ПОУЗДАНОСТ БЕТОНСКИХ МОСТОВИimksus.grf.bg.ac.rs/nastava/BETON-NOVI...

10/23/2018

1

ПОУЗДАНОСТ БЕТОНСКИХ МОСТОВИ

др Снежана МашовићШколска 2018/19

1

Поузданост у грађевинском конструктерству


2

’Structural engineering is the art of mouldingmaterials we do not really understand into shapes wecan not really analyze so as to withstand forces we cannot really assess in such a way that the public does notreally suspect.’

E. H. Brown, Imperial College London 1967

10/23/2018

2

Теорија поузданостиТеорија поузданостиИстраге, кодови, приручници и смернице Истраге, кодови, приручници и смернице

ЛИТЕРАТУРА (за заинтересоване)


3

Докторске студије

Специјализована литература намењена више процени постојећих конструкција него пројектовању нових;Увид у калибарацију фактора сигурности.

Осавремењавање прописа


4

Almö bridge -1980

Tay bridge 1879. Tacoma Narrows 1940.

“Silver Bridge’’ 1967.Ynys-y-gwas 1985.

10/23/2018

3

Еврокодови


5

Али...


6

10/23/2018

4

Кратак осврт на теорију поузданост


7

ПОУЗДАНОСТ И КОНЦЕПТ ГРАНИЧНИХ СТАЊА

Конструкције се пројектују и изводе тако да током свог радног века, са одговарајућим степеном поузданости и на економичан начин : прихвате сва оптерећења и утицаје којима могу да буду изложене; буду погодне за употребу за коју су пројектоване.

Поузданост је догађај комплементаран (супротан) отказу (failure)конструкције. Шта је ’’отказ’’ конструкције ?

Под отказом се подразумева надилажење неког граничног стања(конструкција више не испуњава постављене захтеве): Носивости:

Безбедност људи, објекта и садржаја Употребљивости:

Функционисање, удобност и изглед објекта Савремени прописи прописују вероватноћу отказа (достизања граничног стања) Pf зависно од типа граничног стања (ULS/SLS).

• Сматра се да је овај захтев испуњен уколико су конструкције пројектоване према прописима који су урађени на основу калибрисаних парцијалних фактора сигурности (семипробабилистички приступ).


8

10/23/2018

5

Гранична функција и индекс поузданости


9Ако се гранична функција R – E, схвати као случајна промењива која је разлика две случајне промењиве:

R – одговор конструкције: Момент лома, угиб, прслине, напони.....

Е – ефекат дејстава на конструкцију под одређеним оптерећењем: Моменти, угиби, прслине напони...

тада је R – E = G такође случајна промењива са функцијом расподеле fG .

Вероватноћа ’’отказа’’ је површина дијаграма функције расподеле граничне функције за G < 0. pf= p( R – E < 0)

Уз предпоставку да G има нормалну расподелу је број стандардних девијација до пресека са нулом.Поузданост је изражена преко индекса поузданости : = -1(1 – pf)

СрбијаСрбија ЕврокодовиЕврокодови

ЈУС У.Ц.010 (1987.) Основе пројектовања грађевинских конструкција – Основни принципи за проверу поузданости конструкција (Напомене у овом стандарду имају само информативни карактер и необавезне су.)

Правилник о техничким нормативама за бетон и армирани бетон (1989.) – уведени парцијални коефицијенти сигурности за оптерећења

Правилник о техничким мерама и условима за преднапрегнути бетон (1971.)

SRPS EN 1990:2012 Еврокод – Основе прорачуна конструкција SRPS EN 1990/NA:2012

Објекти категорије 5 (100 год.): Инжењерски грађевински објекти на

државним путевима првог и другог реда, друмски мостови на регионалним путевима.

Инжењерски грађевински објекти јавне железничке инфраструктуре са прикључцима и метроoм.

SRPS EN 1992-1-1:2015 Еврокод 2 —Пројектовање бетонских конструкција — Део 1-1: Општа правила и правила за зграде SRPS EN 1992-1-1/NA:2015

SRPS EN 1992-2:2014 Еврокод 2 —Пројектовање бетонских конструкција —Бетонски мостови — Правила пројектовања и конструисања (објављен на Енглеском)

SRPS EN 1992-2/NA:2015 Еврокод 2 —Пројектовање бетонских конструкција —Бетонски мостови — Правила пројектовања и конструисања — Национални прилог

Примена теорије поузданости у грађевинском конструктерству


10

10/23/2018

6

Калибрација - Еврокодови

Фактори сигурности су калибрисани да се постигне одговарајући индекс поузданости

Препоручени индекс поузданости


11

Парцијални фактори сигурности


12

За материјале (и модел материјала)

За оптерећења и модел оптерећења као и прорачунски ефекат дејставаКласа (марка)

бетонаМодел оптерећења

Прорачунска ситуација

10/23/2018

7

МАТЕРИЈАЛИ


13

Бетон као материјал за извођење мостова

Предности: Релативно велика чврстоћа на притисак,

Сразмерно ниска цена,

Мали захтеви у погледу обучености радне снаге,

Готово неограничена могућност обликовања моста,

Тајност (заблуде о непотребном одржавању –угроженост корозијом арматуре и другим процесима)

Школска 2018/19

14

др Снежана Машовић

10/23/2018

8

Бетонска мешавина

Конгломерат (вештачки камен) Цементна паста (везиво)

По правилу нормални Портланд цемент (CEM I 42.5) Cl<4.5% SO4<0.1%

Вода без хлорида и сулфата (пијућа вода) Значај водоцементног фактора

Агрегат (шљунак и песак)Петрохемијски састав (избегавати агрегат који има лискуна) Гранулометријска крива Речни шљунак

Адитиви

Топлота хидратације


15

Чврстоћа на притисак и њен прираст током времена


16

10/23/2018

9

Чврстоћа на затезање


17

Примењује се:При одређивању минималне арматуре, дужина сидрења и преклапања, смицања, отвора прслина, екстерно претходно напрегнутих елемената и контроли кртог лома претходно напрегнутих елемената.

Деформацијске карактеристике


18

10/23/2018

10

Скупљање и течење


19

Карактеристике арматуре - чврстоћа


20

10/23/2018

11

Чврстоћа на замор


21

Парцијални фактори за материјале (Еврокод)


22

Прорачунска ситуација

Бетонc

Мека арматура

s

Арматура за претходно напрезање

s,p

Носивости (P/T) и замора

1.5 1.15 1.15

Инцидентна 1.2 1.0 1.0

Употребљивости 1.0 1.0 1.0

10/23/2018

12

Трајност Узроци пропадања бетонских мостова


23

Алкално агрегатна реакција Излуживање

Сулфатна ’’корозија’’ - таумасит

Формирање етрингитаМржњењне и крављење

Мере за спречавање

Избор састојака бетона: Смањење алкалија у цементу (натријума и калијума)

Употреба сулфално отпорних портланд цемента

Избор агрегата ( избегавати агрегат који садржи силицијујм: опал, кварц, калцедон, доломит)

Смањење водоцемнтног фактора

Додатци:аеранти, метакаолин, силицијумска прашина, згура

Физичка заштита конструкције: Одводњавање,

Премази и мембране.


24

10/23/2018

13

Корозија арматуре


25

Захтеви у погледу заштитног слоја


26

XC – карбонатизацијаXD – изложеност хлоридимаXF – мржњењеXА – хемијска агресија

10/23/2018

14

Одабир класе чврстоће


27

Резме – фактори који утичу на пропадање бетонских мостова


28 Материјали: Ниска чврстоћа бетона; Висок водо-цементни фактор;

Цемент са великим садржајем алкалија;

Реактивни агрегат; Адитиви који садрже CaCl2.

Извођење: Лоша уградња; Рана појава прслина (лоша нега);

Лоше изведен заштитни слој.

Пројекат: Лоше решено одводњавање;

Густа арматура (недовољно простора);

Лоше решени спојеви; Лоша бетонска мешавина Недоступна места у конструкцији.

Утицај средине: Хлориди; Карбонатизација; Сулфати; Вода.

10/23/2018

15

ОПТЕРЕЋЕЊА


29

Oптерећења мостова


30

10/23/2018

16

СрбијаСрбија ЕврокодЕврокод

Југословенски правилници и стандарди за грађевинске конструкције: Правилник о техничким нормативима за оптерећења

носећих грађевинских конструкција (с.л. СФРЈ 26/88) ЈУС.У.Ц7.123(1988.) – Сопствена тежина конструкција

и неконструктивних елемената и ускладиштеног материјала који се узима у обзир при димензионисању

Правилник о привременим техничким прописима за грађење у сеизмичим подручјима (с.л. СФРЈ 39/64 – не важи за објекте високоградње)

Правилник о техничким нормативима за пројектовање инжењерских објеката у сеизмичким подрућјима (1986 – нацрт)

ЈУС.У. Ц7.113 (1991.) Основе прорачуна грађевинских конструкција . Оптерећење ветром. Оптерећење ветром осталих грађевинских конструкција осим зграда.

Правилник о техничким нормативима за одређивање оптерећења мостова (с.л. СФРЈ 1/91)

Правилник о техничким нормативима за одређивање величине оптерећења и карегоризација железничких мостова, пропуста и осталих објеката ба железничким пругама (с.л. СФРЈ 23/92)

EN 1991: EN 1991-1-1 - Еврокод 1 — Дејства на конструкције —

Део 1-1: Општа дејства — Запреминске тежине, сопствена тежина, корисна оптерећења за зграде;

EN 1991-1-3 - Еврокод 1 — Дејства на конструкције —Део 1-3: Општа дејства — Оптерећења снегом

EN 1991-1-4 -Еврокод 1 — Дејства на конструкције —Део 1-4: Општа дејства — Дејства ветра

EN 1991-1-5 -Еврокод 1 — Дејства на конструкције —Део 1-5: Општа дејства — Топлотна дејства

EN 1991-1-6 - Еврокод 1 - Дејства на конструкције - Део 1-6: Општа дејства - Дејства током извођења

EN 1991-1-7 -Еврокод 1 - Дејства на конструкције - Део 1-7: Општа дејства - Инцидентна дејства

EN 1991-2 - Еврокод 1: Дејства на конструкције - Део 2: Саобраћајно оптерећење на мостовима

Прописи и правилници


31

Друмски мостови (1991.)Друмски мостови (1991.)Железнички мостови (1992.)Железнички мостови (1992.)

Основна Допунска Изузетнасопствена маса;корисно оптерећење;стални терет на мосту;силе које настају од ПН;Скуп. и теч. (ПН,СП)оптерећење водовима;активни притисак тла;притисак и маса мирне воде;деловање текуће воде;узгон;притисак на ограду;деформације настале као пос. нач. изградње

промене температуре;Скуп. и теч. (АБ);ветар;снег;удар леда;сила при покретању и зауст. возила;отпори у лежи.;Центрифуг. сила;могуће померање темељног тла;земљотрес Z1

удари возила и плов. објеката;земљотрес Z2;Ванред. Оптер.;привремена стања при грађењу.

Основна Допунска ПосебнаСопс. тежина и остали ст. теретСта. Прит. земље Ста. Прит. водеСиле од воз. Вод.Пр. напрезањеСкуп. и теч. бет.Покр. опт. (воз) Динам. утицајиЦентриф. силаОпт. пеша. стаза (за про. Пеш. Ст.)Опт. настала у току грађења

Бочни удариТрења у лежи.Силе кочења и покретањаветраУтицаји темпер. променеОптерећење пешачких стаза (за прор. Г.Н.)могуће померања грађевинског тла

Удари друмских возила о стубове моста*

Удар ледаУт. прекида воз.*

водова к. мрежеСеизмичке силеУт. искл. воза*

Оптерећења мостова по Српским правилницима


32

Комбинације:ОсновнаОсновна и допунакаОсновна и изузетна

Комбинације:ОсновнаОсновна и допунака (или само изклизмуће воза)Основна и допунска и одређена изузетна

10/23/2018

17

Комбинације оптерећења према БАБ-у


33 1.6/1.9/1/1,2 (стално) и

1.8/2.1(повремено:поктерно, снег,ветар)

1.3/1,5/1/1,25(стално); 1.5/1,8 (повремено) и 1.3/1.5 (остало:

Промена температуре, акупљање бетона, размицање и слегање ослонаца и друго)

У случају разматрања утицаја у сеизмичкој комбинацији сва се оптерећења узимају са фактором 1.3

Стално KОсновно !!!ПовременоKДопунско !!!Остало ???Основно и допунско оптерећење за контролу сеизмичке стабилности:1. Сопствена тежина2. Половина покретног

оптерећења за железничке мостове

3. Сеизмичке силе4. Хидродинамички притисак

(за стубове у водотеку)

Гранична стања носивост (EN1990 Annex A2)Гранична стања носивост (EN1990 Annex A2)

Гранична стања употребљивостиГранична стања употребљивости

Прорачунске ситуације и комбинације дејстава Еврокод 1990


34

10/23/2018

18

Ефекти скупљања, претходног напрезања и заморa


35

ГСН Неповољно

ГСН Повољно

ГСУНеповољно

ГСУ Повољно

Замор

Скупљање 1.0 0 1.0 0 1.0/0

ПН –глобални ефекти

1.3 (1.1)Стабилност

при екстерном ПН

1.01.05( п.з.)1.10(н.з.)

0.95( п.з.)0.9(н.з.)

1.0

ПН -локални ефекти

1.2Анкерне зоне

1.01.05( п.з.)1.10(н.з.)

0.95( п.з.)0.9(н.з.)

1.0

Оптерећење замора

- - - - 1.0

Домаћи правилникДомаћи правилник ЕврокодЕврокод

4 модела и 5 група оптерећења

5 модела за контролу замора

Саобраћајна оптерећења друмских мостова


36

LM1 за глобалну анализу

LM2 за локалну анализу

10/23/2018

19

Оптерећење LM 3 и LM 4


37

Групе оптерећења

gr1a : LM1 + редукована вредност оптерећења пешачких стаза (3 kN /m2)

gr1b : LM2 (Једноосно оптерећење)

gr2 : Карактеристична вредност хоризонталних сила од саобраћаја и честа вредност оптерећења LM1

gr3 : оптерећење на пешачким и бициклистичким стазама

gr4 : пешачка навала gr5 : специјална возила(+ одговарајући нормални сабраћај према правилима Националних анекса)


38

10/23/2018

20

Коефицијенти i за друмске мостове


39

Правила за комбиновање – друмски мостови


40

Оптерећења од снега и ветра не комбинују се са:•силама кочења и убрзања или центрифугалним силама или групом оптерећења gr2,•оптерећењем на пешачким или бициклистичким стазама - gr3,•оптерећењем од навале људи - gr4. Оптерећење од снега не комбинује се са моделом оптерећења 1 и 2 то јест са gr1а и gr1b, Дејства ветра већа од min(FW* и ψ0 FWk) не комбинују се са моделом оптерећења 1 - gr1а (vb,0=23 m/s FW*). Дејства од ветра и температуре се не разматрају истовремено.

10/23/2018

21

Модели оптерећења на замор

(FLM1) Слично карактеристичним вредностима LM1 (али без фактора). 0,7 x Qik+0,3 x qik+0,3 x qrk

(FLM2)Скуп ’’фреквентних»камиона

(FLM3)Једно возило

(FLM4) Скуп ’’еквивалентних’’ камиона

(FLM5) Мерени саобраћај


41

Распон напона при контроли на замор


42 Средња вредност напона је значајна јер одређује да ли се мења знак напона под цикличним оптерећењем.

Контролу на замор није потребно спроводити: Пешачке мостове Укопане лукове или рамове

(пропусти) са минималним надслојем 1,0 m друмски мостови)/ 1,5m (железнички)

Темељи Стубови који нису круто везани за

коловозну конструкциу Опорци који нису круто везани с

коловозном конструкцијом Челику за армирање и претходно

напрезање који се налази у областима које под честом комбинацијом оптерећења остаје у притиску

10/23/2018

22

Домаћи правилникДомаћи правилник ЕврокодЕврокод

UIC71 LM71

Саобраћајна оптерећења железничких мостова


43

SW/-2SW/0SW/1SW/2

SW/0

SW/2

Групе саобраћајних оптерећења – железнички мостови


44

10/23/2018

23

Коефицијенти i за железничке мостове


45

Правила за комбиновање – железнички мостови

Дејства снега се не узимају у обзир након завршетка градње моста. Дејства ветра већа од min(FW** и ψ0 FWk) не комбинују се саобраћајним оптерећењима (vb,0=25 m/s FW**). Дејства ветра се не комбинују са групама саобраћајног оптерећења gr13 и gr23 (кочење), gr16, gr17 и gr26, gr27 (SW/2). Саобраћајна оптерећења и дејства ветра се комбинују на следећи наћин:

•Верт. саобраћајна оптерећења са динамичким коефицијентом, хор. саобраћајна оптерећења и дејства ветра, свако као појединачно доминантно променљиво дејство;•Верт. саобраћајна оптерећења без динамичког коефицијента и попречна саобраћајна оптерећења услед „неоптерећеног воза― и дејства ветра (стабилност на претурање).


46

10/23/2018

24

Дејство ветра


47

Термална дејства

а) компонента равномерне температуре, ΔТu;б) компонента линеарно променљиве температурне разлике око осе z-z, ΔТМY;в) компонента линеарно променљиве температурне разлике око осе y-y; ΔТМZ;г) компонента нелинеарне температурне разлике ΔТЕ. Ово резултира унутрашње уравнотеженим системом напона, који не производе спољна оптерећењa на слободним елементима.


48

10/23/2018

25

Равномерна промена температуре


49

Температурна разлика


50

10/23/2018

26

Подлоге за пројектовање

Просторско – урбанистичке подлоге (локација и намена моста) Саобраћајне подлоге (подаци о саобраћају на мосту: тип

саобраћајнице, интензитет и развој саобраћаја и предвиђене брзине као и о условима саобраћаја за време грађења моста у градским срединама)

Подаци о путу на коме се пројектује мост Геодетске подлоге Геолошко-геомеханичке подлоге, Хидролошко-хидротехничке подлоге, Метеролошко – климатске подлоге, Сеизмолошке податке о локацији моста Пројектни задатак:

Опште податке ( Инвеститор, објекат, називи пута и препреке) Податке о подлогама за пројектовање Попис закона, прописа, правилника и норматива на основу којих се пројектује мост Посебне услове ( опрема, век трајања и одржавање, услови за извођење, естетски услови,

фазе и садржај документације, поступак ревизије и овере документације)


51

МЕТОДЕ АНАЛИЗЕ КОНСТРУКЦИЈА


52

10/23/2018

27

Глобална и локална анализа


53 Глобална анализа се најчешће

спроводи на системима у равни (линијски или роштиљни системи).

Резултати су усаглашени са правилима за димензионисање датим у кодовим

Локације где поставке теорије греде (Бернулијеве хипотезе) нису испуњене у близини ослонаца; у зони концентрисаних оптерећења; у чворовима греда–стуб; у зонама котви; на местима промене попречног

пресека елемента.Локална анализа се обично спроводи методом замењујуће решетка (strut-and-tie).

Методе анализе


54 Линеарно еластична анализа попречни пресеци су без прслина,

однос напон–дилатација је линеаран,

средња вредност модула еластичности

Важи принцип суперпозиције у ГСН.

Развој прслина у ГСУ? Ефекти принудних деформација

Линеарна еластична анализа са ограниченом прерасподелом Захтева се капацитет ротације

ЕЦ 2 допушта 15% прерасподеле

Изазива промену утицаја у попречном правцу

Контрола трансверзалних сила пре и након прерасподеле

Не примењује се код мостова у кривини (пораст торзионих момената)

Не применјује се на стубове рама

10/23/2018

28

Методе анализе


55 Пластична анализа Екстреман случај прерасподеле

Обавезна контрола капацитета ротације

Употребљива само за ГСН Може бити практична за инцидентне ситуације

Модел притиснутих штапова и затега (strut-and-tie) Базира се на решењу на доњој граници према теорији пластичности

Често се примењује у локалном зонама где не важе поставке Бернулије хипотезе

Модел решетке је препоручљиво формирати према распореду главних напона у еластичном решењу

Нелинеарна анализа и ефекти другог реда


56

Нелинеарно понашање бетона: Појава прслина

Нелинеарни дијаграм напон – дилатација

Вискоеластично понашање (ГСУ)

Истовремено повећавање свих оптерећења (?)

Није погодан за практичну употребу

Теорија другог реда: Аксијално оптерећени елементи

Геометрисјка нелинеарност

Не важи принцип суперпозиције

Промена крутости на савијање (EI - матријална нелинераност)

Ефекат течења бетона

10/23/2018

29

Koror-Babeldaob мост 241m(1978, срушио се 1996)

Колапси (концепција моста ?)


57

Италија 2016.

De la Concorde overpass 2006

I 70 Пенсилванија 2005.

Трошкови животног векаТрошкови животног века Статистика цене градње Статистика цене градње

Цена изградње Цена припреме

Студије, подлоге, пројектовање, ревизија и конкурса (око 10% укупне цене моста)

Цена извођења: Материјал Радна снага Опрема

Друмски мостови € 500 до € 3000 / m2

Железнички мостови € 1000 до € 4000 / m2

Опрема и до € 3000 / m2

Цена експлоатације моста (радни век моста?!) Прегледи и ажурирање базе података (0,1%) Редовно одржавање (0,5%) Рехабилитација (санација, реконструкција или рушење

– 0,8-1%)

ЕКОНОМИЈА МОСТОВА


58

10/23/2018

30

Однос цене и распона


59

ПОУЗДАНОСТ БЕТОНСКИХ МОСТОВИimksus.grf.bg.ac.rs/nastava/BETON-NOVI...

Documents

Transcript of ПОУЗДАНОСТ БЕТОНСКИХ МОСТОВИimksus.grf.bg.ac.rs/nastava/BETON-NOVI...