соединения включают в себя:

Простые соединения могут также потребоваться для перекосов, балок, эксцентричных к колоннам, и для соединения с стенками колонн.Они классифицируются как специальные соединения и обрабатываются отдельно.

[вверху] Процедуры проектирования

Конструкция простых соединений основана на BS EN 1993-1-8 ^[1] и сопровождающем его Национальном приложении ^[2] . Возможности компонентов подключения основаны на правилах, приведенных в пункте 3.6. Расстояние между крепежными элементами соответствует пункту 3.5 и соответствует рекомендациям, изложенным в «Зеленой книге» (SCI P358).

ECCS публикация №126 ^[3] также содержит полезные рекомендации по проектированию простых соединений с Eurocode 3.

[вверх] Совместные соображения

[вверх] Объединенная классификация

В соответствии с BS EN 1993-1-8 ^[1] , номинально закрепленные соединения:

• Должен быть способен передавать внутренние силы, не создавая значительных моментов, которые могут неблагоприятно повлиять на элементы или конструкцию в целом, и
• Быть способным принимать результирующие повороты при расчетных нагрузках

Кроме того, сустав должен:

• обеспечивают направленное ограничение для членов, которое было принято в конструкции элемента
• имеют достаточную прочность, чтобы удовлетворить требования структурной целостности (сопротивление связыванию).

BS EN 1993-1-8 ^[1] требует, чтобы все соединения были классифицированы; жесткостью, которая подходит для упругого глобального анализа, или прочностью, которая подходит для жесткого пластического глобального анализа, или жесткостью и прочностью, которая подходит для упругопластического глобального анализа.

Классификация по жесткости:

Начальная вращательная жесткость соединения, рассчитанная в соответствии с BS EN 1993-1-8 ^[1] , 6.3.1 сравнивается с границами классификации, приведенными в BS EN 1993-1-8 ^[1] , 5.2.2.

В качестве альтернативы, суставы могут быть классифицированы на основе экспериментальных данных, опыта предыдущих удовлетворительных показателей в аналогичных случаях или на основе расчетов на основе результатов испытаний.

Классификация по прочности:

Следующие два требования должны быть выполнены, чтобы классифицировать соединение как номинально закрепленное на основе его прочности:

• Расчетное моментное сопротивление соединения не превышает 25% расчетного моментного сопротивления, необходимого для полнослойного соединения
• Шарнир должен выдерживать повороты, возникающие в результате проектных нагрузок.

В Национальном приложении Великобритании к BS EN 1993-1-8 ^[2] указано, что соединения, спроектированные в соответствии с «Зеленой книгой» (SCI P358), могут классифицироваться как соединения с номинальным закреплением.

Все стандартные соединения, указанные в «Зеленой книге» (SCI P358), могут быть классифицированы как номинально закрепленные на основании требований к прочности вместе с обширным опытом использования деталей на практике. Следует позаботиться о внесении поправок в стандартные детали, так как получающееся в результате соединение может выходить за пределы положений Национального Приложения Великобритании ^[2] .В частности:

• Вращательная способность деталей стандартной пластины оребрения была продемонстрирована тестом; измененные детали не могут быть пластичными
• Толщина концевых пластин полной глубины была ограничена, чтобы обеспечить моментное сопротивление менее 25% от полной прочности соединения и, таким образом, может быть классифицирована как номинально закрепленная.

[top] Структурная целостность

Строительные нормы и правила Великобритании требуют, чтобы все здания были спроектированы так, чтобы избежать непропорционального обрушения.Обычно это достигается путем проектирования соединений в стальной раме (соединения балки с колонной и сращивания колонны) для сил соединения. Руководство по расчетным значениям сил сцепления дано в BS EN 1991-1-7 ^[4] , Приложение A, и в его Национальном приложении Великобритании ^[5] . Требования относятся к классу здания с расчетным значением силы горизонтального связывания, как правило, не менее 75 кН и, как правило, значительно выше. Детали торцевой пластины полной глубины были разработаны для обеспечения более высокого сопротивления связыванию по сравнению с деталями торцевой пластины частичной глубины.Более подробная информация о структурной устойчивости представлена ​​в SCI P391.

[top] Выбор типа подключения

Выбор соединений конца луча часто может быть довольно сложным. Относительные достоинства трех типов соединений (концевые пластины частичной глубины, концевые пластины полной глубины и ребристые пластины) приведены в таблице ниже. Выбор балок и соединений, как правило, является обязанностью подрядчика по изготовлению металлоконструкций, который выберет тип соединения в соответствии с производственной нагрузкой, экономичностью и временной устойчивостью во время монтажа.

[top] Композитные полы

Признано, что взаимодействие с композитным полом будет влиять на поведение простого соединения.Обычной практикой является проектирование таких соединений без использования преимуществ непрерывности армирования через бетонную плиту. Тем не менее, SCI P213 позволяет обеспечить непрерывность армирования, обеспечивая относительно простые соединения концевых пластин на всю глубину с существенным сопротивлением моменту. В рамке со скобами это сопротивление может использоваться для уменьшения момента среднего отклонения и отклонения, облегчая выбор луча меньшего размера.

[top] Расходы

Простые соединения всегда дешевле в изготовлении, чем соединения с сопротивлением моменту, потому что они требуют гораздо меньших производственных усилий, особенно при сварке.

Трудно дать конкретное руководство по затратам, так как уровень качества работы Подрядчика может значительно варьироваться и зависит от уровня инвестиций в оборудование и машины. Однако основная цель — минимизировать содержание работы. Стоимость материала для фитингов и болтов невелика по сравнению с затратами на изготовление, в которых преобладает содержание сварки. В типичной производственной мастерской стоимость изготовления соединений может составлять от 30% до 50% от общей стоимости изготовления.

Стандартизированные соединения эффективны при их производстве. Подрядчики по изготовлению металлоконструкций оборудуют свои мастерские специализированным оборудованием, которое увеличивает скорость изготовления, позволяя им производить фитинги и готовить детали гораздо быстрее, чем если бы каждый раз отличалась конфигурация соединения.

Стандартизированные детали означают, что стальные конструкции просты в монтаже, что обеспечивает более безопасную рабочую среду для стальных монтажников.

Из-за особенностей большинства болтовых соединений соединения могут быть разборными в конце срока службы конструкции.Металлоконструкции могут быть демонтированы, использованы повторно или переработаны, что снижает воздействие строительства на окружающую среду.

[top] Стандартизированные соединения

[вверх] Преимущества стандартизации

В типичной многоуровневой рамке в скобках соединения могут составлять менее 5% веса рамы и 30% или более от общей стоимости. Таким образом, эффективные соединения будут иметь наименьшую рабочую силу при детализации, изготовлении и монтаже.

[вверху] Соединения между балками и балками

Процедуры проектирования, приведенные ниже, подходят либо для ручного расчета, либо для подготовки компьютерного программного обеспечения.

Проектирование соединений вручную может быть трудоемким процессом, поэтому полный набор таблиц сопротивления включен в «Зеленую книгу» (SCI P358).

Проверка прочности номинально закрепленного соединения включает три этапа:

1. Обеспечение того, чтобы соединение было детализировано таким образом, чтобы оно развивало только номинальные моменты, которые не оказывают отрицательного воздействия на элементы или само соединение. Сустав должен быть детализирован так, чтобы он вел себя пластично.
2. Идентификация пути нагрузки через соединение i.е. от луча к опорному элементу.
3. Проверка сопротивления каждого компонента.

Для нормального проектирования существует десять проверок методики расчета для всех частей соединения балки или балки с колонной для вертикального сдвига.

Еще шесть проверок необходимо для проверки сопротивления соединения. Соединения балки с колонной должны быть способны противостоять боковым связующим усилиям, если только этим силам не противостоят другие элементы конструкции, такие как плиты перекрытия.

В таблице ниже приведены проверки процедуры проектирования, необходимые для концевых пластин частичной глубины, концевых пластин полной глубины и ребристых пластин. Процедуры проектирования полностью описаны в «Зеленой книге» (SCI P358).

Примечания: В эту таблицу включены проверки на сопротивление изгибу, сдвигу, локальное и боковое изгибание сечения балки с надрезом, поскольку обычно на стадии детализации устанавливается требование к надрезам, после чего необходимо провести проверку редуцированного сечения.

Соединения между лучами

Соединения балки с колонной

[верхняя часть] Соединения гибких концевых панелей

Концевая пластина балки к колонне и соединения балки с балкой

Типичные соединения гибких концевых панелей показаны на рисунке справа.Торцевая пластина, которая может быть частичной глубиной или полная глубина, приварена к балкам в мастерском. Балка затем прикрепляется болтами к несущей балке или колонне на месте.

Этот тип подключения является относительно недорогим, но имеет тот недостаток, что у него мало возможностей для настройки сайта. Общая длина балок должна быть изготовлена ​​в жестких пределах, хотя пакеты можно использовать для компенсации допусков на изготовление и допусков на монтаж.

Торцевые пластины, вероятно, являются наиболее популярными из простых соединений балок, используемых в настоящее время в Великобритании.Они могут использоваться с наклонными балками и могут выдерживать умеренные смещения в соединениях балки с колонной.

Flowdrill, Hollo-Bolts, Blind-bolts или другие специальные узлы используются для соединений с полыми колоннами.

Требования к детализации и проверки конструкции для соединений концевых пластин частичной и полной глубины, которые применимы к соединениям между балками, а также соединениям между колоннами, подробно рассмотрены в «Зеленой книге» (SCI P358) , К ним относятся процедуры, рабочие примеры, подробные и проектные таблицы сопротивления.

Также доступен инструмент для конструирования концевых пластин.

Стандартные детали гибких концевых панелей (концевые пластины полной и частичной глубины) показаны на рисунке ниже вместе с рекомендуемыми размерами и фитингами.

Стандартные соединения гибких концевых панелей

[верхняя] ребристые пластины

Ребристая пластина балка к колонне и балка к балке

экономичны в изготовлении и просты в монтаже.Эти соединения популярны, так как они могут быть самыми быстрыми соединениями для возведения и преодоления проблемы общих болтов в двусторонних соединениях.

соединительной пластины плавника состоит из длины пластины сваренной в мастерской к опорному элементу, к которому поддерживается веб луч болтового на месте, как показано на рисунке, приведенном ниже. Существует небольшой зазор между концом балки и опорной колонной.

Пластинчатые соединения

При проектировании соединения с ребристой пластиной важно определить подходящую линию действия ножниц.Есть две возможности: либо сдвиг действует на лицевой части колонны, либо он действует вдоль центра группы болтов, соединяющих ребристую пластину с полотном балки. По этой причине обе критические секции должны быть проверены на минимальный момент, взятый как произведение вертикального сдвига и расстояния между лицевой стороной колонны (или стенкой балки) и центром группы болтов. Затем обе критические секции проверяются на результирующий момент в сочетании с вертикальным сдвигом. Из-за неопределенности момента, приложенного к ребристой пластине, сварные швы ребристой пластины имеют размеры, соответствующие полной прочности.

Соединения пластины ребра получают свою вращательную способность в плоскости из-за деформации болта при сдвиге, из-за искажения отверстий под болты в подшипнике и из-за изгиба пластины ребра вне плоскости. Обратите внимание, что пластины ребер с длинными выступами имеют тенденцию скручиваться и разрушаться при боковом скручивании при кручении. Дополнительная проверка, чтобы рассмотреть это поведение, включена в процедуры проектирования для соединений пластин ребра.

«Зеленая книга» (SCI P358) содержит подробные требования, проверки конструкции и процедуры, применимые к конструкции пластины ребра.Отработанные примеры и расчетные таблицы сопротивления также приведены в этой публикации.

Также доступен инструмент для конструирования пластин ребер.

Детали соединения стандартной ребристой пластины

Растущий интерес к использованию S355 для пластин ребер вызвал вопросы о жесткости таких связи — они все еще номинально закреплены? Чтобы ответить на этот вопрос, BCSA и Steel for Life поручили SCI провести исследование, сравнивающее поведение соединений пластин ребер с пластинами ребер S275 и S355.Исследование пришло к выводу, что при соблюдении стандартизированной геометрии соединений, представленной в Зеленой книге, пластины с ребрами 10 мм в S355 классифицируются как номинально закрепленные соединения и могут использоваться в качестве альтернативы пластинам S275. Дополнительная информация доступна в статье в майском номере журнала NSC за 2018 год.

[вверху] Колонка сращивания

Соединения для сращивания

Соединения колонн в многоэтажной конструкции необходимы для обеспечения прочности и непрерывности жесткости по обеим осям колонн.Типичные соединения колонн с болтовыми соединениями, используемые для проката I и полых элементов секции, показаны на рисунке справа.

Соединения, как правило, предоставляются каждые два или три этажа и обычно расположены примерно на 600 мм над уровнем пола. Это приводит к удобной длине для изготовления, транспортировки и монтажа, и обеспечивает легкий доступ со смежного пола для закрепления на месте. Предоставление сращиваний на каждом уровне яруса редко бывает экономичным, поскольку экономия на материале колонны, как правило, значительно перевешивается затратами на материалы, изготовление и монтаж при изготовлении сращивания.

[верхняя часть] Сращивания на болтовых накладках для I секций:

Для этого типа соединения есть две категории:

• тип подшипника
• ненесущего типа.

В соединении подшипника типа (см. Рисунок ниже) нагрузки передаются в прямом подшипнике с верхнего вала либо напрямую, либо через разделительную пластину. Соединение типа подшипника представляет собой более простое соединение, обычно имеющее меньше болтов, чем соединение без подшипника, и, следовательно, наиболее часто используемое на практике.

Если нет натяжения нетто, можно использовать стандартное соединение, однако BS EN 1993-1-8 ^[1] требует, чтобы соединительные пластины и болты передавали не менее 25% от максимального сжимающего усилия в колонка.

Для соединений типа подшипника сопротивление скручиванию может быть критической проверкой.

Соединения опорных колонн для катаных I секций

Соединители, классифицированные как не подшипникового типа (см. Рисунок ниже), передают нагрузки через болты и соединительные пластины.Любое прямое отношение между элементами игнорируется, иногда связь детализируется с физическим зазором между двумя валами. Конструкция не несущего соединения является более сложной, так как все силы и моменты должны передаваться через болты и соединительные пластины. Для сращиваний не несущего типа минимальные требования в BS EN 1993-1-8 ^[1] очень обременительны и основаны на пропускной способности элемента, а не на приложенном усилии.

Поскольку сращивания обычно выполняются чуть выше уровня пола, момент из-за действия распорки считается незначительным.Однако следует учитывать моменты, индуцированные в соединениях, размещенных в других положениях.

Соединения для несущих колонн для проката I сечений

Соединения колонн должны удерживать соединенные элементы на одной линии, и, где это практически целесообразно, элементы должны быть расположены таким образом, чтобы центральная ось материала сращивания совпадала с центральной осью осей колонки над и под соединением.Если секции колонн смещены (например, для поддержания постоянной внешней линии), момент из-за эксцентриситета должен учитываться в проекте соединения.

Проектные проверки, необходимые для сращивания болтовых колпачков, а также процедуры, рабочие примеры, подробные требования и таблицы проектного сопротивления доступны в главе 6 «Зеленой книги» (SCI P358).

[верхний] Болтовые соединения «колпачок и основание» или «концевая пластина» для трубчатых и катаных I сечений

«Крышка и основание» или «Концевая пластина» сращивания

Этот тип соединения, состоящий из пластин, которые приварены к концам нижней и верхней колонн и затем просто скреплены болтами на месте, обычно используется в трубчатой ​​конструкции, но также может использоваться для открытых секций.

Самая простая форма соединения показана на рисунке справа и является удовлетворительной, если концы каждого вала подготовлены так же, как для соединения типа подшипника. Следует учитывать возможность изменения нагрузки, в дополнение к стабильности при монтаже и требованиях к обвязке.

Несмотря на то, что они широко используются, трудно доказать, что колпачок и базовые соединения соответствуют требованиям BS EN 1993-1-8 ^[1] , пункт 6.2.7.1 (14). Если используются эти типы соединений, общепринятая практика заключается в том, чтобы пластины были толстыми и чтобы болты располагались близко к фланцам для увеличения жесткости соединения.Могут использоваться удлиненные пластины с болтами за пределами профиля секции. Если стыки крышка и основание пластины расположены вдали от точки пресечения, особое внимание должно быть уделено обеспечению адекватной жесткости, так что дизайн элемент не признан недействительным.

Соединения колонок «колпачок и основание» или «концевая пластина» описаны в главе 6 «Зеленой книги» (SCI P358). Подробные требования, процедуры проектирования, рабочие примеры и таблицы сопротивления конструкции приведены.

[вверху] Основания колонн

Типичные основания колонн

Типичные основания колонн, как показано на рисунке справа, состоят из единого пластинчатого буртика, приваренного к концу колонны и прикрепленного к фундаменту четырьмя прижимными болтами.Болты вмонтированы в бетонное основание в опорных трубах или конусах и снабжены анкерными плитами для предотвращения вытягивания. Высокопрочный раствор заливается в пространство под плитой (см. Рисунок ниже).

Такие основания колонн часто подвергаются только осевому сжатию и сдвигу. Однако подъем и горизонтальный сдвиг могут быть расчетным случаем для оснований колонн в связных бухтах.

Болты крепления основания колонны

Соединение основания колонны

Пример заглушки среза

Простая прямоугольная или квадратная опорная плита почти повсеместно используется для колонн в простой конструкции.Опорная плита должна быть достаточного размера и прочности, чтобы передавать осевое сжимающее усилие от колонны к фундаменту через подкладочный материал, не превышая местного сопротивления подшипника фундамента.

базовой инструмент пластины дизайн доступен.

Колонка основы, как правило, предназначены для передачи усилия от колонны к опорной плите в прямом подшипника. Удерживающие системы предназначены для стабилизации колонны во время строительства и противостоят любому подъему в закрепленных отсеках.В некоторых случаях предполагается, что скромный горизонтальный сдвиг также осуществляется прижимными болтами.

[top] Горизонтальный сдвиг

Способ передачи горизонтальных сдвиговых усилий на фундамент недостаточно изучен. Некоторые разработчики проверяют сопротивление прижимных болтов и обеспечивают их достаточную заливку. Эта практика была успешно применена для основ портала, которые имеют значительный сдвиг.

Скрученные отсеки могут иметь относительно высокие усилия сдвига.Проектировщики могут выбрать, чтобы обеспечить сдвиг заглушки, приваренную к нижней плите основания, хотя выемка может осложнить отливки фундамента, и особое внимание должно быть уделено цементирующей операции. Методы проектирования, которые охватывают этот тип деталей, приведены в «Зеленой книге» (SCI P398).

сдвига между концом колонны и опорной пластиной будет передаваться между сварными швами колонной и опорной плитой. Сварные швы могут быть предусмотрены только для полотна или вокруг частей профиля — обычно оказывается, что сопротивление сварному шву более чем достаточно для умеренных сдвиговых усилий.

[вверху] Соединения крепления

Типичное крепежное соединение с косынкой

Крепежные элементы включают в себя плоскости, углы, каналы, I-секции и полые секции. Крепежные устройства могут включать в себя крепежные элементы, работающие только на растяжение или на растяжение и сжатие. В большинстве случаев крепежный элемент крепится болтами к пластине со вставкой, которая сама приварена к балке, к колонне или, более часто, приварена к балке и ее концевому соединению, как показано на рисунке справа.

Системы крепления обычно анализируются в предположении, что все силы пересекаются на осевых линиях элементов. Тем не менее, реализация этого предположения в деталях соединения может привести к соединению с очень большой пластиной, особенно если скобы пологие или крутые. Часто бывает удобнее расположить пересечения элементов, чтобы сделать более компактное соединение, и локально проверить наличие вводимых эксцентриситетов.

Соединения для крепления обычно выполняются с помощью предварительно не нагруженных болтов в зазорах.По крайней мере, в теории это допускает некоторое движение в соединении, но на практике это игнорируется в ортодоксальной конструкции. В некоторых случаях может случиться так, что движение по развороту недопустимо — в этих обстоятельствах следует использовать предварительно загруженные соединения.

Общий процесс проектирования:

• Определите путь загрузки через соединение
• Организовать соединение, чтобы убедиться, что проектные намерения участников реализованы, например, соединения луча остаются номинально закрепленными
• Включите эффекты любого значительного эксцентриситета
• Проверьте компоненты в соединении.

Штифтовое соединение для трубчатого элемента крепления

Правила проектирования для определения сопротивления косынки приведены в «Зеленой книге» (SCI P358).

Также имеется инструмент для конструирования пластин Gusset.

[вверху] Специальные соединения

Соединения стальных конструкций для простой конструкции, показанной выше, как правило, производят наиболее экономичную стальную раму. Отступление от этих соединений неизбежно приведет к увеличению общей стоимости.Увеличение затрат на детализацию, изготовление и монтаж может составить более 100%, если нестандартные соединения составляют большинство используемых соединений.

Необходимость в специальных соединениях часто можно избежать путем разумного выбора размеров элементов. Структура минимального веса вряд ли будет наиболее экономически эффективной. Поэтому эффективная экономическая практика заключается в том, чтобы стальные конструкции можно было размещать с осевыми линиями на установленных решетках. Верхние фланцы балок должны, по возможности, находиться на постоянном уровне, но это менее критично для стоимости, чем эксцентриковые соединения.

При проектировании специальных соединений может оказаться возможным использовать модифицированную версию одного из стандартизированных соединений, указанных в Зеленой книге, при условии дополнительных проверок проекта. Принципы проектирования и правила определения размеров компонентов, приведенные в Зеленой книге, должны быть максимально включены в проектирование соединений.

Типичные примеры ситуаций, когда требуются специальные соединения, представлены в «Зеленой книге» (SCI P358).

[вверх] Ссылки

1. ↑ ^{1.0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7} BS EN 1993-1-8: 2005. Еврокод 3: Проектирование металлоконструкций. Проектирование стыков, BSI
2. ↑ ^{2.0 2.1 2.2} NA к BS EN 1993-1-8: 2005. Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций. Проектирование стыков, BSI
3. ↑ Публикация ECCS № 126 Европейские рекомендации по проектированию простых соединений в стальных конструкциях.J.P. Jaspart et al. 2009.
4. ↑ BS EN 1991-1-7: 2006 + A1: 2014. Еврокод 1: Действия над структурами. Общие действия. Случайные действия. BSI
5. ↑ NA + A1: 2014 — BS EN 1991-1-7: 2006 + A1: 2014. Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 1: Действия на сооружениях. Общие действия. Случайные действия. BSI

[вверх] Дальнейшее чтение

• Руководство для дизайнеров по стали 7-е издание. Редакция B Davison & G W Оуэнс. Институт стальных конструкций 2012, глава 27
• Архитектурное проектирование в стали — Trebilcock P и Lawson R M, опубликованные Spon, 2004

[вверх] Ресурсы

Инструменты проектирования соединений:

[вверху] Смотри также

Соединение сдвига в композитных мостовых балках

Соединения сдвига на верхних фланцах стальных балок обеспечивают средства для достижения композитного действия между плитой и балками, увеличивая, таким образом, жесткость и прочность. В этой статье рассматривается поведение разъемов и правила проектирования для соединения сдвига в BS EN 1994-2 ^[1] . Дополнительные указания приведены в разделе 6.5 SCI P356, а примеры расчета сопротивления сдвигу приведены в SCI P357.

Шпильки на стальных балках для соединения сдвига
A41 Aston Clinton Bypass

[top] Необходимость соединения среза

Сдвиг потока между стальной балкой и железобетонной палубной плитой является естественным следствием требования к составным действиям. Если бы не было никакого соединения, балка и плита согнулись бы, как показано схематически ниже.Наличие сдвигового соединения предотвращает проскальзывание между двумя компонентами и обеспечивает гораздо более жесткий и сильный луч.

Изгиб двух компонентов без сдвигового соединения

При наличии сдвигового соединения два компонента ведут себя как один.

[вверху] Продольный сдвиг, упругая конструкция

В соответствии с теорией упругости при изгибе, напряжения и деформации в балке при изгибе изменяются линейно от волокна с экстремальным натяжением до волокна с экстремальным сжатием, а сдвиговое течение на любом уровне (относительно нейтральной оси) в поперечном сечении определяется как :

Как для A, так и для I, площадь бетона должна быть взята за ее преобразованную площадь, т.е.е. его фактическая площадь делится на модульное соотношение. При оценке сдвига для областей с крутящимся моментом, плита должна рассматриваться как не растрескавшаяся. (Это является консервативным упрощением и применимо, за исключением случаев, когда жесткое растяжение и бетон с избыточной прочностью явно учтены, хотя в BS EN 1994-2 ^[1] нет рекомендаций по оценке в таких ситуациях.)

На практике величина сдвигового потока изменяется вдоль луча, и может быть обеспечено требуемое сопротивление, чтобы точно соответствовать этому изменению, но гораздо проще обеспечить равномерное сопротивление по всему лучу или, что более экономично, на нескольких длинах. единообразного положения.

Для последнего варианта в каждой длине однородного сопротивления сопротивление может быть сделано, чтобы соответствовать пиковому значению сдвигового потока по этой длине, но дальнейшее упрощение допускается BS EN 1994-2 ^[1] , пункт 6.6. .1.2, которая позволяет при любой длине постоянного сопротивления расчетному потоку сдвига превышать сопротивление на единицу длины при условии, что:

• пиковый сдвиг потока в пределах каждой длины не превышает расчетное продольное сопротивление сдвигу на единицу длины более чем на 10%
• и общий расчетный продольный сдвиг по длине не превышает общее расчетное сопротивление для этой длины.

Сдвиговое соединение обычно обеспечивается рядами соединителей среза. Вышеупомянутое правило позволяет конструктору определять ряды, как правило, с одинаковым расстоянием вдоль балки: больше рядов предусмотрено в рядах рядом с опорами, где сдвиг является наибольшим. В некоторых случаях расстояние между рядами может быть увеличено в средних областях. Во всех случаях расстояние рядов шпилек и расстояние поперечной арматуры должны быть согласованы, чтобы избежать столкновений.

[вверху] Продольный сдвиг, пластиковая конструкция

Если сопротивление балок основано на пластическом сопротивлении поперечных сечений, приведенные выше выражения для сдвигового потока недопустимы, поскольку поведение материала нелинейное, а сдвиговые потоки не могут быть рассчитаны на основе линейного упругого анализа.BS EN 1994-2 ^[1] пункт 6.6.2.2 (1) охватывает этот случай для членов классов 1 и 2.

BS EN 1994-2 ^[1] В пункте 6.6.2.2 (2) приведены конкретные случаи сжатия бетонной плиты. Продольный сдвиговый поток должен быть определен с учетом изменения силы в плите по длине, где изгибающий момент превышает упругое сопротивление. В пункте 6.6.2.2 (3) рассматриваются плиты с натяжением, а в пункте 6.6.2.2 (4) предлагается альтернативный подход, в котором используется анализ упругого сечения на основе свойств сечения без трещин.Немного неконсервативное пренебрежение неэластичностью в этом случае компенсируется консервативным предположением, что сечение не имеет трещин.

[top] Сопротивление сдвиговому соединению

[верхняя часть] Соединители со срезанными головками

Как упоминалось выше, наиболее распространенной формой соединения для сдвига является шпилька с головкой, приваренная к верхнему фланцу. Шпильки обычно располагаются в ряды, причем расстояние (и, следовательно, число на единицу длины) зависит от расчетного усилия сдвига между балкой и плитой.

• 

  Типичный соединитель шпилек, сразу после сварки

• 

  Группы соединителей сдвига

Для соединителей со сдвигом шипа расчетное сопротивление одиночного шипа является наименьшим из сопротивления самого шипа и бетона вокруг шипа. Это выражено в BS EN 1994-2 ^[1] , так как расчетное сопротивление ниже:

Ограничения даны на расстоянии между шипами — см. Дальнейшее обсуждение ниже.

Расчетное сопротивление сдвигу 19 мм штыревых разъемов

От того, зависит ли прочность стойки или прочность бетона, зависит относительная прочность стойки и бетона. Разброс значений, заданных двумя выражениями, может быть выражен графически — для 19-миллиметрового шпильки соотношения такие, как показано справа.

Обратите внимание, что BS EN 1994-2 ^[1] относится к прочности соединителей с шипами согласно BS EN ISO 13918 ^[2] .В этом стандарте есть два типа соединителей из углеродистой стали; прочность шпильки более высокого качества составляет 450 Н / мм ² , и это обычно будет тип, который используется.

Таким образом, можно видеть, что для большинства композитных мостов, у которых класс бетона превышает C25 / 30, прочность соединения определяется самим шпилькой.

Плиты имеют тенденцию «подъезжать» к сварной манжете, поэтому согласно BS EN 1994-2 ^[1] требуется минимальное сопротивление растяжению в 10% от сопротивления сдвигу [1] — считается, что оно обеспечивается за счет шпилек с головкой.Расчетные силы растяжения меньше, чем это может быть проигнорировано.

Для большей расчетной силы растяжения не дано никакого отношения взаимодействия между натяжением и сопротивлением сдвигу, но в Hendy and Johnson ^[3] предполагается, что можно использовать следующий критерий:

Усталостное сопротивление соединителей сдвига также следует учитывать

[top] Другие формы соединителя сдвига

BS EN 1994-2 ^[1] не содержит правил для любого другого типа соединителя сдвига, хотя принципы даны для определения сопротивления других типов соединения.Целью было не исключение альтернативных форм, а стимулирование инноваций. Если рассматриваются альтернативные формы соединителя сдвига (например, когда требуется более высокое сопротивление сдвигу на соединитель, например, в некоторых соединениях на встроенных опорах), в BS EN 1994-2 ^[1] приводится следующее руководство:

• Все сдвиговые соединители должны иметь сопротивление натяжению 0,1P _Rd для предотвращения разъединения
• Правила для прочности бетона и стальных компонентов в BS EN 1992 и BS EN 1993 могут быть использованы для определения сопротивления.

Hendy и Johnson ^[3] дают вывод сопротивления блочных и кольцевых соединителей, который является распространенной альтернативной формой соединителя. Конструкция этого типа разъема основана на следующей предпосылке:

• Сопротивление сдвигу определяется путем ограничения давления бетонного подшипника на лицевой стороне блока (давление подшипника см. В разделе 6.7 BS EN 1992-1-1 ^[4] ).
• Обруч рассчитан на сопротивление подъему не менее 0.1P _Rd .
• Сварные швы спроектированы в соответствии с BS EN 1993-1-8 ^[5] для результирующего сдвига, растяжения и изгиба.
• Усталость сварного соединения проверяется в соответствии с BS EN 1993-1-9 ^[6] .

[top] Детализация

Правила приведены в BS EN 1994-2 ^[1] относительно расположения шпилек и их высоты относительно поперечной арматуры.

[вверху] Сопротивление отрыву

Во избежание создания плоскостей потенциального разрушения при сдвиге, которые проходят над соединителями сдвига и под поперечной арматурой, расстояние между соединителями и высота нижней арматуры ограничены в BS EN 1994-2-2000000 [1] , пункт 6.6.5. Испытания показали, что продольные поверхности разрушения не всегда плоские. Продольный разрез по поверхности возможного разрушения показан. Указанные размеры приведены до пределов в BS EN 1994-2 ^[1] . Пример показывает, что α составляет около 8 °. Hendy и Johnson ^[3] считают это слишком плоским, чтобы предотвратить сбой, и рекомендуют минимальное значение 17 °. Это дало бы максимальное расстояние 450 мм с нижней крышкой 50 мм и срезной шпилькой высотой 125 мм (длина после сварки обычно составляет 120 мм).

Плоскость сдвига над шпильками

[вверху] Максимальное расстояние между разъемами

Максимальное продольное расстояние между соединителями указано в BS EN 1994-2 ^[1] , пункт 6.6.5.5 (3) как 4h _c (где h _c — толщина плиты), но не более 800 мм.

BS EN 1994-2 ^{[1] В пункте 6.6.5.5 (2)} приводятся дополнительные ограничения на расстояние между разъемами на балках, где фланец считается классом 1 и 2, но без соединения с плитой класс. 3 или 4.

BS EN 1994-2 ^{[1] В пункте 6.6.5.5 (4)} приведены правила, позволяющие группировать соединители в карманы (полезно при использовании сборных блоков полной глубины), но затем говорится, что необходимо следующее быть проверенным:

• Предположение о плоскости сечения оставшейся плоскости
• Вертикальное разделение
• Пряжка стального фланца
• Усилие разрыва от группы соединителей (правила поперечной арматуры могут быть недостаточными).

Штыревые соединители
BS EN 1994-2 ^[1] пункт 6.6.5.7 дает минимальные размеры для головных срезных шпилек. Минимальное расстояние в направлении поперечной силы составляет 5d, а минимальное расстояние в направлении, поперечном к поперечной силе в «твердых плитах», составляет 2,5d. Обратите внимание, что ссылка на твердые плиты должна быть принята, чтобы исключить плиты с загибами (следует использовать минимальный интервал 4d).

BS EN 1994-2 ^[1] , пункт 6.6.5.6, дает расстояние от края до шпилек не менее 25 мм. Однако, если используется постоянная опалубка, необходимо предусмотреть возможность установки опалубки на балке в соответствии с требованиями производителя.Кроме того, защитное покрытие должно быть нанесено не менее чем на 25 мм от края фланца или, если используется постоянная опалубка, на расстоянии 25 мм от края опалубки (см. Soubry ^[7] ). Обычно расстояние до края 100 мм достаточно.

• Лакокрасочное покрытие накладывается на край балки, примыкающей к шпилькам
• 
• 

[top] Продольное сопротивление сдвигу плиты

Продольные поверхности сдвига

Чтобы проверить адекватность плиты силам, передаваемым соединителями сдвига, необходимо рассмотреть несколько возможных поверхностей разрушения.Две поверхности сдвига показаны справа.

BS EN 1994-2 ^[1] , пункт 6.6.6 требует, чтобы продольное сопротивление сдвигу плиты проверялось на поверхностях сдвига типа A-A и B-B; расчетная прочность на сдвиг бетонного фланца приведена в BS EN 1992-1-1 ^[4] .

BS EN 1994-2 ^[1] , пункт 6.6.2, определяет расчетный продольный сдвиг на единицу длины V _{L, Ed} между сталью и бетоном как скорость изменения силы в стальном или бетонном элементе.В BS EN 1992-1-1 ^{[4] модели фермы} для сдвига между плитой и балкой приведены требования в отношении расчетного напряжения сдвига V _Ed . Существует некоторое несоответствие между BS EN 1992-1-1 ^[4] и BS EN 1994-2 ^[1] при выражении напряжения сдвига, но для поверхностей сдвига типа AA это следует рассматривать как расчетный сдвиг на единицу длины на одна сторона разделена на h _f , где h _f — глубина плиты, а для поверхностей сдвига типа BB это общая расчетная величина сдвига, деленная на h _f , где h _f — длина сдвига самолет.

Площадь поперечной арматуры A _sf на расстоянии s _f , которая пересекает поверхность сдвига, требуется согласно BS EN 1992-1-1 ^[4] , выражение (6.21) для удовлетворения:

Для поверхностей A-A, A _и — это сумма площадей верхней и нижней поперечной арматуры; для поверхностей типа B-B удваивается площадь нижней арматуры.

Усиление поперечного нижнего мата между стойками и постоянной опалубкой

Кроме того, продольное напряжение сдвига должно удовлетворять выражению BS EN 1992-1-1 ^[4] (6.22) во избежание сдавливания компрессионных стоек во фланце.

Для рассмотрения взаимодействия с поперечным изгибающим моментом:

• В плоскости A-A поперечное усиление должно быть больше, чем требуется только для продольного сдвига, и вдвое меньше, чем для продольного сдвига, плюс то, что требуется для поперечного изгиба.
• В плоскости B-B площадь усиления днища, необходимая для поперечного изгибающего момента, должна быть полностью добавлена ​​к той, которая требуется для продольного сдвига (хотя это не указано в BS EN 1994-2 ^[1] )

Для рассмотрения взаимодействия с напряжением:

• Если плита находится в поперечном натяжении через A-A (например,грамм. если ферма является поперечной балкой в ​​зоне захвата основного луча), требования к натяжению должны полностью сочетаться с продольным сдвигом.

[вверх] Ссылки

1. 1. ^{1.00 1.01 1.09 000 1.16 1,17 1,18 1,19 1,20 1,21 BS EN 1994-2: 2005. Еврокод 4: Проектирование композитных стальных и бетонных конструкций. Общие правила и правила для мостов. BSI}
2. ↑ BS EN ISO 13918: 2018 Сварка. Шпильки и керамические наконечники для дуговой сварки. BSI
3. ↑ ^{3.0 3.1 3.2} Руководство для дизайнеров по BS EN 1994-2 Еврокод 4: Проектирование композитных стальных и бетонных конструкций. Часть 2. Общие правила и правила для мостов.Hendy, C.R .; Джонсон Р.П. (2006). Томас Телфорд Лтд
4. ↑ ^{4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5} BS EN 1992-1-1: 2004 + A1: 2014. Еврокод 2: Проектирование бетонных конструкций. Общие правила и правила для зданий. BSI
5. ↑ BS EN 1993-1-8: 2005. Еврокод 3: Проектирование металлоконструкций. Дизайн суставов. BSI
6. ↑ BS EN 1993-1-9: 2005. Еврокод 3: Проектирование металлоконструкций. Усталость. BSI
7. guide Руководство по детализации моста.(C543). Субри, М. (2001). CIRIA

[вверх] Ресурсы

[вверху] См. Также

[top] Внешние ссылки

,

Как работают 4-контактные резисторы — Лаборатория стандартов мощности

Как работают 4-контактные резисторы

В 4-контактном резисторе сверхточный резистор (зеленый) подключается к 4 контактам через небольшие, но неизвестные резисторы (красный).

Эти неизвестные резисторы представляют собой сочетание сопротивления выводов, сопротивления винтовых клемм, сопротивления соединительного провода и других источников ошибок.

Типичные значения для этих неизвестных резисторов варьируются от 0.От 01 Ом до 0,2 Ом, и значения часто нестабильны.
Значения могут изменяться, например, при ослаблении или затягивании винта или при замене более длинного измерительного провода.

Чтобы использовать 4-контактный резистор, мы подаем ток с клеммы 1 на клемму 2. Это ток, поэтому неизвестные сопротивления, подключенные к клемме 1 и клемме 2, не влияют на величину тока. Одинаковое количество электронов в секунду протекает от T1 до T2 независимо от сопротивления.

Вольтметр измеряет результирующее падение напряжения на сверхточном резисторе, измеряя через неизвестные резисторы, подключенные к клемме 3 и клемме 4. Входное сопротивление вольтметра очень, очень высоко по сравнению с неизвестными резисторами, поэтому неизвестные резисторы имеют практически нулевой эффект (обычно менее 0,1 части на миллион).

Таким образом, ток течет через резистор 0,100 Ом, не подверженный влиянию неизвестных резисторов, и мы измеряем напряжение на 0.Резистор 100 Ом, не подвержен влиянию неизвестных резисторов.

И вот как работает 4-контактный резистор.

Итак, о каких ошибках мы беспокоимся, когда используем резисторы такого типа? Мы обычно измеряем эти ошибки в частях на миллион, или в расчете на миллион (одна промилле = 0,0001%).

Существует пять основных источников ошибок: погрешность калибровки, индуктивность, температура, старение и контакты металл-металл.

• Национальный институт стандартов и технологий США калибрует стандартный резистор PSL с погрешностью 0.5 PPM — устанавливает абсолютный предел неопределенности измерений в PSL
• Резистор обычно изготавливается из отрезка провода, намотанного на катушку; В большинстве прецизионных резисторов направление обмотки меняется на половину оборота, чтобы минимизировать индуктивность. Тем не менее, оптимальная точность достигается при 0 Гц или DC. Даже при типичных частотах мощности в несколько десятков герц индуктивность может вносить погрешности в несколько PPM
• Проволока изготовлена ​​из материала с минимальным температурным коэффициентом.Тем не менее, изменение степени или двух может привести к ошибкам от десятков до сотен частей на миллион. Это не только температура окружающей среды масляной ванны, либо; мы должны беспокоиться о саморазогреве, когда пропускаем ток через резистор. Таким образом, контроль температуры играет важную роль
• Все резисторы меняют значения при старении. Большинство исследований показывают, что в течение первых нескольких лет жизни резистора происходит первоначальное старение (иногда это происходит с намеренным ускорением при нагревании), а затем резистор стабилизируется.По этой причине PSL предпочитает калибровочные резисторы, которым не менее 25 лет.
• Важно учитывать гальванические напряжения, возникающие при контакте разнородных металлов. Хотя значение неизвестных резисторов не влияет на функцию калибровочного резистора, даже микровольт гальванического напряжения на клемме 3 или клемме 4 будет влиять на показания 10 PPM при 1 ампере. Поэтому мы очень осторожно используем правильные типы разъемов для измерительных проводов на этих клеммах (и на клеммах вольтметра)

Вопросы? Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации