FUNKČNÍ ZPŮSOBILOST. Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc. Úvod Podmínky spolehlivosti Mezní hodnoty přetvoření Důsledky přetvoření na použitelnost

Transkript

1 MEZNÍ STAVY POUŽITELNOSTI A FUNKČNÍ ZPŮSOBILOST KONSTRUKCÍ Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc. ČVUT v Praze - FSv katedra betonových a zděných ýhkonstrukcí kí Obsah prezentace: t Úvod Podmínky spolehlivosti Mezní hodnoty přetvoření Důsledky přetvoření na použitelnost - poškození příček - poškození dlažeb Trhliny a použitelnost konstrukcí - ranné trhliny v deskách - ranné trhliny ve stěnách Selhání kotvení

2 Mezní stavy yp použitelnosti (MSP) - omezení napětí v betonu a ve výztuži - omezení přetvoření - omezení kmitání - omezení trhlin Použitelnost - po určitou dobu degradace vlastností konstrukce v důsledku zatížení, objemových změn, koroze Návrhová životnost zbytková životnost MSP - zatím v normách deterministické pojetí Životnost t a trvanlivost t Návrhová životnost (EN 1990) zamýšlená doba po kterou konstrukce nebo její část má být používána pro zamyšlený účel při předpokládané údržbě bez větších nezbytných oprav Trvanlivá konstrukce - po dobu požadované životnosti musí splňovat požadavky z hlediska únosnosti, stability a použitelnosti 4

3 Trvanlivost je ovlivněna: - návrhem, použitými materiály, provedením, používáním, údržbou; - druhem a rozdělením pórů v betonu, - náchylností výztuže ke korozi; - interakcí konstrukce a prostředí mechanismus porušování 5 Konstrukční návrh Materiály Provádění Prostředí Tvar Beton Odbornost Vlhkost Konstruování Výztuž Teplota Druh a rozdělení pórů v betonu Transportní mechanismus Degradace betonu Degradace výztuže Fyzikální Chemická a biol. Koroze Chování konstrukce 6

4 Postup degradace beton, výztuž Karbonatace CO 2 Chloridy Penetrace Cl Koroze O 2 Další H O 2 Rozhodující vlastnosti: Kvalita vnější betonové vrstvy Tloušťka betonové ékrycí vrstvy propustnost pórovitost difúze 7 Beton současný stav Požadavky na typový beton ČSN EN 206-1: - třída cementu (většinou s přihlédnutím k trvanlivosti) - stupně ě agresivity (min. c, max..w, pórovitost) - zpracovatelnost - další vlastnosti (mrazuvzdornost, os nepropustnost atd.) Je z hlediska trvanlivosti určující charakteristikou třída betonu C f ck / f cube,k? Co druh a třída cementu atd. Při určování tloušťky krycí vrstvy se přihlíží k třídě bt betonu, životnosti, tikontroly výroby apod. 8

5 poškození počáteční propagační období období životnost Modely porušování přijatelná mez Počáteční období - překonání ochranné bariéry korozívními činiteli (karbonatace, penetrace chloridů, ukládání sulfátů) Propagační období - aktivní rozrušování výztuže zrychlující se v čase 9 Průběh ůběhdegradace d překonání ř pasivní ochrany 10

6 Průběh ůběhdegradace d propagace koroze výztuže 11 Vliv požadované délky životnosti Tloušť ťka v cm 60 Betonová krycí vrstva: nominální hodnota 40 0,5 nominální hodnoty 20 chloridy penetrace Životnost - návrhová: 100 roků - skutečná: 15 roků 100 roky 12

7 Přístup k navrhování s přihlédnutím k požadované životnosti Deterministický používán; upřesňován na základě charakteristik prostředí, poznatků o transportu korozívních činitelů a modelů porušování materiálů Pravděpodobnostní - přihlížející k požadované životnosti; zatím pro upřesňování, neboť je třeba znát: - statistické rozdělení vlastností materiálu, včetně vlivu složení betonu v závislosti na agresivních činitelích -statistické ti ti rozdělení vlivů ů prostředí i v závislosti na geografické poloze atd. 13 MSP - mají zajistit aby nedošlo k poškození následkem nadměrného stlačení betonu anebo velkým tahovým napětím ve výztuži ke kmitání způsobujícímu nepohodu lidí, omezení funkčnosti k trhlinám v betonu nepříznivě ovlivňujícímu vzhled, trvanlivost, funkčnost konstrukce k přetvoření nepříznivě ovlivňujícímu vzhled, trvanlivost, funkčnost konstrukce 14

8 Podmínka spolehlivosti pro mezní stav přetvoření v deterministickém tvaru α α, α lim,infinf lim,sup Pravděpodobnost že nenastane jev P(x) je větší než předem určená pravděpodobností p p rel P ( α αlim,inf, αlim,sup ) prel V normách hdeterministické i ti pojetí tíαα im,inf = 0 α α lim kde α lim = α lim,sup je mezní hodnota přetvoření Obdobně lze psát pro napětí, šířku trhlin apod. 15 ISO 4356 Přetvoření uprostřed prvku Přetvoření na koncích prvku 16

9 Požadavky na mezní přetvoření: -konstrukční omezit nepříznivý vliv přetvoření na nosné i nenosné konstrukce, pevné i pohyblivé součásti - provozní - omezit nepříznivý vliv přetvoření na na technologická a dopravní zařízení -fyziologické zamezit nepříznivému vlivu kmitání na osoby a zvířata uvnitř objektu - vzhledové - omezit nepříznivý vzhledový účinek přetvoření na osoby v objektu nebo jeho okolí 17 Sjednocení některých hodnot mezních přetvoření pro konstrukce z různých materiálů? - hodnoty odvozeny ze zkušeností - svázány se způsobem výpočtu - variabilita přetvoření závisí na druhu materiálu - úroveň přesnosti výpočtu závisí na druhu konstrukce vystižení okrajových podmínek - časový činitel u betonu dotvarování - hodnoty mezních přetvoření ovlivňují hospodárnost 18

10 Nedodržení požadavků: - konstrukčních příčky: trhliny, vybočení, drcení, opadávání obkladů obvodový plášť: netěsnost, trhliny, porušení obkladů, zasklení střechy: vytváření louží, porušení krytin podhledy: vlnění, uvolňování podhledů stropy a svislé konstrukce: uvolňování keramických dlažeb, špatná funkce oken a dveří, poruchy výtahů, poruchy rozvodů vody, kanalizace, plynu 19 - provozních závady v provozu technologických zařízení závady v chodu jeřábů, nerovinnost podlah - naklánění regálů a špatná funkce regálových zakladačů - fyziologických znepokojení osob nacházejících se v objektu - vzhledových znepokojení uživatelů při jistých přetvoření ř ř ploch, svislých hhran 20

11 ČSN EN Požadavky na mezní přetvoření: - kriterium vzhledu a obecné použitelnosti 1/250 rozpětí při kvazistálém zatížení s možností kompenzace 1/250 rozpětí - kriterium poškození přilehlé konstrukce 1/500 rozpětí při kvazistálém zatížení po zabudování prvku - přesvědčit se zda mezní hodnoty yjsou vhodné další údaje ISO 4356 Deformation of buildings at serviceability limit states 21 Poškození příček příčky tuhé a netuhé zatížení příčkami (ČSN ) (ČSN EN ) 22

12 Mezní přetvoření: po zabudování příčky l/500 cihelné nevyztužené příčky; l/300 tužší příčky 23 Doporučení: - vápenocementové příčky vyztužit betonářskou ocelí, pásky ypřipojenými p k nosné konstrukci tuhá příčka - nevyztužené příčky vyzdívat a omítat co nejpozději -oddělení příček od stropní konstrukce 24

13 Mezní přetvoření: cihelné nevyztužené příčky L/H cca 10 mm 25 Mezní přetvoření: porušení příček - vodorovnými silami H/500 - smršťováním, přetvořením horní konstrukce oddělení příčky od konstrukce 26

14 Kontrola sklonu po zabudování příčky 1/200 rad 27 Rozdíl dílteplot tve sloupech min ( l/300, 15 mm) 28

15 Rámové konstrukce obr. a: nevyztužené,,popř. p s výplněmi jež snesou přetvoření: f lim = H/500; f 1,lim = 20 mm; ψ lim 0,005 rad obr. b: s nosnými ztužujícími í stěnami f lim = H/ Poškození dlažeb,,podlah 30

16 31 Vytváření louží narušování krytiny 32

17 Výpočet průhybu: Beton modul pružnosti, smršťování, dotvarování Požadavky na typový beton ČSN EN 206-1: - třída cementu (většinou s přihlédnutím k trvanlivosti) - stupně agresivity (min. c, max. w, pórovitost) - zpracovatelnost - další vlastnosti (mrazuvzdornost, nepropustnost atd.) Současný stav: jemnozrnné betony, přísady menší moduly pružnosti než odpovídají třídě betonu podle ČSN EN Trend: štíhlé konstrukce, větší zatížení, brzké odbedňování výpočtové programy využití konstrukce 33 Ranné trhliny Hydratační č íteplo 34

18 Smršťování ε cs = ε cd + ε ca ε = 25(f -6 2t 0,5 ca ( ) 2,5 ck 10). 10 ; β as (t) = (1 exp(-0,2 )

19 Vznik iktrhlin Omezení volného přetvoření

20 Kontrola šířky trhlin bez přímého výpočtu Pro trhliny vyvozené převážně vynuceným přetvořením -při použitém φ výztuže musí napětí σ s, použité ve vztahu pro A s,min, odpovídat požadované šířce trhliny ( viz graf, event. tabulka v normě) Pro trhliny vyvozené převážně zatížením - připoužitémφpoužitém φ musí napětí σ s, použité ve vztahu pro A s,min, odpovídat požadované šířce trhliny ( viz graf, event. tabulka v normě), napětí σ s lze též stanovit podle maximální vzdálenost výztužných prutů s ( viz graf, event. tabulka v normě) Základová deska - tření v základové spáře Velikost třecí síly závisí na - velikosti zatížení ve spáře, - rovinnosti tikontaktní kt spáry, - součiniteli tření μ mezi deskou a podložím, - vodorovné nedeformovatelnosti horních vrstev zeminy

21 Tahová síla F ct,eff v základové desce vznikající při jejím pokluzu na podloží F ct,eff = γ μ σ 0 l 0 /2, γ součinitel spolehlivosti v MSP - γ = 1,0, μ součinitel tření podle tabulky 3, σ 0 napětí v základové spáře od vlastní tíhy desky a užitného zatížení v MN/m 2, l 0 /2 polovina délky desky za předpokladu pokluzu desky od jejího středu Pokud platí F ct,eff F cr = k c k f ct,eff A ct navrhneme výztuž na sílu F ct,d = F ct,eff Deska na podloží bez pokluzu vznik prvních trhlin Tahová síla v betonu vznikající v základové desce krátce před vznikem trhlin v důsledku uniku hydratačního tepla je F ct,eff = k c k f ct,eff A ct na tuto sílu navrhneme výztuž

22 43 Omezení volného přetvoření stěny 44

23 Omezené přetvoření stěny -smršťování, teplota 46

24

25 Omezené přetvořením při smršťování a změnách teploty (ČSN EN ) a) b) Šířka trhliny: w ε ε a) b) k = s r, max ( ε sr ε cm ) = 0,5 α e k c kfct, eff { 1 + 1/ ( α e ρ ) } / Es ( ε sr ε cm ) = Rε free R - součinitel omezení osových přetvoření sm cm a) Stěna na základu b) Deska s vetknutými konci

26 c)stěna vetknutá po 2 přileh. str. L/H > 8 R u základu 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 R ve vrcholu 0,0 0,0 0,05 0,3 0,5 d)stěna vetnutá po 3 stranách Součinitel omezení osového přetvoření R Selhání kotvení stropní konstrukce 52

27 53 Primární příčinou selhání bylo použití rychle tuhnoucího epoxidu, který ztrácí pevnost v průběhu času 54

28 55 56

29 Pro zjištění únosnosti a bezporuchovosti kotvení bylo třeba uvažovat: Podmínky instalace v monolitickém betonu Průměr korunky vrtáku Stálé a proměnné zatížení působící na kotvu Proměnné zatížení působící na beton (trhliny) Šířka trhlin Podmínky prostředí + znečištění ovzduší + alkalita, agresivní prostředí + vlhkost + teplota betonu při instalaci, provozní teplota Minimální rozměry konstrukčního prvku Charakteristiky použitých materiálů 57