Download - 01_dimenzioniranje.pdf
vježbe iz kolegija
KOLNIČKE KONSTRUKCIJE
izrada programa
Dimenzioniranje savitljive kolničke konstrukcije
ožujak 2010.
Asistent:
Marko Ožbolt, dipl. inž. građ.
konzultacije:
soba D121
Literatura:Projektiranje kolničkih konstrukcija
prof. Branimir Babić
sadržaj programa iz Kolničkih konstrukcija:
1. Odrediti ukupni broj prijelaza ekvivalentnih osovina u projektnom razdoblju prema podacima s brojačkog mjesta.
2. Dimenzionirati novu asfaltnu kolničku konstrukciju prema normi HRN U.C4.012 te ju provjeriti prema metodi AASHO Road testa;
3. Izračunati naprezanja u dimenzioniranoj kolničkoj konstrukciji računalnim programom BISAR te ih usporediti s dopuštenim naprezanjima (za asfaltne slojeve koristi se program BANDS PC);
4. Obaviti provjeru naprezanja dimenzionirane kolničke konstrukcije računalnim programom CIRCLY;
5. Obaviti provjeru kolničke konstrukcije na smrzavanje prema HRN U.B4.012.
• vožnja različitih tipova teških teretnih vozila po raznim vrstama kolničkih konstrukcija;
o AASHO Road Testu
• provođen od 1957.-1961. u SAD-u, država Illinois;
• na svakom prstenu provedeno je 1.114.000 prijelaza osovina;
...o AASHO Road Testu...
• promet se odvijao od 1958. do 1960. godine:
○ 18 sati dnevno;○ brzina vozila cca 56 km/h;
• svakodnevno su mjerena:
○ oštećenja kolničke konstrukcije,○ debljine slojeva,○ temperatura i vlaga,○ naprezanja u kolničkoj konstrukciji.
...o AASHO Road Testu...
• nakon analize prometnog opterećenja i promjena na kolniku, uspostavljen je odnos između:
○ ponašanja kolničke konstrukcije
(indeks vozne sposobnosti kolnika) - p;
○ faktora opterećenja osovine - L;
○ intenziteta prometa – W;
○ oblika opterećenja (jednostruka ili dvostruka osovina)–A i
○ debljine slojeva - D
p = f(L, A, W, D)
AASHO metoda za dimenzioniranje asfaltnih kolničkih konstrukcija
○ izražava se u prosječnom dnevnom broju ekvivalentnih80 kN (W80) osovina u projektnom razdoblju
• prometno opterećenje - W
○ slijedi proračun broja ekvivalentnih osovina (W80) iz zadanog prometnog opterećenja
20 kN 20 kN
35 cm
20 kN 20 kN
...AASHO metoda za dimenzioniranje asfaltnih kolničkih konstrukcija...
○ djelovanje osovina ostalih težina svodi se preko faktora ekvivalencije na utjecaj ekvivalentne osovine W80
• prometno opterećenje – W...
○ faktori ekvivalencije mogu se odrediti računski (AASHO metoda) ili tablično (tabl. 3.1 do 3.4, knjiga Babić)
Tablica 3.1, knjiga Babić – Koeficijenti ekvivalencije za jednostruke osovine i konačnu voznu sposobnost pt = 2,0
+cca 30%
• raznoliko prometno opterećenje (vrsta i tip vozila) nepogodno je za korištenje pri dimenzioniranju
Određivanje ukupnog ekvivalentnog prometnog opterećenja prema HRN U.C4.010
• utjecaj opterećenja svake pojedine osovine vozila svodi se na utjecaj tzv. ekvivalentne osovine, koja za savitljive kolničke konstrukcije ima osovinsko opterećenje 80 kN
• pretvorba utjecaja pojedinih osovina provodi se pomoću faktora ekvivalencije - fe
• proračun faktora ekvivalencije – fe prema HRN-u
○ jednostruke osovine
L1 [kN]
fe
480
41
LLfe = 4
41
80L
=
41
810441,2 Lfe ⋅⋅= −
...određivanje ukupnog ekvivalentnog prometnog opterećenja prema HRN U.C4.010
!!!!!!
• proračun faktora ekvivalencije – fe prema HRN-u
○ dvostruke osovine
L2 [kN]
fe
4150
42
LL
fe =
42
910975,1 Lfe ⋅⋅= −
4
42
150L
=
...određivanje ukupnog ekvivalentnog prometnog opterećenja prema HRN U.C4.010
težina ekvivalentne dvostruke osovine je 150 kN !!!
• Raspodjela opterećenja po osovinama vozila
...određivanje ukupnog ekvivalentnog prometnog opterećenja prema HRN U.C4.010
iskorištenost nosivosti teških teretnih vozila
pretpostavlja se iskorištenost nosivosti od 70%
• Raspodjela opterećenja po osovinama vozila
...određivanje ukupnog ekvivalentnog prometnog opterećenja prema HRN U.C4.010
iskorištenost nosivosti teških teretnih vozila
pretpostavlja se iskorištenost nosivosti od 70%
×70%
L1=40+20×0,7 L2=70+90×0,7
L2 [kN]L1 [kN]
fe, L2 fe, L1+ = Fe
• faktor ekvivalencije za određeno vozilo (Fe)
...određivanje ukupnog ekvivalentnog prometnog opterećenja prema HRN U.C4.010
∑=
=k
iie fF
1
• faktor ekvivalencije za određeno vozilo Fe
• prosječno godišnje dnevno opterećenje ∑=
⋅=k
iied nFT
1
ni – PGDP vozila u početnoj godini upotrebe ceste u najopterećenijemvoznom traku
fe Fe Td
...određivanje ukupnog ekvivalentnog prometnog opterećenja prema HRN U.C4.010
• faktor ekvivalencije za određeno vozilo Fe
• prosječno godišnje dnevno opterećenje ∑=
⋅=k
iied nFT
1
ni – PGDP vozila u početnoj godini upotrebe ceste u najopterećenijemvoznom traku
fe Fe
× 50%
Td
...određivanje ukupnog ekvivalentnog prometnog opterećenja prema HRN U.C4.010
• ukupno prometno opterećenje u početnoj godini upotrebe ceste Tg = Td · 365
• faktor rasta prometa u projektnom razdoblju ∑
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +=
p
i
irq1 1001
p – projektno razdoblje [god],i – 1, 2, 3,..., p-ta godina,r – prosj. god. stopa rasta broja teških
vozila (za potrebe ovog programa 2%)
• ukupno ekvivalentno prometno opterećenje u projektnom razdoblju Tn = Tg · q
...određivanje ukupnog ekvivalentnog prometnog opterećenja prema HRN U.C4.010
fe Fe Tg (q)Td Tn = W80
Faktor rasta prometa - q
∑=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +=
p
i
irq1 1001
p – projektno razdoblje [god],i – 1, 2, 3,..., p-ta godina,r – prosj. god. stopa rasta broja teških
vozila (za potrebe ovog programa 2%)godišnja
stopa rasta
prometa-r [%]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
projektni period-p
[god]q
5 5 5 5 6 6 6 6 6 7 7
10 11 11 12 12 13 14 15 16 17 17
15 16 18 19 21 23 25 27 29 32 35
20 22 25 28 31 35 39 44 49 56 63
Podjela prometnog opterećenja na grupe
grupa prometnog opterećenja
ukupno ekv. opterećenje 80 kN osovina (W80) u projektnom periodu
vrlo lagano < 2 × 105
lagano 2 × 105 > 7 × 105
srednje 7 × 105 > 2 × 106
teško 2 × 106 > 7 × 106
vrlo teško > 7 × 106
Primjer proračuna ekvivalentnog opterećenja
vrsta vozila osovina
nosivost[kN]
iskorištenost(koristan teret×70%)
[kN]
opterećenje po osovini
faktor ekv.fe
faktor ekv. vozila
Fe
Td=Fe×ni
pred. 33+14 33+14×0,7 42,8 0,082
straž. 67+26 67+18,2 85,2 1,286pred. ... ... ... ...straž. ... ... ... ...pred. ... ... ... ...straž. ... ... ... ...pred. 37+25 37+0,7×25 54,5 0,215
straž. 37+120 37+0,7×120 121 0,423pred. ... ... ... ...straž. ... ... ... ...pred. ... ... ... ...straž. ... ... ... ...pred. ... ... ... ...
srednja ... ... ... ...straž. ... ... ... ...
Σ=Td, ukupno 1680
... ...tegljač+
prik. 220 kN (TTV3+PPR2)
... ...t. ter.+prik.145+120 kN (TT3+PR2)
0,638 178,00teško ter. > 70 kN (TT2)
... ...sr. t. ter. 30-70 kN (ST2)
... ...lagano. ter. < 30 kN (LT2)
1,368 393,98bus (A2)
Tg = Td · 365
Tn = Tg · q = W80
...AASHO metoda za dimenzioniranje asfaltnih kolničkih konstrukcija...
○ vrijednosti su u rasponu od:
p0 (početna vozna sposobnost) 5 za idealno ravan kolnik do
pt (konačna vozna sposobnost) 0 za potpuno uništen kolnik
○ u stvarnosti:
▫ 4,2 za savitljive kolnike,
▫ 4,5 za krute kolnike;
▫ ne bi trebalo dopustiti da vrijednost padne ispod 2.
• indeks vozne sposobnosti kolnika - p
...AASHO metoda za dimenzioniranje asfaltnih kolničkih konstrukcija...
• projektno razdoblje (razdoblje dimenzioniranja)
○ vrijeme nakon kojeg je potrebno obaviti prvo većepojačanje kolnika (indeks vozne sposobnosti dosegne vrijednost 2,5 – 2,0) uz redovito održavanje;
○ u AASHO metodi projektno razdoblje iznosi 20 godina;
○ mogu se uzeti druge vrijednosti treba smanjiti prometno opterećenje
...AASHO metoda za dimenzioniranje asfaltnih kolničkih konstrukcija...
• regionalni faktor - R
○ opisuje utjecaj klimatskih uvjeta (smrzavanje, padaline, i sl.) područja u kojem se projektira cesta;
○ R = 0,5 (povoljni uvjeti) 5,0 (nepovoljni uvjeti);
...AASHO metoda za dimenzioniranje asfaltnih kolničkih konstrukcija...
○ opisuje nosivost temeljnog tla (posteljice) kolničke konstrukcije;
○ određen na temelju vrijednosti CBR (eng.California Bearing Ratio - kalifornijski indeks nosivosti)
• Nosivost tla - S
S = 4,308 log CBR + 1,673
ili
Slika 3.6, knjiga Babić – Korelacijski nomogram za određivanje nosivosti tla S
5,3
...AASHO metoda za dimenzioniranje asfaltnih kolničkih konstrukcija...
○ njime se opisuje nosivost kolničke konstrukcije;
• Strukturni broj - SN
SN [cm] = a1·d1 + a2·d2 + ... + an·dn
an – karakteristike sloja koln. konstr.,
dn – debljina sloja [cm]
○ pomoću SN moguće je uspoređivati nosivost kolničkih konstrukcija od različitih debljina slojeva i materijala;
○ ovisi o materijalima i debljinama slojeva od kojih se izvodi kolnička konstrukcija; d1
d2
d3
d4
posteljica
...AASHO metoda za dimenzioniranje asfaltnih kolničkih konstrukcija...
• Strukturni broj – SN...
Slika 3.5, knjiga Babić –Koeficijenti zamjene po AASHO metodi
...AASHO metoda za dimenzioniranje asfaltnih kolničkih konstrukcija...
postupak dimenzioniranja...• odabere se nomogram potrebne vozne sposobnosti (slike
3.7 i 3.8, Babić)
Slika 3.7, Babić - nomogram za
dimenzioniranje asfaltnih kolničkih
konstrukcija, za konačnu voznu
sposobnost pt = 2,0
!!
...AASHO metoda za dimenzioniranje asfaltnih kolničkih konstrukcija...
...postupak dimenzioniranja
• ovom metodom je dobiven potreban SN za kolničku konstrukciju prema ulaznim parametrima SNp
• SNk pretpostavljene k.k. usporediti sa SNp
SNk > SNp
pretpostavljena k.k. SNk određuje se ...
... metodom prema normi HRN U.C4.012
Dimenzioniranje kolničkih konstrukcija prema HRN U.C4.012
• temelji se na AASHO metodi sa sljedećim koeficijentima:○ prometno opterećenje W80,○ projektni period 20 god.,○ konačna vozna sposobnost, pt = 2,5,○ regionalni faktor, R = 2,0.
d1
d2
asfaltni slojevi(AB+BNS)
MNS
posteljica
TIP 1
d1
d2
asfaltni slojevi(AB+BNS)
CNS
posteljica
TIP 2d1
d2
d3
asfaltni slojevi(AB+BNS)
CNS
MNS
posteljica
TIP 3
...Dimenzioniranje kolničkih konstrukcija prema HRN U.C4.012...
postupak:1. odabrati TIP kolničke konstrukcije prema HRN
...Dimenzioniranje kolničkih konstrukcija prema HRN U.C4.012...
postupak:2. očitavanje debljine slojeva
TIP 1, slika 6, HRN BNS + AB = d1
MNS = d2
...Dimenzioniranje kolničkih konstrukcija prema HRN U.C4.012...
postupak:2. očitavanje debljine slojeva
TIP 2 ili 3, slika 7, HRN
BNS + AB = d1
MNS + CNS = d2
...Dimenzioniranje kolničkih konstrukcija prema HRN U.C4.012...
postupak:3. određivanje debljina pojedinih slojeva
primjer za očitanje sa slike 7, TIP 3
• očitana vrijednost d1, sastoji se od sloja AB i sloja BNS;
• pomoću koeficijenata zamjene (an) treba d1 "pretvoriti" u AB i BNS
d1·aasfalt = dAB·a1 + dBNS·a2
○ pretpostavi se debljina sloja AB:
▫ za teško prom. opterećenje dAB = 4 cm
▫ za vrlo teško prom. opterećenje dAB = 6 cm
○ prosječna vrijednost koef. zamjene za asfalt je:
aasfalt = 0,38
...Dimenzioniranje kolničkih konstrukcija prema HRN U.C4.012...
postupak:3. određivanje debljina pojedinih slojeva
primjer za očitanje sa slike 7, TIP 3...
• primjer: očitane i pretpostavljene vrijednosti
d1 = 11 cm i dAB = 4 cm vrijednosti uvrste se u formulu...
11·0,38 = 4·a1 + dBNS·a2
CNS 7-dn. tlačna čvrstoća MNS vrijednost CBR
HRN, slika 1 HRN, slika 2
HRN, slika 3 HRN, slika 4
asfaltni slojevi Marshallov stabilitet
...Dimenzioniranje kolničkih konstrukcija prema HRN U.C4.012...
• primjer: koeficijenti zamjene određuju se iz svojstavapojedinog materijala, koja su zadana u Zadatku
...Dimenzioniranje kolničkih konstrukcija prema HRN U.C4.012...
postupak:3. određivanje debljina pojedinih slojeva
primjer za očitanje sa slike 7, TIP 3...
• primjer:
d1·aasfalt = dAB·a1 + dBNS·a2
11·0,38 = 4·a1 + dBNS·a2
11·0,38 = 4·0,40 + dBNS·0,32
dBNS= 8,06 cm 9 cm
provjera: dAB + dBNS > d1
4 + 9 > 11
...Dimenzioniranje kolničkih konstrukcija prema HRN U.C4.012...
postupak:3. određivanje debljina pojedinih slojeva
primjer za očitanje sa slike 7, TIP 3...
• primjer: slično vrijedi i za proračun CNS-a i MNS-a
○ sa slike 7 očitana je potrebna debljina CNS-a (računskog koef. a=0,20)
○ tu debljinu treba "pretvoriti" u CNS i slabije nosivi MNS
d2·aCNS 0,2 = dCNS·a3 + dMNS·a4
očitano: 35·0,20 = 15·0,23 + dMNS·0,12
dMNS = 29,6 cm usvojeno: 30 cm
...Dimenzioniranje kolničkih konstrukcija prema HRN U.C4.012...
postupak:4. rezultat
proračunata kolnička konstrukcija je:
dAB = 4 cmdBNS = 9 cm
dCNS = 15 cm
dMNS = 30 cm
posteljica
ukupna debljina 58 cm
slijedi...5. provjera dobivene k.k. po AASHO metodi
...Dimenzioniranje kolničkih konstrukcija prema HRN U.C4.012...
postupak:5. provjera po AASHO metodi
SNk > SNp
dAB = 4 cmdBNS = 9 cm
dCNS = 15 cm
dMNS = 30 cm
posteljica
k.k. po HRN-u SNk = aAB·dAB+aBNS·dBNS+aCNS·dCNS+aMNS·dMNS
an – koeficijenti po HRN metodi
SNk =11,53 cm
...Dimenzioniranje kolničkih konstrukcija prema HRN U.C4.012...
postupak:5. provjera po AASHO metodi
ako je SNk > SNp, konstrukcija dimenzionirana po HRN
metodi ZADOVOLJAVA
SNp – očitano iz dijagrama po AASHO metodi (slika 3.8 Babić)
ako je razlika SNk – SNp > 5, konstrukcija je
prejaka, pa se debljine pojedinih slojeva mogu
smanjiti