2310_04.,Projektowan..
Transkrypt
2310_04.,Projektowan..
PROJEKT WZMOCNIENIA MOSTU Projektowanie wzmocnienia ustrojów niosących 1. Podstawy wzmacniania konstrukcji Każda konstrukcja przed wzmocnieniem wymaga dokładnej oceny stanu technicznego. W ramach tej oceny konieczne jest dokonanie określenia aktualnych cech materiałów konstrukcyjnych, zlokalizowania i identyfikacji wszystkich uszkodzeń obiektu. Na tej podstawie należy ustalić wartości sił wewnętrznych, panujących w konstrukcji przed wzmocnieniem oraz rzeczywistą, aktualną nośność konstrukcji. Znając przyszłe wymagania eksploatacyjne obliczamy wartości sił wewnętrznych (momenty zginające i siły poprzeczne), które przekraczają nośność obiektu i które z odpowiednim zapasem bezpieczeństwa muszą być przeniesione przez wzmocnioną konstrukcję. Rys. 1. Schemat blokowy projektu wzmocnienia konstrukcji Wiedząc na jakie siły należy wzmocnić konstrukcję, należy dobrać odpowiedni system wzmocnienia i materiały kompozytowe. Strefy rozciągane możemy wzmocnić taśmami CFRP, obszary o przekroczonych naprężeniach głównych matami lub kształtkami, w tych elementach, gdzie występują małe odkształcenia i duże siły można zastosować kompozyty węglowe, zaś tam gdzie mamy do czynienia z dużymi odkształceniami, lepsze będą kompozyty szklane lub aramidowe. Po dobraniu odpowiedniego wzmocnienia sprawdzamy stan graniczny nośności i stan graniczny użytkowalności konstrukcji wzmocnionej. Na rys. 1 przedstawiono schemat blokowy projektu wzmocnienia konstrukcji. Mgr inż. Krzysztof Śledziewski ([email protected]) 1 PROJEKT WZMOCNIENIA MOSTU 2. Zginane elementy betonowe W budownictwie mostowym za pomocą taśm kompozytowych FRP przyklejanych do stref rozciąganych mogą być wzmacniane zginane elementy konstrukcyjne, takie jak belki, płyty, słupy itp. Kierunek włókien musi być równoległy do naprężeń rozciągających. Metoda obliczeń odnosi się do stanu granicznego nośności oraz stanu granicznego użytkowalności. Przy projektowaniu wzmocnienia elementu zginanego zakłada się w stanie granicznym nośności pełną współpracę istniejącego zbrojenia z przyklejonym kompozytem. Dla określenia odkształceń panujących w zbrojeniu istniejącym w fazie przyklejania kompozytów można przyjąć, że przekrój żelbetowy (niewzmocniony) pracuje w stanie granicznym zarysowania. W ten sposób określa się punkt czasowy, w którym zaczyna się współpraca zbrojenia istniejącego z przyklejanym. Dla tych konstrukcji, w których nie dopuszcza się zarysowania, np. dla ustrojów z betonu sprężonego (przy pełnym sprężeniu), należy przyjmować rzeczywisty stan konstrukcji, tj. I fazę pracy betonu. W każdym przypadku konieczne jest znalezienie odkształcenia początkowego εo , które powstaje w momencie, gdy do współpracy zostaje włączone wzmocnienie w postaci doklejonego elementu. Odkształcenie to jest wywołane działaniem momentu (początkowego) zginającego Mo, działającego na przekrój poprzeczny w fazie wzmacniania (np. wywołanego ciężarem własnym konstrukcji, częścią obciążeń stałych itp.). Oblicza się je z równowagi sił wewnętrznych w przekroju. 3. Procedura projektowania 3.1. Krok I Dane: Taśma – fLU, EL, AL, εL, kL Stal - fsy, Es, As, εg, ks Beton – fc, εcu, Przekrój b, d, h Rys. 2. Przekrój poprzeczny wzmacnianej konstrukcji Mgr inż. Krzysztof Śledziewski ([email protected]) 2 PROJEKT WZMOCNIENIA MOSTU 3.2. Krok II Określenie odkształceń (Kryterium zniszczenia: zniszczenie taśmy i uplastycznienie stali przed zniszczeniem betonu): kL f Lu EL L kL Lu sy s,max s ks g c cu 3.3. Krok III W celu uproszczenia obliczeń, można zastąpić krzywoliniowy rozkład naprężeń w strefie ściskanej betonu rozkładem prostokątnym o szerokości k1fc, z położeniem środka ciężkości w odległości k2x (licząc od skrajnych włókien ściskanych betonu). Rys. 3. Rozkład odkształceń i sił wewnętrznych oraz współczynniki ki Współczynniki k1 i k2 są uzależnione od maksymalnego odkształcenia betonu ściskanego εc: dla c 2‰ 1000 (500 c2 3 c ) 6 750 c 4 k2 1 2(500 c 3) k1 c 1000 c (250 c 1) f c dla 2‰ c c 3.5‰ k1 1 1 1500 c k2 1 0.5 (3 106 c2 )1 1 (1500 c )1 c fc Mgr inż. Krzysztof Śledziewski ([email protected]) 3 PROJEKT WZMOCNIENIA MOSTU Z równowagi sił w przekroju (rys. 3) uzyskujemy: siła przenoszona przez beton ściskany Dc k1bxf c siła w rozciąganym zbrojeniu stalowym Z s s As fsy As siła w doklejonym kompozycie Z L L AL f Lu AL 3.4. Krok IV Określenie położenia osi x z równowagi sił w przekroju (rys. 3): Z s Z L Dc 0 fsy As f Lu AL k1bxf c 0 W drodze iteracji znajdujemy x. 3.5. Krok V Sprawdzenie odkształceń: L x co (h x) w betonie c w stali s L w kompozycie L kL L,max (d x) so hx Jeżeli nie OK => nowe założenia Jeżeli OK => nośność przekroju: M R (d k2 x) Z s (h k2 x)ZL Stopień wzmocnienia: B MR M0 gdzie: MR – obliczeniowa wartość momentu niszczącego przekroju wzmocnionego, M0 – obliczeniowa wartość momentu niszczącego przekroju nie wzmocnionego. Należy spełnić warunek: B 2 Źródło: Marek Łagoda (2012): Wzmacnianie konstrukcji mostowych kompozytami polimerowymi. PAN, Warszawa. Mgr inż. Krzysztof Śledziewski ([email protected]) 4