Hídalapozások tervezésének fejlesztése Szepesházi Róbert

Átírás

1 50. Hídmérnöki Konferencia Siófok, szept. 29. okt. 1. Hídalapozások tervezésének fejlesztése Szepesházi Róbert főiskolai docens Széchenyi István Egyetem

2 A hídalapozások tervezésének fejlődése

3 Tervek a múltból Hídalapozás síkalapozás?

4 Típusalépítmény Hídalapozás = cölöpalapozás?

5 Cölöpözés NC30 vert cölöp CFAcölöp Frankicölöp Soil-Meccölöp

6 Cölöptípusok alkalmazásának gyakorisága vert egy. vb. és acél vert helyszínen betonozott csavart helyben betonozott fúrt mikro, jet, stb. CFA fúrt béléscsöves, zagyos

7 Új talajkiszorításos cölöpözési technológiák Screwsol-cölöp Csavart cölöp (Omega, TSDa, CMC) Előregyártott hengeres, kúpos, üreges, vb. cölöp

8 dinamikus próbaterhelés statikus próbaterhelés VUIS-próbaterhelés Cölöpméretezés CPT-alapú méretezés

9 Hídalapozási esettanulmányok

10 I/1.

11 süllyedés mm töltésmagasság m hídfőterhelés hídfőgerenda túltöltés 40 híd gerenda pálya lemez 20 alaptest oszlop fejgerenda hídfőgerenda úszólemez 0-20 B C A D I/

12 I/3.

13 II/1. töltésmagasság 14 m, rézsűhajlás keresztirányban 1:2 hosszirányban 1:1,5 puha agyag és iszap kavicscölöp 1,5 1,5 m / 60 cm CFA-cölöp D=80 cm pannon agyagban hídfő: 12 db, pillér: 17 db süllyedésmérés a háttöltés alatt

14 II/2. kavicscölöpözés után közbenső támaszok cölöpözése nagyon gyors (nem dokumentált) töltésépítés 25 cm süllyedés a korona alatt 10 cm emelkedés a lábnál a patakmeder feltöltődik, visszaduzzaszt a közbenső támaszok oszlopai 20 cm-t befelé dőltek hídfők cölöpözése után további mozgások mi történt a cölöpökkel, felhelyezhetők-e a tartók

15 Modellezés Plaxis-programmal II/3.

16 1,6 5,4 2,0 8,3 2,5 2,0 15,5 16,5 III/1. Alkalmazható-e 80 CFA-cölöp helyett 53/73 SCREWSOL-cölöp?

17 Egyedi cölöp vizsgálata vízszintes terhelésre rugómodellel III/2.

18 Vízszintes elmozdulások üzemi állapotban a PLAXIS szerint III/3.

19 Cölöpigénybevételek a PLAXIS szerint III/4.

20 IV/1. Károsodhat-e egy vezeték az előtöltés vízszintes hatásaitól

21 IV/2. Vízszintes elmozdulások a hídfő környezetében

22 vízszintes elmo A vezeték mozgásai töltésépítés hatására elmozdulás [m] 0,16 teljes elmozdulá teljes elmozdulá... függőleges elm 0,12 vízszintes elmo... függőleges elm... 0,08 0,04 IV/3. 0, idő [nap]

23 A negatív köpenysúrlódás elhárítása

24 A negatív köpenysúrlódás értelmezése cölöp köpenysúrlódás q süllyedés s cölöperő Q negatív köpenysúrlódás átmeneti zónák talaj cölöpterhelés cölöpellenállás felső (negatív) neutrális alsó (pozitív) szint pozitív köpenysúrlódás cölöp q z z z R b s s A negatív köpenysúrlódás értelmezése

25 hátralevő süllyedés s mm Az 1cm/hónap süllyedési sebesség elérési ideje és az elérésekor hátralevő süllyedés altalaj összenyomódási modulusa E S =5 MPa drénezés alul és felül is töltés magassága H=8 m 0,5 0,2 20 rétegvastagság 8 m rétegvastagság 4 m 2,0 4,4 15 0,5 0,2 10 7,6 1, ,9 4,8 1,6 7,5 2,7 3,6 3,8 a pontok felirata az 1 cm/hónap süllyedési sebesség elérésének ideje hónapban 1,0E-08 1,0E-09 1,0E-10 1,0E-11 altalaj vízáteresztőképessége k m/s

26 idő/süllyedés t/s hónap/cm süllyedés a (t+1) időpontban s t+1 cm süllyedés s cm idő/süllyedés t/s hónap/cm idő hónap idő t hónap ,0 0,1 0,2 idő t hónap a = 0,051 hónap/cm b = 0,042 1/cm s = t / (a + b s) A konszolidáció extrapolálásának lehetőségei t / s = 0, ,040 s s = t / (0, ,042 s) s max = 1 / b = 24 cm 15 0,3 t = 1 hónap s max 23 cm idő t hónap 0,4 0 süllyedés t időpontban s t cm , a = 0,051 hónap/cm s = t / (a + b s) 5 0,1 t / s = 0, ,040 s 10 s = t / (0, ,042 s) s t+1 = s t 0,2 b = 0,042 1/cm s max = 1 / b = 24 cm 15 s max 22 cm 0,3 t = 1 hónap 20 0,4 0,4 25

27 Settlement s [cm] / s (Depth = 4.00 m) Depth [m] t = t = t = t = H = Load [%] Hídfők viselkedésének modellezése: GGU Settle és Consolidation programok 40 L ayer E s D esig nation [kn/m ³] [M N/m ²] [-] tõzeg a gyag Layer E s Designation [kn/m³] [MN/m²] [-] tõzeg agyag Es Layer [kn/m³] [MN/m²] [-] Designation tõzeg agyag So il D ep th E s k c v D e sig na tio n [m ] [MN /m²] [m /s] [m²/s] * * tõzeg * * agyag S y ste m P e rm e a ble u (m ax ) [k N /m ²] tõ ze g t [days] tõzeg 4.00 Time [days] (*) T v T im e U s [d a ys ] [-] [% ] [c m ] P e rm e a ble a g ya g agyag (*) T v [- ] = c v(1) * t / H ² Consolidation ratio [-] Time [days]

28 Hídfő modellezése (PLAXIS 2D HS-modell) Displacement [m] 0,2 elmozdulás [mm] 0,2 0,1 0,1 0,0 0,0 0,1-0,1 közbenső támasz alépítményének alja hídfő alépítményének alja talajfelszín a hídfő előtt talajfelszín a hídfő mögött 0,2-0,2 0,3-0,3 0,4-0,4 0,5-0, Time [day] idő [nap] 44. ábra. A cölöpökben üzemi állapotban működő igénybevételek mélység szerinti változása és maximuma e x = 72 cm támasz közbenső hídfő cölöpsor bal oldali jobb oldali egyetlen igénybevétel normálerő nyomaték normálerő nyomaték normálerő nyomaték max. érték 406 kn/m 67 knm/m 428 kn/m 89 knm/m 457 kn/m 19 knm/m

29 Az Eurocode 7 végleges bevezetése

30 MSZ es sorozat eddigi gyakorlat: Talajmechanikai (geotechnikai) szakvélemény Eurocode 7 új dokumentálási forma, kooperáció Talajvizsgálati jelentés Geotechnikai tervezési beszámoló

31 A geotechnikai tervezési beszámoló elvárt tartalma 1 az építési helyszín és környezetének ismertetése 2 a talajviszonyok leírása 3 a tervezett építmény leírása, beleértve a hatásokat 4 a talaj- és kőzetjellemzők tervezési értékei, szükség szerinti indoklással 5 az alkalmazott szabványok és előírások jegyzéke 6 a hely alkalmasságáról szóló nyilatkozat tekintettel az elfogadható kockázatra 7 a geotechnikai tervezési számítások és rajzok 8 az alapozási szerkezet tervezésére vonatkozó ajánlások 9 az építés közben ellenőrizendő, fenntartást, megfigyelést igénylő tételek jegyzéke

32 A nyomási ellenállásának tervezési értéke számítása a karakterisztikus értékből R c;d R c; k Rb;k Rs;k t b s Parciális tényezők a cölöpök tervezéséhez cölöpellenállás jel cölöptípus vert fúrt CFA talpellenállás b 1,1 1,25 1,2 nyomott cölöp palástellenállása s 1,1 1,1 1,1 nyomott cölöp teljes/kombinált ellenállása t 1,1 1,20 1,15 húzott cölöp palástellenállása s;t 1,25 1,25 1,25

33 A nyomási ellenállás R c;k karakterisztikus értékének számítása az R c;m mért vagy számított értékekből a ξ korrelációs tényezővel R c;k (R c;m ) mean Min ; ξ (R c;m ) min i ξ i 1 statikus próbaterhelés számítás talajvizsgálat pl. CPT alapján dinamikus próbaterhelés

34 az ellenállás meghatározásának a ξ korrelációs tényező a cölöpellenállás karakterisztikus értékének meghatározásához a próbaterhelések ill. a talajszelvények száma az átlagra vonatkozóan a minimumra vonatkozóan módszere n ξ mean ξ min 1 1,40 1,40 statikus próbaterhelés 1, 4 talajvizsgálat 2, 3, 4, 5 dinamikus próbaterhelés 2, 6 2 1,30 1,20 3 1,20 1,05 4 1,10 1,00 5 1,00 1,00 1 1,40 1,40 2 1,35 1,27 3 1,33 1,23 4 1,31 1,20 5 1,29 1,15 7 1,27 1, ,25 1,08 2 1,60 1,50 5 1,50 1, ,45 1, ,42 1, ,40 1,25 Megjegyzések 1 ha egyetlen terhelést végeznek, akkor az a legrosszabb altalajú helyen legyen, ha többet, akkor azok reprezentálják az altalaj változásait, s egyet mindenképpen a legrosszabb helyen kell végrehajtani; 2 csak statikus próbaterheléssel kellő számú esetben igazolt számítási módszerek alkalmazhatók, szükség esetén a biztonságot növelő modelltényező bevezetésével; 3 a vizsgálati helyeknek jellemezniük kell az altalaj változásait, a szélsőségesen kedvezőtlen helyeket is; 4 ha a cölöpösszefogás képes kiegyenlíteni a teherbírás cölöpcsoporton belüli különbségeit, akkor a fenti értékek 1,1-gyel oszthatók, de a módosított érték is maradjon 1,0-nél kisebb; 5 az alkalmazott számítási módszertől függő modelltényező is alkalmazandó a nemzeti melléklet szerint 6 a megadott értékek a következők szerint módosíthatók: 0,85 szorzóval, ha a vizsgálat a mért jelekre illesztett modell alapján állapítja meg teherbírást; 1,10 szorzóval, ha verési képletet használnak a mért kvázi-rugalmas behatolásból számolva; 1,20 szorzóval, ha verési képletet használnak a kvázi-rugalmas behatolás mérése nélkül;

35 mért cölöpellenállás R c;m kn A CPT-alapú cölöpméretezés megbízhatósága CFA-cölöpök D = cm R c;m = 0,996 R c;m 1000 R 2 = 0,830 N = 47 R c;m = 0,75 R c;m számított cölöpellenállás R c;sz kn

36 teherbírás statikus mérés alapján R(stat) kn A dinamikus próbaterhelés megbízhatósága homoktalaj esetén palástellenállás talpellenállás teljes ellenállás megbízható adat bizonytalan adat? R s (stat) = 1,00 R s (din) R t (stat) = 0,80 R t (din) R b (stat) = 0,50 R b (din)? teherbírás dinamikus mérés alapján R(din) kn

37 CFA-cölöpalapozás globális biztonsága EC7 állandó teher parciális tényezője 0,85 csökkentő tényezővel 1,15 járműteher parciális tényezője 1,35 parciális tényező CFA-cölöp teljes nyomási ellenállására korrelációs tényező 1 statikus próbaterhelés esetén 1,15 1,40 ~1,22 1,61 ~ 2,0 MSZ Állandó teher biztonsági tényezője 1,10 Járműteher biztonsági tényezője 1,30 a 1 törőerő próbaterhelésből 0,9-0,7 1,15-1,2 1,9-2,2 a 2 építmény 0,9-0,5 1,65-1,85 a 3 talajviszonyok 1,0-0,9

38 Komplex modellezés végeselemes programokkal

39 Cölöpmodellezés AXIS-programban z H k h (z) e z (z) H D q h (z) q s (z) q hmax (z) e x (z) k s (z) q smax (z) e z (H) k b (H) q bmax (H) q b (H) k h (z)=c h (z) D=E s (z)/d D= k s (z)=q smax (z)/e smax = k b (H)=q bmax (H)/e bmax = =E s (z)=e s0 +z (E sh E s0 )/H =q smax (z)/(0,02 D) =q bmax (H)/(0,10 D) q h (z;e x )=k h (z) e x (z) q s (z;e z )=k s (z) e z (z) q b (H;e z )=k b (H) e z (H) q hmax (z)=(k p K a ) (p+z ) D q smax (z)= D q s (z) q bmax (H)= D 2 /4 q b (H) q h (z)=q h (z;e x ) ha q h (z;e x )<q hmax (z) q h (z)=q hmax (z) ha q h (z;e x )>q hmax (z) q s (z)=q s (z;e z ) ha q s (z;e z )<q smax (z) q b(h)=q b (H;e z ) ha q b (H;e z )<q bmax (H) q s (z)=q smax (z) q b (H)=q bmax (H) ha q s (z;e z )>q smax (z) ha q b (H;e z )>q bmax (H)

40 Modellezése PLAXIS 2D HS-modell 44. ábra. A cölöpökben üzemi állapotban működő igénybevételek mélység szerinti változása és maximuma támasz közbenső hídfő cölöpsor bal oldali jobb oldali egyetlen igénybevétel normálerő nyomaték normálerő nyomaték normálerő nyomaték max. érték 406 kn/m 67 knm/m 428 kn/m 89 knm/m 457 kn/m 19 knm/m n=2,40

41 Modellezés 3D szerkezettervező programokkal