Projevy dotvarování a smršťování betonu na mostech

Transkript

1 PŘEDNÁŠKY

2 Projevy dotvarování a smršťování betonu na mostech 1. Redistribuce vnitřních sil 2. Vývoj deformací (typicky nárůst průhybů)

3 Parrotts Ferry Bridge Californie, USA, 1978

4 Příklady mostů s nadměrnými průhyby Příklady mostů s nadměrnými průhyby č. Země Most Rozpětí Dokončení Statický systém [m] 1 Česká republika Zvíkov - Vltava 84 Klouby v polích Česká republika Zvíkov - Otava 84 Klouby v polích Česká republika Želivka 102 Klouby v polích Česká republika Teplice 53 Segmentový Česká republika Děčín 104 Spojitý nosník Česká republika Mělník 140 Spojitý nosník Česká republika Klabava 55 Segmentový Velká Britanie Cogan 95 Segmentový Velká Britanie Grangetown 72 Segmentový USA Parrots-Ferry 195 Spojitý, lehký beton Švýcarsko La Lutrive 131 Klouby v polích Švýcarsko Chillon 104 Klouby v polích Švýcarsko Fegire 107 Spojitý nosník Švýcarsko Paudeze 104 Spojitý nosník Švédsko Stenungsund 94 Klouby v polích 16 Švédsko Tunsta 107 Klouby v polích Švédsko Alno 134 Klouby v polích Švédsko Kallosund 107 Klouby v polích Norsko Nordsund 142 Klouby v polích Holandsko Wessem 100 Spojitý nosník Holandsko Maastricht 112 Spojitý nosník Holandsko Grubbenvorst 121 Spojitý nosník Holandsko Empel 120 Spojitý nosník Holandsko Heteren 121 Spojitý nosník Holandsko Ravenstein 140 Spojitý nosník 1975

5 Je zcela zřejmé, že změny deformací ovlivňuje dotvarování a smršťování betonu

6 Pokud průhyby sledují jiný průběh než je dán výpočtem, potom u staticky neurčitých konstrukcí jsou nepřesné i výsledky výpočtu vnitřních sil, neboť plynou z jejich redistribuce vyvolané dotvarováním, příp. též smršťováním betonu, obvykle při mnohonásobné změně statického systému konstrukce během výstavby

7 Příklad - most přes Labe u Mělníka Praktický příklad - most přes Labe u Mělníka

8 Most přes Labe u Mělníka

9 Vývoj deformace mostu v Mělníku (rozpětí 140m) Průhyb [mm] Naměřené průhyby uprostřed rozpětí vlevo Left vpravo Right Čas [roky]

10 Most přes Otavu u Zvíkova

11 Most přes Otavu u Zvíkova

12 Most přes Otavu u Zvíkova Výsledky měření vývoje průhybů 160 Bridge over Otava River Deflection [mm] Hinge 1 Hinge Time [Days]

13 Most La Lutrive?

14 Měření na mostě přes Ohři 3 segmenty s tenzometry 12 kabelů měření změn napětí Uvnitř komory umístěny vzorky betonu a zde měřeno dotvarování a smršťování

15 Most přes Ohři

16 Most přes Ohři Výsledky měření vývoje poměrných deformací 1000 Segment 1B - Top flange 800 Microstrain Left cantilever Left corner Right corner Right cantilever Age of concrete [days]

17 Most přes Ohři Výsledky měření vývoje poměrných deformací 1400 Segment 14C - Bottom flange Microstrain Left corner steel Left corner concrete Midwidth Right corner steel Right corner concrete Age of concrete [days]

18 Střídavé namáhání při konzolové výstavbě

19 Pro vyjádření nárůstu průhybů však nestačí pouze zdokonalit funkci popisující dotvarování betonu

20 Další faktory významné pro nárůst průhybů vliv stálého zatížení na dlouhodobé deformace je jiný než vliv předpětí vlivy smykových deformací stěn a ochabnutí smykem uspořádání předpětí ve stavebních stavech může významně ovlivnit vývoj průhybů v konečném statickém schématu relaxace napětí v předpínací výztuži objemové změny betonu ovlivňují ztráty předpětí v případě vzniku trhlin, resp. mikrotrhlin, dochází k nelineárnímu působení betonu, které může též vyvolat změny tuhostních relací a tím i druhotné přeskupení vnitřních sil vliv opakovaného příp. dynamického zatížení

21 Hlavní zásady pro omezení nadměrných průhybů komorových mostů navrhovat konstrukce robustní (odolné proti nejistotám ve vlastním působení a málo citlivé na změnu parametrů) volit vhodně poměry rozměrů a dalších charakteristik konstrukce konstrukce vybavit dalšími možnostmi pro dodatečné předpínání, nejen pro případ poruch, ale i pro případ nutnosti vyššího zatížení výpočty založit na nejnovějších poznatcích a výsledcích výzkumu respektovat skutečné podmínky materiálové, geometrické, časové a okolního prostředí monitorovat existující konstrukce během výstavby a provozu a získat tak poznatky pro použití v nových projektech

22 Dy z = [j(t, t 0 ) - j(t r, t 0 )] y z = F(t, t 0, t r ) y z [ ] [ ][ ] [ ] [ ] 2 2 ),, ( ),, ( ),, ( ),, ( o r i o r i i o r i i o r i z t t t F t t t F n t t t F t t t F n y Σ Σ Σ Σ Σ = η η Extrapolace vývoje průhybů mostů zpředpjatého betonu regrese založená na metodě nejmenších čtverců Vývoj nárůstu průhybů reologicky homogenní mostní konstrukce v konečném statickém systému vyvolaný dotvarováním betonu hledaná multiplikační konstanta průhybu

23 Průběh aproximační funkce y F η ι Měřené hodnoty t r t čas

24 Předpětí stavebních stavů komorových mostů pro minimalizaci nárůstu dlouhodobých průhybů

25 Pro funkci mostu je významný zejména nárůst průhybů v konečném statickém systému, v průběhu provozu mostu a celé doby užívání

26 Úkoly předpětí zajistit výhodné rozložení napětí v průřezu ovlivnit přetvoření konstrukce a jeho časový vývoj Stejné uspořádání předpětí nemusí být nejúčinnější pro dosažení obou těchto cílů

27 První úkol (napěťové stavy) je pro projektanta samozřejmý, a proto se budeme zabývat druhým efektem: Posoudit jak uspořádání předpětí ovlivní průhyby mostů a jejich časový vývoj

28 Účinnost kabelů ukotvených v různých průřezech na konstrukci ve stavebním stádiu na redukci průhybů vkonečném statickém systému

29 Předpětí ve stavebních stavech samozřejmě ovlivňuje vývoj průhybů mostu v konečném statickém systému. Přírůstek průhybu lze vyjádřit Dy z = [j(t, t 0 ) - j(t r, t 0 )] y z kde y z je pružný průhyb konstrukce v konečném statickém systému vyvolaný předpětím ve stavebním stavu

30 Nízké hodnoty průhybu ve stavebních stavech vyvolané předpětím nemusí znamenat nízké dlouhodobé průhyby v konečném statickém systému

31 příklad předpětí v horní desce konzolového stavebního stavu Předpětí je účinné na průhyby v konzolovém stavu Předpětí je velmi účinné v konzolovém stavu. Předpětí je zcela neúčinné na průhyby konstrukce v konečném statickém systému.

32 Účinnost předpětí kabely vedenými vhorní desce při konzolové výstavbě na hodnotu průhybu středu hlavního pole konstrukce parametrická studie M I G E C A P R T V X Z X V T R P A C E G I M K H F D B Q S U W Y Y W U S Q B D F H K 0,6L L 0,6L proměnnost průřezu vyjádřená poměrem n = J p /J o n = 1,..,,20

33 Přímý předpínací kabel je ukotven ve dvou průřezech M I G E C A P R T V X Z X V T R P A C E G I M K H F D B Q S U W Y Y W U S Q B D F H K 0,6L L 0,6L jak účinný je kabel ukotvený jedním koncem v krajním poli v průřezu i (i = A,.,M) a druhým koncem v hlavním poli v průřezu j (j =P,.,Z), na velikost průhybu uprostřed rozpětí hlavního pole mostu pro řadu hodnot n charakterizujících proměnnost průřezu nosníku

34 M I G E C A P R T V X Z X V T R P A C E G I M K H F D B Q S U W Y Y W U S Q B D F H K 0,6L L 0,6L Stiffness ratio 20 The tendon anchored in the side span at A B C D E F G H I K M P 1,000 1,638 2,443 3,479 4,832 6,629 8,928 11,625 14,410 16,675 18,397 Q 1,556 2,194 2,998 4,035 5,387 7,184 9,483 12,180 14,965 17,231 18,952 R 2,167 2,805 3,610 4,646 5,998 7,795 10,094 12,791 15,576 17,842 19,563 S 2,825 3,463 4,268 5,305 6,657 8,454 10,753 13,450 16,235 18,501 20,222 The tendon anchored in the main span at T 3,468 4,106 4,911 5,948 7,300 9,097 11,396 14,093 16,878 19,144 20,865 U 3,960 4,598 5,403 6,440 7,792 9,589 11,888 14,585 17,370 19,636 21,357 V 4,000 4,638 5,443 6,479 7,832 9,629 11,928 14,625 17,410 19,675 21,397 W 3,135 3,773 4,578 5,614 6,967 8,763 11,063 13,760 16,544 18,810 20,532 X 0,881 1,519 2,324 3,360 4,713 6,510 8,809 11,506 14,290 16,556 18,278 Y -2,969-2,331-1,526-0,490 0,863 2,660 4,959 7,656 10,440 12,706 14,428 Z -8,341-7,703-6,898-5,862-4,510-2,713-0,413 2,283 5,068 7,334 9,056

35 Účinnost různě ukotvených kabelů pro proměnnost tuhostí n = 20 25,000 20,000 15,000 20,000-25,000 účinnost 10,000 5,000 15,000-20,000 10,000-15,000 5,000-10,000 0,000-5,000-10,000 A B C D E F G H I K M P T X průřezy ve středním poli 0,000-5,000-5,000-0,000-10,000--5,000 průřezy v krajním poli

36 účinnost kabelu pro redukci průhybů je příznivě ovlivněna ukotvením kabelu: v krajním poli mostu ve větší vzdálenosti od vnitřní podpory ve středním poli mostu Proměnnost průřezu: poměr n Ukotvení v průřezu S T U U V M I G E C A P R T V X Z X V T R P A C E G I M K H F D B Q S U W Y Y W U S Q B D F H K 0,6L L 0,6L

37 krátký nadpodporový kabel je mnohem méně účinný než kabel delší vhodným ukotvením je možno dosáhnout mnohem větší účinnosti v porovnání s případem krátkého kabelu. Toto zvýšení účinnosti vzrůstá s proměnností průřezu u nosníku ve sledované studii s nejvíce proměnným průřezem je toto zvýšení více než 20 násobné

38 Nevhodným ukotvením lze dosáhnout toho, že takovýto kabel bude naopak napomáhat k dlouhodobému nárůstu průhybu středního pole jsou to kabely kotvené ve středním poli daleko od podpory a naopak v krajním poli blízko podpory

39 Závěr Při rozhodování o rozmístění a ukotvení předpínacích kabelů: nejen co nejefektivnější řešení napěťových relací, ale i účinnost kabelů pro minimalizaci nárůstu průhybů mostu v pozdějších obdobích jeho funkce.