ACÉLHIDAK ACÉLHIDAK elméleti és kísérleti vizsgálataelméleti és kísérleti vizsgálata

Dunai László egyetemi tanár

Joó Attila László egyetemi tanársegéd

1

Joó Attila László egyetemi tanársegéd

Vigh László Gergely egyetemi adjunktus

BME Hidak és Szerkezetek Tanszéke

MTA tudományos osztályülés 2007. május 10.

HídszerkezetHídszerkezet- új típusú hidak és szerkezeti részletek- új szerkezeti anyagok és gyártástechnológia- innovatív szereléstechnológia

2

Szerkezeti viselkedésSzerkezeti viselkedés

Analízis és méretezésAnalízis és méretezés

Kísérleti analízis• szerkezeti részlet vizsgálat –prototípus kísérlet

• modell ellenőrzés – verifikációs kísérlet

Vizsgálati módszer Vizsgálati módszer –– kísérlet kísérlet

3

• modell ellenőrzés – verifikációs kísérlet

• méretezési eljárás alkalmazhatóság –validációs kísérlet

• teherbírás és merevség –tervezési kísérlet

numerikus analízis + méretezés

Numerikus analízis• pontosított numerikus modell –végeselemes modell

• VEM modell kísérlet – ellenőrzés

Vizsgálati módszer Vizsgálati módszer –– elmélet elmélet

4

• VEM modell kísérlet – ellenőrzés

• végeselemes szimuláció –pontosított méretezési eljárások

• virtuális kísérletek – kísérlet alapú méretezés

méretezés

Alkalmazási példákAlkalmazási példák

Dunaújvárosi Duna-híd• ívstabilitás méretezési eljárásának ellenőrzése• lokális és globális stabilitási vizsgálatok

5

• lokális és globális stabilitási vizsgálatok

M0 Északi Duna-híd• stabilitási és szilárdsági ellenőrzések• pályaszerkezet fáradásvizsgálata

ModellkísérletModellkísérlet

6

Modellkísérlet céljaModellkísérlet célja

ÍVSTABILITÁSÍVSTABILITÁS méretezési eljárás

síkban (N,M)

7

síkban (N,M)

síkra merőlegesen (N)

ellenőrzés, pontosítás

VEM modell

ModelltervezésModelltervezés

ModellModell, felületszerkezeti modell, M = ~1:34 , felületszerkezeti modell, M = ~1:34

StabilitásvizsgálatStabilitásvizsgálat

Kritikus teherszorzó: 1.356Kritikus teherszorzó: 1.356

8

Kritikus teherszorzó: 1.356Kritikus teherszorzó: 1.356

Karcsúság: 74.80Karcsúság: 74.80

Relatív karcsúság: 0.804Relatív karcsúság: 0.804

SzerkezetSzerkezet

Hídmodell Hídmodell

9Joó Attila

lehajlás [mm]

-20

-15

-10

-5

0

5

033

366

699

913

3216

6519

9823

3126

6429

9733

3036

6339

9643

2946

6249

9553

2856

6159

9463

2766

6069

9373

2676

5979

9283

2586

5889

91

Rugalmas vizsgálatokRugalmas vizsgálatok

10

-25

lehajlás [mm]

-30

-20

-10

0

10

20

300

333

666

999

1332

1665

1998

2331

2664

2997

3330

3663

3996

4329

4662

4995

5328

5661

5994

6327

6660

6993

7326

7659

7992

8325

8658

8991

TeherbírásTeherbírás –– tottotális teherális teher

Teher: 320 kN

11

Síkra merőleges kihajlás

TeherbírásTeherbírás –– féloldalas teherféloldalas teher

Teher: 110 kN

12

Síkbeli kihajlás

NNumeriumerikus kus modelmodell ellenőrzésl ellenőrzés

anyagi és geometriai nemlinearitás

imperfekció: e0 = 2 mm

0

50

100

150

200

250

300

350

0 20 40 60 80 100

Teher [kN]

Totális teher

Féloldalas teher

e0

13

0 20 40 60 80 100

0

50

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3 4 5 6 7 8

lehajlás [mm]

ív vízszintes elmozdulás [mm]

a

b

a b

Totális teher

Joó Attila

Teher [kN]

Méretezési eljárásokMéretezési eljárások

Magyar szabvány:

MSZ 1,

≤zkeN

N

1,,

≤++ze

zz

ye

y

y

e M

M

M

M

N

N ψψ

14

Japán szabvány:

JSHB

1,,,

≤++ze

zz

ye

y

y

zke M

M

M

M

N

N ψψ

1,,,

≤++ze

zyz

ye

y

yy

yke M

Mk

M

Mk

N

N

1,,,

≤++ze

zzz

ye

y

zy

zke M

Mk

M

Mk

N

N

Eurocode 3:

EC3

HelyettesítőHelyettesítő imperfeimperfekciókkciók

l=η

Eurocode 3 – Part 1.1:cr

cr

Rkdinit EI

Neη

ηλη

max,"2

,0=( )21

2

,0 1

1

2.0λχ

γλχ

λα−

−−= M

Rk

Rkd N

Me

Eurocode 3 – Part 2: l=η

15

500,0 z =η

3.44 mm 17.30 mm

17.98 mm 35.96 mm

Eurocode 3 – Part 2:

(Design of bridges)250,0 y =η

Totális teher Féloldalas teher

MSZ 2.25 3.06

JSHB 3.07 3.28

Biztonsági szintekBiztonsági szintek

Interakciós képletek

16

JSHB 3.07 3.28

EC3 2.20 1.87

Totális teher Féloldalas teher

EC3 – lineáris 2.20 1.87

EC3 – imp. 1 1.45 1.84

EC3 – imp. 2 2.29 2.15

Geometriailag nemlineáris analízis

Stabilitási vizsgálatok Stabilitási vizsgálatok –– globálisglobális

17

Stabilitási vizsgálatok Stabilitási vizsgálatok –– lokálislokális

18

Globális VEM modellGlobális VEM modell

#3.3

#3.4

#3.5

19

#3.1

temporary supporting bars

#3.2

#3.3

#3.6

Lokális VEM modellLokális VEM modell

20

Globális analízisGlobális analízis

21

Lokális analízis Lokális analízis –– feszültségeloszlásfeszültségeloszlás

22

N + M

V

Merevített lemezmezőkMerevített lemezmezők

23

N (+M)

V

Méretezési módszerMéretezési módszer

MSZ � helyettesítő nyomott rúd

� ortotróp lemez

� numerikus instabilitási analízis

24

� numerikus instabilitási analízis

Eurocode 3 � lemezhorpadás + rúdkihajlás

� végeselemes szimuláció

Tipikus lemezmezőTipikus lemezmező

25

Összetett terhelésű lemezmezőÖsszetett terhelésű lemezmező

26

axial stresses [MPa] vertical stresses [MPa]

shear stresses [MPa] buckling shape

crred

E

,

2

0 σπλ =

max,, redcrcrred σασ =

Szabálytalan alakú lemezmezőSzabálytalan alakú lemezmező

27

crred ,σ

ebred σφτσσ ⋅≤+= 22 3

Et = E/10000 = 21 N/mm2

Nemlineáris numerikus modellNemlineáris numerikus modell

28

Case tp b a stiffener Nr. [mm] [m] [m] ___________________________________________ 1 40 2 4.56 2 x 280-22 2 30 3.8 4.56 5 x 280-22 3 50 2 2.125 2 x T270-150-22 4 20 3.8 3.9 5 x 280-22 5 16 3.8 3.86 5 x 280-22 6 20 2 3.86 2 x 280-22 ___________________________________________ tp – plate thickness; b – plate width; a – plate length between transverse stiffeners or diaphragms

Merevített lemez imperfekcióiMerevített lemez imperfekciói

29

a) global imperfection ofstiffener

b) imperfection of subpanel

c) local imperfection of stiffener

( )400/,400/min0 bae w = ( )400/,400/min0 bae w = 50/10 =φ

500 normal imperfection

VEM szimuláció VEM szimuláció –– virtuális kísérlet virtuális kísérlet

30

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 1 2 3 4 5 6

Lateral deflection of panel center [mm]

Lo

ad [

N/m

m2 ]

FEM

EC3-1-5

Hungarian Standard (allowable stress)

1,47 x Hungarian Standard

normal imperfection

large imperfection

a = 2.125 m; b = 2 m; tp = 50 mm

2 x T270-150-22

ÖsszefoglalásÖsszefoglalás

Ívstabilitás � méretezési eljárások biztonsága

� alternatív, pontosabb módszerek

31

Lemezhorpadás � MSZ és EC3 módszerek elemzése

� pontosított eljárások alkalmazása

Szerkezeti viselkedés Analízis Méretezés

Virtuális ív Virtuális ív

32