Dr. Móczár Balázs. BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék. Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés

Átírás

1 Dr. Móczár Balázs 1

2 A z e l ő a d á s c é l j a MSZ EN szabvány 6. fejezetében és egyes mellékleteiben leírt síkalapozással kapcsolatos előírások lényegesebb elemeinek, a szabvány elveinek bemutatása Az eddig alkalmazott MSZ as szabványsorozat (és azon belül az MSZ 15004) fontosabb eljárásainak összehasonlítása az új EC7 szerinti számítási módszerekkel hasonlóságok alapvető különbségek 2

3 1. MSZ EN szerinti határállapot koncepció Használhatósági határállapot Teherbírási határállapot k é z s s é n a épz T i ik t e z k e ö k n r r e é z s m ó ak t r a z S T s s é ó i i c n k a (éstrsüllyedéskülönbségek) túlzottan nagy süllyedések u t g sá ons duzzadás, túlzottan nagyrd megemelkedés k á l e i r fagy vagyz más okok miatt t S e z E elfogadhatatlan mértékű rezgések e k BM szer ó t r Ta 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 3

4 Tervezési eljárások típusai Közvetlen tervezési eljárás Közvetett tervezési eljárás 2. Te r v e z é s i e l j á r á s o k Szokáson alapuló tervezési eljárás 4

5 2. Te r v e z é s i e l j á r á s o k Közvetlen tervezési eljárás: Más-más számítási modellt alkalmazva vizsgáljuk az egyes határállapotokat: Teherbírási határállapotok számításakor a törési mechanizmus legpontosabb modellezése Használhatósági határállapotok ellenőrzése süllyedésszámítással 3. geotechnikai kategória esetében kötelező, 2. geotechnikai kategória esetében ajánlott eljárás törőfeszültség képlet MSZ illetve az MSZ EN ajánlott képletei FEM-programokkal történő numerikus méretezés Törési állapotig terjedő terhelés-süllyedés kapcsolat vizsgálata 5

6 2. Te r v e z é s i e l j á r á s o k Közvetett tervezési eljárás: Összehasonlító tapasztalatok, valamint terepen vagy laboratóriumban végzett mérések, ill. észlelések eredményeit alkalmazzuk Pl.: Szondázás, pressziométeres vizsgálat eredményei alapján, tapasztalati képletek segítségével becsüljük a talajtörési ellenállást Két típusa van: Süllyedésszámításon, a süllyedések szigorú korlátozásán alapuló méretezés Talajtörési ellenállás számításán, a talajtöréssel szemben viszonylag nagy globális biztonság előírásán alapuló méretezés Mindkét esetben elég a használhatósági határállapotban figyelembe veendő hatásokkal (karakterisztikus értékekkel) számolni Számítás terjedelme csökken Jelentősége elsősorban az 1. geotechnikai kategóriánál van 6

7 2. Te r v e z é s i e l j á r á s o k 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 alapján lehet egy megengedett talpfeszültséget felvenni. MSZ szerinti Határfeszültség alapértéken történő méretezés 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

8 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 és lényeges helyzetváltozás az ellenállást a szerkezeti anyagok és a talaj szilárdsága jelentősen nem befolyásolja) STR a tartószerkezeti elemek belső törése vagy túlzott alakváltozása (az ellenállást a szerkezeti anyagok szilárdsága jelentősen befolyásolja) GEO a talaj törése vagy túlzott mértékű alakváltozása (az ellenállást a talaj vagy szilárd kőzet szilárdsága jelentősen befolyásolja) UPL a tartószerkezet vagy a talaj felúszás folytán bekövetkező egyensúlyvesztése HYD hidraulikus talajtörés Geotechnikai szerkezetek esetében leggyakrabban a GEO és az STR határállapotokat kell vizsgálni. 8

9 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

10 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 MSZ MSZ EN

11 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 törőfeszültsége: 11

12 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 Drénezetlen terhelés jelentése: Ha gyorsan növekszik a terhelés (a pórusvíznyomások nem tudnak kiegyenlítődni) kötött talajok esetében Ekkor a nyírószilárdság állandó (c u drénezetlen nyírószilárdság), Φ = 0 A víz felhajtóerejével nem szabad számolni (teljes feszültségek figyelembevétele) 12

13 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 Teherbírási tényezők: MSZ MSZ EN

14 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 Alapfelület hajlásának tényezői: MSZ MSZ EN

15 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 Alap alakjának tényezői: MSZ MSZ EN Drénezett: Drénezetlen: 15

16 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 Teher ferdeségének tényezői: MSZ MSZ EN Drénezett: Drénezettlen: 16

17 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 Lejtős terephatást figyelembevevő tényező MSZ MSZ EN

18 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 MSZ MSZ EN

19 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 Az ellenállások tervezési értékének számítása: MSZ MSZ EN

20 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 Teher oldal tervezési értékeinek számítása: MSZ MSZ EN

21 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: MSZ MSZ EN

22 MSZ EN és az MSZ szabványok segítségével számított ellenállások,- és a hatások tervezési értékének hányadosaként értelmezett biztonság aránya [%] 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 MSZ segítségével számított talaj határerő és a mértékadó erő hányadosának összehasonlítása az MSZ EN szabvány alapján kalkulált talajellenállások tervezési értékének és a teherkombinációk tervezési értékének hányadosával azonos törőfeszültségek esetén 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 Állandó és hasznos terhelés aránya EN MSZ 22

23 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 Talajjellemzők alapértékei: γ n = 18 kn/ m 3 Φ = 30 c = 0 kpa γ b = 25 kn/ m 3 Érzékenységvizsgálat paraméterei: Φ = c = 0, 10, 20, 30, 50, 100 kpa B = 100 cm L = 100 cm G V,k Q V,k h t = 120 cm h a = 120 cm 23

24 MSZ EN alapján számított karakterisztikus ellenállás értéke az MSZ sz. számított törőerő függvényében [%] 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 MSZ és MSZ EN szabványok segítségével számított talajtörőerő/ellenállás karakterisztikus értékének összehasonlítása központosan terhelt négyzetes pillér alap esetében Belső súrlódási szög [ ] 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 24

25 Ellenállás karakterisztikus értéke 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 MSZ EN szabvány segítségével számított talajtörési ellenállás karakterisztikus értékének változása az alapfelület hajlásának függvényében, központos terhelés és pilléralap esetében Az alapfelület α hajlása [ ] 25 EN

26 MSZ EN alapján számított karakterisztikus ellenállás értéke az MSZ sz. számított törőerő függvényében [%] 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 MSZ és MSZ EN szabványok segítségével számított talajtörőerő/ellenállás karakterisztikus értékének összehasonlítása középpontosan terhelt sávalap alap esetében Belső súrlódási szög [ ] 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 26

27 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 Talajjellemzők alapértékei: γ n = 18 kn/ m 3 Φ = 10 c = 40 kpa γ b = 25 kn/ m 3 Érzékenységvizsgálat paraméterei: Φ = c = 20, 40, 60, 80, 100, 120 kpa H k = 5, kn f = 0, ,22 Q H,k = 50kN B = 100 cm L = 100 cm G V,k = 300 kn Q V,k = 100 kn h t = 120 cm h a = 120 cm 27

28 MSZ EN alapján számított karakterisztikus ellenállás értéke az MSZ sz. számított törőerő függvényében [%] 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 MSZ és MSZ EN szabványok segítségével számított talajtörőerő/ellenállás karakterisztikus értékének összehasonlítása ferde teherrel terhelt, négyzetes pillér alap esetében, H k = 50 kn / f = 0, Belső súrlódási szög [ ] 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 28

29 MSZ EN alapján számított karakterisztikus ellenállás értéke az MSZ sz. számított törőerő függvényében [%] 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 MSZ és MSZ EN szabványok segítségével számított talajtörőerő/ellenállás karakterisztikus értékének összehasonlítása ferde teherrel terhelt, négyzetes pillér alap esetében, Φ = ,01 0,02 0,03 0,04 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 Teher ferdesége V k = 450 kn, H k = kn 0,12 0,13 0,14 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 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 29

30 Mintapélda: Talajjellemzők alapértékei: γ n = 18 kn/ m 3 Φ = 10 c = 40 kpa γ b = 25 kn/ m 3 Talajvízszint: Mélyen az alapsík alatt. MSZ esetében: α = 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 Q V,k = 100 kn G talaj = 82,9kN G V,k = 300 kn Q H,k = 50kN G alaptest = 80kN h t = 120 cm h a = 80 cm L = 200 cm e B,Q = 40 cm B = 200 cm 30

31 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 MSZ MSZ EN ,9 kn = V R V k = 562,9 kn 50,0 kn = H R H k = 50,0 kn 1,72 m = B = 1,72 m 3,43 m 2 = A = 3,43 m 2 2,47 = N t N q = 2,47 0,61 = N B N γ = 0,52 8,34 = N c = 8,34 - b q = b γ = b c = 1,0 0,71 = a B s q = 1,17 1,43 = a s γ = 0,70 s c = 1,29 31

32 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 MSZ MSZ EN ,80 = i t i q = 0,95 0,73 = i B i γ = 0,91 0,66 = i c i c = 0,91 - m = 1,46 1,0 = j t = j B = j c - 36 kpa = t γ 2 q = 36 kpa 426,4 kpa = q R k / A = 476,8 kpa 733,35 kn = Q v R d = 1215,57 695,53 kn = V m V d = 774,97 kn 94,8% Kihasználtság = hatás/ellenállás EC 7 szerint 31%-kal nagyobb a teherbírás 63,7% 32

33 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

34 3.4 Tartószerkezet tönkremenetele a z alapok mozgása m i att Az EN szakasza szerint ellenőrizni kell az alapok vízszintes és függőleges mozgáskülönbségeit, hogy ezek ne vezethessenek az alátámasztott tartószerkezet STR teherbírási határállapotához. Nem használhatósági határállapot Az eddig gyakorlat szerint a tervező a süllyedéseket általában a tartós terhek alapértékéből határozza meg és hasonlítja össze az MSZ szerint előírt süllyedési kritériumokkal; a támaszsüllyedésből származó terhelő hatást nem veszi figyelembe a felszerkezet statikai méretezése során. Egyszerűbb esetben a támaszsüllyedések a süllyedésszámításból megállapított értékkel terhelő hatásként vihetők be a programokba Ma már rendelkezésre állnak olyan végeselemes számítógépes programok (pl. Plaxis 3D Foundation), melynek segítségével a teljes szerkezet és az altalaj, mint kontinuum (korszerű talajmodellekkel) együttesen is modellezhető 34

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 A síkalapok szerkezeti tönkremenetele szintén STR teherbírási határállapot Merev alapok: Szabad a lineáris talpfeszültség-eloszlást feltételezni, de az altalaj és a tartószerkezet kölcsönhatásának részletesebb erőtani vizsgálatával egy gazdaságosabb terv is igazolható Hajlékony alapok: A talpfeszültségeloszlás meghatározásához az alaptest rugalmas féltéren vagy megfelelő merevségű és szilárdságú rugók sorozatán nyugvó gerendaként vagy lemezként modellezhető A fellépő erőket és hajlítónyomatékokat is szabad lineárisan rugalmas ágyazat feltételezésével számítani; Az ágyazási tényező értékét süllyedésszámítással kell megállapítani 35

36 3.5 Síkalap magassági méretezésének egyszerűsített szabályai (ajánlás) 36

37 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 megemelkedések és rezgések vizsgálata) A 2. és 3. geotechnikai kategóriában mindenképpen szükséges süllyedésszámítás, az 1. kategóriában általában nem mértékadó (kivéve puha agyagok esetében) A talaj öntömörödéséből származó esetleges járulékos süllyedések (friss feltöltések, roskadékony talajok) figyelembevétele Leggyakrabban a süllyedéskülönbségek és a relatív elfordulások okoznak problémát A 2. és 3. geotechnikai kategóriában sokszor nem a teherbírásra, hanem a süllyedésre történő méretezés dominál az alapfelület növelésével általában a süllyedések is nőnek (a feszültségeket nem lehet eltüntetni ) Komolyabb szerkezeteknél célszerű figyelembe venni az építménymerevség hatását is jellemzően kisebb süllyedések igazolhatóak Alkalmazhatóak a rugalmasságtan elméletén alapuló számítások leggyakrabban feszültség-alakváltozás módszerek 37

38 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 szerkezet teherbírását és korlátozhatják a használhatóságukat (pl. födémek dőlése, közműcsatlakozások, nyílászárók) eddig ezen két határállapot kezelése elméletileg nem vált szét, de az EN 1990-nél már kettéválik: más lesz a terhek tervezési étéke: a parciális és egyidejűségi tényezők a teherbírási határállapothoz nagyobbat szolgáltatnak a terhek karakterisztikus értékéből, mint a használhatósági határállapotok (másfélszeres is lehet a különbség) a számított süllyedések értékelése más kritériumok alapján: teherbírási határállapotnál a tartószerkezet szilárdsági méretezése alapján használhatósági határállapotnál tapasztalatok alapján (korábbi károsodások) vagy a funkcióból, szakipari szerkezetek követelményeiből származtatva (egyszerű geometriai elemzésekkel) 38

39 5. K ü l ö n b s é g e k az MSZ EN és az MSZ között Különbségek: Új terminusok pl.: karakterisztikus érték, tervezési érték, stb. A számítások karakterisztikus értekkel történnek (geotechnikai tervezési beszámoló alapján) Az eddigiektől eltérő jelölésrendszer Biztonsági (parciális) tényezők alkalmazási helyeinek és értékeinek változása Drénezett és drénezetlen viselkedés megkülönböztetett kezelése törőfeszültségi képlet (elsősorban ferde terheknél) Teherbírási és használati határállapot terhelései Külpontossági kritériumok mások 39

40 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!