Közúti hidak saruin és dilatációin tapasztalt károsodások vizsgálata

Átírás

1 Közúti hidak saruin és dilatációin tapasztalt károsodások vizsgálata Kövesdi Balázs 1, Kollár Dénes 1, Gyurity Mátyás 2, Dunai László 1, Deim Zsolt 3 1 BME Építőmérnöki Kar, Hidak és Szerkezetek Tanszék 2 MSc Mérnöki Tervező és Tanácsadó Kft. 3 COLAS Hungária Zrt.

2 Előadás felépítése: 1. Problémafelvetés, műtárgyak rövid bemutatása 2. Monitoring program 3. Numerikus modell 4. Numerikus és mérési eredmények bemutatása 5. Konklúziók

3 1. Problémafelvetés, műtárgyak rövid bemutatása MSc Mérnöki Tervező és Tanácsadó Kft. BME Hidak és Szerkezetek Tanszék COLAS Hungária Zrt. autópályahidak saruin és dilatációs szerkezetein tapasztalt műszaki problémák felülvizsgálata, megoldások kidolgozása (2016) Vasbeton völgyhidak az M6 autópályán építés éve: 2009 vasbeton FCI 120 feszített hídgerendák külön bal és jobb pálya két-két forgalmi sáv teljes szerkezeti hossz 440 m két dilatációs egység pályánként vízzáró szőnyegdilatáció hídfőknél és közbenső keresztmetszetben közbenső alátámasztások: pillérsorok alépítmények: cölöpalapozás minden irányban mozgó (pillérek és felszerkezet) neoprén saruk 1-1 keresztirányban fix

4 1. Problémafelvetés, műtárgyak rövid bemutatása Elvégzett feladatok: (i) tervellenőrzés és statikai célvizsgálat elkészítése különös tekintettel a betervezett sarukra és dilatációs szerkezetekre, illetve azok megfelelőségére, valamint a híd alakváltozási viselkedésének modellezése (ii) monitoring terv kidolgozása és végrehajtása (iii) a monitoring rendszer által mért adatok feldolgozása keresztirányban fix saru (iv) értékelő jelentés készítése acéllemez minden irányban mozgó neoprén saru Műszaki problémák: (i) neoprén saruk: - problémák már a híd átadását követő években - torzulással vennék fel a híd mozgását és a végkereszttartó szögelfordulását - saruk vízszintes (hossz- és/vagy keresztirányú) elcsúszása, elvándorlása - a saruk fölé érdesített acéllemezek (μ, N ) nem sikerült megállítani - acél kalodák (nagymértékű mozgások korlátozására) a saruk elvándorlását - keresztirányban fix saruk - a mozgások iránya és mértéke látszólag teljesen esetleges volt (szerkezeti gerendán is!)

5 (i) neoprén saruk: 1. Problémafelvetés, műtárgyak rövid bemutatása (ii) dilatációs szerkezetek: - teherforgalmi sávok nyomvonalának közelében található rögzítő csavarok idővel kilazultak, esetlegesen eltörtek folyamatos csere! - szőnyegdilatációk gumi borításában megjelentek felületi bevágások, bemetsződések (hókotró gépek lapátjai) néhány helyen a fémlemez is felszínre került - az egyik hídfőnél a dilatációs hézag nyáron szinte teljesen zárul - a hídfőknél a dilatációra káros keresztirányú nyíródás is tapasztalható (minden irányban mozgó saruk esetén) - neoprén saruk: (iii) háttöltéssüllyedés: - ferde rézsűk burkolatának relatív elmozdulásai - padka, - pótpadka, - vizsgálólépcső repedései illesztéseknél, - pótpadka lerepedése

6 2. Monitoring program Monitoring terv a két hídra (2016 decembere és 2017 júliusa között): (i) rögzítő csavarok szemrevételezése (két hónapig kéthetente, utána havonta) (ii) dilatációs hézag mérése napi három alkalommal (havi rendszerességgel) (iii) saruk pozíciójának vizsgálata (hídfőknél kéthetente, közbenső pilléreknél havonta) (iv) hőmérséklet-mérés dilatációs hézag mérésével egyidejűleg (v) geodéziai mérések (kéthavonta) Dátum Mérés Darabszám geodéziai mérések 2 db dilatációs hézag mérése 84 db saruk fényképezése 112 db saruk fényképezése 64 db dilatációs hézag mérése 84 db saruk fényképezése 112 db saruk fényképezése 64 db dilatációs hézag mérése 84 db saruk fényképezése 112 db geodéziai mérések 2 db saruk fényképezése 64 db dilatációs hézag mérése 84 db saruk fényképezése 112 db saruk fényképezése 64 db dilatációs hézag mérése 84 db saruk fényképezése 112 db geodéziai mérések 2 db saruk fényképezése 64 db dilatációs hézag mérése 84 db saruk fényképezése 112 db saruk fényképezése 64 db dilatációs hézag mérése 84 db saruk fényképezése 112 db geodéziai mérések 2 db dilatációs hézag mérése 84 db

7 2. Monitoring program (i) dilatációs hézag és hőmérséklet mérése - pályaszerkezeten kijelölt négy-négy pontban hőmérsékletmérés - dilatációs hézag mérése ezen pontok vonalában hosszirányban, valamint keresztirányban - a napon belüli változások és a keresztirányú hőmérsékletingadozás vizsgálatára a mérést reggel, délben és este is megismételték - a mérést a hídfőknél a híd alól végezték - a középső dilatációnál alulról és felülről ºC T szerkezet ºC - ΔT ~ 32 ºC reprezentatív mintavétel (mozgások)

8 Azítő csavarok szemrevételezése (két hónapig kéthetente, utána havonta) (i) atációs hézag mérése napi három alkalommal (havi rendszerességgel) 2. Monitoring program (ii) saruk pozíciójának vizsgálata - fényképes dokumentáció saruk irányultsága, tendencia - oldalról és szemből egy-egy fotó alkalmanként - dőlésszög mértéke és előjele saru aktív/inaktív (iii) geodéziai mérések - geodéziai mérőhálózat mindkét hídon - támaszonként (pillérek + hídfők) elhelyezett mérőpontok - közbenső dilatációnál mindkét dilatációs egységre kerültek mérőpontok - mérések alaprajzi és magassági értelemben

9 3. Numerikus modell (i) teljes hídszerkezet részletes statikai modellje (tervellenőrzés) - önsúly - zsugorodás - hőmérsékletváltozás - szélteher - fékező erő - hasznos teher modellek összevetése, megfelelősége (a) számított elmozdulások a saruk vonatkozásában (b) számított elmozdulások a dilatációk vonatkozásában (c) sarureakciók (d) összevetetés a gyártók által megadott kapacitásokkal (ii) független számítási modell - hőmérsékletváltozásból adódó elmozdulások - VEM: héjelemek (pálya) + rúdelemek (többi szerkezeti elem) - alul befogott pillérek + saruterv alapján megtámasztások - relatív elmozdulások (közbenső dilatáció) - anyagjellemzők MSZ EN alapján - egy-egy pálya került felépítésre - ANSYS végeselemes szoftver

10 3. Numerikus modell Hőmérsékleti terhek mérések alapján: (i) egyenletes hőmérséklet-változási komponens (összehúzódás/tágulás) (ii) keresztirányban lineárisan változó hőmérséklet-változási komponens (iii) függőleges értelemben lineárisan változó hőmérséklet-változási komponens

11 4. Numerikus és mérési eredmények bemutatása (i) dilatációs hézag és hőmérséklet mérése - felszerkezet fajlagos hőmozgása dilatációs középpont meghatározása pályánként - mérések (dilatációs hézag közvetlen mérése + geodézia) vs. VEM - globális értelemben a szerkezet a tervezettnek megfelelően működik - levegő és a szerkezeti hőmérséklet közötti kapcsolat vizsgálata MSZ EN :2005 vasbeton hidakra (3. szerk. típus) vonatkozó összefüggése Tervezési gyakorlatban jól alkalmazható - keresztirányú hőmérséklet-változás: ºC MSZ EN :2005 (5 ºC) - keresztirányú elmozdulások: mm (minden irányban mozgó saru) mm (keresztirányban fix) keresztirányú elmozdulás-különbségek ollószerűen nyílódó-záródó deformációs mód

12 Hézag [mm] Hézag [mm] 4. Numerikus és mérési eredmények bemutatása (i) dilatációs hézag és hőmérséklet mérése 5 Hőmérséklet [ C] Bal pálya - mérés 20 Hőmérséklet [ C] Bal pálya - mérés Jobb pálya - mérés -80 VEM Jobb pálya - mérés VEM hídfő közbenső dilatáció - hídfőnél C-os szerkezeti hőmérséklettől kezdve a mért eredmények egyre kevésbé illeszthetők az egyenesre híd befeszülése, a dilatációs hézag záródása - közbenső dilatációnál a numerikus és a mérési eredmények jó egyezést mutatnak közel lineárisan változik a dilatációs hézag mérete a hőmérséklet változásával

13 4. Numerikus és mérési eredmények bemutatása (ii) saruk helyzetének mérése - fotók különböző időpontokban - minden saruról készült fotót mozgási irányonként különválogattunk - összehasonlítottuk a saruk oldalsó élének dőlésszögét - egyértelműen megállapítható, mely saruk működnek, azaz követik a felszerkezet dilatációs mozgását és mely saruk maradnak dilatációs mozgástól függetlenül mindig függőlegesek, tehát inaktívak kiértékelés hidanként és sarunként aktív/inaktív 2-3 saru aktív inaktív leszorító erő lecsökkent érzékenység-vizsgálat építési pontatlanságból adódó reakcióerő-változásra akár 1-2 mm virtuális mozgatás sarukon kellő nagyságú leszorító erő

14 5. Konklúziók Tervezők, kivitelezők, üzemeltetők (i) dilatációs középpontok (mérés vs. VEM) megfelelő működés (ii) geodéziai mérések alapján a hídfők jelentősnek mondható mozgást nem végeztek (iii) egyik hídfőnél a dilatációs szerkezet befeszült korábbi háttöltéssüllyedés (iv) szőnyegdilatációk (kedvezőtlen relatív mozgások) gumirészek elnyíródása, rögzítő csavarra ható eredő erők keresztirányban fix saru, szőnyegdilatációk helyett fésűs dilatációk beépítése (betervezése) indokolt (v) 3-4 saruból összesen 2-3 saru merev keresztgerenda egyenetlenségek szükséges leszorítóerő saru megcsúszása, saruvándorlás (vi) a szerkezeti gerendához és a felszerkezethez rögzített saruk beépítése javasolt

15 Köszönöm szépen a figyelmet!