ANALÝZA MECHANICKÉHO CHOVÁNÍ VYSOKÉ ŽELEZOBETONOVÉ STĚNY NA TRASE METRA IV.C2 BĚHEM BETONÁŽE

Transkript

1 Sekce CT3A: Technologie provádění ANALÝZA MECHANICKÉHO CHOVÁNÍ VYSOKÉ ŽELEZOBETONOVÉ STĚNY NA TRASE METRA IV.C BĚHEM BETONÁŽE Petr Štemberk, Mrek Foglr, Mrtin Jkoubek Úvod Od poloviny roku 004 probíhá stvb IV.C pržského metr z Ládví do Letňn. N nové trse se budují tři nové stnice Střížkov, Prosek Letňny, které po dokončení prodlouží linku C do severního měst. V příspěvku je popsán projekční návrh konstrukčního dílu nástupiště stnice metr Letňny výpočet mechnického chování stlčení výplně diltční spáry během betonáže vysoké železobetonové stěny nástupiště. Nosnou konstrukci diltčního dílu nástupiště délky 50,7 m tvoří rám o polích sestávjící ze zákldové desky s konstrukcí nástupiště, obvodových stěn, střední řdy sloupů stropní desky. Rozpětí rámu je,80 m, světlá výšk (pod stropní desku je 0,75 m. Střední řd sloupů podpírá desku zstropení přes podélný trám 000/300 mm po celé délce diltčního dílu. Tloušťk stropní desky je 800 mm. Střední sloupy nd nástupištěm jsou kruhové Ø 700 mm po 6,30 m, v diltci pk dvojice sloupů Ø 600 mm. Vnější vyšetřovné obvodové stěny mjí tloušťku 800 mm. Zákldová desk proměnlivé tloušťky má provedeny náběhy pod kolejemi. Přes obvodové stěny je zákldová desk vyložen o 500 mm. Tento výstupek roznáší ztížení do zákldové desky ktivuje zásyp pro zjištění konstrukce proti vyplvání. Betonáž je prováděn v prcovních záběrech po cc 5,0 m. Vlstní provádění betonových konstrukcí je klsické s prcovními spármi vždy nd pod vodorovnými konstrukcemi (zákldová desk strop. Konstrukce je popsán v příčném řezu nástupištěm n Obr.. 3

2 Sekce CT3A: Technologie provádění Diltční spáry mezi konstrukčními díly jsou nvrženy v šíři 40 mm po cc 50 m s ohledem n teplotní roztžnost vypočtené stlčení výplně při betonáži umožňují vzájemný volný pohyb jednotlivých dílů v podélném směru. V příčném směru je vzájemný posun omezen pomocí smykových posuvných trnů vkládných do diltce mezi obvodové prvky konstrukce. Omezení příčného posunu snižuje nmáhání izolčního souvrství v diltci. Použití klsické výplně diltční spáry, polystyrenu, bylo zmítnuto dodvtelem izolčního systému z důvodu možné chemické degrdce spárových pásů z PVC-P při kontktu s polystyrenem. Výplň diltční spáry je nvržen z pěnového polyetylénu (desky PE Hydrocell, které jsou mteriálově komptibilní se spárovými pásy izolčním systémem. Použité PE desky mjí nižší pevnost v tlku než desky z polystyrenu. V rámci výpočtu možného stlčení výplně je uvžováno jednk s prcovním digrmem dodvtele vybrného mteriálu le kontrolně i s prcovním digrmem, zjištěným v lbortoři Fkulty stvební ČVUT. Při kontrolní zkoušce bylo zjištěno, že hodnoty pevnosti udávné v technickém listu dodvtele jsou vyšší, než hodnoty nměřené v lbortoři FSv ČVUT. V nlýze hydrosttického ztížení kontinuálně betonovné stěny výšky 0,75 m je uvžován rychlost betonáže cc 5,0 m 3 z hodinu. Cílem výpočtu mechnického chování betonovné stěny je ověřit, zd nvržená rychlost betonáže vyhovuje s ohledem n dovolené stlčení výplně diltční spáry. Obr. Vyšetřovná stěn výšky 0,75 m Chování betonu ve velmi rném stádiu Beton se v čse mezi zčátkem koncem tvrdnutí vyznčuje z větší části nevrtným viskózním chováním, přičemž vrtná část celkové deformce je spojen s elstickým chováním jeho jednotlivých složek. K vrtným deformcím též přispívá volná vod v pórech, která se snží po odtížení vrátit do stvu s nejmenší energií, tj. do tvru kulových kpek. Nicméně tento proces je možné pozorovt pouze při zkoušení betonu ve víceosé npjtosti ztíženého cyklickým ztížením. Deformce tuhnoucího dále tvrdnoucího betonu je znčně ovlivněná probíhjící hydrtcí, což vylučuje předpokld nestárnoucího mteriálu. Proto všechny rovnice 3

3 Sekce CT3A: Technologie provádění vyjdřující jeho chování by měly obshovt vliv stárnutí, npř. ve formě stupně hydrtce, jk bylo použito v této nlýze. Pro komplexní vyšetření problému stlčení izolce metodou konečných prvků byl použit model vyjádřený následujícími rovnicemi, které uvžují vývoj čsové závislé deformce. Podrobný popis modelu je v [3]. Vektor nevrtného vizkózního přetvoření je dán v rovnicí kde t je čs (stáří betonu, t' je čs v okmžiku ztížení, f(t je funkce vyjdřující vliv stárnutí, α je váhový součinitel, σ je vektor npětí v okmžiku ztížení F [σ (t] je vliv velikosti ztížení. Φ (t t' = Φ( t t't, kde Φ( t t' je jednoosá funkce dotvrování T je trnsformční mtice. Funkci dotvrování je možné n zákldě experimentů vyjádřit jko ( t t kde γ = t 0 = 30s. ( t ( t F[ σ ] t ε& v ( t = t t d t α f Φ& σ 0 0 γ ( t t + ( Φ = t t t ( ( γ Funkce dotvrování je pouze funkcí čsu její průběh je podobný funkci dotvrování již ztvrdlého betonu s rychlým nárůstem pevnosti. Funkce vyjdřující vliv stárnutí, rovněž popisující vývoj mikrostruktury betonu, byl experimentálně odvozen z odporu betonu proti proniknutí vytržení, pevnosti v tlku. Lze ji vyjádřit v mocninné, nebo exponenciální formě (jejich srovnání je ukázáno n Obr. 3 ( ( f f ( t 3 n t 3 n ( tn = 5 3t + n = = 0; = W/C; 3 = 0.7; 4 =; 5 =5 (exp( t n W / C 3.78 = 0000 = W / C = W / C, , , , , , , , ,0000 0,0000 0,00000 Srovnání mocninné exponenciální funkce evoluce 0 tn f (tn mocninná f (tn exponenciální 0,44 0,488 0,374 0, ,6069 0, , ,9930 (3 Obr. 3 Funkce vyjdřující nárust pevnosti betonu kde t n je normlizovný čs vzhledem ke konečné době tuhnutí, W/C je vodní součinitel,, 3, 4, 5 empirické součinitele. Hodnot funkce f je normlizován tk, by v konečné době tuhnutí dosáhl hodnoty jedn. Váhový součinitel α se získá ze zkoušek pro dné složení betonu, nebo jej lze odhdnout pomocí empirického vzorce, viz [,]. Obdobně funkce F[σ(t] vyjdřující vliv 33

4 Sekce CT3A: Technologie provádění ztížení, která je definován jko funkce poměru npětí od ztížení ku okmžité pevnosti betonu, se získá ze zkoušek pro dné složení betonu, nebo jej lze odhdnout pomocí empirického vzorce, viz [,]. 3 Zjednodušená metod výpočtu stlčení diltční spáry během betonáže Výpočet stlčení výplně diltční spáry během betonáže závisí n nárůstu pevnosti betonu v tlku, rychlosti betonáže, prcovním digrmu výplňového mteriálu převodu svislého npětí n npětí vodorovné, které působí n výplň diltční spáry. N zákldě informcí o nárůstu pevnosti betonu v tlku, poskytnutých dodvtelem betonu (TBG Metrostv, které se získávjí metodou propichování povrchu betonu, byly hodnoty převedeny pomocí vzthu zjištěného v [] n hodnoty odpovídjící pevnostem získným n válcových vzorcích. Uvžovné, spíše konzervtivní hodnoty jsou uvedeny v Tbulce. Nárůst vodorovného ztížení n stěny byl vypočten s ohledem n nejrychlejší postup betonáže, který byl limitován kpcitou dodávjící betonárny (5 m 3 /hod, dále byl ovlivněn půdorysnými rozměry záběru (5 m 0,8 m. Mximální možná rychlost ukládání betonu tedy byl svislých,5 m/hod. Odpovídjící vodorovná npětí jsou uveden v Tb.. Z experimentů uvedených v [4] byl zjištěn závislost Poissonov součinitele µ n úrovni ztížení S (tj. poměru npětí od ztížení ku okmžité pevnosti betonu, která je dán vzthem µ ( S = 0.5 S 0; 0.3 µ ( S = ( S 0.3 pro for S 0.3; 0.8 µ ( S = 0.5 S 0.8; Při poměru npětí ku pevnosti S = 0,8 se beton již nchází v hydrosttické npjtosti. Obecně S nepřesáhne hodnotu jedn, protože v tom přípdě by byl beton již rozdrcen. Teoreticky by smozřejmě Poissonův součinitel byl stále roven 0,5 i pro S větší než jedn. (7 (4 Tb. Hodnoty pro rychlost ukládání betonu,5 m/hod stáří betonu (hod pevnost betonu v tlku (MP svislé ztížení (MP S poměr svislého ztížení ku pevnosti tlk n výplň diltční spáry (MP stlčení výplně podle výrobce (% stlčení výplně podle FSv ČVUT (%

5 Sekce CT3A: Technologie provádění Dv poslední sloupce Tb. uvádějí hodnoty stlčení výplně diltční spáry s uvážením prcovního digrmu mteriálu výplně dodného výrobcem (podle [5] prcovního digrmu zjištěného v lbortoři FSv ČVUT, rovněž podle [5]. Význmný rozdíl je ptrný v prvních pěti hodinách betonáže. Dále je z výsledků ptrné, že k největšímu stlčení dochází v šesté hodině betonáže, kdy n výplň v ptě stěny tlčí sloupec šesti metrů betonu. Podle hodnot ve středním sloupci Tb., který udává hodnoty poměru svislého ztížení ku pevnosti, S, rovnice (4 je též ptrné, že po šesté hodině k hydrosttické npjtosti v ptě stěny již nedochází, což je způsobeno rychlým postupem hydrtce. Je též uvžováno, že mximální stlčení výplně (cc 45 % se měnit nebude. Toto tvrzení je n strně bezpečnosti, protože počáteční dotvrování tvrdnoucího betonu se dále pod vlstní tíhou konstrukce projevovt nebude. Spíše dojde k mírnému odlehčení n povrchu výplně vlivem smršťování relxce betonu cc o 30 %. Poněvdž se při návrhu stěny uvžovlo se stlčením výplně zhrub 5 %, byl proveden v lbortoři FSv ČVUT zkoušk, při které byl získán prcovní digrm výplňového mteriálu i pro hodnoty npětí v tlku odpovídjící pevnosti v tlku použitého betonu. Tto zkoušk ukázl, že k drcení betonu by došlo ž při stlčení výplňové vrstvy o tloušťce 40 mm n pouhé mm, tedy stlčení 95 %, přičemž křivk prcovního digrmu výplňového mteriálu zčl prudce stoupt při hodnotě cc 5 MP odpovídjící stlčení 85 %. Tímto bylo prokázáno, že i při nejrychlejším možném postupu betonáže v provozu při mximálním protžení stěny vlivem zvýšené teploty nedojde k nežádoucím deformcím této stěny. 4 Závěr Vypočtené stlčení výplně diltční spáry v posuzovném konkrétním přípdě stnice metr Letňny je podsttně nižší, než nvržená šířk diltční spáry (40 mm. Konstrukce diltce rychlost ukládání betonové směsi mx. 5 m 3 z hodinu vyhovují i při kombinci nižší pevnosti výplně extrémním stlčení spáry vlivem teplotní roztžnosti konstrukčního dílu. Při betonáži nebyly vizuálně zjištěny ndměrné deformce výplně diltční spáry. Obecně při návrhu technologického postupu betonáže vysokých stěn diltčních spár lze doporučit provádění kontrolního výpočtu stlčení výplně diltčních spár, npř. podle jednoduchého postupu předvedeného v tomto příspěvku, pro který má projektnt k dispozici všechny potřebné hodnoty, jk skutečné odpovídjící použitému betonu geometrii konstrukčního prvku, tk odhdnuté, jko npř. hodnot Poissonov součinitele, která může být odhdnut n zákldě zde uvedeného vzthu. Tto práce byl proveden z finnční podpory GAČR (projekt číslo 03/05/44, z kterou utoři děkují. Litertur [] Foglr, M.; Štemberk, P.: Aplikce modelu dotvrování mldého betonu. Sborník Snce 005, Brno, 005 [] Štemberk, P.; Tsubki, T.: Modeling of Solidifying Concrete under One-Dimensionl Loding. Proceedings of JCI. Vol.5, No., , Kyoto,

6 Sekce CT3A: Technologie provádění [3] Štemberk, P.; Tsubki, T.: Unixil Deformtionl Behvior nd Its Modeling of Solidifying Concrete under Short-time nd Sustined Loding. Journl of Applied Mechnics, JSCE, Vol.6, , 003 [4] Trn, N. T.; Štemberk, P.; Kohoutková, A.: Měření příčné deformce tuhnoucího tvrdnoucího betonu. Sborník konference. Betonářské dny 005, 005 [5] ASTM D3575: Stndrd Test Methods for Flexible Cellulr Mterils Mde From Olefin Polymers Ing. Petr Štemberk, Ph.D. ČVUT v Prze, Fkult stvební Kt. betonových zděných konstrukcí Thákurov Prh stemberk@fsv.cvut.cz URL Ing. Mrek Foglr ČVUT v Prze, Fkult stvební Kt. betonových zděných konstrukcí Thákurov Prh mrek.foglr@fsv.cvut.cz URL Ing. Mrtin Jkoubek METROPROJEKT Prh,. s. I. P. Pvlov / Prh jkoubek@metroprojekt.cz URL 36