Építőmérnöki alapismeretek

Átírás

1 Építőmérnöki alapismeretek Szerkezetépítés 1. Előadás Dr. Koris Kálmán BME Hidak és Szerkezetek Tanszék A műszaki mechanika jelentősebb fordulópontjai: 1676: Hooke törvénye (lineárisan rugalmas anyag, σ = E ε) 1744: Euler/nyomott rúd kihajlása (két végén csuklósan befogott rúdra P krit =π 2 E I/L 2 ) 1807: Rugalmassági (Young) modulus ( E rugalmas anyag-jellemző a Hooke törvényben) XIX. sz. eleje: Bernoulli-Navier feltevés, Saint-Venant elv, Poisson 1914: Kazinczy Gábor (képlékeny csukló) A Hooke-törvény kimondja, hogy egy rugalmas test alakváltozása arányos azzal az erővel, mely az alakváltozást okozza. Azokat az anyagokat, melyek a Hooke-törvényt követik, lineáris-rugalmas anyagoknak nevezik. σ E ε

2 A műszaki mechanika jelentősebb fordulópontjai: 1676: Hooke törvénye (lineárisan rugalmas anyag, σ = E ε) 1744: Euler/nyomott rúd kihajlása (két végén csuklósan befogott rúdra P krit =π 2 E I/L 2 ) 1807: Rugalmassági (Young) modulus ( E rugalmas anyag-jellemző a Hooke törvényben) XIX. sz. eleje: Bernoulli-Navier feltevés, Saint-Venant elv, Poisson 1914: Kazinczy Gábor (képlékeny csukló) Tökéletesen rugalmas anyagú, központosan nyomott rúd kritikus ereje:...ha az oszlopra működő teher kisebb, mint a képletben megadott érték, akkor abszolút semmilyen hajlítás nem keletkezik, másrészt viszont, ha a súlyteher nagyobb, akkor az oszlop nem lesz képes ellenállni a hajlításnak. Leonhard Euler Nyomott rúd kihajlása P P Stabilitásvesztés ideális rúd esetén P krit l kihajlási hossz w Tényleges szerkezeti viselkedés P Δw P krit =π 2 E I/l 2 w Lineárisan rugalmas anyag esetén:

3 Acélszerkezet-építés története A műszaki mechanika jelentősebb fordulópontjai: 1676: Hooke törvénye (lineárisan rugalmas anyag, σ = E ε) 1744: Euler/nyomott rúd kihajlása (két végén csuklósan befogott rúdra P krit =π 2 E I/L 2 ) 1807: Rugalmassági (Young) modulus ( E rugalmas anyagjellemző a Hooke törvényben) XIX. sz. eleje: Bernoulli-Navier feltevés, Saint-Venant elv, Poisson 1914: Kazinczy Gábor (képlékeny csukló) Központosan nyomott oszlopok vizsgálata során jutott arra a következtetésre, hogy a létrejövő rugalmas elmozdulások meghatározásához mindenképpen szükség van egy anyagonként állandónak tekinthető paraméterre, amit rugalmassági modulus névvel jelölt. Thomas Young E [N/mm 2 ] Thomas Young Fenyőfa rostiárnyban; 9000 Emberi csont; Nagyszilárdságú beton; Alumínium; Titánium; Acél; Grafén; Gyémánt; Központosan nyomott oszlopok vizsgálata során jutott arra a következtetésre, hogy a létrejövő rugalmas elmozdulások meghatározásához mindenképpen szükség van egy anyagonként állandónak tekinthető paraméterre, amit rugalmassági modulus névvel jelölt.

4 Acélszerkezet-építés története A műszaki mechanika jelentősebb fordulópontjai: 1676: Hooke törvénye (lineárisan rugalmas anyag, σ = E ε) 1744: Euler/nyomott rúd kihajlása (két végén csuklósan befogott rúdra P krit =π 2 E I/L 2 ) 1807: Rugalmassági (Young) modulus ( E rugalmas anyag-jellemző a Hooke törvényben) XIX. sz. eleje: Bernoulli-Navier feltevés, Saint-Venant elv, Poisson 1914: Kazinczy Gábor (képlékeny csukló) Klasszikus gerendaelmélet: az egyes keresztmetszetek merev lapokként való elfordulásának gondolata. Jacob Bernoulli Henri Navier Acélszerkezet-építés története A műszaki mechanika jelentősebb fordulópontjai: 1676: Hooke törvénye (lineárisan rugalmas anyag, σ = E ε) 1744: Euler/nyomott rúd kihajlása (két végén csuklósan befogott rúdra P krit =π 2 E I/L 2 ) 1807: Rugalmassági (Young) modulus ( E rugalmas anyag-jellemző a Hooke törvényben) XIX. sz. eleje: Bernoulli-Navier feltevés, Saint-Venant elv, Poisson 1914: Kazinczy Gábor (képlékeny csukló) Adhémar Jean Claude Barré de Saint-Venant Valamely test vagy szerkezet egy bizonyos szakaszára a működő teher eloszlásának módja lényeges mértékben befolyásolja a teher közvetlen környezetében létrejövő feszültségek és alakváltozások eloszlását, azonban elenyésző hatást gyakorol a távolabbi részek feszültségi és alakváltozási állapotára.

5 Acélszerkezet-építés története A műszaki mechanika jelentősebb fordulópontjai: 1676: Hooke törvénye (lineárisan rugalmas anyag, σ = E ε) 1744: Euler/nyomott rúd kihajlása (két végén csuklósan befogott rúdra P krit =π 2 E I/L2 ) 1807: Rugalmassági (Young) modulus ( E rugalmas anyag-jellemző a Hooke törvényben) XIX. sz. eleje: Bernoulli-Navier feltevés, Saint-Venant elv, Poisson 1914: Kazinczy Gábor (képlékeny csukló) ε x Siméon Denis Poisson A Poisson-tényező (μ) a szilárd testek mechanikájában használt szám, egyirányú feszültségi állapotnál (húzott vagy nyomott rúdnál) a keresztirányú alakváltozás és a hosszirányú alakváltozás viszonyát adja meg. σ x ε y ε μ = ε y x σ x Acélszerkezet-építés története A műszaki mechanika jelentősebb fordulópontjai: 1676: Hooke törvénye (lineárisan rugalmas anyag, σ = E ε) 1744: Euler/nyomott rúd kihajlása (két végén csuklósan befogott rúdra P krit =π 2 E I/L 2 ) 1807: Rugalmassági (Young) modulus ( E rugalmas anyag-jellemző a Hooke törvényben) XIX. sz. eleje: Bernoulli-Navier feltevés, Saint-Venant elv, Poisson 1914: Kazinczy Gábor (képlékeny csukló) Kazinczy Gábor Képlékeny szerkezeti viselkedés: Ha egy rúdelemben a nyomaték eléri a képlékeny nyomatéki teherbírást, akkor ún. képlékeny csukló alakul ki, melynek fogalmát Kazinczy Gábor javasolta. A képlékeny csukló helyén a nyomatékkal megegyező értelemben korlátlan mértékű képlékeny relatív elfordulások jöhetnek létre, tehermentesítés alkalmával azonban a képlékeny csukló inaktívvá válik és rugalmasan viselkedik.

6 Acélszerkezet-építés története Vas-acél anyag története: A vasat valószínűleg az ókori Anatóliában vagy a Kaukázusban használták először az i. e. II. évezredben (meteoritból származó vas felhasználásával, mivel amúgy csak vegyület formában található meg). [1] A legrégebbi vasszerszámot a Kheops piramisnál folytatott ásatások során találták. [2] Nincs pontos tudásunk, hogy mikor és hogyan nyerték ki a vasat először vasércből. A felfedezést feltehetően egy tűzbe került vasérc darabon kialakuló változás megfigyelése indította el Az első vasolvasztó kohók kis földbe kapart gödrök voltak, amiben faszénnel kevert vasércet izzítottak. [3]

7 Acélszerkezet-építés története Vas-acél anyag története: Öntöttvas [1]: a nagy széntartalom (3,6%) miatt rideg anyag, a szilárdsága az acélnál kisebb, nincs határozott folyáshatára, azonnal törik. Kovácsoltvas: A kovácsolás hatására a vas szilárdsága megnő. [2] 1848 Kovácsoltvas I-gerenda hengerlése Franciaországban (Ferdinand Zorés). [3] Acélszerkezet-építés története Vas-acél anyag története: Acél: vas + szén (max. 2,11 m%) ötvözete 1856 Bessemer acélgyártási eljárás (hagyományos szélfrissítéses). [1] 1865 Siemens-Martin acélgyártási eljárás. [2] 1 2 A szén és a szennyező anyagok egy része a levegő befúvás hatására a konverterben elég, így a nyersvasból alacsony széntartalmú acél lesz. Fűtőanyagra nincs szükség, a fémfürdő olvadt állapotba tartásához az oxidáció hője elegendő. A lángkemencébe nyersvasat, vashulladékot és salakképző anyagot adagolnak. Az ~1700 ºC hőmérsékletet és a szén kiégéséhez szükséges oxigén mennyiséget a befúvott égő gáz+forró levegő keveréke biztosítja. Minőségi acélgyártásra alkalmas!

8 Acélszerkezet-építés története Vas-acél anyag története: 1881 Elektromos ívhegesztés feltalálása (Benardos). Az eljárásnál az áramforrás egyik sarkát a hegesztendő tárgyhoz, a másikat egy szénpálcához kötőtik. A szénpálcát a munkadarabhoz érintve villamos ív keletkezik, amely az alapanyagot az ív keletkezési helyén megömleszti, a hézagot külön fémpálcával töltik fel. Acélszerkezet-építés története Acélszerkezet építés eseményei: 1781 Coalbrookdale Iron Bridge (30 m-es öntöttvas ívhíd) Az ötlet Thomas Farnolls Pritchardtól származott. A tervet a fiatal vasgyáros, III. Abraham Darby karolta fel, akinek nagyapja által alapított jó hírű vasgyára Coalbrookdale-ban volt. Az első, sikertelen kísérletek után 1777-ben sikerült kiönteni a híd bordáit és a fedőlapokat. Pritchard rövidesen meghalt, és a híd további építése Darbyra maradt. Az előre gyártott elemeket a helyszínen állították össze, de nem szegecsekkel, hanem ékek és fogazatok segítségével. A hidat 1781 január 1-jén adták át a forgalomnak, s azonnal nagy érdeklődést keltett. Az a tény, hogy épen átvészelte az 1795-ben lezajlott súlyos áradást, az építők és a vasgyár számára hatalmas reklámot hozott.

9 Acélszerkezet-építés története Acélszerkezet építés eseményei: 1781 Coalbrookdale Iron Bridge (30 m-es öntöttvas ívhíd) A bordázat egy darabja 5,1 tonna, a híd teljes súlya 384 tonna, fesztávja 30,6 méter. Az 1970-es évek elején a hidat felújították, majd 1999 és 2002 között ismét felújításra került sor. Az Iron Bridge a körülötte fekvő muzeális értékkel bíró iparterülettel együtt ma a Világörökség részét képezi. Acélszerkezet-építés története Acélszerkezet építés eseményei: 1849 Lánchíd (függőhíd) az első állandó híd a teljes magyarországi Duna-szakaszon 1850 Britannia-Bridge (14 m magas szekrénytartós gerendahíd) Anglesey Menai szoros Wales

10 Acélszerkezet-építés története Acélszerkezet építés eseményei: 1850 Britannia-Bridge (kovácsoltvas anyagú híd tégla pillérekkel) Az 1850-ben megnyitott Britannia-híd volt a második híd a Menai-szoroson, amely Anglesey szigetét Wales-el kötötte össze vasúton (1826 Thomas Telford - Menai közúti híd.) Érdekessége a zárt csőszerű kialakítás a nagyobb merevség és teherbírás érdekében. Egy 140m-es és két 70m-es fesztávolságú részből állt (teljes hossz 461m). Korábban a legnagyobb kovácsoltvas gerendahíd fesztávolsága csak 9,6m volt. Acélszerkezet-építés története Acélszerkezet építés eseményei: 1850 Britannia-Bridge (14 m magas szekrénytartós gerendahíd) 1970-ben a híd kigyulladt (helyi tinédzserek fáklyával denevéreket kerestek a híd belsejében és elejtették az egyik fáklyát). A tűz sokáig, a híd teljes hosszában égett, mivel a tűzoltók nem fértek rendesen hozzá oltás során. A kő pillérek helyreállítása után acél íves hídszerkezetet építettek, és a hidat 1972-ben nyitották meg újra a vasúti forgalom számára.

11 Acélszerkezet-építés története Acélszerkezet építés eseményei: 1851 Chrystal Palace, (London, kiállítási épület) A londoni kristálypalotát egy kiállításra építették fel a Hyde Parkban, melyet Albert herceg szervezett 1851-ben Londonban. A kristálypalota tervezője Joseph Paxton. Az építmény előre gyártott elemekből készült. Tartószerkezetét acélrudak alkotják, ezeket borítják a tiszta üveg falak. A kiállítás után a palotát elemeire szedték és áthelyezték London déli részére november 30-án majdnem teljesen leégett. Ami megmaradt belőle 1941-ig látható volt. Acélszerkezet-építés története Acélszerkezet építés eseményei: 1854 Henri Labrouste (Párizs, Nemzeti könyvtár olvasóterme) Franciaországban az öntöttvas szerkezetek alkalmazásának úttörő mestere Henri Labrouste volt. Az ő műve az első jelentős középület, amelyben az új anyag a szerkezeti rendszert meghatározó szerephez jutott. A párizsi Sainte Geneviéve könyvtár olvasótermét karcsú vas oszlopokra támaszkodó dongaboltozattal fedte le az építész. A belsőben nyíltan megmutatott vasszerkezetet kívülről kőfalakkal burkolta körül.

12 Acélszerkezet-építés története Acélszerkezet építés eseményei: 1889 Eiffel torony (300+24m) Az Eiffel-torony a tervezőjéről, Gustave Eiffel mérnökről kapta a nevét. Az évi világkiállításra készült, az eredeti tervek szerint a kiállítás után lebontották volna. A torony össz-magassága 324 m, ebből maga a torony 300 m, rászerelve 24 m-re magasodik egy tévé-adóantenna. A torony négyzet alaprajzú, tonna tömegű, acéldarabból, szegecseléssel állították össze, átmeneti jelleggel. Évente kb. 10 tonna festék kell felülete karbantartásához ig a legmagasabb épület volt a világon. Acélszerkezet-építés története Acélszerkezet építés eseményei: 1889 Eiffel torony (300+24m) Alapozás A fémszerkezet felállításának kezdete Az Eiffel-torony 1887 december 7-én, fa álványzattal megtámasztva

13 Acélszerkezet-építés története Acélszerkezet építés eseményei: 1877 Nyugati Pályaudvar (146 42m) A mai épület közelében eredetileg álló első pályaudvart Pesti indóháznak nevezték. Az idők során az indóház a növekvő vasúthálózat évről évre élénkülő áru- és személyforgalmát egyre kevésbé volt képes kiszolgálni. A tulajdonos Osztrák Államvasút Társaság elhatározta az indóház lebontását és egy új felépítését. A pesti indóházi csarnok köré felhúzták a mai pályaudvar vonatfogadó csarnokát, majd elbontották a régi csarnokot. A pályaudvar terveit az osztrák August de Serres építész és a (később az Eiffel-toronyról világhírűvé vált) párizsi Gustave Eiffel cége készítette. A pályaudvar vasszerkezete a maga korában technikai bravúrnak számított. Acélszerkezet-építés története Acélszerkezet építés eseményei: 1877 Nyugati Pályaudvar (146 42m) A pályaudvar 1891-ben kapta a Nyugati nevet - összefüggésben az Osztrák-Magyar Államvaspálya Társaság államosításával között zajlott utoljára jelentősebb rekonstrukció a pályaudvaron

14 Acélszerkezet-építés története Acélszerkezet építés eseményei: 1931 Empire State Building (381m) Az Empire State Building New York város jelenlegi legmagasabb, 102 emeletes, 381 méter magas épülete. A terveket három építész, Shreve, Lamb és Harmon készítették. Az építkezésen 3400 munkás dolgozott, főként európai bevándorlók és mohawk indiánok, hogy a torony hamarabb elkészüljön, mint a 42. utcában épülő Chrysler Building. A rohamtempóban 14 építőmunkás veszítette életét. Az épület alig több mint egy év alatt készült el. Ez volt a világ legmagasabb épülete 1931 és 1971 között július 28-án egy B-25 Mitchell bombázó repülőgép csapódott a toronyba, 14 ember halálát okozva ben került az antenna a torony tetejére. Acélszerkezet-építés története A XIX-XX. század tipikus acélszerkezetei Magyarországon: függőfolyosók, lépcsők tartói födémek: Mátrai-födém Merevacél-betétes felülbordás vb. lemezfödém

15 Vasbeton-építés története Vasbeton története: I.e környékén már jellemző volt a gipsz- vagy mészhabarcs (égetett mész és homok keveréke) alkalmazása Egyiptomban (piramis építés), ill. Kínában a Nagy Fal építésékor már cementszerű anyagot használtak. I.e. 800 a görögöknél, Krétán és Cipruson olyan mészből kevert habarcs volt elterjedve, ami keményebb volt, mint később a rómaiaké. I.e. 3. század, a rómaiak felfedezik, ha a mészhabarcsot finom vulkáni hamuval keverik, jó minőségű habarcsot kapnak, amely a víz alatt is megköt római beton (utakhoz, fürdőkhöz, vízvezetékekhez, később pedig épületekhez is használták). Pantheon i.sz ,3 m átmérőjű római beton kupola. Pantheon, Róma A római betonból készült kupola átmérője 43,3 m, vastagsága 6,4 és 1,2 m között változik, a tömege 4535 tonna. Az adalékanyag sűrűsége a kupola közepe felé haladva csökken: a szélén téglatörmelék található, míg középen lyukacsos vulkáni kövek. A méhsejt szerkezetű kialakítás tovább csökkentette a szerkezet tömegét. Mérések alapján a felhasznált beton húzószilárdsága ~1,47 N/mm 2, viszont a kupola formájának kialakítása miatt főleg nyomás ébred benne, a max. húzófeszültség csak 0,128 N/mm 2 (végeselemes vizsgálatok alapján). Egészen a XIX sz.-ig ez volt a legnagyobb betonból készült lefedés.

16 Vasbeton-építés története Vasbeton története: A római birodalom hanyatlása után, i.u között a betonkészítés feledésbe merült, majd között lassan ismét beindult Canal du Midi, Franciaország 240 km hosszú beton csatorna 1759 Eddystone világítótorony (Smeaton), Devon, Anglia. A 18 m magas torony, hidraulikus mész kötőanyag, kavics és zúzott tégla adalékanyag James Parker (Anglia): az ún. románcement (agyag és mészkő ~900 Con kiégetve, porrá őrölve) szabadalma, az első cementgyár létesítése. Kőfalazatok kötőanyagához használták Joseph Aspdyn szabadalmaztatja a cementkészítő eljárást (mészkő + agyag ~1450 C-on kiégetve, gipsz hozzáadásával porrá őrölve): portland cement Vasbeton-építés története Vasbeton története: A római birodalom hanyatlása után, i.u között a betonkészítés feledésbe merült, majd között fokozatosan ismét beindult Canal du Midi, Franciaország 240 km hosszú beton csatorna 1759 Eddystone világítótorony (Smeaton), Devon, Anglia. A 18 m magas torony, hidraulikus mész kötőanyag, kavics és zúzott tégla adalékanyag James Parker (Anglia): az ún. románcement (agyag és mészkő ~900 Con kiégetve, porrá őrölve) szabadalma, az első cementgyár létesítése. Kőfalazatok kötőanyagához használták Joseph Aspdyn szabadalmaztatja a cementkészítő eljárást (mészkő + agyag ~1450 C-on kiégetve, gipsz hozzáadásával porrá őrölve): portland cement

17 Vasbeton-építés története Vasbeton története: A római birodalom hanyatlása után, i.u között a betonkészítés feledésbe merült, majd között fokozatosan ismét beindult Canal du Midi, Franciaország 240 km hosszú beton csatorna 1759 Eddystone világítótorony (Smeaton), Devon, Anglia. A 18 m magas torony, hidraulikus mész kötőanyag, kavics és zúzott tégla adalékanyag James Parker (Anglia): az ún. románcement (agyag és mészkő ~900 Con kiégetve, porrá őrölve) szabadalma, az első cementgyár létesítése. Kőfalazatok kötőanyagához használták Joseph Aspdyn szabadalmaztatja a cementkészítő eljárást (mészkő + agyag ~1450 C-on kiégetve, gipsz hozzáadásával porrá őrölve): portland cement Vasbeton-építés története Vasbeton története: A római birodalom hanyatlása után, i.u között a betonkészítés feledésbe merült, majd között fokozatosan ismét beindult Canal du Midi, Franciaország 240 km hosszú beton csatorna 1759 Eddystone világítótorony (Smeaton), Devon, Anglia. A 18 m magas torony, hidraulikus mész kötőanyag, kavics és zúzott tégla adalékanyag James Parker (Anglia): az ún. románcement (agyag és mészkő ~900 Con kiégetve, porrá őrölve) szabadalma, az első cementgyár létesítése. Kőfalazatok kötőanyagához használták Joseph Aspdyn szabadalmaztatja a cementkészítő eljárást (mészkő + agyag ~1450 C-on kiégetve, gipsz hozzáadásával porrá őrölve): portland cement

18 Vasbeton-építés története Vasbeton története: A római birodalom hanyatlása után, i.u között a betonkészítés feledésbe merült, majd között fokozatosan ismét beindult Canal du Midi, Franciaország 240 km hosszú beton csatorna 1759 Eddystone világítótorony (Smeaton), Devon, Anglia. A 18 m magas torony, hidraulikus mész kötőanyag, kavics és zúzott tégla adalékanyag James Parker (Anglia): az ún. románcement (agyag és mészkő ~900 Con kiégetve, porrá őrölve) szabadalma, az első cementgyár létesítése. Kőfalazatok kötőanyagához használták Joseph Aspdyn szabadalmaztatja a cementkészítő eljárást (mészkő + agyag ~1450 C-on kiégetve, gipsz hozzáadásával porrá őrölve): portland cement Vasbeton-építés története Vasbeton története: Monier rendszere 1848 Lambot, gerendatartó, oszlop vasbeton csónak, 1854-ben szabadalmaztatva 1855 Thaddeus Hyatt, gerenda és lemez kísérletek (nem lett sikeres) 1861 François Coignet vasúti őrház (az első vasbetétet tartalmazó épület) 1867 Joseph Monier francia kertész vasbeton virágtartó edény Joseph Monier vasbeton cső, folyadéktároló, lemez, híd, lépcső 1800-as évek vége, elméleti és gyakorlati vasbeton kutatás Európában: Professor Moeller (Németország), Wünsch Róbert (Magyarország), J. Melan (Ausztria), F. Hennebique (Franciaország), F. von Emperger (Ausztria) A világ első vasbeton hídja, (Chazelet kastély) Monier tervei alapján Coignet vasúti őrháza Lambot vasbeton csónakja

19 Vasbeton-építés története Vasbeton története: Wünsch Róbert F. (első magyar vasbeton híd) F. Hennebique (Franciaország) Vasbeton-építés története Vasbeton története: 1887 Koenen, számítási módszerek vasbeton gerendák méretezésére 1894 Coignet és Tedesco: Koenen elméletének általánosítása 1900-as évek eleje, Emil Mörsch, kísérletek és számítási eljárások Monier szabadalma alapján: hajlított-nyírt gerenda erőtani méretezésének elve 1900-as évek: vasbeton szabványok megjelenése (1903 első svájci szabályzat, 1904 első német szabályzat, 1906 első francia szabályzat, 1909 első Magyar Vasbeton Szabályzat) 1917 Eugéne Freyssinet A vasbeton feszítésének felvetése 1920-as évek: vasbeton héjszerkezetek megjelenése Jena, Zeiss planetárium 25 m-es kupolája, Dischinger

20 Vasbeton-építés története Magyarországon Az 1900-as évek elején Zielinski Szilárd Párizsban dolgozik Gustave Eiffel cégénél, ahol megismeri François Hennebique francia mérnök vasbetonépítésre vonatkozó szabadalmát. Zielinski megszerezi a Hennebique féle rendszer magyarországi vezérképviseletét, és terjeszteni kezdi a vasbeton építésmódot. Zielinski Szilárd Vasbeton-építés története Magyarországon Az 1900-as évek első éveiben a hídépítés területét hódította meg a vasbeton Később a magasépítés területén is terjedni kezdett (monolit vb. szerkezetű ipari és középületek, lakóépületek, víztornyok). A II. Világháború végéig számos újfajta födémrendszert alakítottak ki, vasalásnak sima lágyacél betéteket használtak (megengedett húzófeszültség 1200 kg/cm 2 ). Enyedi Béla mérnök időközben alkalmazni kezdte a másfélszer erősebb A50 acélt. A betonhoz eleinte román cementet használtak, amit később leváltott a nagyobb szilárdságú betont adó portlandcement. Felismerik a v/c tényező és az adalékanyag (homok, kavics) arányának fontosságát, kifejlesztik és alkalmazni kezdik a gyorsan szilárduló cementeket. Az általánosan alkalmazott betonminőség B140 volt (ez kb. a mai C10-es betonminőségnek felel meg), ami akkor várható élettartam szempontjából megfelelően nagynak látszott, mivel a korrozív környezeti hatások viszonylag alacsony szinten voltak.

21 Vasbeton-építés története Magyarországon A II. Világháború után bevezetésre került a beton rendszeres minőségellenőrzése, és ezzel párhuzamosan a cementtakarékosság: pl között tilos volt vasbetonvázas épület építése, és a pincefödémekre kötelezően elő volt írva a tégla dongaboltozat alkalmazása. A sima betonacélok helyett elkezdtek periodikus betonacélokat használni. Tapadásuk sokkal jobb volt (nem kellett a végüket kampózni), de ezáltal a szerkezetek kihasználtsága is nőtt, ami viszont csökkenő várható élettartamot eredményezett után beszüntették a cementtakarékossági intézkedéseket, a vasbetonépítés rohamos fejlődésnek indult: betonszilárdság növekedése (ezzel együtt járt a km-i méretek csökkenése) speciális betonok megjelenése (vízzáró, korrózióálló, kopásálló, hő-és tűzálló, stb.) előregyártott vasbeton szerkezetek terjedése (eleinte lágyvasalású gerendák készültek, de a 70-es évek közepétől már nagyobb számban készültek a feszített gerendák) Vasbeton-építés története Magyarországon G gerendás ÉTI födém A G jelű lágyvasas betongerendákat (az F, ill. GM jelű gerendákkal együtt) 1958-ban kezdték el gyártani a BVM gyáraiban. Tervezője Gábory Pál volt. A G jelű gerendákból és B jelű beton béléstestekből, vagy BH jelű födémtálcákból álló födémet közel 40 évig gyártották. G gerenda keresztmetszete G gerendás födém keresztmetszete

22 Vasbeton-építés története Magyarországon Első vasbeton szabályzat: 1909 (a vasbeton hőskora) Betonelmélet hiánya, kézi bedolgozás miatt alacsony betonszilárdság, különböző vasalások (gömbvas, laposvas, szögvas), alacsony acélszilárdság, szerkezeti rendszer: kör vagy négyszög km-ű oszlop, gerenda és lemez. Födémek hasznos terhe (normál épület): 300 kg/m 2, megengedett betonfeszültség hajlításra 45 kg/cm 2, oszlopban 36 kg/cm 2 a megengedett vasfeszültség 1200 kg/cm 2. Vasbeton-építés története Magyarországon 1931-es szabályzat (a vasbeton kialakult rendszere) Betonreceptek, betonkeverő gépek alkalmazása javuló (közepes) betonminőség, elterjed a Hennebique-féle vasalási rendszer (gömbvas, kengyel, felhajlított vas) és a nagyobb szilárdságú A50-es betonacél, megengedett betonfeszültség hajlításra 60 kg/cm 2, oszlopban 45 kg/cm 2 a lágyvasak megengedett feszültsége 1400 kg/cm 2. Nyugat-európában kutatások alapozzák meg a vasbetonszerkezetek elméletét es szabályzat (a vasbeton korszerű rendszere) 1951-es szabályzat Menyhárd István: törési állapot vizsgálata, osztott biztonság elvén alapuló méretezés, helyszíni, ill. később a nagyüzemi előregyártás megjelenése, feszített szerkezetek alkalmazása, kivitelezés fejlődése (mixerkocsi, betonszivattyú), anyagok minőségének fejlődése. További jelentősebb szabályváltozások: 1971, Eurocode (egységes európai szabvány végleges bevezetése)

23 Vasbeton-építés története Magyarországon A beton megengedett- és határfeszültségei Szükséges nyomatéki vashányad változása A betonacél megengedett- és határfeszültségei Szükséges nyírási vashányad változása Vasbeton-építés története Salginatobel híd (Robert Maillart, ) Háromcsuklós ívhíd, U és TT keresztmetszet, 90 m-es fesztáv, 133 m-es hossz

24 Vasbeton-építés története Hoover gát ( ) USA, Colorado folyó, 379 m hosszú, 221 m magas, az építése során m 3 földet mozgattak meg, és m 3 betont használtak fel hozzá. A világon először itt alkalmazott speciális eljárással a gátat alkotó betonelemeket le lehetett hűteni. A gát számtalan, egymásba illeszkedő, trapéz alakú betonoszlopból áll, az alkotó elemek mindegyike 25 mm átmérőjű hűtőcsöveket tartalmaz, amelyekben a folyó vize cirkulált. Vasbeton-építés története Sydney operaház (1973) A dán építész, Jørn Utzon tervei alapján épült. A betonvitorlák alakja elliptikus parabola, ezek elkészítése csak számítógépes segítséggel vált lehetővé. A nehézségek miatt tíz év csúszással, a tervezett építési költség több mint 14-szereséért készült el. A tetőszerkezet vitorlái 161 tonna súlyúak és 67 méter magasak.

25 Faépítés története Legelső építőanyag, mert elérhető, tartós és megfelelő ateherbírása Eleinte jellemző a megmunkálás hiánya, fatörzsek egymás mellett, vagy egyszerű áthidalásként való alkalmazása Vaskorszakban már léteztek szerszámok, ezért megjelentek a megmunkált elemek, hajók, nagyobb falak. India, íves szerkezetek alkalmazása (támasznál vízszintes erő is fellép), ahol a tartó az élő fa törzséhez hasonló igénybevételeknek volt kitéve A rómaiak korában már fejlett faépítészet volt jellemző, fából készült rácsos szerkezetekkel, húzott elemek alkalmazásával (pl. függesztőműves tetőszerkezetek), kis fesztávolságú fa gerenda-tartós hidak több típusával és valószínűleg az első íves szerkezetű fahíddal is A középkorban a faépítmények nagyobb arányú elterjedésével együtt építőművészeti irányzatok is kialakultak Faépítés története Középkorban a szerkezeti rendszer kiválasztását már lényegesen befolyásolta a rendelkezésre álló fa nyers-anyag. Kelet-Európában a nagyobb erdők és élőfa-készletek birtokában a vízszintesen egymásra helyezett csapos gerendás szerkezetek változatos és egyedülállóan esztétikus formáit alkalmazták (toronyformák, sátortetős épületek, templomok), Nyugat-Európa kisebb fakészletű országaiban a vázas faszerkezetek terjedtek el, a fából készült rácsos szerkezetet pl. téglafalazattal töltötték ki (ún. Fachwerk épületek). XVI. sz. rácsos fatartók megjelenése (egyenlőre méretezés nélkül)

26 Faépítés története A faanyaggal való takarékosabb és gazdaságosabb építésre való törekvés utat nyitott a kisebb anyagigényű szerkezetek alkalmazásának, a famegmunkáló és szerkezetgyártó módszerek korszerűsítésének és nem utolsósorban a faszerkezetek élettartamát, illetve a faanyag tartósságát növelő intézkedéseknek. Jellemző a fa elemek hagyományos kapcsolata: Faépítés története Vízi energiával hajtott fűrészek (XVII. sz.) majd a XIX. században a gőzhajtású fűrészüzemek megjelenése. A XIX. század közepétől erőteljesen gépesített nagyipar lehetővé tette a fűrészipar és vele a faanyag gépi megmunkálásának a nagyarányú fejlődését is. A gerendaszerkezetek mellett megjelennek a palló-, illetve deszkaméretű elemekből készíthető szerkezetek, később a szegezett, csavarozott, majd a XX. században a gyűrűs betétes és tárcsás illesztések. Fűrészmalom felmérési rajza (Bánd, Veszprém)

27 Faépítés története De l Orme-féle ív (deszkaív), amely élére állított, felül ív alakúan kiképzett, közvetlenül egymás mellé állított és összeszegezett vagy csavarozott, 1,5 m hosszú deszkából, ill. pallókból áll (XVI. század). [1] 1825 A. Emy, deszkaelemekből több rétegben, lapjára merőleges síkban hajlított, csavarokkal kapcsolt íves tartók (akár 20 m fesztávig). [2] 1 2 Faépítés története Párhuzamos övű rácsos fahidakat elsőként Észak-Amerikában építettek, Town 1830 táján vezette be a sűrű rácsozású fa hossztartós hidakat. [3]. Később a vasút megjelenésével erősebb szerkezetekre volt szükség, ez számtalan új rácsostartó-tervhez vezetett (pl. Howe rácsozás, Pratt rendszer, X rácsozás, stb.). Jelentős fejlődési szakaszt indított meg a furnér, illetve a rétegelt lemez gyártása. Kedvező mechanikai tulajdonságai ellenére teherviselő szerkezetekben csak jóval később kezdték alkalmazni, mivel eleinte a felhasznált ragasztóanyag sem a víznek, sem a gombásodásnak nem tudott ellenállni. 3 LVL - Laminated Veneer Lumber OSB - Oriented Strand Board

28 Faépítés története Építőipari szempontból a századforduló jelentős állomása a műanyagok megjelenése volt, bár az USA-ban már 1869-ben előállítottak celluloidot. A polimerkémia fejlődése, a szintetikus nagymolekulájú vegyületek és műgyanták ipari előállítása, a korszerű műgyanta ragasztók széles választéka az építőipar több területén nyitott újabb lehetőségeket. A műgyanta alapú ragasztók elterjedésével teret kapott a rétegelt-ragasztott faszerkezetek egyre szélesebb körű alkalmazása is. Gyalogos híd (Vaires sur Marne, Franciaország) Az anyaga RR fa, fesztáv 49 m, teljes hossz: 75 m, a TGV vasút állomásának két platformját köti össze. Faépítés története Olimpiai stadion (Richmond, Kanada) A 2010-es téli olimpiára készült többfunkciós sport és wellness létesítmény. Az íves tartók fesztávolsága 100 m, anyaga RR fa acél kompozit. Több mint méternyi fenyő deszkát használtak fel a tető elkészítéséhez.

29 Faépítés története ATLAS-I a világ legmagasabb fa építménye (~183 m) Air Force Weapons Lab Transmission-Line Aircraft Simulator között épült a hidegháború alatt (USA, Új-Mexikó). Itt volt volt a világ legnagyobb nem nukleáris elektromágneses impulzus (EMP) generátora, amivel a stratégiai repülő rendszerek sugárzásvédelmét tesztelték. A szerkezet nem tartalmaz fém kötőelemeket, kizárólag ragasztott-laminált fa elemekből áll. Faépítés története Kína, Tianning pagoda - a világ legmagasabb pagodája A jelenleg látható fa szerkezetű, 13 emeletes, 154 m magas buddhista épületet 2007-ben adták át, de a templom története mintegy 1350 évre, a Tang dinasztia ( ) idejébe nyúlik vissza.

30 Faépítés története Európa legmagasabb fa tornya, Gliwice A 118 m magas fa rádiótorony 1935-ben készült, középhullámú adások sugárzására szolgált. A torony jelenleg mobiltelefon átjátszó állomásként, ill. múzeumként működik. Az ún. gleiwitzi rajtaütés során augusztus 31-én lengyel milicistának öltözött német ügynökök támadták meg a határ közelében lévő Gliwice-i rádióállomást, és az állomás elfoglalása után rövid lengyel nyelvű, németellenes propaganda-üzenetet sugároztak. A művelet célja az volt, hogy Lengyelországot agresszornak tüntessék fel, és ürügyet szolgáltassanak a Lengyelország elleni német támadáshoz, és ezáltal a II. világháború kirobbantásához. Faépítés története Vihantasalmi híd, Finnország 1999-ben épült rácsos tartós közúti híd, a fesztávolsága: 21 m + 3x42 m + 21 m, a teljes hossza 182 m. A főtartók két db 1350 mm x 265 mm keresztmetszetű rétegelt ragasztott gerendából állnak, 14 m széles pályalemez vasbetonból készült. A pályalemez a fagerendákba ragasztott kampós betonacélokra van felfüggesztve.

31 Faépítés története Flisa híd (Norvégia) Az anyaga RR fa, legnagyob fesztáv 70 m, teljes hossz: 196 m Acél-vasbeton és fa anyagok tulajdonságai, felhasználásuk Acélszerkezetek sajátosságai: Szerkezeti acél (normál): Rugalmassági modulus: N/mm 2 Folyáshatár: N/mm 2 Szakadási nyúlás: 18-30% Sűrűség: 7850 kg/m 3 Előnyös tulajdonságok: nagy szilárdság, szívósság, rugalmasság, nagy rugalmassági modulus, nagy képlékeny viselkedés, egyenletes minőség, könnyű alakíthatóság, ötvözéssel, hőkezeléssel az anyagjellemzők szabályozhatók

32 Acél-vasbeton és fa anyagok tulajdonságai, felhasználásuk Acélszerkezetek sajátosságai: Vasbeton-, fa-, kőszerkezetekkel szembeni előnyök: azonos teherbírás mellett könnyebb a súlya azonos támaszköz esetén kisebb szerkezeti magasság nagyobb áthidalásoknál alkalmazhatók jobban gépesíthető gyártás építés kevesebb állványozást igényel könnyebben és gyorsabban szerelhetők könnyebben bővíthető, erősíthető, javítható könnyen bontható, áttelepíthető pontosabb méretezés Acél-vasbeton és fa anyagok tulajdonságai, felhasználásuk Acélszerkezetek sajátosságai: Hátrányok: korrózió ellen felületi védelem szükséges, amit időközönként javítani is kell nem tűzálló (tűz esetén jelentősen csökken a szilárdsága és merevsége) karcsú szerkezet - dinamikus hatásokra és stabilitás szempontjából érzékenyebb (kihajlás, ill. horpadás veszélye)

33 Acél-vasbeton és fa anyagok tulajdonságai, felhasználásuk Vasbetonszerkezetek sajátosságai: Anyagjellemzők: beton rugalmassági modulus: N/mm 2 normál beton (nyomó-) szilárdság: N/mm 2 betonacél szilárdság: N/mm 2 vasbeton sűrűség: 2500 kg/m 3 Előnyös tulajdonságok: Alacsony megvalósítási és fenntartási költség (nem igényel karbantartást) Merevebb, mint az acél vagy faszerkezet (kisebb alakváltozások) Egyszerű szállítás (kevert beton sok helyen hozzáférhető és könnyen szállítható) Tűzállóbb mint az acél és a fa Szabad formaválasztás Nagyobb szerkezeti önsúly miatt kedvezőbb dinamikai viselkedés (jobb csillapítás) Acél-vasbeton és fa anyagok tulajdonságai, felhasználásuk Vasbetonszerkezetek sajátosságai: Hátrányok: Alacsony húzószilárdság (repedések, korrózió) Zsaluzás szükséges hozzá Alacsony fajlagos szilárdság Lassú alakváltozás Nehéz átalakítani

34 Acél-vasbeton és fa anyagok tulajdonságai, felhasználásuk Faszerkezetek sajátosságai: Fa anyagjellemzői: rugalmassági modulus: N/mm 2 nyomó szilárdság: N/mm 2 sűrűség: kg/m 3 Előnyös tulajdonságok: Esztétikus, barátságos hangulatot sugároz Igen kedvező szilárdság/súly arány Könnyen alakítható, szállítható, szerelhető, javítható, azonnal terhelhető Nem korrodál, környezeti hatásoknak, nedvességnek ellenáll Az új ökológiai követelmények alapján is kedvező tulajdonságok: energiatakarékosság, ökológiai egyensúly fenntartása, környezetszennyezés minimalizálása, újrahasznosíthatóság, jó hőszigetelő, kedvező akusztikai tulajdonságok Acél-vasbeton és fa anyagok tulajdonságai, felhasználásuk Faszerkezetek sajátosságai: Hátrányok: Viszonylag alacsony szilárdság, Rostirányban, illetve rostirányra merőlegesen lényegesen eltérő anyagszilárdságok (nagyságrendi eltérés is lehet), Nagy alakváltozások az alacsony rugalmassági modulus miatt, Anizotrop szerkezet, mely az összetett igénybevételek számításának bizonytalanságát eredményezi, A nedvességváltozás hatására a fa rost-, sugár- és húrirányban különböző mértékű zsugorodása, illetve dagadása, szilárdsági jellemzők változása Bonyolultabb kapcsolatok, gyakorlatilag csak acélszerkezetekkel alkalmazásával kialakítható, Gomba- és rovarkárosítások iránti fogékonyság.