tartószerkezet-rekonstrukciós szakmérnöki tanszék képzés ... · 3.1 a biztonsági...

Dr. Móczár Balázs

1

BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti T

anszék

Tartószerkezet-rekonstru

kciós Szakmérnöki K

épzés

A z e l ő a d á s c é l j a

MSZ EN 1997-1 szabvány 6. fejezetében és egyes mellékleteiben leírtsíkalapozással kapcsolatos előírások lényegesebb elemeinek, a szabványelveinek bemutatása

Az eddig alkalmazott MSZ 15000-as szabványsorozat (és azon belül az MSZ15004) fontosabb eljárásainak összehasonlítása az új EC7 szerinti számításimódszerekkel

2

alapvető

hasonlóságok különbségek


anszék



épzés

1 . M S Z E N 1 9 9 7 - 1 s z e r i n t i h a t á r á l l a p o t k o n c e p c i ó

Határállapotok:

• az általános állékonyság elvesztése

• az alap alatti talajtörés, átfúródás, kipréselődés

• tönkremenetel elcsúszás miatt

• a tartószerkezet és az altalaj együttes tönkremenetele

• a tartószerkezet tönkremenetele az alap mozgása miatt

• túlzottan nagy süllyedések (és süllyedéskülönbségek)

• túlzottan nagy megemelkedés duzzadás,

fagy vagy más okok miatt

• elfogadhatatlan mértékű rezgések

3

Teh

erb

írás

i h

atár

álla

po

tH

aszn

álh

ató

sági

h

atár

álla

po

t


anszék



épzés

2 . Te r v e z é s i e l j á r á s o k

Tervezési eljárások típusai

• Közvetlen tervezési eljárás

• Közvetett tervezési eljárás

• Szokáson alapuló tervezési eljárás

4


anszék



épzés


Közvetlen tervezési eljárás:

• Más-más számítási modellt alkalmazva vizsgáljuk az egyes határ-állapotokat:

• Teherbírási határállapotok számításakor a törési mechanizmuslegpontosabb modellezése

• Használhatósági határállapotok ellenőrzése süllyedésszámítással

• 3. geotechnikai kategória esetében kötelező, 2. geotechnikaikategória esetében ajánlott eljárás

• „törőfeszültség képlet” – MSZ 15004-89 – illetve az MSZ EN 1997-1ajánlott képletei

• FEM-programokkal történő numerikus méretezés

• Törési állapotig terjedő terhelés-süllyedés kapcsolat vizsgálata

5


anszék



épzés


Közvetett tervezési eljárás:

• Összehasonlító tapasztalatok, valamint terepen vagylaboratóriumban végzett mérések, ill. észlelések eredményeitalkalmazzuk

• Pl.: Szondázás, pressziométeres vizsgálat eredményei alapján,tapasztalati képletek segítségével becsüljük a talajtörési ellenállást

• Két típusa van:

• Süllyedésszámításon, a süllyedések szigorú korlátozásán alapulóméretezés

• Talajtörési ellenállás számításán, a talajtöréssel szembenviszonylag nagy „globális biztonság” előírásán alapuló méretezés

• Mindkét esetben elég a használhatósági határállapotbanfigyelembe veendő hatásokkal (karakterisztikus értékekkel)számolni

• Számítás terjedelme csökken

• Jelentősége elsősorban az 1. geotechnikai kategóriánál van

6


anszék



épzés


Szokáson alapuló tervezési eljárás:

• Valószínűsített talajtörési ellenállással számolunk

• Elsősorban kőzeteken történő alapozás esetében alkalmazzuk,útmutatás a G mellékletben található

• A kőzettípusa, tagoltsága és egyirányú nyomószilárdsága alapjánlehet egy megengedett talpfeszültséget felvenni.

• MSZ 15004 szerinti „Határfeszültség alapértéken” történőméretezés

• csak az 1. geotechnikai kategóriában lehetséges

• 2. és 3. kategóriában az alkalmazása nem elfogadható, kizárt!!!

• külön süllyedésszámítás szükséges

• új egyszerűsített eljárás kidolgozása lenne indokolt

7


anszék



épzés

3 . Te r v e z é s t e h e r b í r á s i h a t á r á l l a p o t o k r a

Teherbírási határállapotok:

• EQU – a helyzeti állékonyság elvesztése (merev testként gyors éslényeges helyzetváltozás az ellenállást a szerkezeti anyagok és atalaj szilárdsága jelentősen nem befolyásolja)

• STR – a tartószerkezeti elemek belső törése vagy túlzott alakváltozása(az ellenállást a szerkezeti anyagok szilárdsága jelentősenbefolyásolja)

• GEO – a talaj törése vagy túlzott mértékű alakváltozása (az ellenállásta talaj vagy szilárd kőzet szilárdsága jelentősen befolyásolja)

• UPL – a tartószerkezet vagy a talaj felúszás folytán bekövetkezőegyensúlyvesztése

• HYD – hidraulikus talajtörés

Geotechnikai szerkezetek esetében leggyakrabban a GEO és az STRhatárállapotokat kell vizsgálni.

8


anszék



épzés

3 . 1 Ta l a j t ö r é s i e l l e n á l l á s v i z s g á l a t a s z á m í t á s o s e l j á r á s s a l

9


anszék



épzés

3 . 1 Ta l a j e l l e n á l l á s o k s z á m í t á s á n a k ö s s z e h a s o n l í t á s a

Talaj határereje / Talajtörési ellenállás tervezési értéke

10

MSZ 15004-1989

MSZ EN 1997-1


anszék



épzés


Talaj törőfeszültsége:

11


anszék



épzés


Drénezetlen terhelés jelentése:

• Ha gyorsan növekszik a terhelés (a pórusvíznyomások nem tud-nak kiegyenlítődni) – kötött talajok esetében

• Ekkor a nyírószilárdság állandó (cu – drénezetlen nyírószilárd-ság), Φ = 0

• A víz felhajtóerejével nem szabad számolni (teljes feszültségekfigyelembevétele)

12


anszék



épzés


Teherbírási tényezők:

13

MSZ 15004-1989

MSZ EN 1997-1


anszék



épzés


Alapfelület hajlásának tényezői:

14

MSZ 15004-1989

MSZ EN 1997-1


anszék



épzés


Alap alakjának tényezői:

15

MSZ 15004-1989

Drénezett:

Drénezetlen:

MSZ EN 1997-1


anszék



épzés


Teher ferdeségének tényezői:

16

MSZ 15004-1989

MSZ EN 1997-1

Drénezett:

Drénezettlen:


anszék



épzés


Lejtős terephatást figyelembevevő tényező

17

MSZ 15004-1989

MSZ EN 1997-1


anszék



épzés


18

MSZ 15004-1989 MSZ EN 1997-1


anszék



épzés


19

Az ellenállások tervezési értékének számítása:

MSZ 15004-1989 MSZ EN 1997-1


anszék



épzés

3 . 1 Te r h e k ( h a t á s o k ) s z á m í t á s á n a k ö s s z e h a s o n l í t á s a

20

Teher oldal tervezési értékeinek számítása:

MSZ 15004-1989 MSZ EN 1997-1


anszék



épzés

3 . 1 H a t á r á l l a p o t i g a z o l á s á n a k k r i t é r i u m a

Szerkezettel szemben támasztott követelmények:

21

MSZ 15004-1989

MSZ EN 1997-1


anszék



épzés

3 . 1 A b i z t o n s á g i ( p a r c i á l i s ) t é n y e z ő k s z e r e p e

22

90

95

100

105

110

115

120

125

130

135

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

MSZ

EN

19

97

-1 é

s az

MSZ

15

00

4 s

zab

ván

yok

segí

tsé

géve

l szá

mít

ott

elle

nál

láso

k,-

és

a h

atás

ok

terv

ezé

si é

rté

kén

ek

hán

yad

osa

kén

t é

rte

lmez

ett

biz

ton

ság

arán

ya [

%]

Állandó és hasznos terhelés aránya

MSZ 15004-1989 segítségével számított talaj határerő és a mértékadó erő hányadosának összehasonlítása az MSZ EN 1997-1 szabvány alapján kalkulált talajellenállások tervezési értékének és

a teherkombinációk tervezési értékének hányadosával

EN

MSZ

azonos törőfeszültségek esetén


anszék



épzés

3 . 1 K ö z p o n t o s a n t e r h e l t p i l l é r a l a p ö s s z e h a s o n l í t ó é r z é k e n y s é g v i z s g á l a t a

23

ht = 120 cm

ha = 120 cm

B = 100 cmL = 100 cm

GV,k

QV,k

Talajjellemzők alapértékei:

Érzékenységvizsgálat paraméterei:

Φ = 1...30°

c = 0, 10, 20, 30, 50, 100 kPa

γn = 18 kN/ m3

Φ = 30°

c = 0 kPa

γb = 25 kN/ m3


anszék



épzés


24

50

60

70

80

90

100

110

120

1° 3° 5° 7° 9° 11° 13° 15° 17° 19° 21° 23° 25° 27° 29° 31° 33° 35° 37° 39°

MSZ

EN

19

97

-1 a

lap

ján

szá

mít

ott

ka

rakt

eri

szti

kus

elle

nál

lás

ért

éke

az

MSZ

15

00

4 s

z. s

zám

íto

tt

törő

erő

fü

ggvé

nyé

be

n [

%]

Belső súrlódási szög [°]

MSZ 15004-1989 és MSZ EN 1997-1 szabványok segítségével számított talajtörőerő/ellenállás karakterisztikus értékének

összehasonlítása központosan terhelt négyzetes pillér alap esetében

MSZ

EN; C = 0 kPa

EN; C = 10 kPa

EN; C = 20 kPa

EN; C = 30 kPa

EN; C = 50 kPa

EN; C= 100 kPa


anszék



épzés


25

0

200

400

600

800

1000

1200

1° 2° 3° 4° 5° 6° 7° 8° 9° 10° 11° 12° 13° 14° 15° 16° 17° 18° 19° 20° 21° 22° 23° 24° 25° 26° 27° 28° 29° 30°

Elle

nál

lás

kara

kte

risz

tiku

s é

rté

ke

Az alapfelület α hajlása [°]

MSZ EN 1997-1 szabvány segítségével számított talajtörési ellenállás karakterisztikus értékének változása az alapfelület hajlásának

függvényében, központos terhelés és pilléralap esetében

EN


anszék



épzés

3 . 1 K ö z p o n t o s a n t e r h e l t s á v a l a p ö s s z e h a s o n l í t ó é r z é k e n y s é g v i z s g á l a t a

26

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

1° 3° 5° 7° 9° 11° 13° 15° 17° 19° 21° 23° 25° 27° 29° 31° 33° 35° 37° 39°

MSZ

EN

19

97

-1 a

lap

ján

szá

mít

ott

ka

rakt

eri

szti

kus

elle

nál

lás

ért

éke

az

MSZ

15

00

4 s

z. s

zám

íto

tt

törő

erő

fü

ggvé

nyé

be

n [

%]


MSZ 15004-1989 és MSZ EN 1997-1 szabványok segítségével számított talajtörőerő/ellenállás karakterisztikus értékének

összehasonlítása középpontosan terhelt sávalap alap esetében

MSZ

EN; C = 0 kPa

EN; C = 10 kPa

EN; C = 20 kPa

EN; C = 30 kPa

EN; C = 50 kPa

EN; C = 100 kPa


anszék



épzés

3 . 1 F e r d e t e h e r r e l t e r h e l t p i l l é r a l a p ö s s z e h a s o n l í t ó é r z é k e n y s é g v i z s g á l a t a

27

ht = 120 cm

ha = 120 cm

B = 100 cmL = 100 cm

GV,k = 300 kNQV,k = 100 kN

Talajjellemzők alapértékei:

Érzékenységvizsgálat paraméterei:

Φ = 10...40°

c = 20, 40, 60, 80, 100, 120 kPa

Hk = 5, 10...100 kN

f = 0,055...0,22

γn = 18 kN/ m3

Φ = 10°

c = 40 kPa

γb = 25 kN/ m3

QH,k = 50kN


anszék



épzés

28

80

85

90

95

100

105

110

115

120

1251

0°

11

°

12

°

13

°

14

°

15

°

16

°

17

°

18

°

19

°

20

°

21

°

22

°

23

°

24

°

25

°

26

°

27

°

28

°

29

°

30

°

31

°

32

°

33

°

34

°

35

°

36

°

37

°

38

°

39

°

40

°

MSZ

EN

19

97

-1 a

lap

ján

szá

mít

ott

ka

rakt

eri

szti

kus

elle

nál

lás

ért

éke

az

MSZ

15

00

4 s

z. s

zám

íto

tt

törő

erő

fü

ggvé

nyé

be

n [

%]


MSZ 15004-1989 és MSZ EN 1997-1 szabványok segítségével számított talajtörőerő/ellenállás karakterisztikus értékének összehasonlítása ferde teherrel terhelt, négyzetes pillér alap

esetében, Hk = 50 kN / f = 0,055

MSZ

EN; C = 20 kPa

EN; C = 40 kPa

EN; C = 60 kPa

EN; C = 80 kPa

EN; C = 100 kPa

EN; C = 120 kPa



anszék



épzés

29

0

50

100

150

200

2500

,01

0,0

2

0,0

3

0,0

4

0,0

6

0,0

7

0,0

8

0,0

9

0,1

0

0,1

1

0,1

2

0,1

3

0,1

4

0,1

6

0,1

7

0,1

8

0,1

9

0,2

0

0,2

1

0,2

2

MSZ

EN

19

97

-1 a

lap

ján

szá

mít

ott

ka

rakt

eri

szti

kus

elle

nál

lás

ért

éke

az

MSZ

15

00

4 s

z. s

zám

íto

tt

törő

erő

fü

ggvé

nyé

be

n [

%]

Teher ferdesége – Vk = 450 kN, Hk = 5...100 kN

MSZ 15004-1989 és MSZ EN 1997-1 szabványok segítségével számított talajtörőerő/ellenállás karakterisztikus értékének összehasonlítása ferde teherrel terhelt, négyzetes pillér alap

esetében, Φ = 10°

MSZ

EN; C = 20 kPa

EN; C = 40 kPa

EN; C = 60 kPa

EN; C = 80 kPa

EN; C = 100 kPa

EN; C = 120 kPa



anszék



épzés

3 . 2 Ö s s z e h a s o n l í t ó m i n t a f e l a d a t

Mintapélda:

30

ht = 120 cm

ha = 80 cm

B = 200 cm

QV,k = 100 kNTalajjellemzők alapértékei:

Talajvízszint: Mélyen az alapsík alatt.

MSZ 15004-1989 esetében:α = 0.5

γn = 18 kN/ m3

Φ = 10°

c = 40 kPa

γb = 25 kN/ m3

QH,k = 50kN

GV,k = 300 kN

L = 200 cm

eB,Q = 40 cm

Galaptest = 80kN

Gtalaj = 82,9kN


anszék



épzés


31

MSZ 15004-1989 MSZ EN 1997-1

562,9 kN = VR Vk = 562,9 kN

50,0 kN = HR Hk= 50,0 kN

1,72 m = B’ = 1,72 m

3,43 m2 = A’ = 3,43 m2

2,47 = Nt Nq = 2,47

0,61 = NB Nγ = 0,52

8,34 = Nc = 8,34

- bq = bγ = bc = 1,0

0,71 = aB sq = 1,17

1,43 = a sγ = 0,70

sc = 1,29


anszék



épzés


32

MSZ 15004-1989 MSZ EN 1997-1

0,80 = it iq = 0,95

0,73 = iB iγ = 0,91

0,66 = ic ic = 0,91

- m = 1,46

1,0 = jt = jB = jc -

36 kPa = t ∙ γ2 q’ = 36 kPa

426,4 kPa = q Rk / A’ = 476,8 kPa

733,35 kN = Qv Rd = 1215,57

695,53 kN = Vm Vd = 774,97 kN

94,8%Kihasználtság = hatás/ellenállás

63,7%

EC 7 szerint 31%-kal nagyobb a teherbírás


anszék



épzés

3 . 3 E l l e n á l l á s c s ú s z á s s a l s z e m b e n

33


anszék



épzés

3.4 Tartó szerkezet tö n kremenete le az a l ap ok m ozgása m i att

Az EN 1997-1 6.5.5 szakasza szerint ellenőrizni kell az alapok vízszintesés függőleges mozgáskülönbségeit, hogy ezek ne vezethessenek azalátámasztott tartószerkezet STR teherbírási határállapotához.

Nem használhatósági határállapot

Az eddig gyakorlat szerint a tervező a süllyedéseket általában a tartósterhek alapértékéből határozza meg és hasonlítja össze az MSZ szerintelőírt süllyedési kritériumokkal; a támaszsüllyedésből származó terhelőhatást nem veszi figyelembe a felszerkezet statikai méretezése során.

Egyszerűbb esetben a támaszsüllyedések a süllyedésszámításbólmegállapított értékkel terhelő hatásként vihetők be a programokba

Ma már rendelkezésre állnak olyan végeselemes számítógépesprogramok (pl. Plaxis 3D Foundation), melynek segítségével a teljesszerkezet és az altalaj, mint kontinuum (korszerű talajmodellekkel)együttesen is modellezhető

34


anszék



épzés

A síkalapok szerkezeti tönkremenetele szintén STR teherbírásihatárállapot

Merev alapok:

• Szabad a lineáris talpfeszültség-eloszlást feltételezni, de az altalaj ésa tartószerkezet kölcsönhatásának részletesebb erőtanivizsgálatával egy gazdaságosabb terv is igazolható

Hajlékony alapok:

• A talpfeszültségeloszlás meghatározásához az alaptest rugalmasféltéren vagy megfelelő merevségű és szilárdságú rugók sorozatánnyugvó gerendaként vagy lemezként modellezhető

• A fellépő erőket és hajlítónyomatékokat is szabad lineárisanrugalmas ágyazat feltételezésével számítani; Az ágyazási tényezőértékét süllyedésszámítással kell megállapítani

35

3 . 5 S í k a l a p o k t a r t ó s z e r k e z e t i t e r v e z é s e


anszék



épzés

3.5 Síkalap magassági méretezésének egyszerűsített szabályai – (ajánlás)

36


anszék



épzés

4 . Te r v e z é s h a s z n á l h a t ó s á g i h a t á r á l l a p o t o k r a

Leggyakrabban elegendő a süllyedésszámítás (ritkában „megemelke-dések” és rezgések vizsgálata)

A 2. és 3. geotechnikai kategóriában mindenképpen szükséges süllye-désszámítás, az 1. kategóriában általában nem mértékadó (kivéve puhaagyagok esetében)

A talaj öntömörödéséből származó esetleges járulékos süllyedések(friss feltöltések, roskadékony talajok) figyelembevétele

Leggyakrabban a süllyedéskülönbségek és a relatív elfordulások okoz-nak problémát

A 2. és 3. geotechnikai kategóriában sokszor nem a teherbírásra,hanem a süllyedésre történő méretezés „dominál” → az alapfelületnövelésével általában a süllyedések is nőnek (a feszültségeket nemlehet „eltüntetni”)

„Komolyabb” szerkezeteknél célszerű figyelembe venni azépítménymerevség hatását is → jellemzően kisebb süllyedésekigazolhatóak

Alkalmazhatóak a rugalmasságtan elméletén alapuló számítások →leggyakrabban feszültség-alakváltozás módszerek 37


anszék



épzés

4 . Te r v e z é s h a s z n á l h a t ó s á g i h a t á r á l l a p o t o k r a

A kialakuló süllyedések párhuzamosan veszélyeztetik a szerkezetteherbírását és korlátozhatják a használhatóságukat (pl. födémekdőlése, közműcsatlakozások, nyílászárók) → eddig ezen két határállapotkezelése elméletileg nem vált szét, de az EN 1990-nél már kettéválik:

• más lesz a terhek tervezési étéke: a parciális és egyidejűségi tényezőka teherbírási határállapothoz nagyobbat szolgáltatnak a terhekkarakterisztikus értékéből, mint a használhatósági határállapotok(másfélszeres is lehet a különbség)

• a számított süllyedések értékelése más kritériumok alapján:

38

• teherbírási határállapotnál a tartószerkezet szilárdságiméretezése alapján

• használhatósági határállapotnál tapasztalatok alapján(korábbi károsodások) vagy a funkcióból, szakipariszerkezetek követelményeiből származtatva (egyszerűgeometriai elemzésekkel)


anszék



épzés

5. K ü l ö n b s é g e k az MSZ EN 1997-1 és az MSZ15004-89 között

Különbségek:

• Új terminusok pl.: karakterisztikus érték, tervezési érték, stb.

• A számítások karakterisztikus értekkel történnek (geotechnikai ter-vezési beszámoló alapján)

• Az eddigiektől eltérő jelölésrendszer

• Biztonsági (parciális) tényezők alkalmazási helyeinek és értékeinekváltozása

• Drénezett és drénezetlen viselkedés megkülönböztetett kezelése

• „törőfeszültségi” képlet (elsősorban ferde terheknél)

• Teherbírási és használati határállapot terhelései

• Külpontossági kritériumok mások

39


anszék



épzés

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!


anszék



épzés

tartószerkezet-rekonstrukciós szakmérnöki tanszék képzés ... · 3.1 a biztonsági...

Documents