OPTIMALIZACE NÁVRHU CB VOZOVEK NA ZÁKLADĚ POČÍTAČOVÉHO A EXPERIMENTÁLNÍHO MODELOVÁNÍ. GAČR 103/09/1746 ( )

Transkript

1 OPTIMALIZACE NÁVRHU CB VOZOVEK NA ZÁKLADĚ POČÍTAČOVÉHO A EXPERIMENTÁLNÍHO MODELOVÁNÍ. GAČR 103/09/1746 ( ) Dílčí část projektu: Experiment zaměřený na únavové vlastnosti CB desek L. Vébr, B. Novotný, P. Pánek Katedra silničních staveb, Fakulta stavební, České vysoké učení technické v Praze petr.panek@fsv.cvut.cz

2 OVĚŘENÍ PŘEDPOKLADU ZVÝŠENÉ ÚNAVOVÉ ODOLNOSTI CB DESEK Únavová odolnost cementového betonu je důležitou dílčí částí složité problematiky navrhování CB vozovek. Cílem experimentu bylo ověření příznivého deskového efektu na únavovou odolnost desek CB vozovky (resp. ověření zahraniční studie Roesler: Concrete Slabs Fatigue Tests r. 2005, USA) Základní otázky: - Je skutečná únavová odolnost CB desek vyšší než odhady založené na vztazích pracujících s hodnotami pevnosti v tahu za ohybu stanovenými na nosníkových vzorcích (trámečky 16x4x4cm)? - Jaký vliv by měla vyšší únavová odolnost dosazená do standartních posuzovacích vztahů na tl. CB krytu vozovek?

3 PŘÍPRAVA EXPERIMENTU Výroba a montáž zkušebního boxu

4 Box 2,0m x 1,5m x 1,0m Box uplatněn jako funkční vzorek již v roce 2009 (40 RIV bodů)

5 Volba podkladního materiálu hutnění - statické zatěžovací zkoušky ŠD tl. = 150mm» E def,2 = 84 MPa (E def,2 /E def,1 = 2.25) ŠD tl. = 300mm» E def,2 = 98 MPa (E def,2 /E def,1 = 1.98) ŠD tl. = 450mm» E def,2 = 148 MPa (E def,2 /E def,1 = 2.58)

6 ŠP tl. = 150mm» E def,2 = 49 MPa (E def,2 /E def,1 = 2.51) ŠP tl. = 300mm» E def,2 = 46 MPa (E def,2 /E def,1 = 2.84) ŠP tl. = 450mm» E def,2 = 60 MPa (E def,2 /E def,1 = 2.44) (vlivnanaměřený modul přetvárnosti má: blízkost ocelového dna boxu a bet. podlahy, důslednost ručního hutnění, vlhkost materiálu resp. ztráta vlhkosti během experimentů, dohutnění během testování desek). Pro experiment v dřevo ocelovém boxu vybrán kvůli větší homogenitě štěrkopísek (tl. 300mm).

7 Výroba CB desek, osazení tenzometry a snímači posunů Počet CB desek: 8ks Složení cementového betonu: Cement (42,5 R) 390 kg/m 3, voda 190 kg/m 3, kamenivo 1785 kg/m 3 (drobné kamenivo 0-4: 830 kg/m 3, hrubé kamenivo 8-16: 955 kg/m 3 ), Rozměry CB desek: 1400 x 1100 x 100 mm desky č.1 až č x 1100 x 80 mm deska č.8 Mechanické vlastnosti: pevnost v tlaku: f c 60 MPa, objemová hmotnost: ρ c 2350 kg/m 3, ohybová pevnost: f fl,beam 6 MPa.

8 Tenzometry osazeny v závislosti na poloze zatížení.

9 Zatěžování CB desek Cyklické zatížení bylo na desky přenášeno hydraulickým zatěžovacím válcem přes kruhovou zatěžovací oblast o poloměru 50mm. U desek č. 1 až č. 5 zatížení ve středu příčné hrany U desek č. 6 a č. 7 zatížení ve středu podélné hrany U desky č. 8 zatížení ve středu desky

10 Frekvence byla nastavena v rozmezí 4Hz 6Hz 0.5 kn do 8.25kN 0.5 kn do 16.50kN 0.5 kn do 33.00kN

11 Zaznamenávaná přetvoření a posuny

12 U desek č. 1ažč. 5 nedošlo ani po 1x10 6 cyklů k porušení CB desky. Přitom u desky č. 5bylo aplikováno zatížení 33kN. Deska č. 6,kterábylazatěžována oproti předchozím deskám na podélné hraně s max. silou 33kN, praskla po pouhých cca 250 cyklech zatížení. U desky č. 7, která byla zatížena stejně jako deska č. 6 na podélné hraně, bylopřistoupeno k plynulejšímu nárůstu zatížení. Ani při síle 33kN nedošlo k porušení desky (celkem 1.5x10 6 cyklů). Deska č. 8 (tl. 8cm) byla zatížena ve středu CB desky a bez porušení proběhlo pouze prvních 2,5 x10 5 cyklů (síla 10kN). Při náběhu na vyšší sílu (30 kn) v další etapě došlo k porušení desky.

13 Cílem experimentu bylo ověření Roeslerových závěrů o zvýšené únavové odolnosti CB desek Za základní hodnocení únavové únosnosti vybrána rovnice Dartera a Barenberga (1977) sestavená z výsledků únavových testů prováděných na trámečcích: N lim - σ - f fl,beam - log N lim 1 f fl, beam počet opakování zatížení do porušení, maximální hodnota ohybového napětí, pevnost v tahu za ohybu stanovená na trámečcích. Roeslerova rovnice (2005) upravená o součinitel (větší únavová odolnost, přibližně 2.8krát vyšší než ta stanovená na trámečcích): log N lim 1 f fl, beam κ je faktor zvětšení únavového odporu desky, κ = 2.8

14 ČVUT (2011) únavové testy prováděné na deskách č.1- č.8 (smíšený přístup výpočetní simulace a laboratorního měření - Dr. Novotný Kloknerův ústav) k N N * i i1 lim, i 1, logn lim, i * i ˆ f fl, beam Pozitivní vliv deskové tuhosti byl experimentem prokázán.

15 Možnost úspor při návrhu a realizaci CB vozovky!? Zjištěná vyšší odolnost může přinést úspory při navrhování tloušťky desek! Jak by vypadalo začlenění zvětšené únavové odolnosti CB desek do návrhu vozovky? Příklad: Katalogová vozovka D0-T-1-S z předpisu TP170 byla znovu přepočítána s využitím dvou hodnot faktoru zvětšené únavové odolnosti κ (κ =1.1aκ =1.25).Vypočtené tl. desek dle klasické návrhové metody TP 170 jsou v tab., uvažovaná skladba konstrukce vozovky je: CB I 27 cm CB deska, SC I, C 8/10 (KSC I) 15 cm kamenivo zpevněné cementem, ŠD A 15 cm štěrkodrť, PII podloží s E def,2 = 60 MPa faktor zvětšení únavového odporu desky 1.0 (TP170) h CB 27 cm 25 cm 23 cm

16 ZÁVĚR, DOPORUČENÍ - Vložení těchto výstupů přímo do návrhové metody by vyžadovalo ještě další podrobnější testování (větší počet měření) s důrazem na přesnou simulaci kontaktu deska/podložní systém a dále na testování dalších poloh zatížení. - Při navrhování CB vozovky musí být brán ohled na oslabená místa vzniklá při smršťování, nebo vlivem horších vlastností betonové směsi, atd. - Experiment byl prováděn v podmínkách laboratoře a žádným způsobem nezohledňuje ostatní vlivy, kterým je vystavena skutečná vozovka (namáhání teplotou, vlhkostí..)! Další výzkum v tomto směru by umožnil zefektivnění návrhové metody pro CB vozovky.

17 DĚKUJI ZA POZORNOST