vÝskumnÁ Úloha inŠtitucionÁlneho vÝskumu stavebnej fakulty Žu Žilina vÚ 03 / 303 /06 - 3

VÝSKUMNÁ ÚLOHA INŠTITUCIONÁLNEHO VÝSKUMU STAVEBNEJ FAKULTY ŽU

ŽILINAVÚ 03 / 303 /06 - 3

SPOĽAHLIVOSŤ OCEĽOVÝCH A SPRIAHNUTÝCH OCEĽOBETÓNOVÝCH

MOSTNÝCH KONŠTRUKCIÍ

ZODPOVEDNÝ RIEŠITEĽ : prof. Ing. JOSEF VIČAN, CSc.

DOBA RIEŠENIA : 01.01.2006 - 31.12.2006

NÁKLADY NA RIEŠENIE : 16 000,- Sk

CHARAKTERISTIKA ÚLOHY

1. ČIASTKOVÁ ÚLOHA

Vplyv imperfekcií a degradačných procesov na spoľahlivosť mostných prvkov


Spoľahlivosť spriahnutých oceľobetónových mostov


Vplyv imperfekcií a degradačných procesov na spoľahlivosť mostných prvkov

ZODPOVEDNÝ RIEŠITEĽ : prof. Ing. JOSEF VIČAN, CSc. SPOLURIŠITELIA : Ing. PETER KOTEŠ, PhD.

DOKTORANDI: Ing. FRANTIŠEK KURČÍK Ing. ĽUBOŠ KARCH

CHARAKTERISTIKA ČIASTKOVEJ ÚLOHY

• Vplyv korózie konštrukčnej ocele na životnosť mostných prvkov namáhaných ohybom

• Vplyv veľkosti trhliny na odolnosť a spoľahlivosť mostných prvkov

• Vplyv korózie konštrukčnej ocele na mostné prvky náchylné na stratu stability tvaru – vplyv náhodnej korozívnej degradácie prierezu horného pásu otvorene usporiadaného priehradového mosta

• Vplyv imperfekcií na odolnosť a napätostnú odozvu ortotropnej mostovky mostov s hornou mostovkou a s priebežným koľajovým lôžkom


Spoľahlivosť spriahnutých oceľobetónových mostov

ZODPOVEDNÝ RIEŠITEĽ: prof. Ing. JÁN BUJŇÁK, CSc.

SPOLURIEŠITELIA: Ing. JAROSLAV ODROBIŇÁK, PhD.

DOKTORANDI: Ing. JÁN BUJŇÁK Ing. IVANA CHABANOVÁ Ing. LUCIA HUBINSKÁ

CHARAKTERISTIKA ČIASTKOVEJ ÚLOHY

Analýza reálneho správania sa spriahnutých oceľobetónových nosníkov s čiastočným spriahnutím železobetónovej dosky s oceľovým nosníkom

Analýza odozvy nosnej oceľobetónovej mostnej konštrukcie na statické a dynamické zaťaženie

Modelovanie skutočného pôsobenie mostov so zabetónovanými oceľovými nosníkmi

CHARAKTERISTIKA DOSIAHNUTÝCH VÝSLEDKOV


• Analýza vplyvu korózie pásnic na životnosť valcovaných I 200 a I 400 a zváraných nosníkov I 400, I 800, I 2000 s použitím korozívneho modelu podľa Frangopola preukázala až 50 % zníženie životnosti následkom korózie• Parametrická štúdia vplyvu veľkosti trhliny na úbytok spoľahlivosti oceľového nosníku I 400 namáhaného ohybom umožnila definovať kritickú dĺžku trhliny z pevnostného hľadiska.

• Bol vyvinutý stochastický model degradačného vplyvu korózie na odolnosť a spoľahlivosť tlačeného pásu otvorene usporiadaného priehradového mosta, ktorý umožnil stanoviť časovo premenný priebeh odolnosti závislý od vplyvu korozívneho procesu s využitím numerického stochastického modelu na báze MKP. Aplikácia metódy response – surface na vyjadrenie neznámej implicitnej funkcie medzného stavu tlačeného pásu - vplyv náhodných vstupných premenných na výstupné náhodné premenné môže byť aproximovaný matematickou funkciou v analytickom tvare umožňu- júcom použitie simulačných techník.



• Analýza napätostnej odozvy ortotropnej mostovky mostov s hornou mostovkou priebežným koľajovým lôžkom namáhanej tlakom a priečnym zaťažením. Overenie numerického finitného modelu sledovaného pásu a jeho odladenie pre nelineárnu analýzu odozvy začiatočne zakriveného doskového pásu.

Výsledky porovnávacích výpočtov

[MPa] [STN] [ENV] [AV] FEM

plech -45,17 -46,60 -32,02 - Krajná Výstuha

výstuha -224,70 -219,30 -256,89 - plech -165,28 -158,90 -165,85 -167,73 Vnútorná

výstuha výstuha +18,40 +21,60 +23,25 +6,80



• Bola vykonaná príprava experimentálneho výskumu skutočnej odozvy mostnej konštrukcie s hornou plechovou ortotropnou mostovkou na trati Bratislava Rača – Trnava v km 43,905. Boli urobené aj prvé kontrolné merania odozvy pozdĺžnych výstuh a hlavného nosného systému na reálne prevádzkové zaťaženie.

T_ 01 T_ 08

T_ 06

T_ 02 T_ 07

PRIEČNY REZ V STREDE MOSTA M 1:20

T_ 04

T_ 11

T_ 09

T_ 10T_ 03 T_ 05



2. ČIASTKOVÁ ÚLOHA2. ČIASTKOVÁ ÚLOHA

• Bol odvodený analytický výpočtový model čiastočného spriahnutia nosníka s betónovou doskou vychádzajúci z lineárnej analýzy umožňujúci výpočet priehybov a deformácii konštrukcie pomocou relatívne jednodu-chých analytických vzťahov.

• Bol vyvinutý 3D finitný numerický výpočtový model na báze metódy konečných prvkov. Oceľ, betón ako aj prvky spriahnutia sú tu zadefinované nelineárnymi materiálovými vzťahmi.


· Bola vykonaná rozsiahla parametrická štúdia vplyvu čiastočného spriahnutia na reálne správanie sa spriahnutého oceľobetónového nosníka. Získané výsledky boli porovnané s výstupmi experimentálnych výskumov publikovaných v dostupnej literatúre.

· Vplyv čiastočného spriahnutia sa výraznejšie prejavuje pri krátkych nosníkoch, kde sa môže prejaviť až 25% nárastom priehybov spriahnutého nosníka.


• Boli vyhodnotené experimentálne testy spriahnutého diaľničného mosta, na ktorom sa realizovali merania priehybov nosníkov ako aj pomerných pretvorení s cieľom stanoviť redistribúciu zaťaženia cestnou dopravou na jednotlivé nosníky v priečnom reze a ich napätosť.

• Hľadal sa najvýstižnejší numerický MKP model skutočného pôsobenia skúmaného mosta, ktorým je kombinovaný dosko-prútový výpočtový model.

• Modelovanie vplyvu trhlín v nadpodperovej oblasti - metódou neprinieslo žiadaný efekt vo forme spresnenia numerických výsledkov.


• Lineárny numerický finitný model časti konštrukcie so zabetónovanými nosníkmi korešponduje veľmi dobre s hodnotami zistenými experimentálnym výskumom pri nízkych hodnotách zaťaženia. Pre vyššie hladiny zaťaženia sa ukazuje potreba aplikovať presnejší model zohľadňujúci fyzikálnu nelinearitu včítane uvažovania reálneho pôsobenia kontaktných plôch na styku oceľ-betón.


• Príprava experimentálneho merania na reálnej konštrukcii. Predmetom meraní je mostný objekt na zrekonštruovanej koridorovej železničnej dvojkoľajnej trati v km 89,989 traťového úseku Piešťany – Nové Mesto n/Váhom cez Čachtický kanál. Ide o trojpoľový mostný objekt s tromi jednoducho podoprenými poľami. Tenzometrické snímače boli osadené na hornú a spodnú pásnicu krajného a stredného nosníka HE 360B priečneho rezu krajného poľa pred osadením výstuže a betonážou.


511030/2

15

678

15540

0150

275

18036

0180

773

540

100 620 4665 277,5585585585585585585585292,5

REALIZÁCIA VÝSLEDKOV V PRAXI

• Prezentácia výsledkov v rámci publikačnej činnosti riešiteľov

• Parciálne poznatky riešenia boli zapracované do návrhu Národnej prílohy k STN EN 1990/A1, príloha A2: Použitie

pre mosty,

ktorá bola vypracovaná pre Slovenský ústav technickej normalizácie v Bratislave.


• Využitie výsledkov výskumu pri spracovaní rozborovej štúdie

„Analýza zaťaženia mostov “ ,

ktorá sa spracovala ako podklad pre vypracovanie národnej prílohy k norme STN EN 1991-2:“Zaťaženia konštrukcií“, Časť 2:“Zaťaženie mostov dopravou“

pre Ministerstvo výstavby a regionálneho rozvoja a

Slovenský ústav technickej normalizácie


• Reálne výstupy najmä výskumov týkajúcich sa mostov so zabetónovanými nosníkmi a spriahnutého oceľobetónového mosta sú použité v projektovej dokumentácii tohto typu mostov, ktorá sa spracováva na KSKM pre ŽSR v rámci modernizácie železníc SR na úseku Bratislava –Žilina.

ZÁVERY A ODPORÚČANIA PRE BUDÚCE OBDOBIA

• Vedeckovýskumné zameranie Katedry stavebných konštrukcií a mostov sa orientuje na postupné cieľavedomé rozširovanie poznatkov o reálnom správaní sa oceľových a spriahnutých oceľobetónových mostných konštrukcií v prevádzke pri zohľadnení rôznych degradačných a reologických procesov výrazne ovplyvňujúcich spoľahlivosť týchto mostných sústav.


• Pokračovanie orientácie výskumných aktivít v oblasti vyšetrovania imperfekcií a korozívnych vplyvov na spoľahlivosť častí mostných konštrukcií náchylných na stratu stability tvaru

– tlačený pás otvorene usporiadaného priehradového mosta – tlačená a priečne zaťažená ortotrópna dosková mostovka mostov s priebežným koľajovým lôžkom.


• Vykonanie citlivostnej analýzy vplyvu vytypovaných parametrov spriahnutých oceľobetónových mostných sústav na ich odolnosť s následnou spoľahlivostnou analýzou na základe výsledkov experimentálnych meraní in-situ, ako aj dát získaných počítačovými simuláciami prejazdov cestných vozidiel po modeloch týchto mostov.


• Realizácia experimentálneho výskumu odozvy reálnej mostnej konštrukcie so zabetónovanými nosníkmi

• Vykonanie podrobnej nelineárnej analýzy skutočného pôsobenia doskových mostov so zabetónovanými nosníkmi s dôrazom na korektné vystihnutie spolupôsobenia betónu s povrchom zabetónovaných oceľových prierezov ako aj ďalších parametrov podstatne ovplyvňujúcich celkové správanie sa týchto mostných sústav.Pri modelovaní sa bude uvažovať aj s možnosťou zníženia súdržnosti ocele s betónom vplyvom korozívnych procesov v oceli.

PUBLIKAČNÁ ČINNOSŤ A PREZENTÁCIA RIEŠITEĽOV K RIEŠENEJ VÚ

• Časopisy v zahraničí: 1 • Časopisy doma: 2• Zborníky z medzinárodných konferencií: 10

• Zborníky z domácich konferencií: 12

• Iné publikácie: 1

ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ

vÝskumnÁ Úloha inŠtitucionÁlneho vÝskumu stavebnej fakulty Žu Žilina vÚ 03 / 303 /06 - 3

Documents