Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Előregyártott vasbeton szerkezetek tervezése rendkívüli hatásokra
Dr. Sipos András Árpád
2013. Március 2.
BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék Tartószerkezet rekonstrukciós szakmérnök képzés
Feszített és előregyártott vasbeton szerkezetek
3. előadás
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
Rendkívüli hatások
• gázrobbanás
• ütközés (gépjármű, repülőgép)
• robbantás
• súlyos tervezési/kivitelezési hiba
• földrengés / időjárási hatás nem tartozik ide
Kis valószínűséggel bekövetkező események, a rendkívüli hatás miatt bekövetkező progresszív összeomlás az igazán veszélyes. Kérdés, hogy ezt hogyan lehet elkerülni előregyártottvasbeton szerkezetek esetén?
Födémek progresszív összeomlása Atlantic City, USA
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
Rendkívüli hatások
Példa progresszív összeomlásra
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
Rendkívüli hatások
A földrengéssel szembeni ellenállás általában a rendkívüli hatásokkal szembeni ellenállást is növeli:
• a függőleges tartószerkezeti elemek jelentős mértékű kengyelezése (confinement) nem csak a nyomószilárdságot, hanem a maximális nyúlást is növeli
• a vízszintes tartószerkezeti elemek nyomott zónájába vasalást kell helyezni (fővas ¼-e)
• födémek / tetők tárcsamerevek, kapcsolódásuk a pillérekhez / falakhoz duktilis
Ugyanakkor pusztán az EC8 szerinti tervezés nem helyettesíti a rendkívüli hatások számbavételét.BM
E Szilá
rdságtan
i és Tar
tószerke
zeti Tan
szék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
Rendkívüli hatások
• a robbanás keltette lökés eltér a földrengéstől,
• a robbanás lokális hatás
• a nagytömeg a robbanás hatását csökkenti, a földrengését növeli
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
Rendkívüli hatások
Hatások csoportosítása:
• dinamikus nyomás (robbanás, lökéshullám)
• ütközés (gépjármű, repülő, lehulló darabok)
• statikus túlterhelés
• alapsüllyedés
• földmozgás
• tervezési / kivitelezési hiba
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
Beltéri gázrobbanás
• elvileg a helyiség minden felületén azonos nyomás (nyílás esetén lehet kisebb), megemelheti a födémet és kinyomhatja a falakat.
• lakóépület esetén a teher 15-20 kN/m2, ami ipari épület esetén 30-100 kN/m2 értéket is elérheti, a teher időtartama 50-100 ms között van.
• magas épületek esetén a robbanás a felsőbb szinteken veszélyesebb (kicsi leterhelés miatt a robbanás megemeli az épület felső szintjét / zárófödémét)
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
Bel- és kültéri robbantás
• hangsebességgel érkező lökés
• a hatás gyakran lokális: csak a robbanáshoz legközelebbi szerkezeti elemek károsodnak (a robbanási energia a távolság növekedésével rohamosan csökken)
• a hatás nagysága változó, pl. 50 kg TNT 2,0 m távolságban 33 MPa nyomást fejt ki 0.001 s alatt.
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
Bel- és kültéri robbantás
• kültéri robbantás esetén a talajban kráter keletkezik, a kiváltott lökés egy rövidebb földrengés hatásával azonos
• a maximális nyomás a robbantási energiának és a távolság köbének függvénye!
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
Dinamikus hatás
• a rendkívüli hatások jellemzően dinamikus igénybe-vételt keltenek, a tapasztalat szerint ez gyakrabban vezet ridegtöréshez (például: egy kéttámaszú tartón a támasz-nál következik be nyírási tönkremenetel, pedig statikus számítás alapján hajlítási tönkremenetelre számítanánk)
• így nem csak az ellenállásra, hanem a maximális deformációra, a teljes, elnyelhető rugalmas energiára és a dukilitásra is gondolni kell a tervezéskor
1
303
10
2 3
204
5
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
Tervezési módszerek
1. indirekt: a progresszív összeomlással szembeni ellenállást minimális húzószilárdság és duktilitásbiztosításával növeljük (~ szerkesztési szabályok)
2. alternatív teherviselés: különböző károsodási helyeket egyesével számba veszünk, megvizsgáljuk, hogy a szerkezeti elemek sérülése / kiesése esetén az épület maradék szerkezete még állékony-e?
3. kulcs elemek vizsgálata: robbanási teherre méretezzünk függőleges tartószerkezeti elemeket. Ezek azok az elemek, amelyek kiesése az épület progresszív összeomlásához vezet (nincs alternatív „erőút”)
4. Szisztematikus kockázat elemzés: teljes költség – kockázat elemzés. (Statikusok körében nem elterjedt)
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
Tervezési módszerek
• Teherfelvétel:
, 1 2, ,
1 1
k j d X k i k i
j i
G P A Q Q
X=1, vagy 2. (Teher Segédletben X=1)
• Anyagjellemzők: a megfelelő anyagszabvány szerint.
• Például beton esetében gM=1.2 rendkívüli hatásra, szemben a tartós tervezési helyzetre adott gM=1.5 – tel. Ütközés esetén lineáris számításban a szilárdság a beton és a betonacél esetében 25%-kal növelhető.
• fa: gM=1.00 rendkívüli kombinációk esetén
• falazat: a tartós / ideiglenes tervezési helyzethez meghatározott gM parciális tényezőt kell használni (EC6)
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
• Előregyártott szerkezeteknél abból indulunk ki, hogy az minden csomópontba elhelyezett összekötő vasalás mindenképpen növeli az ellenállást.
• A vasalást mind függőleges, mind vízszintes irányban el kell helyezni.
Indirekt tervezési módszer
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
• Alapvető fontosságú szerkezeti elem (pillér, fal) teljes károsodását tételezzük fel, azonban a szerkezet többi részét teljesen épnek tekintjük. Kérdés az alternatív erőút megfelelősége.
• Pontosabb számításban feltehetjük, hogy az adott támasz nem egy pillanat alatt, hanem időben elnyújtva veszíti el teherbíró képességét.
• A károsodott terület / elemszám az építési rendszertől függ. Például falas (panelos) rendszer esetén a kár lokalizáltabb, mint vázas szerkezetek esetén. Paneles rendszernél általában 1 panel kiesésével számolnak, vázas szerkezeteknél gyakran egy belső és egyidejűleg egy homlokzati pillér eltávolítását érdemes vizsgálni, mint legrosszabb eshetőséget.
Alternatív teherviselés
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
• Födémek esetében a legkritikusabb eset, ha a támaszaik szűnnek meg: a legtöbb progresszív összeomlás leeső födémek miatt következik be, mert jellemzően az alsó födém nem viseli el a rázuhanó terhet.
Alternatív teherviselés
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
• A megmaradó szerkezet ellenőrzése:
• kötélszerű erőjáték: a kieső pillérhez csatlakozó gerendák (megfelelő megtámasztás esetén) kötélként viselkednek.
• konzolos erőjáték
• felfüggesztés
• membrán erőjáték
Alternatív teherviselés
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
• A sarok: legnehezebb kérdés előregyártott szerkezeteknél. A födém kétirányú teherviselésére nem lehet számítani.
Alternatív teherviselés
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
• A sarok: legnehezebb kérdés előregyártott szerkezeteknél. A födém kétirányú teherviselésére nem lehet számítani.
Alternatív teherviselés
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
• lineáris, statikus számítás: elsősorban a kötélszerű erőjátékot érdemes ellenőrizni.
Alternatív teherviselés
2 2
2sin 2
cr
cr
lN NT
2 2
2sin 2
cr
cr
lpl plT
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
• nem lineáris, statikus számítás: figyelembe vesszük, hogy a támasz eltávolítása mozgást kelt. A legnagyobb sebesség a statikus egyensúlynál van (B), a szerkezet sebessége csak a (C) pontban válik 0-vá.
Ezért:
- ha a (B) pontban az acélokban a folyási erő fele van, akkor a szerkezet mindvégig rugalmas-
- a (C) pontban a kötélerő nem okozhat szakadást
Alternatív teherviselés
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
• nem lineáris, statikus számítás: jelölje a függőleges elmozdulást a (C) pontban a! Ekkor a nyúlás:
Ideális rugalmas-képlékeny acél feltételezésével:
•nem lineáris dinamikus analízis: egy szabadságfokú modell, itt is a külső és belső energiák egyensúlyát írjuk fel. Ha a duktilitás nem elegendő (= a szerkezet nem tudja az energiát felvenni), akkor összeomlás következik be.
Alternatív teherviselés
2 2l l a l s ukl l
int S s s ykW l F l A f 2ext
aW pl
int2
ext S
plaW W F
l
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
Számpélda
középmagas épület
pillérváz
monolit vb. merevítőmag
előregyártottpillérek, gerendák, körüreges pallók
homlokzat: függönyfal
gk=5*3,6=18,0 kN/m
qk=4*3,6=14,4 kN/m
Gk=7,5 kN/m
Gk=1,5 kN/m
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
Számpélda
gk=27,0 kN/m
qk=14,4 kN/m
2=0,3 (iroda)
fyk=500 Mpa
Es=200000 Mpa
uk= 75*10-3
pd=27+0,3*14,4=31,30 kN/m
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
Számpélda
Konklúziók:
• kötélszerű erőjáték feltétele a megfelelő lehorgonyzás!
• nincs összeomlás, ha a kieső oszlop miatt ébredő erők a vasalásban nem haladják meg a vasak teherbírását.
• ahhoz, hogy a fenti, képlékenységet kihasználó számítást használni lehessen, a betonacélnak C duktilitásiosztályúnak kell lennie (B500C)
• pontosabb eredmények kaphatók, ha az energia egyensúlyban a hajlítási energiát is figyelembe vesszük
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés
Irodalom
• fib Bulletin 63: Design of precast concretestructures against accidental actions, 2012 január
• EC2: MSZ EN 1992-1-1:2010
BME S
zilárdsá
gtani és
Tartósz
erkezeti
Tanszék
Tartósz
erkezet-
rekonstr
ukciós
Szakmé
rnöki K
épzés