KOVOVÉ MOSTY 1 TECHNOLÓGIA A MANAŽMENT STAVIEB 3. ROČNÍK BC. ŠTÚDIA SPRIAHNUTÉ MOSTY

Transkript

1 KOVOVÉ MOSTY 1 TECHNOLÓGIA A MANAŽMENT STAVIEB 3. ROČNÍK BC. ŠTÚDIA SPRIAHNUTÉ MOSTY

2 SPRIAHNUTÉ MOSTY- ÚVOD betón v tlaku a oceľ v ťahu (vhodné vlastnosti oboch materiálov) železobetónová doska ako mostovka zabezpečením prenosu šmykových síl medzi železobetónovou doskou a oceľovým prierezom vzniká spriahnutý prierez výhody: značná úspora ocele (časť nosníka sa nahradí betónom) ŽB doska je: mostovkou pozdĺžnym stužením súčasťou tlačených pásov hlavných nosníkov menšia tiaž ako ŽB mosty jednoduchá realizácia s narastajúcim rozpätím konštantná spotreba betónu veľká ohybová tuhosť oproti oceľovým mostom prepojenie oboch častí spriahnutého prierezu pomocou prvkov spriahnutia

3 PRVKY SPRIAHNUTIA prenášajú pozdĺžnu šmykovú silu, ktorá vzniká v mieste spojenia medzi oceľovou a betónovou časťou spriahnutého prierezu blokové zarážky starší typ spojenia doplnené kotvami z betonárskej výstuže pre lepší prenos zvislých šmykových síl prútová zarážka T-zarážka C-zarážka podkovová zarážka

4 PRVKY SPRIAHNUTIA kotvy a slučky starší typ spojenia väčšinou v spojení s blokovými zarážkami skrutky vysokopevnostné skrutky v kombinácii s prefabrikovanou mostovkou výhody: možnosť významného zmenšenie účinkov zmrašťovania nevýhody: zmenšovanie trecej sily vplyvom reológických zmien a malá ťažnosť spriahnutia

5 spriahovacie tŕne najviac používané spriahovacie prvky PRVKY SPRIAHNUTIA d d h d =h-h s 8,0 8,0 10,0 10,0 12,0 h á á 50

6 PRVKY SPRIAHNUTIA perforované pásy niekoľko typov, prevažne chránené patentami do otvorov v perforovanom páse vloží betonárska výstuž

7 DISPOZIČNÉ RIEŠENIE MOSTY POZEMNÝCH KOMUNIKÁCIÍ Spriahnuté oceľobetónové trámové mosty pre malé a stredné rozpätia niekoľko hlavných nosníkov spriahnutých s hornou železobetónovou doskovou hlavné nosníky sú spojené vo vzdialenostiach 6-10 m priečnymi stužidlami rámové alebo priehradové stužidlá hlavné nosníky + stužidlá = nosníkový rošt (tuhý alebo poddajný) vzdialenosť hlavných nosníkov od 2,0 do 5,0 m doska hrúbky min. 250 mm

8 DISPOZIČNÉ RIEŠENIE MOSTY POZEMNÝCH KOMUNIKÁCIÍ v súčasnej dobe - nosné systémy s minimálnym počtom hlavných nosníkov vzdialenosti hlavných nosníkov až 8,0 m hrúbka železobetónovej dosky až 400 mm úspora ocele možnosť priečneho predopnutia ŽB dosky použitie filigránov

9 DISPOZIČNÉ RIEŠENIE MOSTY POZEMNÝCH KOMUNIKÁCIÍ Spriahnuté mosty s uzavretým jednokomorovým alebo viackomorovým prierezom výhodné riešenie veľká torzná tuhosť výhoda pri mostoch v oblúku pre široké mosty

10 DISPOZIČNÉ RIEŠENIE MOSTY DRÁHOVÝCH KOMUNIKÁCIÍ pri dolnej mostovke spriahnutie s priečnikmi resp. pozdĺžnikmi pri hornej mostovke spriahnutie s hlavnými nosníkmi mostovková doska slúži aj ako vaňa pre koľajové lôžko najčastejšie dva hlavné nosníky (os. vzdialenosť nosníkov 2,60 až 2,80 m) pri menšej stavebnej výške štyri hlavné nosníky (cca po 1,4 m)

11 DISPOZIČNÉ RIEŠENIE MOSTY DRÁHOVÝCH KOMUNIKÁCIÍ pri dvojkoľajných mostoch štyri plnostenné nosníky dva komorové nosníky hrúbka dosky = mm spojité mosty záporný ohybový moment na pilierom

12 STATICKÝ VÝPOČET Zásady analýzy spriahnutých oceľobetónových mostných konštrukcií zväčša sa počítajú podľa teórie I. rádu spriahnutá mostná konštrukcia správa ako priestorovo tuhý systém rovinné alebo priestorové výpočtové modely vplyvy dotvarovania, zmrašťovania aj vplyv teploty (pri MSP) Zaťaženie spriahnutých mostných konštrukcií a vplyv montážneho postupu výstavby vo všeobecnosti zaťaženie rozdeľujeme na stále a premenné stále zaťaženie prvá časť zaťaženia pôsobí už pred zatvrdnutím železobetónovej dosky druhá časť začína pôsobiť na spriahnutú konštrukciu, keď betón získa dostatočnú pevnosť veľký vplyv postupu montáže mosta betonáž dosky bez podopretia nosníkov realizácia na podpernej skruži výpočet vnútorných síl pružnostný výpočet neuvažuje sa betón v ťahu časové úseky (most uvedený do prevádzky, koniec životnosti mosta,...)

13 STATICKÝ VÝPOČET Zjednodušená globálna analýza spriahnutých mostov konštrukcia sa rozdelí na jednotlivé nosníky spriahnuté s doskou šírka dosky sa určí na základe spolupôsobiacej šírky, ktorá zohľadňuje ochabnutie normálových napätí vplyvom šmyku (šmykové ochabnutie) beff b0 i bei L i bei e 0,55 0, 025 1, 0

14 STATICKÝ VÝPOČET Ekvivalentné rozpätie na určenie spolupôsobiacej šírky pre b eff,1 1) L e = 0,85 L 1 3) L e = 0,7 L 2 pre b eff,2 2) L e = 0,25 (L 1 + L 2 ) 4) L e = 2 L 3

15 Vplyv trhlín v betóne v ťahaných oblastiach STATICKÝ VÝPOČET Momenty na nosníku bez trhlín (s tuhosťou EI 1 ) Momenty na nosníku s trhlinami (s tuhosťou EI 2 ) M M red

16 STATICKÝ VÝPOČET Metóda náhradného dokonale tuhého priečneho stužidla 1 a ai ai,1 ai,2 n i n 2 ei i a e e

17 STATICKÝ VÝPOČET Globálna analýza pomocou priestorových výpočtových modelov voľba výpočtového modelu typ nosnej konštrukcie náročnosť vstupov očakávané výstupy softvérové možnosti nadobudnuté skúsenosti základné typy modelov roštová náhrada dosko-prútový model škrupinový model objemové konečné prvky

18 Roštová náhrada STATICKÝ VÝPOČET

19 Dosko-prútový model STATICKÝ VÝPOČET

20 Škrupinový model STATICKÝ VÝPOČET

21 ELEMENTS Objemové konečné prvky MAT NUM STATICKÝ VÝPOČET OCT :42:42 Z Y X 1 NODAL SOLUTION STEP=4 SUB =64 TIME= SX (AVG) RSYS=0 DMX =2.347 SMN =-.209E+09 SMX =.590E+09 OCT :42:26 MN Z Y X MX

22 STATICKÝ VÝPOČET Účinky trhlín v betónovej doske záporný moment v oblastiach nad medziľahlými podperami konštrukcie bez tlakovej rezervy = trhliny v betónovej doske tlaková rezerva predpätie montážne postupy pri návrhu treba zohľadniť vplyv šírenia trhlín ťahové spevnenie betónu medzi trhlinami

23 STATICKÝ VÝPOČET štádiá: a, vysoká ohybová tuhosť b, vznik nových trhlín v betóne tuhosť sa mení c, ťahové spevnenie betónu, nevznikajú nové trhliny iba sa zväčšujú, predpokladáme prierez bez betónovej časti Krivosť Tuhosť

24 STATICKÝ VÝPOČET možnosti riešenia: priamo, definovaním materiálového modelu s možnosťou vzniku trhlín modelovaním spriahnutého trámu po úsekoch (dvojitý výpočet) nahradením vplyvu ťahového spevnenia iným účinkom s rovnakým vplyvom na ohybovú tuhosť (zaťažovací stav v modeli) tzv. omega metóda

25 STATICKÝ VÝPOČET Aproximácia zaťaženie prídavnými pootočeniami pri výpočte trhlín

26 STATICKÝ VÝPOČET Dotvarovanie objemová zmena betónu spôsobená vplyvom vonkajšieho zaťaženia dlhodobý účinok Relaxácia fenomén, ktorý charakterizuje prejavy dlhodobých deformácií betónu ak zabránime prvku, aby v ňom mohli prebiehať pretvorenia od dotvarovania, pôvodné napätie sa znižuje a dochádza k relaxácii

27 STATICKÝ VÝPOČET Výpočet dotvarovania primárne účinky ovplyvňujú rozdelenie napätosti v spriahnutom tráme dotvarovaním betónovej dosky v rámci priečneho rezu sekundárne účinky reprezentujú vplyvy redistribúcie napätí v rámci prierezov na modifikáciu odozvy na zaťaženie po dĺžke nosníka nl n0 1 L t n0 Ea Ecm (t,t ) (t,t ) relaxačná metóda 1. krok - predpokladáme, že konštrukcia je pevne upnutá, čím je prírastok deformácií nulový (t) (t ) 1 (t ) t 0 0 t 1 L t 2. krok - fiktívne sily v upnutí akciami excentricky pôsobia na spriahnutý prierez

28 Výpočet dotvarovania STATICKÝ VÝPOČET

29 STATICKÝ VÝPOČET Výpočet zmrašťovania podobne ako dotvarovanie 1. krok - predpokladáme fiktívnu väzbu, ktorá bráni skráteniu betónovej dosky vyvolávanému zmrašťovaním N A E A cs cs c cs c c 2. krok - fiktívnu väzbu uvoľníme. Necháme teda opačne orientovanú tlakovú silu N cs pôsobiť v ťažisku dosky excentricky na spriahnutý oceľobetónový prierez cs N cs = E c cs A c N cs = E c cs A c + N cs + N cs cs z cs + = z cs

30 STATICKÝ VÝPOČET Overovanie medzných stavov únosnosti klasifikácia prierezu zanedbáva sa pevnosť betónu v ťahu tuho-plasticitná teória pri výpočte plastického momentu odolnosti medzi konštrukčnou oceľou, výstužou a betónom je úplná interakcia efektívna plocha konštrukčnej ocele je namáhaná v ťahu aj v tlaku na úrovní návrhovej hodnoty pevnosti ocele efektívna plocha pozdĺžnej výstuže je namáhaná v ťahu alebo tlaku na úrovní návrhovej pevnosti výstuže efektívna tlačená plocha betónu prenáša napätie 0,85f cd, rovnomerne rozdelené po celej výške medzi krajným tlačeným vláknom a plastickou neutrálnou osou

31 Neutrálna os v doske a) zpl STATICKÝ VÝPOČET b eff 0,85 f cd N c zpl /2 hc M pl,rd ea ha N a f yd b) ha hc zpl N N c a b z 0,85 f A f z b eff eff pl cd a yd pl eff Af a yd b 0,85f cd f yd N c N c f N a1 yd 2N a1 M pl,rd pl pl,rd a a a yd a M N e N a N a2 A f e hc /2 ea1 ea2 z zpl 2 2 ea c) c b eff f sd N s1 es1 es2

32 ha Neutrálna os v nosníku M pl,rd STATICKÝ VÝPOČET N a f yd e b) zpl b eff N c N c hc /2 c) ha hc ha hc N N N c a1 a2 zpl b eff hc hc M pl,rd Na1 ea1 Na2 ea2 2 2 f yd f yd f sd f yd N s1 N s2 N a1 N a1 N a2 2N a1 N a es1 es2 M pl,rd M pl,rd ea1 ea2 ea1 ea2 ea hc hc hc hc M pl,rd Na ea 2Na1 e a1 Aafyd ea 2Aa1f yd ea1f yd N a2

33 ha STATICKÝ VÝPOČET f N a1 yd Posúdenie prierezu namáhaného záporným ohybovým momentom 2N a1 M pl,rd ea2 ea f yd N a2 N a c) ha hc zpl b eff f yd f sd N s1 N s2 N a1 es1 M pl,rd es2 ea1 ea2 N a2 f yd

34 Overovanie medzných stavov používateľnosti STATICKÝ VÝPOČET posúdenie na prevádzkové zaťaženie pri výpočte napätí v priereze sa betónová časť redukuje pomerom modulov pružnosti ocele a betónu n = E a /E cm zohľadniť postup montáže medzné napätia limitné priehyby a deformácie

35 Minimálne vzdialenosti tŕňov KONŠTRUKČNÉ RIEŠENIA

36 REALIZOVANÉ MOSTY Puumalansalmi Bridge (FIN) dĺžka estakády je 781 m s hlavným poľom o rozpätí 140 m navrhnuté dvojité spriahnutie

37 Maria Skłodowska-Curie Bridge (POL) 800 m dlhý 10 poľový najväčšie rozpätie 160 m REALIZOVANÉ MOSTY

38 REALIZOVANÉ MOSTY Viaduc de Verrières (FRA) = 720 m výška štíhlych pilierov dosahuje 141 m

39 REALIZOVANÉ MOSTY Diaľničný most pri Sverepci (SVK) x m spriahovacie tŕne privárané na stavenisku

40 REALIZOVANÉ MOSTY Most "Hričovský kanál (SVK) Mostný objekt tvorí časť 2081 m dlhej estakády polí (spriahnutá + železobetónová časť)