Innovatív, trapézlemez gerincű öszvér és hibrid...

Hidak és Szerkezetek TanszékBudapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Hidász Napok 2018 Siófok, 2018.06.06-08.

Innovatív, trapézlemez gerincű öszvér és hibrid

hídgerendák fejlesztése

Dr. Kövesdi Balázs

egyetemi docens

Partnerek:



Fejlesztése alapötlete

1. Trapézlemez gerinc előnyös tulajdonságai

Előnyök:

1. feszítőerő a vasbeton

övlemezben marad („harmonika

hatás”) – kevesebb pászma kell

2. kisebb önsúly

3. nagyobb merevség

6. merevítőbordák és diafragmák

száma csökkenthető

4. keskeny gerinc betonozási

nehézségei eltűnnek

5. nagyobb gerinchorpadási

ellenállás



Fejlesztési fókuszterület 1

1. Új típusú hibrid hídgerenda fejlesztése – sűrűbordás hídtípus

- Szerkezeti kialakítás megismerése

megépült példák elemzése

- Szerkezeti viselkedési sajátosságok elemzése

feszültségeloszlás - „harmonika hatás”

gazdaságossági számítások

harmonika hatás – feszítés

dinamikai jellemzők változása

nyírási horpadási ellenállás

- 3 kiválasztott hídgerenda méret

L=25 m; 32 m; 45 m

- Speciális nyírt (együttdolgoztató) kapcsolatok

beágyazott kapcsolatok



Fejlesztési fókuszterület 2

2. Öszvér szerkezeti fejlesztések – monolit rendszerű hidak

- Szerkezeti kialakítás megismerése

megépült példák elemzése

- Új méretezési módszerek

képlékeny méretezés - beállásvizsgálat

képlékeny km-i ellenállás számítása

trapézlemez nyírási horpadás

HSS alkalmazása öszvér hídban

övlemez horpadás vizsgálata

- Gyártástechnológiai fejlesztések

hegesztésszimuláció

élhajlítás szimulációja



Szerkezeti kialakítások - minták

1. Előfeszített rendszerű sűrűbordás híd – Japán

- Sou-folyó híd 23,1 m támaszköz – „Corru-T” gerendacsalád 24% feszítőpászma csökkenés

Cél: hatékonyság növelése: építési és üzemi állapot

(önsúly csökkentés, feszítőpászmák számának csökkentése)



Szerkezeti kialakítások - minták

2. Öszvér szerkezeti fejlesztések – monolit rendszerű hidak

Hibrid kialakítás – vasbeton vagy betonnal kitöltött zártszelvényű fenéklemez (feszített)

külső kábeles feszítés

vasúti híd, JapánKína

Altwipfergrund híd, Németország

Móra Ferenc híd

Magyarország



Hajlítási ellenállás és M-V interakció - új méretezési eljárás

Eredmények M-V interakcióra:

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

V/V

R,E

C

M/MR,EC

maximum reduction factor - EN1993-1-5 [1]

numerical results

minimum reduction factor - EN1993-1-5 [1]

- nincs számottevő ellenálláscsökkenés

M-V interakcióra

- új képlet a nyírásból származó

övnyomatékra )2(

241

3max, aa

a

h

VM

w

z

TWG8.3 elfogadta (EN1993-1-5)

Szabványosítási folyamat:

SC3 elfogadta (EN1993-1-5)

CEN/TC250/SC3 elfogadta

EN1993-1-5:2022



Eredmények övhorpadásra:

- alternáló feszültségeloszlás

- változó c/t arány

- 3 oldalon megtámasztott lemez

- alternáló horpadás – befogási hatás

Viselkedési sajátosságok:

Korábbi eredmény:

Jelenlegi méretezési eljárás biztonság kárára téved

Mostani eredmény:

Új méretezési módszer

Korábbi kísérleti eredmények

Korábbi kísérleteink



Méretezési specifikumok – trapézlemez gerinc

globális horpadás lokális horpadáskombinált

Nyírási horpadási ellenállás:



Beágyazott nyírt kapcsolatok – 1

fejescsapos perfobond

Hondani híd

perfobond rátett lemezzel

beton dübel sűrű fejescsapos

Kurobegawa hídAltwipfergrund híd

Altwipfergrund híd



Beágyazott nyírt kapcsolatok – 2

fejescsapos:

beton dübel:

Németországi kísérletek és numerikus számítások

- Kisszámú kísérleten alapszanak (15-20 db kísérlet - rengeteg paraméter)

- Nyírt kapcsolat teherbírása additív kéne legyen (trapézprofil sajátossága)

- Síkgerincű kísérletek, méretezési képletek nem használhatók fel



Nyírt kapcsolatok – saját vizsgálatok – 2

Beton dübel-es kapcsolat

- kivágás nagyságának hatása

- betonacélok sűrűsége, nagysága

- trapézgeometrián hatékonyság

- trapézlemez és kivágás teherbírása

- trapézlemez síkra merőleges hajlékonysága

Kísérletek kialakítása



Kísérletsorozat – tönkremeneteli módok

SzétnyílásSzétnyílás

Beton dübellel nem

nyílik

Morzsolódás



Numerikus modell – tönkremeneteli módok

üreg nyomás útján történő teherátadás kizárása

betonacél beton

acél

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

-30-25-20-15-10-50

C-B1-C25-0

1234 1258

Eltérés: ~1,5%

Azonban VEM

sokkal merevebb!



Gazdaságossági számítások sűrűbordás hídra

• egy hagyományos sűrűbordás kialakítással való összevetés

• a szükséges méretek, feszítőerő ellenőrzése, korábbi példával való összehasonlítása

• a harmonika hatás figyelembe vétele teljes szerkezet szintjén

• a nagyobb odafigyelést igénylő számítási részletek beazonosítása



Részletes numerikus modell

Végeselemes modell

• Vegyes test és héjmodell a számítási idő optimalizálása érdekében

• a vizsgált gerenda beton része testelemmel modellezve → valós viselkedés

• további elemek héjelemből

• Figyelembe vett építési állapotok

• kéttámaszú gerendák önsúlya + feszítés

• pályalemez önsúlya kéttámaszú gerendákon

• többtámaszúsított szerkezet burkolat + tartozékok + hasznos teher



Új típusú gerenda teherbírása – VEM analízis

Vizsgált konfigurációkErő – elmozdulás diagram

Tönkremeneteli módBeton anyagmodell



Új típusú gerenda teherbírása – kísérletek

Kísérletek várható ideje:

2018.augusztus – szeptember

BME Hidak és Szerkezetek

Tanszék

- 8 m-es tesztgerendák (32 db)

- 24 m-es prototípus (4 db)



Gyártásfejlesztés – élhajlító

Élhajlítás – gyártóberendezés

- Meglévő eszközpark: élhajlító gép

Élhajlító: HACO PPFS 40300

Hajlítási erő 300 tonna

Lemezvastagság 0,5-20 mm

Hajlítási hossz 4000 mm

Hajlítási sugár R = 16 – 63 mm

Pozicionálás Hajlítási sorrend Hajlítási adatok



VEM-modell eredmények

Hajlítási szög Lemez

vastagság

Visszarugózás

szöge



Hegesztésszimuláció

Trapézlemez gerincű tartók gyártása – robothegesztés

Robothegesztés egyre jobban teret nyer:

• hajók,

• tartályok,

• csővezetékek,

• gépalkatrészek,

• konténerek,

• daruk,

• építőmérnöki acélszerkezetek gyártásánál.

Robothegesztés fő előnyei:

• hegesztési varratok minősége jobb és állandó,

• szimmetrikus többrobotos hegesztés esetén kisebb

deformációk,

• nagyobb termelékenység,

• anyagtakarékosság,

• biztonság,

• hegesztés mellett a robotok más feladatok ellátására

is alkalmasak lehetnek,

• szakképzett munkaerő hiányának kiküszöbölése.

• szenzor

• árok méretének változása

• automatikus (real-time) árokkövetés



Kidolgozott módszer – továbbfejlesztés

Numerikus modellben való alkalmazás: automatizált varratkövető algoritmus

A módszer differenciálgeometriai alapokon

nyugszik.

Hegesztési trajektória

Térgörbe (valóság)

vonallánc diszkrét pontokból (VEM)

Kísérőtriéder meghatározása

Lokális koordináta-rendszer léptetése

(hegesztési paraméterek valós idejű kalibrálása)



Eredmények Robothegesztés Kézi hegesztés I. Kézi hegesztés II.

UX (mm)

σeqv (MPa)

UX- = 0.7 mm UX- = 1.0 mm UX- = 1.4 mm

-FZ

-HAZ

-beolvadási hibák

Δ=h/200=6 mm

deformációk

tolerancián belül,

a beolvadási

hibák érdekesek

UX+ = 2.8 mm UX+ = 2.7 mm UX+ = 2.3 mm



teher

út dilatáció hídgerenda

haladási irány

• Minden testelem

(SOLID 164 és SOLID 85)

• Háló mérete: 0,2 m

• Rugómerevség: 1000 kN/m

• Csillapítási együttható 10 kNs/m (COMBI 165)

• Teher: 40 tonnás teher 10 tonna

Híddinamikai vizsgálatok



Jellemző számítási eredmények

teher a

kezdőpontban

út híd út

Víz

szin

tes

lehajl

ás

[m]

Idő (s)

híd szabad rezgése önsúlyból

teher

elhagyja a hidat

híd rezgése a

teher áthaladása

miatt

híd szabad rezgése a

teher áthaladása

után a teher miatt

teher a

hídra érkezik

A legnagyobb DAF sebességek

vasbetongerendáknál 5-15 m/s

hibridgerendáknál 30-40 m/s

Legnagyobb DAF-értékek

vasbeton DAF = 1,289

hibrid DAF = 1,138



Köszönöm a figyelmet!

Innovatív, trapézlemez gerincű öszvér és hibrid...

Documents

Transcript of Innovatív, trapézlemez gerincű öszvér és hibrid...