ПОУЗДАНОСТ БЕТОНСКИХ МОСТОВИ. ЛИТЕРАТУРА (за заинтересоване) Осавремењавање прописа. Кратак осврт на теорију поузданост

Transcript

1 ПОУЗДАНОСТ БЕТОНСКИХ МОСТОВИ 1 Поузданост у грађевинском конструктерству 2 The art of moulding materials we do not really understand into shapes we can not really analyze so as to withstand forces we can not really assess in such a way that the public does not really suspect. E. H. Brown, Imperial College London 1967 Најбољи начин да се генерише неуспех је да се занемаре примери туђих неуспеха ЛИТЕРАТУРА (за заинтересоване) Теорија поузданости 3 Истраге, кодови, приручници и смернице Осавремењавање прописа 4 Tay bridge Tacoma Narrows Специјализована литература намењена више процени постојећих конструкција него пројектовању нових; Увид у калибарацију фактора сигурности. Докторске студије Silver Bridge Almö bridge Ynys-y-gwas Кратак осврт на теорију поузданост 5 ПОУЗДАНОСТ И КОНЦЕПТ ГРАНИЧНИХ СТАЊА 6 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 комплементарна 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) P f 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).

2 Гранична функција и индекс поузданости Ако 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 f G. Вероватноћа отказа је површина дијаграма функције расподеле граничне функције за G < 0. p f = 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 :β = Φ -1 (1 pf) 7 Калибрација - Кодови Фактори сигурности су калибрисани да се постигне одговарајући индекс поузданости Препоручени индекс поузданости 8 Парцијални фактори сигурности За материјале (и модел материјала) Класа (марка) бетона 9 За оптерећења и модел оптерећења као и прорачунски ефекат дејстава Модел оптерећења Прорачунске ситуације и комбинације дејстава Гранична стања носивост (EN1990 Annex A2) 10 Гранична стања употребљивости Прорачунска ситуација Ефекти скупљања, претходног напрезања и заморa ГСН Неповољно ГСН Повољно 11 ГСУ Неповољно ГСУ Повољно Замор Скупљање 0 0 /0 ПН глобални ефекти ПН -локални ефекти Оптерећење замора 1.3 (1.1) Стабилност при екстерном ПН 1.2 Анкерне зоне 5( п.з.) 1.10(н.з.) 5( п.з.) 1.10(н.з.) 0.95( п.з.) 0.9(н.з.) 0.95( п.з.) 0.9(н.з.) Парцијални фактори за материјале (Еврокод) Прорачунска ситуација Носивости (P/T) и замора Бетон γ c 12 Мека арматура γ s Арматура за претходно напрезање γ s,p Инцидентна 1.2 Употребљивости

3 Друмски мостови (1991.) Основна Допунска Изузетна сопствена 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 Комбинације: Основна Основна и допунака Основна и изузетна Оптерећења мостова по домаћим правилницима 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. 13 Железнички мостови (1992.) Основна Допунска Посебна Сопс. тежина и остали ст. терет Ста. Прит. земље Ста. Прит. воде Силе од воз. Вод. Пр. напрезање Скуп. и теч. бет. Покр. опт. (воз) Динам. утицаји Центриф. сила Опт. пеша. стаза (за про. Пеш. Ст.) Опт. настала у току грађења Бочни удари Трења у лежи. Силе кочења и покретања ветра Утицаји темпер. промене Оптерећење пешачких стаза (за прор. Г.Н.) могуће померања грађевинског тла Удари друмских возила о стубове моста * Удар леда Ут. прекида воз. * водова к. мреже Сеизмичке силе Ут. искл. воза * Комбинације: Основна Основна и допунака (или само изклизмуће воза) Основна и допунска и одређена изузетна Саобраћајна оптерећења друмских мостова Домаћи правилник 14 Еврокод 4 модела и 5 група оптерећења 5 модела за контролу замора LM1 за глобалну анализу LM2 за локалну анализу Домаћи правилник UIC71 SW/-2 SW/0 SW/1 SW/2 Саобраћајна оптерећења железничких мостова 15 Еврокод LM71 SW/0 SW/2 Подлоге за пројектовање 16 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) Колапси (концепција моста?) 17 Материјали 18 Koror-Babeldaob мост 241m (1978, срушио се 1996) I 70 Пенсилванија Италија De la Concorde overpass 2006

4 Бетон као материјал за извођење мостова Предности: Релативно велика чврстоћа на притисак, Сразмерно ниска цена, 19 Мали захтеви у погледу обучености радне снаге, Готово неограничена могућност обликовања моста, Тајност (заблуде о непотребном одржавању угроженост корозијом арматуре и другим процесима) Бетонска мешавина 20 Конгломерат (вештачки камен) Цементна паста (везиво) По правилу нормални Портланд цемент (CEM I 42.5) Cl<4.5% SO 4 <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 Чврстоћа на притисак и њен прираст током времена 21 Чврстоћа на затезање 22 Обично означава једноаксиални чврстоћу на затезање али се тешко експериментално одређује. Тест цепања или савијања. Процењује се на основу каракеристичне чврстоће на притисак Непоуздана величина Примењује се: При одређивању минималне арматуре, дужина сидрења и преклапања, смицања, отвора прслина, екстерно претходно напрегнутих елемената и контроли кртог лома претходно напрегнутих елемената. Модел механике лома (нелинеарна анализа) енергија лома 23 Деформацијске карактеристике 24

5 Скупљање и течење 25 Карактеристике арматуре 26 Чврстоћа на замор 27 Узроци пропадања бетонских мостова 28 Алкално агрегатна реакција Излуживање Формирање етрингита Мржњењне и крављење Сулфатна корозија - таумасит Мере за спречавање 29 Корозија арматуре 30 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.

6 Трајност захтеви у погледу заштитног слоја 31 Одабир класе чврстоће 32 XC карбонатизација XD изложеност хлоридима XF мржњење XА хемијска агресија Резме фактори који утичу на пропадање бетонских мостова Материјали: Ниска чврстоћа бетона; Висок водо-цементни фактор; Цемент са великим садржајем алкалија; Реактивни агрегат; Адитиви који садрже CaCl 2. Извођење: Лоша уградња; Рана појава прслина (лоша нега); Лоше изведен заштитни слој. 33 Пројекат: Лоше решено одводњавање; Густа арматура (недовољно простора); Лоше решени спојеви; Лоша бетонска мешавина Недоступна места у конструкцији. Утицај средине: Хлориди; Карбонатизација; Сулфати; Вода. Трошкови животног века 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 / m 2 Железнички мостови 1000 до 4000 / m 2 Опрема и до 3000 / m 2 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 34 Однос цене и распона 35 Методе анализе конструкција 36

7 Глобална и локална анализа Глобална анализа се најчешће спроводи на системима у равни (линијски или роштиљни системи). Резултати су усаглашени са правилима за димензионисање датим у кодовим 37 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-andtie). 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 Методе анализе 38 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 Пластична анализа Екстреман случај прерасподеле Обавезна контрола капацитета ротације Употребљива само за ГСН Може бити практична за инцидентне ситуације Методе анализе 39 Модел притиснутих штапова и затега (strutand-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 Нелинеарно понашање бетона: Појава прслина Нелинеарни дијаграм напон дилатација Вискоеластично понашање (ГСУ) Истовремено повећавање свих оптерећења (?) Није погодан за практичну употребу 40 Теорија другог реда: Аксијално оптерећени елементи Геометрисјка нелинеарност Не важи принцип суперпозиције Промена крутости на савијање (EI - матријална нелинераност) Ефекат течења бетона